3.2. Конструкція і розрахунки міцності

3.2.1. Стикове з’єднання. Це зварювання виконують по торцях деталей стиковим зварним швом. Стикове зварне з’єднання найбільш просте і надійне. Основні види стикових з’єднань показано на рис. 3.1.

Вид з'єдна- ння	Форма підгот-овлених кромок	Характер зварного шва	Форма поперечного перерізу		Товщина зварних деталей	Умовне позна- чення з’єднання
			підготов-лених кромок	виконаного шва
Стикове Стикове Стикове Напуст- кове Напуст-кове Таврове Кутове	Без скосів кромок Із скосом одної кромки З двома скосами кромки Без скосів кромок Без скосів кромок Без скосів кромок Без скосів кромок	Двосто- ронній Двосто- ронній Двосто- ронній Односто- ронній Двосто- ронній Двосто- ронній Односто- ронній			2...5 3...60 8...100 2...60 2...40 1...30	С7 С8 С15 Н1 Н2 Т3 У4

Таблиця 3.1.

Основні види та умовні позначення з’єднань, виконаних ручним дуговим зварюванням зо ГОСТ 5264-80

Ділянка деталі, яка прилягає до шва, називається зоною термічного впливу. Руйнування якісно виконаних зварних з’єднань відбувається переважно в зоні термічного впливу. Тому розрахунок міцності стикового з’єднання проводять за розмірами перерізу деталі в цій зоні. Можливе зниження міцності деталі, зв’язане із зварюванням, ураховують при призначенні допустимої напруги (із штрихом).

Розрахунок міцності зварного з’єднання виконується як перевірний після призначення всіх розмірів з’єднання даної конструкції. Якщо результати цього розрахунку є незадовільними, то вносять відповідні зміни в конструкцію деталі і повторюють розрахунок.

У мова міцності з’єднання при навантаженні розтягуючою (стискуючою) силою F:

(3.1)

Рис. 3.1. Основні види стикових з’єднань

де b, d - ширина і товщина деталей, які з’єднуються; - допустима напруга розтягу (стиску) зварних з’єднань.

Умова міцності з’єднання при навантаженні згинальним моментом М:

, (2.2)

де W - момент опору розрахункового перерізу шва.

Відношення є коефіцієнтом міцності зварного з’єднання φ ( - допустима напруга розтягу для основного металу деталі), φ = 0,9...1,0.

3.2.2. З’єднання напусткове. При напустковому з’єднанні бокові поверхні деталей, які з’єднуються, частково перекривають одна одну (рис. 3.2).

Н

Рис. 3.3. Схема кутового шва: 1 – нормальний; 2 – угнутий; 3 - опуклий

апусткове з’єднання виконують за допомогою кутових швів (рис. 3.3), які можуть бути нормальними 1, угнутими 2 і опуклими 3. Поширені нормальні шви 1, так як випуклий шов має підвищену концентрацію напруги в місці з’єднання, а угнутий шов потребує додаткової механічної обробки. Основні параметри кутового шва: катет k і висота h; причому , звичайно k = δ.

У

Рис. 3.2. Загальний вигляд напусткового з’єднання

залежності від розміщення розрізняють лобові, флангові та косі шви. Лобовий шов розміщено перпендикулярно, а фланговий шов - паралельно лінії дії навантаження.

О

Рис. 3.3. Схема кутового шва: 1 – нормальний; 2 – угнутий; 3 - опуклий

сновною напругою флангового шва є дотична напруга τ в небезпечному перерізі m - m (див. рис. 3.2). Цей переріз проходить через бісектрису прямого кута і є найменшим. По довжині шва напруга τ неоднакова - на кінцях шва вона більша. При довжині швів розрахунок їх міцності приблизно виконують за середньою напругою, а умова міцності записується так:

. (3.3)

Тут 0,7k - товщина шва в перерізі по бісектрисі m - m.

Якщо з’єднання навантажено моментом М, то в загальному випадку максимальна напруга на кінцях шва знаходиться за формулою:

, (3.4)

д е W_P - полярний момент опору перерізу шва в площині руйнування.

Для коротких швів (l < b) використовують приблизний розрахунок напруги (рис. 3.4):

. (3.5)

Т

Рис. 3.4. Зварне з’єднання, яке навантажено моментом М (l < b)

ут M/b=F - сила, яка діє на кожний шов.

За прийнятим в інженерній практиці методом, лобові шви розраховують тільки за дотичною напругою τ. За розрахунковий переріз беруть переріз по бісектрисі m - m. При цьому умова міцності зварного шва:

. (3.6)

3.2.3. Таврове з’єднання - це з’єднання, в якому деталі розміщено у взаємно перпендикулярних площинах. Таврове з’єднання виконують стиковим швом з обробкою кромок (рис. 3.5, а) або кутовим швом без обробки кромок (рис. 3.5, б). При одночасному навантаженні з’єднання силою F і згинальним моментом М умова міцності набуває такого вигляду:

а) для стикового шва

; (3.7)

б) для кутових швів

. (3.8)

К

Рис. 3.5. Таврове з’єднання: а – виконане стиковим швом з обробкою кромок; б - виконане кутовим швом без обробки кромок

утові зварні з’єднання виконуються стиковими або кутовими швами. Кутові з’єднання використовуються як слабо навантажені або зв’язуючі зварні з’єднання.

3.2.4. З’єднання контактним зварюванням засноване на місцевому нагріванні зони контакту деталей, що з’єднуються, при пропусканні через них електричного струму. Використовується для стикових з’єднань круглого і смугового металу (стикове контактне зварювання) і для напусткових з’єднань тонкого листового металу (точкове, шовне контактне зварювання).

Стикове контактне зварювання найбільш просте, надійне і економічне. Рекомендується в конструкціях, як піддаються вібраційному навантаженню. Стикове контактне зварювання забезпечує рівну міцність місця з’єднання і основної деталі, тому при статичному навантаженні розрахунки міцності стикових зварних швів не проводяться. При розрахунках за змінним навантаженням величина допустимої напруги знижується порівняно із статичними значеннями.

Точкове і шовне контактне зварювання використовується для з’єднання деталей із тонкого листового матеріалу (загальна товщина деталей 4...6 мм) при співвідношенні товщин δ₁/δ₂ < 3. Точкове з’єднання (рис. 3.6) працює переважно на зріз; умова міцності з’єднання, навантаженого розтягуючою силою F:

, (3.9)

де d, z - діаметр і кількість зварних точок; i - кількість площин зрізу.

Умова міцності з’єднання, виконаного шовним зварюванням (рис. 3.7):

Рис. 3.6. Загальний вигляд точкового зварного з’єднання

(3.10)

де b і l відповідно ширина і довжина зварного шва.

З ’єднання шовним зварюванням герметичне, концентрація напруги менша, ніж при інших типах зварювання.

Рис. 3.7. Загальний вигляд з’єднання, виконаного шовним зварюванням