Сварные соединения, достоинства и недостатки. Типы сварных швов. Расчёт стыковых швов.

Сварное соединение это наиболее рациональный и распространённый вид неразъёмного соединения. Наиболее широко распространена электрическая сварка.

Электрическая сварка:

· дуговая

· контактная

При дуговой электрической сварке в качестве электрода используется стальной стержень. Покрытие электродов обеспечивает устойчивое горение дуги и защиту металлошва от вредного воздействия окружающей среды.

Существуют электроды типа: Э38, Э42, Э46, Э50, Э42А, Э46А, Э50А

Где буква А означает, что электроды повышенного качества. А цифра означает, например, Э50 (50*10σ_вр металлошва в МПа).

При автоматической дуговой сварке в качестве электрода используется стальная проволока. Сварка проводиться под слоем флюса. Автоматическая сварка приметно в 10-20 раз лучше ручной.

Контактная сварка основана на использование повышенного омического сопротивления в стыке детали. Через стык пропускается сварочный ток, металл нагревается, а затем сдавливается.

Достоинства сварных соединений:

· возможность получения изделий больших размеров

· снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30…50%, склёпочными до 20%

· снижение стоимости изготовления сложных деталей в единичном и мелкосерийном производстве

· малая трудоёмкость, невысокая стоимость оборудования, возможность автоматизации

 

Недостатки сварных соединений:

· вероятность возникновения при сварке различных дефектов шва (непровары, шлаковые и газовые включения, трещины).

· необходимость проведения визуального контроля сварного шва, а для ответственных деталей необходимость проведения неразрушающего инструментального контроля (рентгеновский, ультразвуковой и др.)

· возникновение остаточных напряжений растяжения в металле шва от неравномерного нагрева

· изменение механических свойств металла в околошовной зоне

Типы сварных швов:

· Стыковые швы – являются наиболее рациональными, приближающие по форме и прочности соединяемой детали к целому изделию

· Угловые швы – образуются при сваривании деталей нахлёсточных, тавровых, угловых, кромки которых не имеют скосов

 

Расчёт стыковых швов:

Полный и бездефектный провар стыка обеспечивает равнопрочность сварного шва и соединяемых деталей. Для этого кромки деталей механически обрабатывают.

 

При маленьких толщинах δ≤1 (мм) – сварка с отбортовкой кромок

При средних толщинах δ=1…6 (мм) – сварка без скоса кромок

При больших толщинах δ≥6 (мм) –V-образная и X-образная сварка

 

Расчёт стыковых швов проводят по σ_Е

 

 

Где σ_и – напряжение изгиба в опасном сечении

σ_р – нормальное напряжение растяжения

[σ’]_р – допускаемое напряжение для сварного шва

 

 

Если δ намного меньше D (δ = (D- δ)/2), то

 

 

24. Расчёт сварных соединений с угловыми швами. Допускаемые напряжения сварных швов

Угловые швы образуются при сваривании деталей нахлёсточных (а), тавровых (б), угловых (в), кромки которых не имеют скосов.

Расчётная высота p ≈ 0,7k, где k – катет шва.

Катет шва принимают из соотношения δ_min ≥ k ≥ 3 мм

В угловых швах очень высокая концентрация напряжений k_σ ≈ 2,5…4,5

Это существенно ограничивает их применение при переменных нагрузках. Деформация сварных соединений под действием нагрузки приводит к неравномерности нагружения швов. Особенно ощутима концентрация напряжений в продольных (фланговых) швах (линия действия нагрузки совпадает с направлением шва).

Причём чем длиннее шов, тем выше k_σ. Поэтому длину фланговых швов ограничивают l = 50k. Короче 30мм швы также не делают из-за дефектов по концам шва.

Расчёт условно ведут по касательным напряжениям τ_F=F/A ≤ [τ’],

где A=p×l=0,7×k×l

l- суммарная длина швов

Поверхность разрушения швов поворачивают на плоскость стыка. Переносят силу F.

T=F×R

напряжение в точке С:

 

τ_F = F/A = F/(π×d×p), p=0,7×k

τ_M = M/W_изг = F×L×4/(π×d²)

τ_T = T/W_кр = F×R×2/(π×d²)

Допускаемые напряжения в сварных соединениях.

Допускаемые напряжения в сварных соединениях определяют на основе стыков в долях от допускаемого напряжения от основного металла.

Вид сварки	Вид шва	Характер напряженного состояния	Сварка ручная Электродами Э42А и Э50А и автоматическая	Сварка ручная Э42 и Э50
Дуговая плавящимися электродами	Стыковой	Сжатие	[σ’]сж= [σ]р	[σ’]сж= [σ]р
Растяжение	[σ']р=[σ]р	[σ']р=0,9[σ]р
Срез	[τ']=0,65[σ]р	[τ']=0,6[σ]р
Угловой	Срез	[τ']=0,65[σ]р	[τ']=0,6[σ]р