Конструкция, работа и расчет стыковых сварных соединений

При проектировании сварных соединений необходимо учитывать их неоднородность, определяемую концентрацией напряжений, изменением механических характеристик металла и наличием остаточного напряженно-деформированного состояния.

Стыковые соединение (выполняемые с помощью стыковых швов). Хорошо сваренные встык соединения имеют весьма небольшую концентрацию напряжений от внешних сил, поэтому прочность таких соединений при растяжении или сжатии в первую очередь зависит от прочностных характеристик основного металла и металла шва.

Сварной шов в начале и в конце, как правило, насыщен дефектами (в силу неустановившегося теплового режима сварки), поэтому начало и конец щва следует выводить на технологические планки 1 (рис. 4 ,а и б); после окончания сварки и остывания шва эти планки удаляются. В случае невозможности вывести концевые участки шва на технологические планки расчетная длина шва (с учетом дефектных участков) будет меньше его фактической длины.

Гарантировать допустимые величину и число дефектов в сварном соединении на любом его участке затруднительно, поэтому необходим контроль качества соединения. Надежными методами контроля являются физические методы (ультразвук, рентгеновское просвечивание, просвечивание гамма-лучами). Как правило, стыки в строительных конструкциях выполняются прямыми. Лишь при невозможности (или затруднительности) использования физических методов контроля стык проектируют косым (ось шва наклонена к оси элемента, рис. 4,б). Большая длина шва компенсирует снижение качества металла шва в соединении.

При сварке встык элементов разной ширины следует делать скосы на элементе большей ширины для снижения концентрации напряжений (рис. 4,в,г), при сварке же встык элементов разной толщины на элементе большей толщины делают скосы (рис. 4,е). Без скосов нормами на изготовление разрешается сваривать элементы, толщина которых отличается не более чем на 4 мм (рис. 4,д). Для более равномерного провара по толщине элемента в стыковых швах часто делают подварку корня шва (4,ж).

При расчете сварных соединений прежде всего необходимо учитывать вид соединения, способ сварки (автоматическая, полуавтоматическая, ручная) и сварочные материалы, соответствующие основному материалу конструкции.

Расчет стыковых сварных соединений при действии осевой силы N, проходящей через центр тяжести соединения, выполняют по формуле

,

где t – наименьшая из толщин соединяемых элементов; l _w – расчетная длина, равная полной его длине, уменьшенной на 2 t, или полной его длине, если концы шва выведены за пределы стыка (например, на технологические планки); R_{w у} – расчетное сопротивление стыковых сварных соединений по пределу текучести; g_с – коэффициент условия работы.

При отсутствии физических методов контроля расчетное сопротивление металла сварного соединения по нормам составляет R_{w у} = 0,85 R_у. Для того чтобы соединение было равнопрочным основному элементу, длина шва должна быть больше размера b (рис.5,б), поэтому в соединении применяют косой шов. Косой шов с наклоном реза a при tga=2:1, как правило, равнопрочен с основным металлом и поэтому не требует проверки прочности. При действии свдигающей силы Q на стыковой шов в шве возникают срезывающие- напряжение

Расчетное сопротивление при сдвиге соединения R_ws = R_s где R_s –расчетные сопротивления основного металла на сдвиг.

Если расчетное сопротивление металла шва в стыковом соединении R_ws меньше расчетного сопротивления основного металла, проверку выполняют по сечению металла шва.

В отдельных случаях, когда необходимо снизить напряжение, например при вибрационной нагрузке, приходится рассчитывать и косые швы. Разложив действующее усилие на перпендикулярное оси шва и действующее вдоль шва, находим (рис.5,б):

перпендикулярно шву ;

вдоль шва ,

где l_w = b / sin a -2 t – расчетная длина косого шва.