Конструкция, работа и расчет угловых сварных соединений

С помощью угловых швов выполняются различные виды соединений в металлических конструкциях: тавровые, в угол, нахлесточные. Соединения внахлестку выполняются угловыми швами; они могут быть как фланговыми, так и лобовыми.

Фланговые швы, расположенные по кромкам прикрепляемого элемента параллельно действующему усилию, вызывают большую неравномерноть распределения напряжений по ширине соединения. Неравномерно работают они и по длине, так как помимо непосредственной передачи усилия с элемента на элемент концы шва испытывают дополнительные усилия вследствие разной напряженности и неодинаковых деформаций соединяемых элементов.

В соответствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва обычно начинается с конца и может происходить как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления, особенно если наплавленный металл прочнее основного.

Лобовые швы передают усилия достаточно равномерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой. Особенно велики напряжения в корне шва. Уменьшение концентрации напряжений в соединении может быть достигнуто плавным примыканием привариваемой детали, механической обработкой (сглаживанием) поверхности шва и конца, увеличением пологости шва, применением вогнутого шва и увеличенными глубины проплавления.

Разрушение лобовых швов происходит аналогично разрушению фланговых швов по одному из двух сечений (по металлу шва или по металлу границы сплавления).

Разрушение сварных соединений с угловыми лобовыми и фланговыми швами возможно как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления (рис. 6) В соответствии с этим расчет сварного соединения при действии силы, проходящей через центр тяжести соединения, следует выполнять по одному из двух сечений: сечению 1 по металлу шва и сечению 2 – по металлу границы сплавления (рис.7) в зависимости от того, какое сечение более опасно. Несмотря на то, что угловые швы работают всегда в условиях сложного напряженного состояния, характер их разрушения показывает, что доминирующим напряжением является срезывающее. Поэтому технические нормы и правила допускают производить расчет на срез, названный "условным" срезом.

Расчетная площадь сечения шва при разрушении по металлу шва равна , при разрушении по металлу границы сплавления .

Если , то расчетным сечением является сечение по металлу шва и напряжение

,

Если , то проверка прочности соединения выполняется по металлу границы сплавления, тогда:

где N – усилие, проходящее через центр тяжести соединения; l_w – расчетная длина шва в сварном соединении, равная суммарной длине всех его участков за вычетом 1 см; b _f и b _z – коэффициенты, учитывающие проплавление металла при сварке.

Физический смысл коэффициентов b _f и b _z представляет собой отношение минимальных размеров в сечении шва к катету шва (рис.7). При ручной сварке, когда глубина проплавления невелика и заштрихованную площадь на рис. 7,б можно считать равносторонним прямоугольником, b _f =0,7.

Из вышеприведенных формул можно определить требуемый катет шва, однако он должен быть не меньше приведенного в справочных данных.