Сварные соединения: виды швов и соединений, разрушений, конструирование соединений. Сварные соединения угловыми швами: типы швов и соединений, разрушение, расчет и конструирование.

 

СВАРКА – процесс получения неразъемных соединений межатомных связей между соединяемыми деталями.

Сварные соединения применяют для обра­зования деталей сложной формы или больших размеров из отдельных более простых частей. Применяется в об­ластях машиностроения: транспортном, судостроении, сельхозмашино­строении. С помощью сварки изготовляют железнодорожные ва­гоны, корпуса судов, трубопроводы, цистерны, корпуса редукторов, шкивы, зубчатые колеса и др.

Виды соединений: 1. Сваривание при местном или общем нагреве детали. 2. Сваривание при помощи пластического деформирования. 3. При совместном действии 1 и 2. Виды швов: 1. Стыковые – свариваемые стыки детали лежат в одной плоскости. 2. Нахлесточные – свариваемые детали накладывают друг на друга и сваривают 2мя сварными швами. 3. Угловые - свариваются под некоторым углом друг к другу. 4. Тавровые – при свариваемости образ «Т». Если шов выполнен с промежутками по длине, он называется преры­вистым. Если связь между частями в нахлесточном или тавровом со­единении осуществлена в отдельных точках, шов называется точечным. Точечные и шовные соединения делят на одно- и двусрезные, а по ко­личеству рядов точек в направлении линии действия силы— одно- и многорядные. Соединения выполняют с помощью стыковых и угловых швов. Различают термический, термомеханический и механиче­ский классы сварки. К термическому классу сварки относятся дуго­вая, электрошлаковая, электронно-лучевая и др., к термомеханиче­скому классу — контактная, диффузионная и др.; к механическому — холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитоимпульсная.

Дефекты сварки можно разделить на две группы: наружные — трещины, газовые поры, подрезы кромок, отклонения от заданных размеров и внутренние, ко­торые можно выявить только специальными методами контроля — внут­ренние трещины и газовые поры, непровар основного металла, шла­ковые включения. Подрезы ослабляют сечение основного металла в переходной (наиболее опасной) зоне. Непровар — отсут­ствие сплавления между наплавленным и основным металлом — может привести к ослаблению шва. Газовые поры и неметаллические включе­ния снижают плотность и прочность металла шва, его коррозионную стойкость. Трещины —наиболее опасный дефект сварного шва. На воз­можность их возникновения оказывает влияние химический состав металла, жесткость конструкции, концентрация напряжений, темпе­ратурный режим сварки.

При действии статических нагрузок разрушения сварных швов носят хрупкий характер и сопровождаются значительными пластиче­скими деформациями. Разрушение сварных деталей, находящихся под действием переменных напряжений, имеет усталостный характер, происходит непосредственно по шву или в основном металле в зоне, расположенной вблизи шва.

Угловые сварные швы выполняют нахлесточным соединением металла. Угловые сварные швы. В зависимости от внешней нагрузки бывают: 1. Лобовые швы (перпендикулярно напряжению силы). 2. Фланговые швы (шов параллелен вектору силы). Длина не менее 30 мм. 3. Косые. 4. Комбинированные.

В угловых швах концентрация напряжений выше, чем в стыко­вых. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений достига­ют значений Ко— 1,7...2,4 при автоматической и Ко— 2,3...3,2 при ручной сварке.

По форме поперечного сечения делят на: нормальный, прямой, выпуклый, вогнутый, улучшенный, улучшенный-вогнутый. Чем больше разница в катетах, тем прочнее. В расчеты угловых швов закладывают, в качестве катета, катет вписанного сечения шва прямоугольного треугольника. Угловые швы рассчитывают на срез. σ_ср^/ < [σ_ср^/]

Расчет ведут по наименьшему шву, расположенному в биссектрисной плоскости прямого шва. Минимальная площадь сечения шва равно Аmin=m*l=l*k*sin45=0.7*l*k Размер высоты опасного сечения шва равно m=0.7k условен, т.к. при сварке расплавляется основной металл. Фактически m>0.7k.

Условие прочности сварного лобового, флангового, комбинированного швов при действии растягивающей или сжимающей силы F τ_ш = F/A= F/(h_p*l_c) ≤ [τ _c^/] (1), где А – площадь среза углового шва, h_p – расчетная толщина шва, l_c – длина углового шва, равная сумме длин всех швов (длина периметра швов).

Расчетная толщина шва зависит от расчетного катета углового шва k, равного катету вписанного в поперечное сечение шва равнобед­ренного прямоугольного треугольника: h_p = kβ. Коэффициент β = 1...0,7 учитывает способ выполнения шва. Обычно принимают h_p = 0.7k, что увеличивает запас прочности.

Если рассчитывают фланговые швы соединения листа с уголком, то длина швов принимается обратно пропорциональной расстояниям между ними и линией действия растягивающей силы F: l₁ = l_c/b и l₂ = l – l₁, где l_c — суммарная длина шва.

При действии изгибающего момента М_и на соединение с одним швом τ_ш = M_и/W _и= 6M_и/(h_pl²)≤ [τ _с^/]; (2)

с двумя швами τ_ш = М_и/(ВА) = M_n/(Bh_pl) ≤ [τ _с^/]. где В = (b + 2k/3) — плечо реактивной пары сил (расстояние между центрами тяжести сварных швов).

При действии поперечной силы F_п, создающей относительно шва момент пары сил М_И= F_п,а, результирующие касательные напряжения должны удовлетворять условию (3) Составляющие τ_шF и τ_шM определяют по формулам (1) и (2).

При действии силы под углом к направлению шва ее необходимо разложить по направлениям перпендикулярному и параллельному шву, определить напряжения τ_{ш n} и τ_{ш τ} по формуле (1), т_ш. мпо формуле (2) и результирующее касательное напряжение по формуле (3):

Угловые швы, испытывающие переменные напряжения, рассчи­тывают на выносливость по напряжениям среза, определяемым по формуле (1) при условии τ_ш ≤ [τ _R^/], и нормальным напряжениям в основном металле по условию σ ≤ [σ_p].

Для швов таврового соединения, нагруженного растягивающей силой F, при ручной сварке условие прочности

τ_ш = F/(2h_p*l) = F (2*0.7kl) ≤ [τ _с^/]; При автоматической сварке с полным проваром условие прочности такое же, как для стыкового шва:σ_ш = F/ (hl) ≤ [σ_р^/].