Сварные соединения

Соединение частей в одно целое при сварке получается за счёт местного нагрева соединяемых частей до расплавленного или пластического состояния. Достоинства. Сварное соединение является самым совершенным из неразъёмных соединений. Сваркой можно соединять как металлические, так и неметаллические детали. Его преимуществами являются: равнопрочность по отношению к соединяемым деталям; экономияматериала и уменьшения веса конструкции по сравнению с заклепочным соединением; высокая производительность и простота процесса сварки. Недостатками сварных соединений являются появления температурных напряжений и концентрация напряжений, а также возможность коробления при сваривании тонкостенных элементов; возможность существования скрытых (невидимых) дефектов (трещин, непроваров, шлаковых включений), снижающих прочность соединений; недостаточная надёжность при значительных вибрационных и ударных нагрузках.

Способы сварки. Наиболее распространёнными способами сварки являются: электродуговая, контактная, автоматическая, газовая, в защитной среде инертных газов и в вакууме, электронным лучом, давлением в вакууме (диффузионная сварка) сварка ультразвуком, холодная сварка и сварка трением.

Виды сварных соединений. По взаимному расположению соединяемых элементов сварные соединения разделяются на следующие группы: стыковые (рис. 7 а), внахлёстку (рис. 7 б), тавровые (рис. 7 в), угловые (рис. 7 г). В зависимости от расположения шва относительно линии действия силы F (рис.8) швы называются: лобовой, располагающийся нормально к направлению действующего усилия F; фланговый, располагающийся параллельно направлению силы F (рис. 3.2 а); косой, располагающийся под углом к направлению силы F (рис. 3.2 б).

Расчёт сварных швов. Так как соединение обычно разрушается по месту сварки, то основным критерием работоспособности сварных швов является их прочность.

Рассчитывают соединения в предположении равномерного распределения напряжений по сечению швов.

Стыковые швы. Стыковые сварные швы (рис.9 а) в зависимости от направления внешних сил испытывают деформации растяжения или сжатия. Расчёт стыковых соединений на статическую нагрузку ведётся по формуле:

(9)

где σ – расчётное напряжение в сварном шве, Па;

F – сила, нагружающая сварной шов, Н;

l − длина сварного шва, м;

s – расчётная толщина шва, равная наименьшей толщине свариваемых деталей;

− допускаемое напряжение сварного шва при растяжении, Па.

Нахлёсточные соединения. Экспериментальные исследования и практика показали, что фланговые и лобовые (угловые) (рис.9 б) швы разрушаются по сечению, проходящему по биссектрисе прямого угла. Площадь расчётного сечения

A= lk_рcos45˚=0,7k_рl, (10)

где l – общая длина (периметр) сварного шва;

k_р – расчётный катет шва.

С учётом (10) условие прочности для угловых швов имеет вид

, (11)

где [τ΄] – допускаемое напряжение в сварном шве при срезе (сдвиге).

При проектировании сварных швов обычно определяют длину сварного шва из условий (9) и (11).

Допускаемые напряжения для сварных швов при статической нагрузке определяют по табл. 1.

Таблица 1

Допускаемые напряжения для сварных швов

при статической нагрузке

Виды технологического процесса и тип электрода	Допускаемые напряжения
[σр΄]	[σс΄]	[τ΄]
Ручная сварка, электроды Э34	0,6[σ]	0,75[σ]	0,5[σ]
Ручная сварка, электроды Э42 и Э50	0,9[σ]	[σ]	0,6[σ]
Автоматическая и полуавтоматическая сварка под слоем флюса; сварка в среде защитного газа, ручная сварка электродами высшего качества (Э42А, э50А)	[σ]	[σ]	0,65[σ]

При переменных нагрузках допускаемые напряжения должны быть понижены путём умножения на коэффициент γ, значения которого принимают: для стыковых швов при переменной знакопостоянной нагрузке γ =1, при знакопеременной нагрузке

(12)

для угловых швов при всех видах переменной нагрузки

(13)

В формулах (12), (13) F_max и F_min – наибольшая и наименьшая по абсолютной величине силы, значения которых подставляют в формулы со своими знаками.