Сваркой изготавливают станины, рамы, корпуса редукторов, зубчатые колеса больших размеров, шкивы, цистерны, трубы, корпуса морских судов и т. п

Сварные соединений образуются путем местного нагревания деталей в зоне их соединении. При нагреве устанавливаются межатомные связи между свариваемыми частями.

Сваркой изготавливают станины, рамы, корпуса редукторов, зубчатые колеса больших размеров, шкивы, цистерны, трубы, корпуса морских судов и т. п.

Существует много методов сварки (более 60), которые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением (газовая, высокочастотная, дуговая и др.) и сварка пластическим деформированием (контактная, стыко­вая, точечная и др.)

Наиболее распространены дуговая и контактная виды электросварки.

Для дуговой сварки применяют электроды Э42, Э42А, Э46 и др. Число после буквы Э, умноженное на 10, обозначает минимальное значение временного сопротивления метала шва; буква А — повышенное качество электрода.

Достоинства: экономия материала (сварные конструкции легче клепаных на 20...25 %); герметичность соединений; возможность соединения деталей любых криволинейных профилей и толщины; значительно меньшая трудоемкость но сравнению с заклепочными соединениями.

Недостатки: невысокое качество шва; высокая концентрация напряжения в зоне сварных швов; при переменных режимах нагружения прочность сварных швов невысокая.

Основные типы сварных соединений. Технология, обозначения, классификация и конструктивные элементы сварных шкивов к сварных швов и сварных соединений регламентированы соответствующим ГОСТом.

В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов различают следующие типы сварных соединений.

Стыковые соединения простые и надежные в сравнении с другими соединениями. Применяется ручная дуговая сварка и автоматическая - шов образуется за счет основного металл а. Стыковые соединения применяются в самых простых случаях (рис. 1.1.1) и в конструкциях, работающих при пе­ременных напряжениях.

В зависимости от толщины соединяемых элементов соединения выполняют без подготовки кромок или с подготовкой.

Нахлёсточные соединения выполняют угловыми швами с различной фор­мой сечения (рис. 1.1.2, 1.1.3).

Основные характеристики углового шва (рис. 1.1.3): катет шва — К и вы­сота шва h.

Для нормального шва .

Рисунок 1.1.1 - Стыковые соединения

Рисунок 1.1.2 - Нахлесточные соединения угловыми швами:

а, б — лобовые, расположенные перпендикулярно линии действия cилы F: а - фланговые параллельно действию силы Р; г – комбинированные швы.

Рисунок 1.1.3 - Виды угловых швов:

а — нормальный профиль шва; К — катет шва; δ — толщина сварного листа; б — вогнутый шов обеспечивает плавный переход, вследствие чего снижается концентрация напряжений. Применяют в ответственных конструкциях, так как механическая обработка удорожает конструкцию; в – выпуклый шов повышает концентрацию напряжений, применять нерационально; г — специальный шов, применяют при переменных нагрузках.

По условиям технологии принимают , если толщина листа мм.

Расчет на прочность сварных соединений. Основным критерием работоспособности швов сварных соединений является прочность.

Исходным условием проектирования соединений является равнопрочность шва и соединяемых деталей.

Стыковые соединения (рис. 1.1,1, а)

Расчет производят по напряжениям растяжения или сжатия по площа­ди А поперечного сечения соединяемых деталей. Условие прочности:

где F — сила, действующая в соединении, Н; — толщина шва (принимается равной толщине детали), мм; — длина шва, мм; расчетное напряжение для шва, МПа; — допускаемое напряжение для шва (табл. 1.1). МПа.

При статической нагрузке допускаемые напряжения для сварных швов определяют как часть от на растяжение основного металла:

где — предел текучести основного металла, МПа; — допускаемый ко­эффициент запаса прочности: - 1,35... 1,6 — для низкоуглеродистой ста­ли и 1,5...1,7 — для низколегированной стали.

Отношение к допускаемому напряжению основного металла детали является коэффициентом прочности сварного соединения.

—значение напряжений см. табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Допускаемые напряжения в швах

Вид технологического процесса сварки	Допускаемые напряжения в швах при
	Растяжении	Сжатии	Срезе [ ]
Автоматическая под флюсом, ручная электродами Э42А и Э50А, контактная стыковая			0,65
Ручная дуговая электродами Э42 и Э50, газовая сварка	0,9		0,6
Контактная точечная и шовная	-	-	0,5

В тех случаях, когда требуется повысить прочность соединения, применяют косые швы.

Расчет косого шва выполняют по формуле, в которой (рис. 1.1.4).

Рисунок 1.1.4 - Косой шов стыкового соединения

Значение предела текучести в зависимости от свариваемого материала (или от основного металла) — см. табл. 1.2.

Таблица 1.2 - Значения механических характеристик для некоторых марок сталей

Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел вынос-ливости , МПа	Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел вы- носливости , МПа
Ст3 и 10	340	200	160	30Х	800	640	280
20	400	240	170	30ХТСА	1000	900	300
35	500	300	180	ВТ16	1200	-	350
45	600	360	240

Стыковую сварку применяют не только как способ соединения дета­лей, но и как технологический способ изготовления самих деталей.

Нахлесточные соединения угловыми швами (рис. 1.1.2, 1.1.5). Угловые швы рассчитывают на срез по опасному сечению т — т, совпа­дающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная высота опасного сечения h = 0,7 К — для ручной сварки (сечение сечению т — т); h = К — для автоматической.

Рисунок 1.1.5 - Нахлесточные соединения угловыми швами

Условие прочности шва на срез:

где и — расчетное и допускаемое напряжения среза для шва, МПа (табл. 1.1.1); - расчетная длина шва, мм.

В соединении лобовыми швами , (рис 1.1.5), фланговыми — (рис. 1.1.2, в). В комбинированном шве .

Задача 1. Определить длину стыкового шва (рис. 1.2.1, а), соединяющего две полосы из СтЗ. Толщина полос =8 мм. Сила, действующая на соеди­нение, F = 50 кН, сварка электродуговая Э42.

Решение.

1.1. Для СтЗ =200 МПа (табл. 1.2), коэффициент запаса прочности [ s ] =1.4...1,6.

МПа.

1.2. Расчет на растяжение ведем по сечению соединяемых деталей и :

При ручной сварке (дуговой электродами Э42)

При расчете стыковых швов возвышение шва не учитывается.

Рисунок 1.2.1

Задача 2. Определить длину фланговых швов соединения полосы с косынкой из СтЗ из усло­вия прочности. F =80 кН, ширина полосы b =200 мм. Сварка ручная электродом Э42. Толщина деталей (рис. 1.2.1).

Решение.

2.1. Определяем допускаемые напряжения:

для соединяемых деталей.

Допускаемое напряжение среза шва (табл. 1.1)

2.2. Из условия прочности на растяжение определяем толщину полосы:

2.3. Принимая катет шва , из условия прочности шва на срез найдем длину фланговых швов:

Задача 3. Определить длину фланговых швов, прикрепляющих уголок к косынке (рис. 1.2.2). Соединение должно быть равнопрочным с уголком. Зна­чения допускаемых напряжений: для основного МПа, для сварно­го шва МПа; катет шва K = 10 мм. Уголок неравнополочный

Рисунок 1.2.2

Решение.

3.1. Из условия прочности уголка на растяжение определяем нагрузку F. По ГОСТ 8510—93 (табл. 1.4) площадь попереч­ного сечения А = 1970 мм².

3.2. Из условия прочности шва определяем суммарную длину фланго­вого шва:

отсюда L — суммарная длина шва.

3.3. Соблюдая условие равнопрочности, определяем l ₁ и l ₂, зная поло­жение центра тяжести уголка из ГОСТа: y ₀ =41,4 мм, y ₀= e ₁ (рис. 1.2.2):

где В — высота полочки (табл. 1.4).

Составим пропорцию:

Ответ: l ₁ = 3140 мм; l ₂ = 1560 мм.

Таблица 1.3 - Прокатная угловая равнополочная сталь (из ГОСТ 8509-86)

Номера профиля	Размеры		Площадь профиля А, см2	Справочные величины для осей									, см
	h	d		x - x
	мм			см4	см	max см4	max см	min см4		min см
2	20	3	1,13	0,40	0,59	0,63	0,75	0,17		0,39	0,60
		4	1,46	0,50	0,58	0.78	0,73	0,22		0,38	0,64
2,5	25	3	1,43	0,81	0,75	1,29	0,95	0,34		0,49	0,73
		4	1,86	1,03	0,74	1,62	0,93	0,44		0,48	0,76
2,8	28	3	1,62	1,16	0,85	1,84	1,07	0,48		0,55	0,80
3,2	32	3	1,86	1,77	0,97	2,80	1,23	0,74		0,63	0,89
			2,43	2,26	0,96	3,58	1,21	0,94		0,62	0,94
3,6	36	3	2,10	2,56	1,10	4,06	1,39	1,06		0,71	0,99
		4	2,75	3,29	1,09	5,21	1,38	1,36		0,70	1,04
4	40	3	3,55	3,55	1,23	5,63	1,55	1,47		0,79	1,09
		4	4,58	4,58	1,22	7,26	1,53	1,90		0,78	1,13
		5	3,79	5,53	1,20	8,75	1,54	2,30		0,79	1,17
4,5	45	3	2,65	5,13	1,29	8,13	1,75	2,12		0,89	1,28
		4	3,48	6,63	1,38	10,50	1,74	2,74		0,89	1,26
		5	4,29	8,03	1,37	12,73	1,72	3,33		0,88	1,30
5	50	3	2,96	7,11	1,55	11,30	1,95	2,95		1,00	1,33
		4	3,89	9,21	1,54	14,60	1,94	3,80		0,99	1,35
		5	4,80	11,20	1,53	17,83	1,92	4,63		0,98	1,42
5,6	56	4	4,38	13,10	1,73	20,80	2,18	5,41		1,11	1,52
		5	5,41	16,00	1,72	25,40	2,16	6,59		1,10	1,57
6,3	63	4	4,96	18,90	1,95	29,90	2,45	7,81		1,25	1,69
		5	6,13	23,10	1,94	36,60	2,44	9,52		1,25	1,74
		6	7,28	27,10	1,93	42,90	2,43	11,20		1,24	1,78
7	70	4,5	6,20	29,00	2,16	45,00	2,72	12,00		1,39	1,88
		5	6,86	31,90	2,16	50,70	2,72	13,20		1,39	1,90
		6	8,15	37,60	2,15	59,60	2,71	15,50		1,38	1,94
		7	9,42	43,00	2,14	68,20	2,69	17,80		1,37	1,99
		8	10,70	48,20	2,13	76,40	2,68	20,00		1,37	2,02
7,5	75	5	7,39	39,50	2,31	62,60	2,91	16,40		1,49	2,02
		6	8,78	46,60	2,30	73,90	2,90	19,30		1,48	2,06
		7	10,10	53,30	2,29	84,60	2,89	22,10		1,48	2,10
		8	11,50	59,80	2,28	94,60	2,87	24,80		1,47	2,15
		9	12,80	66,10	2,27	105,00	2,86	27,50		1,46	2,18