Комбинированные соединения

Комбинированное соединение может применяться в случае особой необходимости, когда напряжения в основном металле больше допустимых для сварных швов (R_wy = 0,85 R_y). В этом случае для обеспечения равной прочности сварного соединения основному сечению стыковые швы усиливаются двусторонними накладками (рис. 10.31). Такое соединение допустимо при работе на статические нагрузки.

Рис. 10.31. Усиление стыкового шва накладками

Перед наложением накладок усиление сварного шва (валик шва) снимается наждачным кругом.

При расчете комбинированного соединения условно принимается, что напряжение в стыковом шве и накладках одинаково и определяется по формуле

σ = N / (A_w + ∑A_н) ≤ R_wyγ_c,

где A_w – площадь сечения сварных швов, равная площади сечения соединяемых элементов;

∑A_н – суммарная площадь сечения накладок;

R_wy – расчетное сопротивление стыкового шва сжатию или растяжению;

γ_c –коэффициент условий работы.

Пример 10.6. Рассчитать сварное соединение полос из стали С245 встык, выполненное ручной сваркой электродами Э42 с визуальным контролем качества шва. Растягивающая сила N = 1400 кН. Размер сечения полос b × t = 300×20 мм. Расчетное сопротивление стали при толщине проката до 20 мм включительно R_y = 240 МПа, нормативное сопротивление по временному сопротивлению R_un = 370 МПа (см.табл. 2.3). Коэффициент условий работы γ_c = 1,0. Режим сварки нормальный.

Выполняем прямой стыковой шов, концы шва выводим на планки. Расчетное сопротивление стыкового шва в соединении, работающем на растяжение (качество шва не проверено физическими способами контроля) определяется по формуле

R_wy = 0,85 R_y = 0,85 · 240 = 204 МПа = 20,4 кН/см².

Проверяем прочность стыкового шва:

σ_w = N / A_w = 1400 / 60 = 23,33 кН/см² > R_wyγ_c = 20,4 кН/см²,

где A_w = tl_w = 2 · 30 = 60 см²;

l_w = b = 30 см.

Условие прочностишва не выполняется.

Производим усиление сварного соединения двумя ромбическими накладками минимальной толщины сечением 250×6 мм каждая.

Площадь накладки A_н = t_нb_н = 0,6 · 25 = 15 см².

Для уменьшения концентрации напряжений ширина накладок не должна сильно отличаться от ширины соединяемых листов – b_н = b – 2 · 2,5 = = 30 – 5 = 25 см.

Определяем напряжения в стыковом шве:

σ = N / (A_w + 2 A_н) = 1400 / (60 + 2 · 15) = 15,56 кН/см² < R_wyγ_c = 20,4 кН/см².

Усилие, воспринимаемое каждой накладкой:

N_н = σ A_н = 15,56 · 15 = 233,4 кН.

Задаемся максимальным катетом шва, равным толщине накладки, k_f = t_н = 6 мм.

Определяем расчетные сопротивления сварного шва сдвигу при ручной сварке:

R_wf = 180 МПа = 18 кН/см² – при расчете по металлу шва, принимается по табл. 2.7;

R_wz = 0,45 R_un = 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см² – при расчете по металлу границы сплавления.

Коэффициенты проплавления сварного шва принимаем для ручной сварки: β_{f =} 0,7 и β_z = 1,0.

Коэффициенты условий работы шва γ_wf = γ_wz = 1,0.

Определяем, какая из проверок (по металлу шва или по металлу границы сплавления) имеет решающее значение:

β_f R_wf = 0,7 · 180 = 126 МПа < β_z R_wz = 1 · 166,5 = 166,5 МПа.

Расчет производим по металлу шва.

Усилие в накладке должно быть воспринято приваркой накладки, откуда определяем требуемую суммарную длину угловых швов, необходимых для прикрепления накладки с одной стороны стыка:

Σl_w = N_н / (β_f k_f R_wf γ_wfγ_с)=233,4 / (0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 30,87 см.

Принимаем два шва (с учетом дефектов в начале и конце шва по 0,5 см) длиной

l_w = Σl_w / 2 + 2 · 0,5 = 30,87 / 2 + 1 = 16,44 см ≈ 17 см.