План. 1. Сварные соединения. Общие сведения. 2. Расчет стыковых швов. 3. Расчет угловых швов 4. Конструктивные требования, предъявляемые к сварным швам.. 5. Соединения на болтах и заклепках.
Неразъемными называют соединения, разъединение которых невозможно без разрушения соединяемых деталей или соединяющего материала. К ним относят заклепочные, сварные клеевые, паяные соединения, а также соединения с натягом.
Сварка — это технологический процесс получения неразъемного соединения металлических или неметаллических деталей с применением нагрева (до пластического или расплавленного состояния
Достоинства сварных соединений: а) снижение расхода стали на 10—20 %; б) уменьшение трудоемкости изготовления до 20 %; в) сравнительная простота автоматизации; г) возможность создания конструкций, невыполнимых при других типах соединений. недостаток сварных соединений — чувствительность к концентрациям напряжений, в результате чего при воздействии низких температур и динамических нагрузок возможно их хрупкое разрушение.
Нахлесточное соединение: а — соединение лобовыми швами; б — соединение фланговыми швами
Стыковые швы имеют преимущественное распространение вследствие простоты конструкции. В зависимости от толщины свариваемых деталей и обработки кромок стыковые швы делят на следующие типы: - шов с отбортовкой кромок (рис. 8, а) — рекомендуется для тонколистовых материалов (8 < 2 мм); одна или две кромки деталей отбортовываются; - односторонний без скоса кромок (рис. 8, б) — шов сваривается без обработки кромок листов при их толщине 8 < 8 мм; - односторонний со скосом одной кромки (рис. 8, в) — обрабатывается только одна кромка деталей толщиной 8 < 12 мм; - односторонний со скосом двух кромок (рис. 8, г) — применяется при толщине деталей 8 < 25 мм; - двусторонний с двумя симметричными скосами одной кромки (рис. 8, д) — кромки обрабатываются у одной детали с двух сторон, толщиной 8 до 40 мм; - двусторонний с двумя симметричными скосами двух кромок (рис. 8, е) — толщина свариваемых деталей 8 >> 60 мм
Угловые швы применяют в нахлесточных соединениях, в соединениях с накладками, в тавровых и угловых соединениях. По своей прочности они уступают стыковым швам. По профилю поперечного сечения угловые швы могут быть: - нормальные (рис.10, а); катет шва принимается равным толщине листа (К= 5); - вогнутые (рис.10, б) с катетом шва К= 0,85; - выпуклые (рис.10, в); - специальные (рис.10, г ); их профиль представляет неравнобедренный прямоугольный треугольник (один из катетов K =δ ). Типы угловых швов: а — нормальный; б — вогнутый; в — выпуклый; г — специальный
Расчет стыковых соединений. Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис.11, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали.
Условие прочности: (1) где, — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F — нагрузка, действующая на шов; δ — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); l ш — длина шва.
Целью этого расчета является определение длины шва. Исходя из основного условия прочности (1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле
Для улучшения качества шва при толщинах более 8—10 мм необходимо выполнять разделку кромок стыкуемых элементов При выполнении соединений могут возникать пороки шва : в начале движения электрода — непровар, при отрыве электрода — кратер. Наличие некачественных участков шва учитывается в расчетах уменьшением длины шва по сравнению с длиной соединяемых элементов
Стыковые швы — самые надежные, они вызывают наименьшие концентрации напряжений. Стыковые швы при сжатии равнопрочны основному металлу, а при растяжении прочность их на 15% меньше. Слабое место любого шва — его начало и конец, поэтому расчетную длину шва принимают меньше фактической длины (на непровар в начале и на кратер в конце шва). В стыковых швах длина шва уменьшается на две толщины соединяемых элементов
Условие прочности
Угловые сварные швы рассчитывают по двум сечениям: по металлу шва (сечение 1) и по металлу границы сплавления (сечение 2):
а) расчет по металлу шва: б) расчет по границе сплавления : где, − - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в районах Севера; — расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10мм, мм; — расчетное сопротивление углового шва, при расчете по металлу шва, принимается по таб.56 СНиП II -23-81*; — расчетное сопротивление углового шва при расчете границе сплавления, определяется по формуле. - высота катета шва, минимальные катеты швов назначаются по таб. 38*СНиП II -23-81*.
Для предупреждения возможности хрупкого разрушения необходимо : а) предпочитать стали спокойных плавок, марку стали и материалы для сварки выбирать строго в зависимости от условий работы конструкции; б) стремиться к снижению концентраций напряжений, сварочных напряжений и деформаций; в) избегать сварки при низких температурах.
Для уменьшения концентрации напряжений необходимо а) избегать пересечений швов и скоплений их в одном месте; б) принимать число и размеры сварных швов минимально необходимыми; в) предпочитать угловым швам стыковые (с подваркой корня); г) избегать резких геометрических концентраторов напряжений (острых и прямых входящих углов, надрезов, щелей, резких изменений сечений и т. п.); д) переходы от одной толщины (ширины) к другой устраивать плавными;
Достоинства болтовых соединений: их использование значительно проще, так как не требуется сварочное оборудование. недостатки болтовых соединений : а) сравнению со сварными соединениями более металлоемки; б) отверстия для болтов ослабляют сечения соединяемых элементов
Болты грубой и нормальной точности используются трех диаметров—16, 20, 24мм и двух классов прочности— 5.8 и 5.6 (первое число, умноженное на 100, определяет минимальное временное сопротивление, МПа; произведение чисел, умноженное на 10, равно пределу текучести, МПа).
Основной вид работы болтовых (заклепочных) соединений — работа на сдвиг Разрушение соединения может быть от: 1) перерезывания болтов по плоскости среза 2) смятия поверхностей отверстий сопрягаемых элементов
Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом, определяют по формулам
