РАБОТА И РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ

Прочность сварных соединений зависит от: прочности основного металла соединяемых элементов, прочности наплавленного металла шва, формы и вида соединения и связанного с этим распределения напряжений в соединении, характера силового воздействия на соединение, технологии сварки.

Прочность наплавленного металла шва определяется составом электродной проволоки, составом обмазки или флюса при механизированной сварке и технологией сварки. Рекомендация применения сварочных материалов при дуговой сварке конструкции из сталей разных классов помещена в табл. 5.1. Применение этих материалов при правильном технологическом процессе обеспечивает получение прочностных характеристик металла соединения не ниже характеристик основного металла, что видно из табл. 5.1. Однако при некачественном выполнении шва в нем могут оказаться поры, газовые и шлаковые включения и прочие внутренние дефекты, которые являются внутренними источниками концентрации напряжений и будут ослаблять шов при его работе на растяжение. Поэтому стыковой шов, работающий на растяжение, принимается равнопрочным, основному металлу только в том случае, если он будет надежно проверен одним из физических методов контроля (просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами, проверка ультразвуком) и признан годным к эксплуатации. На стыковые швы, работающие на сжатие или срез, влияние возможных внутренних источников концентрации oнапряжений (газовые и шлаковые включения, поры и т. п.) оказывается меньшим, а потому применение физических методов контроля для них не является обязательным. Это позволяет принимать для таких швов расчетные сопротивления равными сопротивлению основного металла.

Угловые швы (лобовые и фланговые) всегда испытывают совокупность воздействий осевой силы, изгиба и среза, имеют значительную концентрацию напряжений и их расчет носит условный характер.

1. Работа и расчет соединений стыковых швов

Хорошо сваренные встык соединения имеют весьма небольшую концентрацию напряжений у начала наплава шва, поэтому прочность таких соединений при растяжении или сжатии в первую очередь зависит от прочностных характеристик основного металла и металла шва. Различия разделки кромок соединяемых элементов не влияют на статическую прочность соединения и могут не учитываться.

В стыковом шве при действии на него центрально-приложенной силы N распределение напряжений по длине шва принимается равномерным, рабочая толщина шва принимается равной меньшей из толщин соединяемых элементов. Поэтому напряжение в шве, расположенном перпендикулярно оси элемента, определяется по формуле:

Для стыковых соединений, в которых невозможно обеспечить полный провар по толщине свариваемых элементов путем подварки корня шва или применения остающейся стальной подкладки, в формуле (5.1) вместо t следует принимать 0,7t.

Расчетное сопротивление стыкового соединения, выполненного автоматической, полуавтоматической или ручной сваркой материалами, рекомендованными табл. 5.1, принимается: при сжатии соединения независимо от методов контроля RCB = R; при растяжении (осевом или при изгибе) соединения, проверенного физическими методами контроля, RCB=R; при растяжении соединения, не проверенного физическими методами контроля, RCB=0,85R; при сдвиге соединения R =RCP, где R и RCP - расчетные сопротивления основного металла.

Если расчетное сопротивление сварки в стыковом соединении /?св меньше расчетного сопротивления основного металла и в стыкуемом элементе действующие напряжения превышают RCB, то для увеличения длины шва его делают косым. Косые швы с наклоном реза tg a = 2 : 1, как правило, равнопрочны с основным металлом и потому не требуют проверки.

В отдельных случаях, когда необходимо снизить напряжение, например при вибрационной нагрузке, приходится рассчитывать и косые швы. Разложив действующее усилие на направление, перпендикулярное оси шва, и вдоль шва, находим напряжения:

При действии изгибающего момента на соединение напряжения в шве

Сварные соединения встык, работающие одновременно на нормальные напряжения и срез, проверяют по формуле:

2. Работа и расчет соединений, выполненных угловыми швами

Угловыми швами выполняются соединения внахлестку, и они могут быть как фланговыми, так и лобовыми.

Фланговые швы, расположенные по кромкам прикрепляемого элемента параллельно действующему усилию, вызывают большую неравномерность распределения напряжений по ширине соединения. Неравномерно работают они и по длине, так как помимо непосредственной передачи усилия с элемента на элемент концы шва испытывают дополнительные усилия вследствие разной напряженности и неодинаковых деформаций соединяемых элементов в области шва.

Неравномерность работы шва по длине заставляет ограничивать расчетную длину шва на величину не менее 4kш, или 40 мм и не более 85kш (за исключением швов, в которых усилие возникает на всем протяжении шва, например поясные швы в балках).

Таким образом фланговый шов, сильно меняющий силовой поток, вызывает значительную неравномерность распределения напряжений в соединении. В соответствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва обычно начинается с конца и может происходить как по металлу шва, так и по основному металлу на границе его сплавления с металлом шва, особенно если наплавленный металл прочнее основного.

Лобовые швы передают усилия равномерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой. Особенно велики напряжения в корне шва. Уменьшение концентрации напряжений в соединении может быть достигнуто плавным примыканием привариваемой детали, механической обработкой (сглаживанием) поверхности шва и конца накладки, увеличением пологости шва (например, шов с соот-ношением катетов 1 : 1,5), применением вогнутого шва и увеличением глубины проплавления.

Эти приемы уменьшения концентрации напряжений в соединении особенно желательно применять в конструкциях, работающих на переменные нагрузки и при низкой температуре.

Разрушение лобовых швов от совместного действия осевых, изгибных и срезывающих напряжений, возникающих при работе соединения, происходит аналогично фланговым швам по двум сечениям.

Ввиду сложности действительной работы угловых швов расчет их носит условный характер и хорошо подтвержден экспериментальными данными. Они рассчитываются независимо от ориентации шва по отношению к действующему усилию (фланговые и лобовые); усилие принимается равномерно распределенным вдоль шва и рассматривается возможность разрушения шва от условного среза по одному из двух сечений.

По металлу шва:

По основному металлу по границе его сплавления с М'Лаллом шва:

См. табл. 5.3.

При расчете следует предварительно определить, какая из двух проверок- по металлу шва или по металлу границы сплавления - будет иметь решающее значение, для чего надо сравнить произведения и ; меньшее из них будет иметь решающее значение.

Часто удобнее определять необходимую длину швов, задаваясь их толщиной kШ.

В соединениях обычно толщину швов kШ задают равной меньшей из толщин соединяемых элементов, а расчетная длина швов соединения равна сумме расчетных длин двух швов.

Если lШ , полученное по формуле (5.8), превышает допустимую расчетную длину шва в 85kШ, то приходится определять уже не длину, а толщину шва kШ исходя из его возможной расчетной длины:

При действии силы на "фасонку", прикрепленную двумя угловыми швами к элементу, на швы будут действовать сдвигающая сила и изгибающий момент. Напряжения от силы сдвига и момента, действующие на одну площадку, но в перпендикулярных направлениях должны геометрически суммироваться.

По металлу шва

По металлу границы сплавления

При прикреплении угловыми швами несимметричных профилей, например уголков, желательно, чтобы линия действия усилия проходила через центр тяжести соединения, т. е. площади швов должны быть распределены обратно пропорционально расстояниям от шва до оси элемента.

Таким образом, при общей требуемой площади швов

Площадь большего шва на "обушке" уголка

Площадь меньшего шва на "пере" уголка

[ К следующей главе | Вверх по странице | К оглавлению | К предыдущей главе ]