Сварные соединения

1

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы: ознакомиться с методикой расчета сварных соединений деталей машин при различных видах их нагружения, получить навыки решения задач по расчету стыковых и угловых сварных швов.

2.КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

2.1 Сварные соединения и сварные швы

Существуют пять видов сварных соединений: стыковые, нахлесточные, угловые, тавровые и комбинированные.

Затвердевший после сварки слой материала, расположенный между соединяемыми деталями, называется сварным швом.

Сварные швы стыковых соединений называются стыковыми, а сварные швы остальных (кроме комбинированных) – угловыми.

По расположению сварных швов относительно действующей силы различают лобовые, фланговые и косые сварные швы.

Расчет сварных соединений сводится к расчету и конструированию стыковых и угловых сварных швов.

2.2Расчет и конструирование стыковых сварных швов

Взависимости от вида нагружения стыковых швов (рис. 1) их соответственно рассчитывают на:

М 

Рисунок 1 – Виды нагружения стыковых сварных швов

2

а) растяжение (сжатие) при действии силы F (случай нагружения  на рис. 1):

где 'p(c) – расчетное напряжение в шве при растяжении (сжатии);

– толщина более тонкой свариваемой детали;– длина шва.

б) по нормальным напряжениям ' при действии на шов изгибающего момента М в плоскости приварки (на рис. 1 случай нагружения ):

в) по нормальным напряжениям ' при совместном действии момента М и растягивающей (сжимающей) силы F:

четного сечения при изгибе; [ 'р ] – допускаемое напряжение на

растяжение в сварном шве, определяемое в зависимости от допускаемого напряжения [ р ] основного материала соединяемых

деталей для каждого рода материала, вида сварки и типа электрода (приложение А, таблицы А.1 и А.2).

Задачи по расчету стыковых сварных швов приведены в приложении Б.

2.3 Расчет и конструирование угловых сварных швов

Угловые швы рассчитывают по наименьшей площади сечения, расположенного в биссекторной плоскости прямого угла поперечного сечения шва (рис. 2).

Рисунок 2 – К расчету углового шва

В расчетном сечении толщину углового шва принимают равной 0,7 К; где К – катет поперечного сечения шва.

При действии на угловой шов растягивающей силы F (случай нагружения  на рис. 2):

где с' – расчетное напряжение среза в шве;– длина шва;

[ c' ] – допускаемое напряжение на срез шва.

Если соединение угловым швом нагружено изгибающим моментом М в плоскости приварки, то расчет производят по формуле

В случае нагружения углового сварного шва изгибающим моментом М и поперечной силой Q, действующей параллельно расположению шва, общие касательные напряжения в сварном шве будут равны геометрической сумме напряжений возникающих от момента M и поперечной силы Q .

В таком случае условие прочности имеет следующий вид:

4

Задания по расчету угловых сварных швов приведены в приложении В.

3.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СВАРНЫХ ШВОВ

3.1Расчет стыкового шва

Задача

Определить, какую наибольшую сжимающую силу F можно приложить к стыковому сварному шву длиной =86 мм, соединяющего две полосы из стали Ст. 3 толщиной δ=6 мм (случай нагружения  на рис. 1). Сварка выполнена вручную электродом Э34.

Решение

Наибольшая сжимающая сила F определяется из уравнения (1), как

F [ 'p ], кН.

Допускаемое напряжение [ 'p ] для данного материала, вида

сварки и типа электрода определяется из таблиц А.1 и А.2 в приложении А.

Для стали Ст.3, с допускаемым напряжением [ р ]=160 МПа

(таблица А.1), при ручной сварке электродом Э34 (таблица А.2) допускаемое напряжение будет равно

[ 'p ] 0,9[ р ] 0,9 160 144МПа. Тогда наибольшая сжимающая сила будет равна

F 86 6 144 10 3 74 кН.

Ответ

Наибольшая сжимающая сила, которую способен выдержать стыковой сварной шов длиной =86 мм, соединяющий две полосы из стали Ст. 3 толщиной δ=6 мм, равна 74 кН.

5

3.2 Расчет углового шва

Задача

Рассчитать угловой сварной шов, нагруженный растягивающей силой F=10 кН, =90 мм, соединяющего нахлесточным сварным соединением две полосы из стали Ст. 3 толщиной S=6 мм (смотри рисунок 2). Сварка автоматическая электродом Э50А.

Решение

Расчетные касательные напряжения на срез [ c' ]при действии растягивающей силы F определяются по уравнению (4), как

Допускаемые напряжения среза [ c' ] при действии силы F для стали Ст.3, с допускаемым напряжением [ р ]=160 МПа (прило-

жение А, таблица А.1), для автоматической сварки электродом Э50А определяются (приложение А, таблица А.2), как

[ 'p ] 0,6[ р ] 0,6 160 96 МПа. Таким образом

с' 10 10 3 26,5 МПа [ с' ] 96 МПа. 0,7 6 90

Ответ

Прочность шва обеспечена

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Иванов М. Н. Детали машин. – М.: Высш. шк., 1984. – 336 с. 2 Гузенков П. Г. Детали машин. – М.: Высш. шк., 1986. – 359 с. 3 Спицын Н. А. Сборник задач по деталям машин / Н. А.

Спицын, И. И., Капканец [и др.]. – М.: Высш. шк., 1969. – 288 с.

4 Ничипорчик С. Н. Детали машин в примерах и задачах / С. Н. Ничипорчик, М. И. Корженцевский [и др.]. – Минск: Высш. шк., 1981. – 432 с.

6

ПРИЛОЖЕНИЕ А Таблица А.1

7

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Задача 1.

Две полосы из стали Ст.3 соединены стыковым швом и нагружены силой F (рис. Б.1). Определить допускаемую силу [F], воспринимаемую швами, выполненными по следующим вариантам:

а) сварка ручная дуговая электродом Э42А, б) сварка ручная электродами обычного качества Э34, в) контактная точечная сварка.

Размеры шва приведены в таблице Б.1.

8

Задача 2.

Проверить прочность стыкового шва при действии растягивающей силы F (рис. Б.2). Материал, тип электрода и размеры приведены в таблице Б.2.

F

Рисунок Б.2

Таблица Б.2

9

Задача 3.

Рассчитать сварное стыковое соединение двух горячекатаных полос толщиной (полоса 40 ГОСТ 103-76) из стали Ст.3СП, испытывающей действие изгибающего момента М (рис. Б.3). Сварка ручная электродами повышенного качества Э42А и Э50А. Параметры и М приведены в таблице Б.3.

M

40

Рисунок Б.3

Таблица Б.3