2.2. Види зварних з'єднань і типи зварних швів

За призначенням зварні з'єднання розділяються на міцні, що забез­печують достатню міцність з'єднання, і міцнощільні, які застосовуються в тому випадку, коли крім високої міцності від шва потрібна і герметичність.

У залежності від розташування з'єднуваних деталей розрізняють наступні види зварних з'єднань: стикові (рис. 2.1, а), внапуск (рис. 2.1, б), кутові (рис. 2.1, в) і таврові (рис. 2.1, г).

Стикові з'єднання – найбільш раціональні, тому що зварені встик деталі майже цілком заміняють суцільні і мають мінімальну вагу. Завдяки цьому стикові з'єднання одержали широке поширення.

Рис. 2.1. Види зварних з‘єднань у залежності від розташування

зварюваних деталей

Рис. 2.2. Види підготовки

кромок зварюваних деталей

Для отримання якісного шва застосовують підготовку кромок у залежності від товщини зварюваних деталей, технології зварювання і розташування шва. Так, при ручному дуговому зварюванні застосовуються такі види підготовки кромок: без скосу кромок (кромки деталей не обробляються) – товщина зварю­ваних дета­лей  8 мм (рис. 2.2, а); V-подібна –  = 3…26 мм (рис. 2.2, б); Х-подібна –  = 12…60 мм (рис. 2.2, в); U-подібна –  = 20…60 мм (рис. 2.2, г). Виконують скос однієї або двох кромок.

Зварні шви стикових з‘єднань нази­вають стиковими; зварні шви вна­пуск, кутові і таврові – кутовими.

За формою перерізу кутові шви підрозділяють на нормальні, виконані з перерізом у вигляді рівнобедреного пря­мокутного трикутника (рис. 2.3, а); спеці­альні з перерізом у вигляді прямо­кутного нерівнобедреного трикутника (рис. 2.3, б); увігнуті (рис. 2.3, в); опуклі (рис. 2.3, г). Найбільш поширені нормальні шви.

Рис. 2.3. Види перерізів зварних швів

Коли стикове з‘єднання не забезпечує необхідну рівноміцність із суцільним металом, застосовують з‘єднання з накладками (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Зварне з‘єднання з накладками

Відносно сили, що діє на шов, розрізняють такі шви: лобові, розташовані перпендикулярно до напряму сили (рис. 2.5, а); флангові, розташовані пара­лельно до напряму сили (рис. 2.5, б); косі, розташовані під кутом до напряму сили (рис. 2.5, в); комбіновані, що складаються з двох або трьох названих швів (рис. 2.5, г).

Рис. 2.5. Види зварних швів у залежності від нампрямку дії прикладеної сили

2.3. Розрахунок зварних з‘єднань

Основною вимогою при проектуванні зварних конструкцій є забез­печення рівноміцності шва і з'єднуваних ним деталей. Відповідно до цого в залежності від розмірів і розташування зварних деталей установлюють відпо­відний для даного з'єднання тип шва. Якщо зварне з'єднання здійснюється кіль­кома швами, то їх розташовують так, щоб вони були навантажені рівномірно.

При розрахунку на міцність стикових швів потовщення (наплив металу) не враховують. Крім того приймають наступне припущення: навантаження роз­поділяється рівномірно по довжині шва; напруження розподіляється рівномірно по площі перерізу шва. У залежності від напрямку сил, що діють на стиковий шов, його розраховують на розтяг (рис. 2.6):

Рис. 2.6. Розрахункова

схема стикового

зварного з‘єднання

(2.1)

або стиск:

, (2.2)

де і– відповідно розрахункове напруження у шві при розтягу або стиску;F – сила, що розтягує або стискає з‘єднувані деталі; l – довжина шва (приймається рівною ширині з‘єднуваних деталей);  – товщина більш тонкої зі з‘єднуваних деталей; [] та [] – відповідно допустимі напруження у зварному шві при розтягу та стиску, величина яких дорівнює допустимому напруженню для матеріалу з‘єднуваних деталей, помноженому на коефіцієнт, що залежить від виду технологічного процесу зварювання і типу електроду (вибирається здовідників).

Кутові шви розраховують на зріз по найменшій площі перерізу, роз­ташованого в бісекторній площині прямого кута поперечного перерізу шва (рис. 2.7, а). У розрахунковому перерізі товщину кутового шва приймають рівною 0,7k (h=k cos 450,7k, де k= – катет поперечного перерізу шва, який приймається, як правило, рівним найменшій товщині зварюваних деталей ).

Рис. 2.7. Розрахункова схема кутового зварного з‘єднання

При дії на кутовий шов сили F (рис. 2.7, б; силу F сприймають два шви) його розраховують по формулі

, (2.3)де – розрахункове напруження зрізу в шві;l – довжина шва; [] – допустиме напруження на зріз зварного шва, яке знаходять у залежності від матеріалу зварюваних деталей, виду технологічного процесу зварювання і типу електроду у відповідних таблицях.

Довжину лобового шва (рис. 2.7, а) приймають рівною подвоєній ширині деталі, що приварюється, (з‘єднання утворюється двома швами); довжину кутового флангового шва визначають з умови міцності шва (2.3):

. (2.4)

Допустимі напруження зварних швів при статичних навантаженнях при­ймаються в залежності від допустимих напружень на розтяг основного металу і від методу зварювання та типу електроду.

При змінних навантаженнях значення допустимих напружень знижують множенням на коефіцієнт

, (2.5)де – ефективний коефіцієнт концентрації напружень;а та b – числові коефіцієнти, які вибирають в залежності від зварюваного матеріалу (для вуглецевих сталей а =0,58; b = 0,26); – коефіцієнт асиметрії циклу навантаження шва.

У формулі (2.5) верхні знаки приймають, якщо більшим є абсолютне значення напруження розтягу, а нижні – стиску. Якщо при розрахунку отримують , то приймають.