24. Работа и расчет сварных соединений со стыковыми сварными швами

Распределение напряжений по поперечному сечению стыковых швов с обработанной пов-тью, не имеющих внутр. дефектов (непроваров, трещин, пор), при действии продольной силы равномерно, поэтому напряжение определяется по ф-ле: =P/(ls), где l – расчетная длина шва; s – толщина соед. полосы.

Когда пов-ть св. шва имеет форму, показанную на рисунке то распр-е напряжений по сеч-ю становится неравномерным. Коэфф. концентрации напряжений k_ф зависит от высоты усиления шва d и радиуса перехода r. Другим источником концентрации напряжений в стыковом соед-и может служить смещение кромок одного эл-та относит. другого. В стыковых швах концентрация напряжений имеет минимальные значения (при отлаженном технологическом процессе, отсутствии дефектов). Расчет стыковых св. соединений вып-ют в предположении, что распределение напряжений в попереч. сеч. св. шва равномерно. Условие прочности шва при действии на соединение продольной силы N: N/(t*l_w*R_wy*_c)<=1 где N – внешнее усилие приложенное к соединению; t – расч. толщина шва, равная толщине наиболее тонкого из соед. элементов; l_w – расчетная длина св. шва; R_wy – расч. сопр-е сварного стыкового шва.

Расч. длину св. шва принимают равной полной ширине соединяемых элементов при усл-и вып-я шва с применением выводных планок; без них, учитывают низкое кач-во шва в зонах зажигания и прерывания сварочной дуги: l_w=l-2t. Расч. сопр-е св. стыкового шва равно R_y – расч. сопр-ю основного металла при сжатии и растяжении, при применении физ. методов контроля кач-ва шва, позволяющие обнаружить внутр. дефекты в шве. В противном случае R_wy=0.85R_y. При работе стыкового шва на сдвиг его расч. сопр-е назнач. равным расч. сопр-ю срезу R_s основного металла. Т.к. расч. сопр-е стали зависит от толщины проката, то следует принимать R наиболее толстого из св. эл-в.

Если невозможно обеспечить полный провар по толщине св. деталей путем подварки корня шва вместо t принимают 0.7t. В тех случаях, когда усл-е прочности не вып-ся, рекомендуется прим. косой шов. Расчет прочности такого шва производят по нормальным напряжениям: _w=N*sin/(t*l_w^’)<=R_wy_c, где l_w^’=l_w/sin.

Косые швы с наклоном реза 1:2 (=60) считаются равнопрочными основному металлу и поэтому не требуют проверки прочности при действии на соед. стат. нагрузки.

Если св. соед-е исп-ет возд-е изгиб. момента, то его несущую сп-ть опр-ют из выражения: M/(W_w*R_wy*_c)<=1 или 6M/(t*l_w²R_wy_c)<=1, где W_w=tl_w²/6 – мом-т сопр. шва.

При одновременном действии осевой силы и изг. момента напряжения в шве суммируются.

25. Работа и расчет соединений с угловыми сварными швами В зависимости от ориентации угл. шва относит. линии действия внеш. усилия швы подразделяют на лобовые (перпендикулярные линии действия усилия) и фланговые (параллельные линии действия внеш. усилия). Распред. напряжений по длине флангового шва неравномерно. Наиб. нагруж. уч-ки шва находятся в начале и в конце соед-я. Знач-е коэфф. концентрации напряжений пропорционально длине шва, поэтому нормами огранич. длина флангового шва к-я д.б. не более l_w=85_fk_f, за исключением швов, в к-х усилие передается на всем протяжении шва. Концентрация напряжений в длинных фланговых швах возникает в основном на концах швов, при коротких швах – преимущественно в зонах поперечного сеч-я накладки, примыкающей к швам. Наличие концентрации напряжений опр-ет хар-р разрушения фланговых швов. В предельном сост-и концентрация напряжений уменьшается за счет пластич. деф-ии и распределение напряжений приближ-ся к равномерному. Траектория разруш-я шва совпадает с пл-дья его наим. сеч-я и только на концах выходит на катет, ч-з к-й передается внешнее усилие. В лобовых швах нахлесточных соед-й наиб. нагруж. сеч-е не совпадает с минимальным, а расположено под нек-м углом к основанию шва. Разрушение нахлесточных соед-й с лобовыми швами происходит в рез-те проскальзывания частей шва друг относ. друга по опасному сеч-ю, положение к-го зависит от геометрии шва. Подобная картина разрушения хар-на также для лобовых швов тавровых соед-й. Разрушение лобового шва с непроваром происходит не по сеч-ю, продолжающему непровар, а под нек-м углом к нему. Лобовые швы обладают повышенной прочностью при работе на срез, чем фланговые, но в норма это не учитывается и зн-е расчетного сопрот-я углового св. шва R_wf установлены применительно к фланговым швам. Глубокое проплавление углового шва может привести к сильно выраженной мех. неоднородности металла в св. соед-и, при к-й несущую сп-ть соед-я будет определять менее прочный основный металл. В связи с этим нормами введен расчет соед-я с угловыми швами по двум опасным сечениям: по металлу шва и границе сплавления (п. 11.2. СНиП), где коэфф-ты _f и _z – коэфф-ты учитывающие глубину проплавления шва и границы сплавления в зав-ти от усл. сварки. (Расчет ведется по сечению имеещему минимальную несущую способность.)

При проектировании св. соед-я с угл. швами на действие продольной или попер. силы удобнее опр-ть необх. длину шва: l_w=N/(k_fR_w_w)_min_c; мин. зн-е катета шва необходимо принимать по табл. 38 СНиП в зав-ти от толщины свариваемых эл-в, способа сварки, марки стали и вида соед-я. Если длина флангового шва оказалась больше допустимой 85_fk_f, то опр-ют катет шва исходя из его допустимой длины. Если на прямоуг. эл-т, прикрепленный двумя угловыми швами действует изг. момент М и попереч. сила Q, то для проверки прочности такого соед-я необходимо опр-ть геом. сумму напряжений, действ в наиб. напряженной точке:

. Общие принципы при проектировании соединений со сварными швами Для того, чтобы сварной шов был выполнен с высоким кач-вом, необх. обеспечить удобные условия произв-ва св. работ. Наиболее удобно вып-ть св. швы в нижнем положении. Удобство доступа к месту сварки электродом или держателем электродной проволоки опред-ет кач-во св. шва. Поэтому разработаны спец. габаритные схемы вып-я св. работ при ручной и автоматической видах сварки.

Необх. также предусматривать такое расположение св. швов, чтобы макс. сокращалась необходимость кантовки конструкции при ее изготовлении.Чтобы уменьшить св. деф-ции конструкции при ее изготовлении, необходимо стремиться к наименьшему объему наплавленного металла. Швы должны иметь толщину, соотв. расчету. Следует избегать пересечения швов, близкого их расположения друг к другу. Толщину стыковых швов принимают равной меньшей из толщин соед-х эл-в. При выполнении стыковых швов на деталях больших толщин для обеспечения их качества необходимо предусматривать разделку кромок соединяемых элементов. При сварке листов разной толщины или ширины следует делать односторонний или двусторонний скос кромок с уклоном не более 1:5, что обеспечивает плавное распределение силового потока. Устройство стыков без скосов по толщине разрешается при разнице толщин листов не более 4 мм и не более 1/8 толщины тонкого листа. Св. стыковые соед-я листовых деталей выполняют прямыми с полным проваром и с применением выводных планок. В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня шва или сварка на остающейся стальной подкладке. В последнем случае в расчетах следует принимать толщину шва, равную 0,7t, где t - наименьшая толщина свариваемых деталей. Катеты угл. швов kf должны приниматься по расчету, но быть не менее нормируемых значений. Это вызвано необх-тью обеспечить расчетную глубину проплавления угл. шва. Минимальные катеты угл. швов необх. назначать при вып-ии связующих (не расчетных) швов. Швы различ. толщины вып-ют св. током разной силы, поэтому для упрощения св. работ в одной отправочной марке д.б. не более двух-трех типоразмеров швов. В нахл. соед-ях длина нахлестки д.б. не менее 5 толщин наиболее тонкого из св. эл-в. При этом наим. расч. длина угл. шва lf д.б. не менее 4kf и не менее 40 мм. В констр-ях, восприн. стат. нагрузки, соотношения р-ров катетов угловых швов следует принимать, как правило, 1:1. При разных толщинах св. эл-в допуск-ся принимать швы с разными катетами. В констр-ях, работающих на динамич. и вибр. нагрузки, а также в констр-ях северного исполнения угл. швы следует вып-ть вогнутыми с соотношением катетов 1:1,5, причем больший катет должен быть направлен вдоль действующего усилия. Вогнутые швы должны специально оговариваться в проекте.При проект-ии св. соед-й необх. назначить катеты угл. швов такими, чтобы их можно было заварить за один проход.

. Конструкция и расчет комбинированных сварных соединений

Комбинированными называют соед-я, в к-х имеется несколько разных видов св. швов: соед. с фланговыми и лобовыми швами или стыковое соединение, усиленное накладкой. Действит-я работа комб. соед-я зависит от распред. усилий между различно ориентированными св. швами или сварными швами и накладкой.

Совместная работа фланговых и лобовых швов в нахл. соед-х с планками снижает уровень концентрации напряжений при работе в упругой стадии.

При стат. нагрузке разруш-е комб. соед-й происходит в пластич. стадии при относительно выровненных напряжениях во всех швах. Расчет комб. св. соед-я вып-ют по формулам, принятым для оценки прочности угловых швов: СНиП, ф. 120-121. Для более равномерного распред. силового потока с детали на накладку, ее вып-ют ромбич-го типа со срезанными под 35°...45° углами.

Другой тип комб. соед-я представляет собой стыковой шов, доп. усиленный накладками. Необх-ть вып-я такого соед-я может появиться при недостаточной прочности стыкового шва и невозможности применить физ. методы контроля кач-ва св. шва. Расчет прочности такого стыка вып-ют в предположении, что напряжения по оси стыка в сварном шве и накладках одинаковы: N/(A_d*R_wy+A_n*R_y)<=1, где N – внеш. осевое усилие; A_d – расч. пл-дь попер. сеч-я детали; R_wy – расч. сопр-е св. стыкового шва; А_n – сумм. пл-дь попер. сеч-я накладок; R_y – расч. сопр-е стали накладок.

Принимая решение о вып-и конструкции комб. св. соед-я с накладками, необх. помнить, что этот стык нетехнологичен, т.к. перед установкой накладок требует обработки стыкового шва.