При проектировании сварных конструкций необходимо учитывать следующие требования:
- изделие должно быть высокого качества, а расход материалов на его изготовление должен быть минимальным;
- применение высокопроизводительных, автоматизированных и механизированных технологических процессов;
- максимальное использование типовых и стандартных форм конструкций;
- применение комбинированных сварных соединений элементов больших сечений с литыми, коваными, штампованными и прокатными, а в некоторых случаях из разнородных металлов при обеспечении высоких физических и
- химических свойств, а также прочности при различного рода нагрузках.
Элементы расчета прочности сварных конструкций
Сварные соединения должны быть по возможности равнопрочными основному металлу при всех температурах эксплуатации и различного рода нагрузках — статических, ударных, вибрационных. Слабыми местами в сварных соединениях могут быть швы и околошовная зона. Зона термического влияния основного металла имеет пониженные механические свойства при сварке термически обрабатываемых сталей и некоторых цветных металлов. Конструкции, в которых сварные соединения равнопрочны основному металлу, являются наиболее рациональными. Излишнее усиление соединения по сравнению с целым элементом ухудшает условия эксплуатации конструкции и повышает ее стоимость. Низкая прочность соединения не позволяет целиком использовать рабочее (расчетное) сечение элементов, что ведет к уменьшению грузоподъемности конструкции.
Сварные швы являются важнейшими элементами, при помощи которых образуются сварные соединения. По отношениюк действующим усилиям швы делятся на лобовые, фланговые, косые и комбинированные (рис. 242). Согласно ГОСТу установлено два вида обозначений швов: графическое и буквенно-цифровое. В табл. 10 приведены условные обозначения типовых сварных швов.
Рис. 242. Типовые сварные швы: а — нахлесточные; б — лобовые; в — фланговые; г — комбинированные; д — стыковые; е — соединения втавр.
При конструировании сварных соединений исходят из следующих
условий:если известна величина действующих сил, то при конструировании сварного
соединения обеспечивается механическая прочность с учетом заданных
усилий;
если величина действующих сил неизвестна, то сварные соединения
рассчитывают с учетом равнопрочности их основному металлу.
Расчет прочности соединений внахлестку. Нахлесточные соединения (рис. 242, а) применяются реже, чем стыковые, так как имеют пониженную прочность (в особенности при динамических нагрузках) и повышенный расход металла из-за нахлестки элементов. Эти соединения испоьзуются при ремонтных и восстановительных работах, где не требуется точной подгонки стыков.
Прочность соединения, состоящего из одного лобового шва (рис. 242, б) рассчитывается по формуле
Pл = [τ´] ּ 0,7 K l,здесь [τ´] - допускаемое напряжение при срезе в кГ/см2; l — длина шва в см; K — катет шва в см.
Фланговые швы (рис. 242, в) направленные параллельно рабочему усилию, рассчитываются по формуле
Pф = 2 ּ 0,7 K [τ´] l.
Пример. Определить допускаемое усилие для лобового шва длиной l = 100 мм с катетом K = 5 мм, если допускаемое напряжение на срез [τ´] равно 1100 кГ/см2. Подставив в формулу Р = 0,7 К [τ´] l значения, получим
Р = 0,7 ּ 0,5 ּ 1100 ּ 10 = 3850 кГ.
Расчет комбинированных соединений (рис. 242, г) производится, исходя из суммы допускаемых усилий на лобовой и фланговый швы:
Р = Рл + Рф.
Расчет прочности соединений в стык(рис. 242, г) при растяжении производится по формуле
Р = [σ´]ρ ּ S ּ l
где Р — допускаемое усилие в кГ; S – толщина соединяемых элементов в см; l — длина шва в см; [σ´]ρ — допускаемое напряжение в шве при растяжении в кГ/см2.Если допускаемое напряжение в шве [σ´]ρ равно допускаемому напряжению [σ´]ρ в основном металле, то сварное соединение будет равнопрочным основному металлу.
Соединения втавр выполняются при ручной дуговой сварке без подготовки кромок угловыми швами (рис. 242, е). Как видно из этого рисунка, втавр соединяются элементы, расположенные на взаимно перепендикулярных плоскостях.
Проверка прочности швов при соединении втавр производится исходя из условного предположения, что усилие передается через швы. При работе соединения на растяжение расчетная формула прочности следующая:
Р = 2[τ´] ּ 0,7 Кl.
Приведенные выше расчетные формулы прочности сварных соединений, которыми пользуются конструкторы в своей повседневной работе, являются условными. На самом деле распределение усилий в сварных соединениях значительно сложнее.
