30. Сварные соединения стыковыми швами: конструирование, особенности работы и расчета на различные виды усилий

Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительной разделки кромок. Швы бывают V-, U-, X- и K-образные. Для V- и U-образных швов, свариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных не проваров, являющихся источником концентрации напряжений.

При автоматической сварке принимаются меньшие размеры разделки кромок швов вследствие большего проплавления соединяемых элементов. Чтобы обеспечить полный провар шва, односторонняя автоматическая сварка часто выполняется на флюсовой подушке, медной подкладке или стальной остающейся подкладке.

При электрошлаковой сварке разделка кромок листов не требуется, но зазор в стыке принимают не менее 14 мм.

Виды швов: стыковой шов в однопроходном стыковом соединении; стыковой шов с подваркой корня в однопролетном стыковом соединении;

Швы могут быть рабочими или связующими (конструктивными), сплошными или прерывистыми (шпоночными). По положению в пространстве во время их выполнения они бывают нижними, вертикальными, горизонтальными и потолочными.

Положение швов в пространстве: нижнее; вертикальное; потолочное; горизонтальное на вертикальной поверхности

Сварка нижних швов наиболее удобна, легко поддается механизации, дает лучшее качество шва, поэтому при проектировании следует рассматривать возможность выполнения большинства швов в нижнем положении. Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы в большинстве своем выполняются при монтаже. Они плохо поддаются механизации, выполнить их вручную трудно, качество шва хуже, поэтому применение их в конструкциях ограничено.

Для стыковых швов, расположенных перпендикулярно оси элемента при сжатии и растяжении, должно выполняться условие

N≤l_ω·t·R_ωy· γ_c, отсюда l_ω=N/t·R_ωy· γ_c.

где t - наименьшая из толщин соединяемых элементов; l_ω - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t , или полной его длине, если концы шва выведены за пределы стыка; R_ωy- расчетное сопротивление стыковых сварных соединений по пределу текучести; γ_c - коэффициент условия работы.

Для стыковых косых швов: - в направлении, перпендикулярном к шву: N≤l_ω·t·R_ωy· γ_c / sinα или σ_ω=N·sinα / l_ω· t ≤ R_ωy· γ_c;

- вдоль шва (среза): N≤l_ω·t·R_ωs· γ_c / сosα или τ_ω=N·cosα / l_ω· t ≤ R_ωs· γ_c

31. Соединения угловыми швами: конструирование, особенности работы и расчета на различные виды усилий.

У гловой шов — это шов углового, нахлесточного и таврового сварного соединения.

Геометрическую форму сварного шва определяют три конструктивных размера для углового шва — ширина шва, глубина проплавления и катет сварного шва .

Рис. 4.16. Геометрическое очертание сечения угло­вой шов

Соединения, выполненные с помощью угловых швов. С помощью угловых швов выполняются различные виды соединений в металлических конструкциях: тавровые, в угол, нахлесточные.

Соединения внахлестку выполняются угловыми швами; 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 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 металлу границы сплавления, особенно если наплав­ленный металл прочнее основного.

Лобовые швы передают усилия достаточно 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, увеличением пологости шва (на­пример, шов с соотношением 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.

Рис. 4.26. Работа лобового шва:

а — траектория силовых линий; б— распределение напряжений в сечении с—с с учетом кон­центрации напряжений; в — сечение вогнутого лобового шва

Разрушение лобовых швов от совместного действия осевых, изгибных и срезыва­ющих напряжений, возникающих при работе соединения, происходит аналогично раз­рушению фланговых швов по одному из двух сечений (по металлу шва или по металлу границы сплавления).

В нормах приведены правила проектирования соединений стальных конструкций (сварных соединений), в том числе и правила их конструирования.

Расчет соединений с угловыми швами. Разрушение сварных соединений с угло­выми лобовыми и фланговыми швами возможно как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления . В соответствии с этим расчет сварного соединения при действии силы N, проходящей через центр тяжести соединения, следует выполнять по одному из двух сечений: сечению 1 по металлу шва и сечению 2 — по металлу границы сплавления (рис, 4.32) в зависимости от того, какое сечение более опасно.

Р ис. 4.32. Расчетные сечения шва:

а — при глубоком проплавлении; б — при треугольной расчетной схеме; 1 — по металлу шва;

2 — по металлу границы сплавления

Несмотря на то что угловые швы работают всегда в условиях сложного напряженного состояния, характер их разрушения показывает, что доминирующим напряжением является сре­зывающее. Поэтому технические нормы и правила допускают производить расчет на срез, названный условным срезом.