Тема: сварные соединения.

Виды сварки.

Основным видом соединений металлических строительных конструкций является сварка. Сварка упрощает конструктивную форму соединения, дает экономию металла, позволяет принимать высокопроизводительные механизированные способы, что значительно уменьшает трудоемкость изготовления конструкций. Сварные соединения обладают не только прочностью, но и водо- и газонепроницаемостью, что особенно важно для листовых конструкций.

Однако, возникающие при сварке внутренние остаточные напряжения усложняют работу соединений и в ряде случаев способствует его разрушению. В строительстве применяется электродуговая сварка: электроручная, автоматическая проволока, проволока, полуавтоматическая, электрошлаковая и газовая.

Виды сварных соединений. Классификация швов и их характеристика.

1)Стыковые соединения. Это соединения, в которых элементы соединяются торцами или кромками, и один элемент является продолжением другого. Стыковые соединения наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию решений при передаче усилий. Они отличаются экономичностью и удобством контроля.

2)Соединения в нахлестку – это соединения в которых поверхности частично, но находят друг на друга. Эти соединения широко применяют при сварке листовых конструкций из стали небольшой толщины(2-5 мм). Иногда стыковые соединения усиливают накладками. Оно называется комбинированным.

3)Угловые соединения. Это соединения, в которых свариваемые элементы расположены под углом.

4) Тавровые соединения отличаются от угловых тем, что в них торец одного элемента приваривается к поверхности другого. Угловые и тавровые соединения выполняются угловыми швами. Они широко применяются в конструкциях и отличаются простотой исполнения, высокой прочностью и экономичностью.

Сварные швы.

Сварные швы классифицируют по конструктивному признаку, назначению, положению, протяженностью и внешней форме.

Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но они требуют дополнительной разделки кромок.

Начало и конец имеют некрава и кратер, являются дефективными и их желательно выводить на технологические планки за пределы рабочего сечения шва, а затем отрезать.

-катет шва

- длина шва.

При расчете длинны шва на катеты запас прочности прибавляется 1 см.

Угловые швы, расположенные параллельно действующему осевому усилию, называются фланговыми, а расположенные перпендикулярно – лобовыми.

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

Процесс сварки сопровождается структурными и химическими изменениями металла в зоне сварного соединения и возникновения в зоне достаточных напряжений и деформаций.

Причины возникновения и характеристика сварных напряжений и деформаций.

Неравномерный разогрев изделия при сварке порождает неравномерную температурную деформацию. Монолитность материала изделия препятствует свободной температурной деформации отдельных его частей, в результате чего во время сварки образуется напряжение и пластическая деформация частей металла соединения. Часто после охлаждения в изделии остаются сварочные напряжения и деформации. Эти напряжения и деформации называются термические сварочные соединения.

Механические свойства стали. -предел текучести, нормативное сопротивление по пределу текучести. -нормативное сопротивление по пределу прочности -расчетное сопротивление стали

Прочность-это способность материала сопротивляться внешним воздействиям ( ).

Упругость - это свойство материала восстанавливать свою первоначальную форсу после снятия внешней нагрузки. Характеризуется модулем упругости Е.

Для стали: Е=20600Мпа

Для алюминия: Е=7100Мпа

Прочность характеризуется

Пластичность (статическая вязкость) – это свойство материала получать остаточные деформации после снятия нагрузки, характеризуется относительным удлинением и пробой на загиб в холодном состоянии.

Хрупкость – это способность материала разрушаться при незначительных деформациях, характеризующихся ударной вязкостью.

Наклёп - это увеличение области упругой работы стали путем предшествующего напряжения выше предела текучести. Увеличивается прочность, но значительно повышается хрупкость.

Старение - изменяются механические свойства во времени. Улучшаются упругие свойства, но снижается пластичность.

Усталость-разрушение металла под воздействием многократно повторяющихся знакопеременных нагрузок.

Выносливость-способность материала сопротивляться усталости, то есть наибольшее напряжение, при котором материал выдерживает заданное число циклов без разрушений.

Стали делятся:

-обычная прочность,

-повышенная прочность,

-высокая прочность.

Повышение механических свойств термической обработкой:

-нормализация-это нагрев до температуры образования *** с охлаждением на воздухе, при этом увеличивается прочность, снижаются внутренние напряжения.

-закалка – это нагрев до температуры фазового превращения с последующим быстрым обращением. Увеличивается прочность, но повышается хрупкость.

-отпуск – это нагрев до температуры образования желательной структуры стали с последующим медленным охлаждением. Снимаются внутренние напряжения, улучшаются пластические свойства.

Работа и расчёт сварных соединений.

- предел текучести, нормальное сопротивление по пределу текучести.

- предел прочности, нормальное сопротивление по пределу прочности.

- расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести. Прочность сварных соединений зависит от прочности основного металла, соединяемых элементов, прочности наплавленного металла шва. Формы и виды соединений и связанного с этим распределение напряжений соединений, характерно силовому воздействию соединений.

Хорошо сваренные соединения имеют весьма небольшую концентрацию напряжения у начала шва, поэтому прочность таких соединений при растяжении или сжатия зависит от прочностных характеристик основного металла и металла шва. Различия разделки кромок соединяемых элементов не влияет на статистическую прочность соединений, и могут не учитываться.

а-без разделки кромок,

в- V-образная разделка кромок,

б- Х-образная разделка кромок.

В стыковом шве при действии на него центрально приложенной силы N. Распределение напряжений по длине шва принимается равномерным, рабочая толщина шва принимается равной меньшей из толщин соединяемых элементов. Поэтому напряжение в шве, расположенном перпендикулярно оси элементов определяется по формуле (сварные соединения рассматриваются в CПст.к.п.14.1).

N – осевая сила, проходящая через центр тяжести соединения,

t- наименьшая из толщин соединяемых элементов,

- расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t или полной его длине, если концы шва выведены за пределы стыка,

- расчетное сопротивление шва,

- коэффициент условия работы (находится по таблице 1).

Работа и расчёт соединений, выполненных угловыми швами.

Расчёт стыковых швов на действие продольной нагрузки, выполненных под углом:

Под действием изгибающих моментов на соединении:

,

Расчёт соединений угловыми швами.

Они выполняются соединениями внахлёстку, могут быть фланговыми и лобовыми.

Фланговые швы расположены по кромкам прикрепляемого элемента параллельно действующим усилиям, вызывают большую неравномерность напряжений по ширине соединений. Неравномерно они работают и по длине. Неравномерность работы шва по длине заставляет ограничивать расчётную длину шва. На величину шва не менее 4kf(катета шва) и не более 85βkf, Катет шва по табл. 38 в зависимости от вида соединения (видах сварки). В соответствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва начинается с конца и может происходить по металлу шва. Лобовые швы передают усилия равномерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва. Особенно велики напряжения в корне шва.

Ввиду сложности угловых швов расчёт их носит условный характер и хорошо подтверждён экспериментальными данными. Они рассчитываются независимо от ориентации шва по отношению к действующему усилию. Усилия принимаются равномерно распределёнными вдоль шва, и рассматривается возможность разрушения шва от углового среза по одному из двух сечений (п. 14.1.160.) ***

(1) (2)

Если (2) больше (1) то

где

- расчетное сопротивление по металлу шва и по границе сплавления (по таблице Г2СП в зависимости от марки электрода)

находятся по таблице 39 СП

ищется по формуле:

, где - нормативное сопротивление, зависящие от марки.

Прочность шва по зависит от свариваемых металлов.