6.Сварные соединения. Виды сварных соединений и типы сварных швов. Виды сварных швов и сварных соединений.
Сварными соединениями называют две, и более деталей соединенных между собой сварными швами. При сварке изделий и конструкций применяют следующие виды сварных соединений: В нахлестку, стыковые, тавровые, угловые, прорезные, с электрозаклепками, торцевые.
а) Стыковое соединение. Один из самых распространенных видов сварных соединений. Такие соединения имеют наименьшие внутренние напряжения и меньше подвержены деформации при сварке. К тому же имеют более высокую прочность при статических и динамических нагрузках.
б) Внахлестку. Часто применяют при дуговой сварке строительных конструкций при толщине металла не более 10 – 12 мм. По сравнению с соединениями встык не требуют такой тщательной подгонки стыков. При сварке внахлестку рекомендуется по возможности сваривать листы с обеих сторон.
в) Угловые соединения. Применяют при сварке деталей по кромкам под определенным углом друг к другу.
г) Тавровые соединения. Наиболее часто применяют для сварки колонн, балок, различных стоек, ферм и прочих строительных конструкций.
д) Прорезные. Такие соединения применяют, когда обычной длины шва внахлест не могут обеспечить нужной прочности.
е) Соединения электрозаклепками. Применяя такой метод, соединение получается достаточно прочное, но не плотное. В верхнем листе просверливаются или прорезаются отверстия и завариваются таким образом, чтобы металл нижнего листа сварился с верхним.
ж) Торцевые соединения. Когда листы свариваются по совмещенным торцам.
Виды сварных швов.
Сварные швы разделяют на 3 категории:
1) По положению в пространстве (см. рис.): в нижнем (1), горизонтальном (3), вертикальном (2) и потолочном (4) исполнении. Самый простой и самый распространенный способ сварки, это сварка в нижнем положении. Самые сложные швы, исполненные в потолочном положении. Горизонтальные и вертикальные швы менее сложны в сварке, чем потолочные.
2) По отношению к действующим нагрузкам (см. рис.): фланковые (1), лобовые (2), косые (4), комбинированные (3).
3) По количеству наплавленного металла швы бывают: усиленные, нормальные, вогнутый (ослабленный).
Характеристики сварного шва.
Под характеристиками шва понимается: высота шва (а), ширина шва (б), катет шва (в) при сварке угловых швов.
Пример расчета стыковых сварных швов
7. Расчет стыковых и нахлесточных сварных швов.
Примеры расчета сварных нахлесточных соединений:
Соединение
нагружено растягивающей силой 
(рис.
4.14).
,
где 
-
момент сопротивления сечения шва при
изгибе.
3).
Соединение нагружено растягивающей
силой F и изгибающим моментом 
(рис.
4.16).
;
- для углового шва (рис. 4.3., б) расчет проводят по напряжениям среза:
задают
в долях от допускаемого напряжения на
растяжение основного металла 
:
-
при срезе.
При
переменных нагрузках значения
допускаемых напряжений снижают умножением
на коэффициент 
:
,
где 
-
эффективный коэффициент концентрации
напряжений; 
-
коэффициент асимметрии цикла; 
и 
-
числовые коэффициенты.
Верхние знаки в этой формуле принимают, если больше абсолютное значение растягивающего напряжения, а нижние - сжимающего.
Для
углеродистых сталей принимают 
и 
,
а для низколегированных 
и 
.
Значение эффективных коэффициентов
концентрации напряжений
для
стали принимают в зависимости от типа
сварного шва:
-
для стыковых швов;
-
для лобовых швов;
-
для фланговых швов.
Расчет стыковых швов
Стыковые швы на прочность рассчитывают по номинальному сечению соединяемых элементов без учета утолщения швов. Для расчета швов используются те же зависимости, что и для целых элементов.
Напряжения растяжения (сжатия)
Рисунок 17
Допускаемое напряжение в сварных швах отмечают штрихом.
Напряжения от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов
Рисунок 18
Напряжение от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов и растягивающей (или сжимающей) силы
Рисунок 19
Нахлесточные соединения, как правило, выполняют угловыми швами. Угловые швы по расположению относительно нагрузки разделяют на: поперечные или лобовые, расположенные перпендикулярно направлению силы; продольные или фланговые, расположенные параллельно направлению силы; косые, расположенные под углом к направлению силы; комбинированные, представляющие собой сочетание перечисленных швов.
Разрушение угловых швов происходит по наименьшему сечению, совпадающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная толщина шва k∙sin45o=0,7k. Угловой шов испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчитывают на срез.
Рисунок 20
L - общая длина шва.
Допускаемые напряжения зависят от величины допускаемого напряжения основного материала.
В зависимости от способа сварки, качества и марки электродов φ=0,8...1; φ1=0,6...0,8.
F1∙a1-F1∙a2=0
Рисунок 21
Все угловые швы рассчитывают только по касательным напряжениям независимо от их расположения к направлению нагрузки. Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов.
Если соединяемая деталь асимметрична, то расчет прочности производят с учетом нагрузки, воспринимаемой каждым швом. Например, к листу приварен уголок, равнодействующая нагрузка проходит через центр тяжести поперечного сечения уголка и распределяется по швам обратно пропорционально плечам a1 и а2. Соблюдая условие равнопрочности, швы выполняют с различной длиной.
При нагружении соединения с лобовым швом моментом сил в плоскости стыка:
Рисунок 21
Соединения в тавр, нагруженные изгибающим моментом, рассчитывают как консольные, но с учетом особенностей сварки. В случае приварки балки без скоса кромок, сварные швы, как и все угловые, рассчитывают по касательным напряжениям. Расчетный момент сопротивления выражается через параметры опасных сечений сварных швов:
Если балка приварена со скосом кромок, то швы рассчитывают по нормальным напряжениям:
