Cварка металлических конструкций. Лекция №12. Работа и расчет сварных соединений

прочности наплавленного металла шва, формы и вида соединения и связанного с этим распределения напряжений в соединении, характера силового воздействия на соединение, технологии сварки.

12.1 Работа и расчет соединений стыковых швов

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. Напряжение в шве, расположенном перпендикулярно оси элемента (рис.12.1,а):

(12.1)

N – расчетное усилие; t- рабочая толщина шва; lш –расчетная длина шва, равная его полной длине; Rсв – расчетное сопротивлению сварного стыкового соединения сжатию или растяжению; γ - коэффициент условий работы.

Для стыковых соединений, в которых невозможно обеспечить полный провар по толщине свариваемых элементов в ф-ле (12.1) вместо t принимают 0,7t.

Расчетное сопротивление принимается: при сжатии независимо от методов контроля Rсв=R; при растяжении соединения, проверенного физическими методами контроля Rсв=R; при растяжении соединения, не проверенного физическими методами контроля Rсв=0,85R; при сдвиге соединения Rсрсв=Rср.

шва:

(12.3)

где

-расчетная длина косого шва.

При действии изгибающего момента на соединение (рис.12,в) напряжения в шве:

- момент сопротивления шва.

(12.4)

Сварные соединения встык, работающие одновременно на нормальные и касательные напряжения проверяют по ф-ле:

(12.5)

- нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям,

- напряжение в сварном соединении от среза

выполняются соединения внахлестку, и они могут быть фланговыми и лобовыми.

Фланговый шов вызывает значительную неравномерность распределения напряжений, что заставляет ограничивать расчетную длину шва 40мм. Работают такие швы одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва начинается с конца и может происходить как по металлу шва, так и по основному металлу (рис.12.2).

Рисунок 12.2

неравномерно по толщине (рис.12.3). Особенно велики напряжения в корне шва.

Рисунок 12.3

Уменьшение концентрации напряжений в соединении достигают плавным примыканием привариваемой детали, механической обработкой поверхности шва и конца накладки, применением вогнутого шва и увеличением глубины проплавления (рис.12.4).

Рисунок 12.4

Разрушение лобовых швов от совместного действия осевых, изгибных напряжений и напряжений среза, возникающих при работе соединения, происходит аналогично фланговым швам по двум сечениям.

равномерно распределенным вдоль шва и рассматривается возможность разрушения шва от условного среза по одному из двух сечений (12.5,а).

По металлу шва (сечение 1,рис.12.5,а):

(12.6)

шва (сечение 2,рис.12.5,а):

(12.7)

принимаемые в зависимости от вида сварки и положения шва для сталей с пределом текучести меньше 580МПа (таблица 12.1); lш – расчетная длина шва, принимаемая меньше его фактической длины на 10мм за счет непровара и кратера на концах шва;

- коэффициенты условий работы сварного соединения, равные 1 для соединений, работающих при отрицательной температуре

- расчетное сопротивление срезу металла шва

- расчетное сопротивление срезу металла границы сплавления шва, принимаемое равным 0,45 RВН

При расчете следует предварительно определить какая из двух проверок – по металлу шва или по металлу границы сплавления –будет иметь решающее значение, для чего сравнивают произведения:

Меньшее из них будет иметь решающее значение.

Кроме того можно определять необходимую длину швов, задаваясь их толщиной kш:

(12.8)

Или толщину шва, исходя из его возможной расчетной длины:

(12.9)

элементу (рис.12.5,г), на швы будут действовать сдвигающая сила и изгибающий момент. Напряжения от силы сдвига и момента, действующие на одну площадку, но в перпендикулярных направлениях должны геометрически суммироваться:

По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

(12.10)

(12.11)

чтобы линия действия усилия проходила через центр тяжести соединения, т.е. площади швов должны быть распределены обратно пропорционально расстояниям от шва до оси элемента.

Рисунок 12.6

При общей требуемой площади швов:

(12.12)

Площадь большего шва на «обушке» уголка:

(12.13)

Площадь меньшего шва на «пере» уголка:

(12.14)