Содержание:

При конструировании различных механизмов важным этапом считается расчет сварных соединений. Он определяет прочность различных механизмов. 

От того, насколько серьезно подошел конструктор к решению этой задачи, зависит качество изготавливаемого изделия, а также то, какую нагрузку выдерживает данное соединение.

Сварные соединения, их достоинства и недостатки

Соединение сваркой представляет собой один из видов неразъёмных соединений деталей. 


Оно выполняется путём сильного раскаливания мест соединения до температуры, способной расплавить детали или довести металл до пластического состояния. Это позволяет создать силу молекулярного сцепления, способную удерживать различные элементы между собой.

К преимуществам относится высокая прочность и надежность подобных связей.

Недостатки сварных соединений:

  • присутствие остаточного напряжения вследствие неоднородности нагрева и охлаждения свариваемых деталей;

  • коробление деталей;

  • наличие скрытых изъянов в виде трещин и непроваров, которые снижают прочность.


Разновидности сварок


Классификация сварок:

  1. Наиболее распространенной является электросварка. Ее виды: контактная и дуговая.

  2. Помимо электрической сварки существует газовый вид.

  3. По способу автоматизации есть деление: автоматическая, полуавтоматическая и ручная сварки.


Существует несколько вариантов выполнения сварочных швов:

  • стыковые;
  • угловые;
  • внахлест;
  • тавровые.

Расчет прочности сварных соединений

Выполняя необходимые расчеты, проектировщик должен учитывать осевые силы, действующие на швы.

Стыковые соединения

На рисунке 1 изображено стыковое соединение, где действуют силы сжатия и растяжения. 


Рис. 1. Прямой (вариант а) и косой (вариант б) стыковые швы

При расчете стыкового соединения необходимо учитывать следующие параметры:

  • нагрузки, которые могут прилагаться к соединениям;

  • длину шва;

  • толщину деталей и некоторые другие величины.

Прочность находится по формуле:


где σ- напряжение сварного шва (МПа);

σр(с) - допустимое напряжение растяжения или сжатия;

P - нагрузка соединения (в Ньютонах);

L - длина шва (мм);

δ – толщина свариваемых деталей (мм).

Нахлесточные соединения

На рисунке 2 показаны сварные неразъемные соединения внахлест:

  • лобовые (вариант а);
  • фланговые (вариант б);
  • сечение углового шва (г).


Рис. 2 Соединение внахлест

Угловые соединения

Прочность угловых швов необходимо определять по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла. Расчетная высота определяется по формуле:

h = k cos 45° ~ 0,7k.

Условие прочности для углового соединения:


где τ – напряжение(МПа);

P - нагрузка (в Ньютонах);

L - длина шва (мм);

τ р(с) – допустимое напряжение растяжения или сжатия.

В том случае, если швы расположены несимметрично относительно линии действия силы Р (как показано на рисунке 3), необходимо, исходя из основного уравнения статики, найти силы, которые действуют в сварных точках:


где P1 и P2 – усилия, действующие в швах (в Ньютонах);

сила Р — нагрузка (в Ньютонах);

l1, l2 – толщина деталей (мм).


Рис. 3. Несимметрично расположенные швы


Тавровые соединения

Тавровая сварка рассчитывается по-разному. Расчет зависит от типа шва. На рисунке 4 представлены виды тавровых соединений, ниже даны формулы для расчета напряжения на срез.


Рис. 5 Тавровые швы

На рисунке обозначены:

τ, σ – напряжение шва(МПа);

P - нагрузка (Н);

τ р(с), σр(с) - допустимое напряжение растяжения или сжатия;

L - длина шва (мм);

δ – толщина свариваемых деталей (мм).

Заключение

Современные методики и онлайн-калькуляторы позволяют выполнить проектирование и расчёт различных видов сварки. Можно подобрать нужный тип соединения, материал, размер, а также геометрические параметры соединений и осуществить проверку на прочность. Это заметно облегчает проектирование.

Примеры расчета приведены в «Пособии по расчету и конструированию сварных соединений стальных конструкций» (к главе СНиП II-23-81). Данное пособие разработано для инженерно-технических работников проектных организаций и предприятий, занимающихся изготовлением строительных конструкций.

В таблицах данного справочного пособия можно найти сведения о материалах, необходимых для сварки в зависимости от марок стали. Также приведены сопротивления (нормативные и расчетные) металла швов различных сварных соединений.