Сварные соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ПРЯМЫМ ШВОМ

Допускаемая сила для соединения при растяжении

Р₁ = [у'_p]·L·S ,

то же при сжатии

Р₂ = [у'_сж]·L·S ,

где,

[у'_p] и [у'_сж] - допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

При расчете прочности все виды подготовки кромок в стыковых соединениях принимают равноценными.

СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С КОСЫМ ШВОМ

Допускаемая сила для соединения при растяжении

То же при сжатии

При в = 45° - соединение равнопрочно целому сечению.

НАХЛЕСТОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Соединения выполняют угловым швом. В зависимости от напряжения шва относительно направления шва относительно направления действующих сил угловые швы называют лобовыми (см. рис. 2, а), фланговыми (см. рис. 2. б), косыми (см. рис. 2. в) и комбинированными (см. рис. 2, г).

Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К - длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.

Минимальный катет углового шва К_min принимают равным 3 мм, если толщина металла S >= 3 мм. стык сварной электрод напряжение

Допускаемая сила для соединения

где, [ф_ср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;

К - катет шва;

L - весь периметр угловых швов;

- для лобовых швов L = l; для фланговых L = 2l₁;

- для косых L = l/sinв;

- для комбинированных L = 2l₁ + l.

СОЕДИНЕНИЕ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Силы, передаваемые на швы 1 и 2, находят из уравнений статики

Необходимая длина швов

где,

[ф'_ср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;

К - катет шва.

Примечание: Допускается увеличение l₂ до размера l₁.

ТАВРОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Наиболее простое в технологическом отношении.

Допускаемая сила для растяжения

Р = 0,7 [ф'_ср] KL

где,

[ф'_ср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;

К - катет шва, который не должен превышать 1,2S (S - наименьшая толщина свариваемых элементов).

Наиболее обеспечивающее лучшую передачу сил.

Допускаемая сила для растяжения

Р₁ = [у'_p]·L·S ,

то же при сжатии

Р₂ = [у'_сж]·L·S ,

где,

[у'_p] и [у'_сж] - допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

СОЕДИНЕНИЕ С НАКЛАДКАМИ

Сечение накладок, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 6)

где,

F - сечение основного металла; [у_p] - допускаемое напряжение при растяжении основного металла; [у'_p] - допускаемое напряжение для сварного шва при растяжении.

Сечение накладки, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 7):

где,

[ф'_cp] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ С ПРОРЕЗЯМИ

Применяют лишь в случаях, когда угловые швы недостаточны для скрепления.

Рекомендуется a = 2S , l = (10 ч 25)S.

Допускаемая сила, действующая на прорезь

Р = [ф'_сp]·L·S ,

где,

[ф'_сp] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ ПРОБОЧНОЕ

Применяют в изделиях, не несущих силовых нагрузок. Пробочную сварку можно применять для соединения листов толщиной от 15 мм.

Если пробочные соединения подвергаются действию срезывающих сил, то напряжение

где,

d - диаметр пробки;

i - число пробок в соединении.



СОЕДИНЕНИЕ СТЫКОВОЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА

При расчете прочности соединения (см. рис. 9), осуществленного стыковым швом, находящимся под действием изгибающего момента М_и и продольной силы Р, условие прочности

где,

W = ShІ/6;

F = hS.

При расчете прочности соединения (см. рис. 10, а), осуществленного угловым швом, находящимся под действием изгибающего момента М_и и продольной силы Р, расчетные касательные напряжения в шве

где,

W_c = 0,7KhІ/6;

F_c = 0,7Kh.

При расчете прочности соединений (см. рис. 10, б), состоящих из нескольких швов и работающих на изгиб, принимают (для приведенного графически случая), что изгибающий момент М_и уравновешивается парой сил в горизонтальных швах и моментом защемления вертикального шва

Если момент М_и и допускаемое напряжение ф заданы, то из полученного уравнения следует определить l и K, задавшись остальными геометрическими параметрами.

ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ

Допускаемые напряжения (табл. 1 и 2) для сварных швов принимают в зависимости:

а) от допускаемых напряжений, принятых для основного металла;

б) от характера действующих нагрузок.

В конструкциях из стали Ст5, подвергающихся воздействию переменных или знакопеременных нагрузок, допускаемые напряжения для основного металла понижают, умножая на коэффициент

где,

у_min и у_max - соответственно минимальное и максимальное напряжения, взятые каждое со своим знаком.

1. Допускаемые напряжения для сварных швов в машиностроительных конструкциях при постоянной нагрузке

Сварка	Для стыковых соединений	При срезе [ф'ср]
	при растяжении [у'p]	при сжатии [у'сж]
Ручная электродами: Э42........... Э42 А.......	0,9[уp] [уp]	[уp] [уp]	0,6[уp] 0,65[уp]
[уp] - допускаемое напряжение при растяжении для основного металла.

2. Допускаемые напряжения в Мпа для металлоконструкций промышленных сооружений (подкрановые балки, стропильные фермы и т. п.)

Марка стали	Учитываемые нагрузки
	основные	основные и дополнительные
	вызывающие напряжения
	растяжения, сжатия, изгиба	среза	смятия (торцового)	растяжения, сжатия, изгиба	среза	смятия (торцового)
Подкрановые балки, стропильные фермы и т.п.
Ст2 Ст3	140 160	90 100	210 240	160 180	100 110	240 270
Металлоконструкции типа крановых ферм
Ст0 и Ст2 Ст3 и Ст4 Ст5 Низколеги- рованная	120 140 175 210	95 110 140 170	180 210 260 315	145 170 210 250	115 135 170 200	220 255 315 376

Для конструкций из низкоуглеродистых сталей при действии переменных нагрузок рекомендуется принимать коэффициент понижения допускаемых напряжений в основном металле



где,

н - характеристика цикла, н = Р_min / P_max; Р_min и P_max соответственно наименьшая и наибольшая по абсолютной величине силы в рассматриваемом соединении, взятые каждая со своим знаком;

K_s - эффективный коэффициент концентрации напряжений (табл. 3).

3. Эффективный коэффициент концентрации напряжения K_s

Расчетное сечение основного металла	Кs
Вдали от сварных швов	1,00
В месте перехода к стыковому или лобовому шву (металл обработан наждачным кругом)	1,00
В месте перехода к стыковому или лобовому шву (металл обработан строганием)	1,10
В месте перехода к стыковому шву без механической обработки последнего	1,40
В месте перехода к лобовому шву без обработки последнего, но с плавным переходом при ручной сварке	2,00
В месте перехода к лобовому шву при наличии выпуклого валика и небольшого подреза	3,00
В месте перехода к продольным (фланговым) швам у концов последних	3,00

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Пример 1. Определить длину швов, прикрепляющих уголок 100x100x10 мм к косынке (рис. 11. а). Соединение конструируется равнопрочным целому элементу. Материал сталь Ст2. Электроды Э42.

В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [у_p] = 140 МПа. Площадь профиля уголка 1920 ммІ ("Уголки стальные горячекатаные равнополочные" ГОСТ 8509-93).

Расчетная сила в уголке

Р = 140x1920 = 268 800 Н

В данном случае допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве

[ф_cp] = 140x0,6 = 84 МПа

.Требуемая длина швов (при К =10 мм) в нахлесточном соединении согласно расчету к рис. 11а.

Длина лобового шва l = 100 мм: требуемая длина обоих фланговых швов l_фл = 458-100 = 358 мм. Так как для данного уголка е₁ = 0,7l то длина шва 2 будет l₂ - 0,7x358 = 250 мм, длина шва 1 будет l₁ = 0,3x358 = 108 мм. Принимаем l₂ = 270 мм, l₁ = 130 мм.

Пример 2. Определить длину l швов, прикрепляющих швеллер №20а. нагруженный на конце моментом М = 2,4x10⁷ Н·мм (рис. 11. б). Материал сталь Ст2. Электроды Э42.

В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [у_p] = 140 МПа. Допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве

[ф'_cp] = 140x0,6 = 84 МПа

.Момент сопротивления сечения швеллера W = 1,67 x 10⁵ ммі (из ГОСТа)

Напряжение

у = 2,4x10⁷ / 1,67x10⁵ = 144 МПа

Катет горизонтальных швов К₁ = 10 мм, вертикального К₂ = 7,5 мм. Из формулы 1 (см. выше) находим

Принимаем l = 200 мм. При этой длине шва напряжение при изгибе

Полученная величина меньше допускаемой [ф'_cp] = 84 МПа.

ЭЛЕКТРОДЫ

Размеры и общие технические требования на покрытые металлические электроды для ручной дуговой сварки сталей и наплавки поверхностных слоев из сталей и сплавов приведены в ГОСТ 9466-75 или кратко здесь.

Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей (по ГОСТ 9467-75):

Электроды изготовляют следующих типов:

Э38, Э42, Э46 и Э50 - для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа:

Э42А, Э46А и Э50А - для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;

Э55 и Э60 - для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву св. 500 до 600 МПа;

Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 - для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа;

Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2МГ, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ - для сварки легированных теплоустойчивых сталей.

Механические свойства металла шва, наплавленного металла и сварного соединения при нормальной температуре (по ГОСТ 9467-75)

Типы электродов	Металл шва или наплавленный металл	Сварное соединение, выполненное электродами диаметром менее 3 мм
	Временное сопротивление разрыву ув, МПа (кгс/ммІ)	Относительное удлинение д5, %	Ударная вязкость KCU, Дж/смІ (кгс·м/смІ)	Временное сопротивление разрыву ув, МПа (кгс/ммІ)	Угол загиба, градусы
	не менее
Э38	380 (38)	14	28 (3)	380 (38)	60
Э42	420 (42)	18	78 (8)	420 (42)	150
Э46	460 (46)	18	78 (8)	460(46)	150
Э50	500 (50)	16	69 (7)	500 (50)	120
Э42А	420 (42)	22	148 (15)	420 (42)	180
Э46А	460 (46)	22	138 (14)	460 (46)	180
Э50А	500 (50)	20	129 (13)	500 (50)	150
Э55	550 (55)	20	118 (12)	550 (55)	150
Э60	600 (60)	18	98 (10)	600 (60)	120
Э70	700 (70)	14	59 (6)	-	-
Э85	850 (85)	12	49 (5)	-	-
Э100	1000 (100)	10	49 (5)	-	-
Э125	1250 (125)	8	38 (4)	-	-
Э150	1500 (150)	6	38 (4)	-	-

ГОСТ 9467-75 предусматривает также типы электродов и механические свойства наплавленного металла или металла шва для легированных теплоустойчивых сталей.

Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (по ГОСТ 10051-75)

Тип	Марка	Твердость без термообработки после наплавки HRC	Область применения
Э-10Г2 Э-11Г3 Э-12Г4 Э-15Г5 Э-30Г2ХМ	ОЗН-250У O3H-300У ОЗН-350У ОЗН-400У НР-70	22,0-30,0 29,5-37,0 36,5-42,0 41,5-45,5 32,5-42,5	Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок (осей, валов автосцепок, железнодорожных крестовин, рельсов и др.)
Э-65Х11Н3 Э-65Х25Г13Н3	ОМГ-Н ЦНИИН-4	27,0-35,0 25,0-37,0	Наплавка изношенных деталей из высокомарганцовистых сталей типов Г13 Г13Л
Э-95Х7Г5С Э-30Х5В2Г2СМ	12АН/ЛИВТ ТКЗ-Н	27,0-34,0 51,0-61,0	Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием
Э-80Х4С Э-320Х23С2ГТР Э-320Х25С2ГР Э-350Х26Г2Р2СТ	13КН/ЛИВТ Т-620 Т-590 Х-5	57,0-63,0 56,0-63,0 58,0-64,0 59,0-64,0	Наплавка деталей, работающих в условиях преимущественно абразивного изнашивания
Э-300Х28Н4С4 Э-225Х10Г10С Э-110Х14В13Ф2 Э-175Б8Х6СТ	ЦС-1 ЦН-11 ВСН-6 ЦН-16	49,0-55,5 41,5-51,5 51,0-56,5 53,0-58,5	Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания ударными нагрузками

ГОСТ предусматривает также и другие химический состав, типы и марки электродов.

Сварочные материалы, применяемые для сварки стальных конструкций, должны обеспечивать механические свойства металла шва и сварного соединения (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, угол загиба, ударную вязкость) не менее нижнего предела свойств основного металла конструкции.



Свариваемые материалы и применяемые электроды:

- СтЗкп, СтЗкп, СтЗпс, Сталь 08кп, Сталь 10 - Э42, Э42А, Э46;

- Сталь 20 - Э42;

- Сталь 25Л - Э46;

- Сталь 35Л, Сталь 35, Сталь 45, Ст5кп, Ст5пс - Э50А;

- Сталь 20Х, Сталь 40X - Э85;

- Сталь 18ХГТ, Сталь 30ХГСА - Э100;

- АД1, АД1М, АМг6 - Присадочные прутки.

Размещено на Allbest.ru