Сварные соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сварные соединения

1. Основные виды сварки

Сварные соединения относятся к неразъемным. Они образуются путем сваривания материалов деталей в зоне стыка и не требуют никаких вспомогательных элементов.

Сварка - это технологический процесс соединения деталей, основанный на использовании сил молекулярного сцепления при сильном местном нагреве.

Сварной шов - это затвердевший после сварки металл, соединяющий свариваемые детали.

Свариваются все металлы и некоторые пластмассы, однако, в основном свариваются низкоуглеродистые стали.

Сваркой изготавливают элементы строительных конструкций, детали машин, котлы, резервуары и пр.

Применительно к деталям машин сварка является наиболее совершенным из неразъемных соединений, так как лучше других приближает составные детали к цельным. Но и сварные соединения не лишены недостатков. Рассмотрим свойства сварных соединений в двух областях использования.

1. Во многих случаях сварные детали машин заменяют литые и кованые. Это могут быть крупногабаритные зубчатые колеса, кронштейны, корпусные детали и пр. В этом случае преимущества сварных конструкций выражается в экономии металла, и легкости конструкции при сохранении жесткости. Так, сварное сверло содержит рабочую часть из инструментальной стали, а хвостовик из более дешевой конструкционной стали. Сварной коленчатый вал содержит шейки из высокопрочной стали, а щеки из более дешевой стали. Сварная станина шлифовального станка, выполненная из листовой стали толщиной 3 мм, легче и дешевле литой станины. Недостатком является наличие остаточных напряжений и коробление конструкции в результате сильного местного нагрева. Это необходимо учитывать при конструировании сварных деталей

2. В ряде случаев сварные швы могут заменять заклепочные швы в тонкостенных конструкциях - корпуса судов, самолетов и вертолетов, топливные баки транспортных машин и пр. Здесь надо учитывать, что сварные швы могут быть недостаточно надежны при вибрациях и ударных нагрузках. В частности, поэтому сварка не используется в каркасе и алюминиевой обшивке самолетов и вертолетов.

Как было сказано выше, сварка основана на использовании сил молекулярного сцепления соединяемых деталей. Достигнуть этого можно двумя способами: расплавить металл в месте соединения деталей или нагреть его, не доводя до расплавленного состояния, и потом сильно сжать эти детали. Первый способ называется сваркой плавлением, а второй - сваркой давлением.

Сварка плавлением.

Различают газовую и электродуговую сварку.

При газовой сварке местный нагрев деталей производится пламенем на выходе сварочной горелки при воспламенении смеси горючего газа (ацетилен, водород) с кислородом. В зону нагрева вводится плавящийся присадочный пруток из того же материала, что и соединяемые детали. Газовую сварку преимущественно используют для тонкостенных деталей из стали и цветных металлов.

Электродуговая сварка производится плавящимся электродом. Нагрев осуществляется электрической дугой между соединяемыми деталями и электродом. Электрод, расплавляясь при сварке, служит присадочным материалом для образования сварного шва.

Различают ручную и автоматическую электросварку.

Ручная сварка производится электродом, покрытым специальной обмазкой для поддержания процесса горения дуги. Ручной сваркой могут быть сварены детали толщиной от 1 до 60 мм. При этом сила тока достигает (200 500) А. Эта сварка используется в единичном производстве, а также в серийном, когда соединяемые детали свариваются короткими и неудобно расположенными швами.

Автоматическая сварка производится электродной проволокой. Подача этой проволоки и перемещение ее вдоль шва механизированы. Для поддержания процесса горения дуги сварка производится под флюсом или в среде защитного газа. Свариваются детали с толщиной от 2 до 130 мм с непрерывным швом. При этом сила тока может достигать (1000 3000) А. Используется в крупносерийном и массовом производстве, а также в самолетостроении.

Сварка давлением.

Нагрев деталей производится или электрическим током (электроконтактная сварка), или трением (сварка трением).

Электроконтактная сварка используется для соединения частей валов или режущих инструментов (сверла, метчики), изготовленных из разных сталей (рис. 1а). При пропускании электрического тока

Рис. 1

через контактирующие детали они сильно нагреваются в месте стыка ввиду наличия переходных сопротивлений. После нагрева до пластического состояния детали сжимаются, и происходит их сваривание.

Электроконтактная сварка используется также для сварки листов - это шовная контактная сварка катящимся электродом-роликом (рис. 1б) и точечная контактная сварка (рис. 1.в). Заметим, что точечная сварка не образует герметичного соединения, поэтому не используется для сваривания частей резервуаров и баков.

При сварке трением соединяемые детали (валов, инструментов) приводятся во вращение в противоположных направлениях и сжимаются (рис. 1.г). Выделяющееся при трении тепло нагревает контактирующие части деталей до пластического состояния и происходит их сваривание.

2. Виды сварных соединений и швов

В зависимости от взаимного расположения соединяемых деталей различают следующие виды соединений:

- встык;

- внахлестку;

- угловые;

- тавровые.

Сварные швы соединений встык называются стыковыми, а сварные швы соединений внахлестку, угловых и тавровых называются угловыми.

Стыковые швы обозначаются на чертеже так, как показано на рис. 1а на виде сверху. В зависимости от толщины листов сварку выполняют с предварительной обработкой кромок или без предварительной обработки кромок. Если толщина листов не превышает 8 мм, то предварительной обработки кромок не производят (рис. 2а). При толщине листов от 8 до 25 мм производится предварительная односторонняя обработка (разделка) кромок листов так, как показано на рис. 2б - на кромках образуются фаски под углом 30. При толщине листов от 26 до 60 мм разделка их кромок показана на рис. 2. - это разделка в виде двухсторонних фасок.

Рис. 2

При соединении листов внахлестку различают лобовые и фланговые швы. На рис. 3а показано соединение двух листов, образованное двумя лобовыми швами. Здесь же показано обозначение углового шва на чертеже, читается, как угловой шов с катетом k. Обычно величина катета шва равна толщине соединяемых листов д. Считается, что растягивающая нагрузка F приложена по оси симметрии соединения. На рис. 3б представлено аналогичное соединение, но образованное фланговыми угловыми швами.

При образовании сварных швов в соединении уголка с листом предполагается, что растягивающая сила приложена вдоль линии, проходящей через центр тяжести сечения уголка (рис. 3в). В этом случае длины фланговых швов определяются из обратно пропорциональной зависимости как показано на рисунке.

Рис. 3

Угловое соединение деталей возможно при помощи внешнего углового шва (рис. 4а) внешнего и внутреннего угловых швов (рис. 4б), а также при помощи стыкового шва с разделкой кромок (рис. 4в). Среди тавровых соединений различают соединения при помощи угловых швов без разделки кромок (рис. 4г), при помощи одного (рис. 4д) или двух (рис. 4е) угловых швов с разделкой кромок.

Рис. 4

3. Расчет на прочность сварных соединений

Два или несколько сваренных деталей являются сварным узлом. По прочности сварной узел должен быть близким по прочности к цельной детали. Прочность сварного соединения зависит от следующих основных факторов:

- способность к свариванию основного материала,

- способ сварки,

- характер действующих нагрузок.

Хорошо свариваются низко- и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже. Прочность сварного шва снижают непровары, шлаковые и газовые включения. Эти дефекты являются основными причинами образования трещин в процессе сварки и при эксплуатации изделия. Влияние технологических дефектов сварки значительно усиливается при действии переменных и ударных нагрузок.

В результате действия описанных факторов возможное разрушение сварного узла под действием внешних нагрузок происходит в зоне термического влияния, то есть, в зоне шва (рис. 5).

Рис. 5

сварка шов разрушение угловой

Исходя из этого, расчет прочности стыкового соединения принято проводить по размерам сечения детали в зоне термического влияния. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывается при назначении допускаемых напряжений.

Расчет полосы, состоящей из двух частей, сваренных встык (рис. 6а), производится так:

где: F - растягивающая сила в Н;

А - площадь сечения полосы в мм2;

b - ширина полосы в мм;

д - толщина полосы в мм;

[у] СВ - допускаемое напряжение растяжения для сварного шва;

С учетом коэффициента запаса прочности для сварного соединения можно считать, что

где [уДЕТ] - допускаемое напряжение растяжения для материала детали, то есть, свариваемых частей полосы.

Рис. 6

Если этот сварной узел нагружен изгибающим моментом М (рис. 6б), то расчет производится с учетом осевого момента сопротивления сечения W:

Расчет угловых швов приведем на примере соединения полос внахлестку лобовым и фланговыми швами (рис. 7). Расчет таких швов приближенно выполняют по среднему напряжению в сечении шва по биссектрисе n - n. Основным напряжением является касательное напряжение ф в этом сечении, а нагрузка считается равномерно распределенной между всеми тремя швами. Условие прочности выглядит так:

Рис. 7

где [фСВ] - допускаемое напряжение на срез для сварных соединений.

С учетом коэффициента запаса прочности для сварного соединения можно считать, что

где [фДЕТ] - допускаемое напряжение среза для материала детали, то есть, свариваемых частей полосы.

Рекомендуемая литература

1. Авиационные зубчатые передачи и редукторы. Справочник. Под редакцией Булгакова Э.Б. Москва, «Машиностроение», 1981.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В трех томах. Москва, «Машиностроение», 1982.

3. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Том III. Зубчатые механизмы. М., Наука, 1973.

4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., Наука, 1975.

5. Бернштейн С.А. Сопротивление материалов. М., «Высшая школа», 1961.

6. Гавриленко Б.А. и др. Гидравлический привод. М., Машиностроение, 1968.

7. Детали машин. Атлас конструкций. Под ред. Решетова Д.Н. Москва, «Машиностроение», 1989.

8. Иванов М.Н. Детали машин. Москва, «Высшая школа», 1991.

9. Коловский М.З. Динамика машин. Л., Ленинградский политехнический институт, 1980.

10. Основы расчета и конструирования деталей летательных аппаратов. Под ред. Кестельмана В.Н. Москва, 1989.

11. Пневмопривод систем управления летательных аппаратов. Под ред. Чашина В.А. М., Машиностроение, 1987.

12. Прикладная механика. Под ред. Осецкого В.М. М., «Машиностроение», 1977.

13. Пятаев А.В. Теория механизмов и машин. Учебное пособие. Ташкент, Ташкентский государственный авиационный институт, 2001.

14. Пятаев А.В. Динамика машин. Ташкентский политехнический институт. Ташкент, 1990.

15. Пятаев А.В. Детали машин. Учебное пособие. Ташкент, Ташкентский государственный авиационный институт, 2004.

16. Справочник машиностроителя, том 3. Под редакцией Ачеркана Н.С. Москва, Машгиз, 1963.

17. Справочник машиностроителя, том 4, книги I и II. Под редакцией Ачеркана Н.С. Москва, Машгиз, 1963.

18. Теория механизмов и машин. Под ред. Фролова К.В. М., Высшая школа, 1987.

19. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М., Физматгиз, 1959.

20. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. Под редакцией Крагельского И.В. и Алисина В.В. Москва, «Машиностроение», 1978.

Размещено на Allbest.ru