Сварные конструкции (часть 1) (Сварные конструкции), страница 7

При изготовлении конструкций из алюминиевых сплавов реко­мендуется применять стыковые соединения, а также соединения, в которых сварные швы расположены в зонах пониженных рабочих напряжений. Целесообразны конструкции повышенной гибкости (деформируемости).

На рис. 2.10 приведены многочисленные примеры рациональных и нерациональных сварных соединений из алюминиевых сплавов. Соединения на рис. 2.10, а—к рациональны, так как сварные швы удалены от зоны резкого изменения сечений. Соединения на рис. 2.10, л—п имеют значительную угловую жесткость и находятся и зоне концентрации. По сравнению с ними соединения, показанные на рис. 2.10, р—у, несколько лучше, поскольку в них обеспечена повышенная податливость.

§ 3. Сварные соединения, выполненные контактной сваркой

Соединения при стыковой сварке. Контактная стыковая сварка имеет огромное распространение в различных конструкциях. Осо­бенно эффективно ее применение при сварке изделий в массовом производстве, например арматуры железобетона, типизированных конструкций рам, продольных швов труб. Хорошо свариваются кон­струкции из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и некоторых высоколегированных сталей с площадью попе­речного сечения до нескольких сотен квадратных сантиметров.

Контактным способом получают стыковые соединения элементов с круглыми, квадратными, прямоугольными, трубчатыми, профиль­ными (уголки, тавры, рельсы) сечениями. С увеличением периметра детали и уменьшением ее толщины процесс сварки усложняется. Наиболее хорошо соединяются элементы одинакового поперечного сечения (рис. 2.11, а—в). Диаметры d₁ и d₂ соединяемых элементов круглого сечения (рис. 2.11, г), а также толщины труб s₁ и s₂ (рис. 2.11, д) по возможности не должны отличаться друг от друга более чем на 15 %.

Возможность контактной сварки больших поперечных сечений зависит от оборудования. Институтом электросварки им. Е. О. Патона созданы установки для сварки газопроводных труб диаметром

1420 мм, и это не явля­ется пределом. Площадь поперечных сечений де­талей, свариваемых кон­тактным способом, при­ближается к 1000 cm^j. Специальный расчет прочности стыков, сва­ренных контактным спо­собом и работающих под статической нагрузкой, не производится. Проч­ность стыка обеспечивается прочностью самого элемента. Сты­ковой контактной сваркой сваривают не только различные сорта сталей, но и цветные сплавы.

Соединения при точечной сварке. В большинстве случаев точеч­ной сваркой сваривают изделия при условии расположения электро­дов с двух сторон относительно свариваемых частей. Это предъяв­ляет определенные требования к габариту конструкций. Разрабо­таны установки, позволяющие производить точечную сварку при одностороннем расположении обоих электродов.

Точечной контактной сваркой наиболее часто соединяют эле­менты, имеющие малые толщины — от долей до нескольких мили -метров (рис. 2.12, а). Хорошо свариваются прочные и высокопрочные углеродистые стали, различные сплавы, в частности алюминиевые и титановые.

Не рекомендуется допускать точечных соединений элементов, отношение толщин которых ≥3. Точечной сваркой можно свари­вать также три детали и более. При этом элемент большей толщины следует укладывать между двумя другими (рис. 2.12, б).

Сварными точками соединяют между собой не только плоские, но и цилиндрические детали (рис. 2.12, е), стержни круглого сече­ния с пластинами (рис. 2.12, г) и т. п. Весьма целесообразны для сварки точками заготовки, имеющие открытые профили или с отбортовкой (рис. 2.12, д). На рис. 2.12, е показан узел менее рациональный, так как в процессе сварки большая масса металла вво­дится в контур вторичной цепи, вследствие чего увеличивается индуктивное сопротивление машины.

На рис. 2.12, ж показана конструкция, свариваемая изогнутым электродом, трудно выполнимая для сварки на точечной машине; па рис. 2.12, з изобра­жен рациональный узел.

В сварном точечном соединении приняты сле­дующие обозначения (рис. 2.13): d — диа­метр точки; t—шаг точек; t_х—расстояние от центра сварной точ­ки до края детали в направлении действия силы Р; t₂—расстоя­ние от центра сварной точки до свободной кромки в направлении, перпендикулярном дей­ствию силы Р; t₁ и t₂ нормируются с учетом технологических и силовых факторов.

Расстояние между центрами точек в соединении должно быть не меньше некоторого предельного размера ввиду шунтирования тока через ранее сваренную точку. Чем больше расстояние между свар­ными точками, тем меньше шунтирование тока, следовательно,

стабильнее и лучше результаты сварки. Диаметр точки d назна­чается в зависимости от толщины соединяемых элементов с учетом обеспечения высококачественного технологического процесса. Диа­метр электрода d_э контактной машины подбирается исходя из необ­ходимого d. Как правило, d = (0,8 ÷ 1) d_э.

Для стальных деталей ре­комендуется d = 1,2s + 4 мм при s≤ 1,5 ÷ 3 мм; d = = 1,5s + 5 мм при s ≥ 3 мм, где s— наименьшая толщина свариваемых частей.

В некоторых случаях строительные конструкции имеют точки диаметром около 3,5s и более. Можно принимать: t= 3d; t₁ = 2d; t₂ = 1,5d.

В практике иногда применяют следующее соотношение между t, s и d:

(2.23)

Для улучшения качества соединений точечную сварку иногда заменяют рельефной, при этом более точно фиксируется зона пропускания тока, уменьшается эффект шунтирования (рис. 2.14).

Точки в сварном соединении следует располагать таким образом, чтобы они воспринимали преимущественно усилия среза, а не от­рыва. На рис. 2.15, а конструкция нерациональна — точки в ней работают на отрыв; на рис. 2.15, б—рациональна.

В соединениях, изображенных на рис. 2.16, а, б, расчет проч­ности точки производится на срез. Сварные точки могут быть односрезными (рис. 2.16, а) и двусрезными (рис. 2.16, б).

Расчетное напряжение в односрезной точке

τ = 4Р/(πd²) ≤ [ τ_o`]; (2.24)

в двусрезной точке

τ = 2Р/(πd²) ≤ [ τ_o`], (2.25)

где [τ_o`] — допускаемое напряжение в точке при срезе; d — диаметр точки; Р — усилие, передаваемое на одну точку.

В действительности в точечном соединении могут иметь место две формы разрушения: срез точек и разрыв основного металла в зоне соединения. Увеличение диаметра точки повышает ее сопротивление срезу; увеличение толщины детали повышает сопротивле­ние основного металла разрыву. При назначении диаметра согласно формуле (2.23) расчет прочности точек можно производить только и,| срез. При работе сварной точки на отрыв, например в конструкции, изображенной на рис. 2.16, в, расчетное напряжение будет

σ = 4Р/( πd²) ≤ [σ_o`], (2.26)

где [σ_o`] — допускаемое напряже­ние в точке при отрыве.

Допускаемое напряжение в точке при отрыве [σ_o`] следует при­нимать еще более низким, неже­ли [τ<sub>o</sub>`]. При этом целесообразно пользоваться данными эксперимен­тов.

Для легированных сталей и цветных сплавов допускаемое на­пряжение в точечных соединениях принимают на основе результатов экспериментов с учетом условий нагружения и других фак­торов.

Например, для алюминиевых сплавов расчетное усилие на срез Р при точечном соединении; выполненном контактной сваркой на машинах с импульсом постоянного тока, можно определять в зави­симости от толщины основного металла и вида сплава, пользуясь табл. 2.6.

Таблица 2.6

Расчетные усилия Р, кН, на срез одной точки точечного соединения алюминиевых сплавов

Толщина наиболее тонкого Металлаов соединениях, мм	АМц	АМг6	АВТ1	В92Т
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0	0,9	1,0 1,7 2,4 3,2 4,0 7,0	1,2 2,0 2,9 3,9 5,0 9,0	1,4 2,5 3,5 4,6 6,0 11

П рактически наиболее часто соединения конструируются смешанными (см. рис. 2.13, в), так как один поперечный ряд неравнопрочен с соединяемым элементом. Напряжение в точке такого соединения определяется в условном предположении, что все точки работают равномерно:

τ = 4P/( iπd²) ≤ [ τ_o`], (2.27)

где i — число односрезных сварных точек в соединении.

Если точки двусрезные, то i — общее число плоскостей среза и соединении. С учетом неравномерного распределения усилий между точками допускаемое напряжение [τ_o`] в смешан­ном соединении целесообразно снизить на 10—20 %.

Часто в конструкциях парные точки являются связующими и рабочих напряжений не передают. Напри­мер, при формировании про­филей элементов конструк­ций, которые воспринимают продольное усилие, точки служат для связи между отдельными частями. Соедине­ния обшивок с каркасом также часто осуществляют точками. Указанные точки при статических нагрузках в большинстве случаев не оказывают существенного влия­ния на прочность. Примеры сварки профильных элементов точками приведены на рис. 2.17. В верхнем горизонтальном ряду даны точечные соединения, особенно удобные для сварки, во втором ряду — удобные, в третьем — не вполне удобные, в четвертом — трудные.

Соединения при шовной сварке. Шовная контактная сварка попускает возможность соединений элементов от весьма малых тол­щин до суммарной толщины 4 — 6 мм из сталей и цветных сплавов. Шовной сваркой, как правило, соединяют изделия при распо­ложении роликов с обеих сторон соединяемых частей (рис. 2.18, а, б), но можно производить сварку и на подкладке при расположении роликов с одной стороны (рис. 2.18, в).

При шовной сварке между соединяемыми элементами образуется шов путем постановки ряда точек, перекрывающих друг друга.

Нахлесточные соединения образуют в соединениях эксцентриситеты, в результате которых возникают помимо основных продоль­ных сил изгибающие моменты. При этом прямолинейные элементы (рис. 2.18, г) несколько искривляются (рис. 2.18, д).

Поскольку элементы, свариваемые шовной сваркой, имеют ма­лые толщины, влияние изгибающего момента незначительно и его при расчете прочности не учитывают.

Напряжения в швах при шовной сварке определяют по усилию среза

σ = Р/(lа), (2.28)

где Р — действующая в соединении сила; а — ширина шва; l — длина шва.