Сварные конструкции (часть 1) (Сварные конструкции), страница 9

Площадь сечения лобового шва, имеющего катет шва К = 5 мм,

F_л = lβК=12 • 0,7 • 0,5 = 4,2 см²

Площадь сечения двух фланговых швов при К = 8 мм

F_фл = 2lβK = 2 • 20 • 0,7 • 0,8 = 22,4 см².

Площадь сечения всех угловых швов прикрепления

F = Fл + F_л = 26,6 см².

Напряжение среза в швах

τ = P/F = 0,18/0,00266 = 67,7 МПа.

Пример 2 (рис. 2.27, б). Уголок 90 X 90 мм имеет площадь сечения F = 15,6 см². Допускаемое напряжение в металле уголка [σ]_р = 200 МПа, допу­скаемое напряжение среза в шве [τ'] = 120 МПа. Спроектируем сварное соеди­нение, равнопрочное уголку; сварка однопроходная полуавтоматическая β = 0,8).

Допускаемое растягивающее усилие в уголке

P = [σ]_pF = 200 • 15,6 • 10^-4= 0,312 МН.

Проектируем лобовой шов с катетом К = 9 мм. Усилие, допускаемое на лобовой шов, равно

P_л = [τ'] βKl_л = 120 • 0,8 • 0,С09 • 0,09 = 0,078 МН.

Остальная часть усилия должна быть передана на фланговые швы:

P_фл =Р - P_л = 0,234 МН.

Усилие, передаваемое на шов 1,

Р₁ = 0,7Р_фл = 0,164 МН.

Катет шва 1 принимаем K = 12 мм, тогда требуемая длина

l₁ = Р₁ /(βК [τ']) = 0,164/(0,8 • 0,012 • 120) = 0,142 м.

Принимаем l₁, = 14 см.

Усилие, передаваемое на шов 2,

Р₂ = 0,ЗР_фл = 0,07МН.

Катет шва 2 принимаем К = 9 мм, тогда требуемая длина шва

l₂ = Р₂/(βК [τ']) = 0,07/(0,8 • 0,009 • 120) = 0,08 м.

Принимаем 1₂ = 8 см.

Примеры 3—6 предлагаются для самостоятельном работы по расчету угловых швов.

Пример 3 (рис. 2.27, в). Полоса сечением 300 X 12 мм прикреплена к листу фланговыми и косыми швами с катетами K=12 мм и лобовым швом с к;нетом К = 8 мм. Определить допускаемое усилие Р, если [τ'] = 120 MIIа; сварка авто­матическая (β = 1).

Пример 4 (рис. 2.27, г). Определить требуемые длины фланговых швов для прикрепления двух тяг уголкового профиля 100 X 100 X 8 мм. Площадь сечения тяги F = 15,6 см². Поддерживаемый груз Р = 200 кН, сварка полуавтоматиче­ская (β = 0,8).

Пример 5 (рис. 2.27, д). Определить число сварных точек для прикрепле­ния к листу швеллера № 6,5 площадью сечения F = 8,28 см² и толщиной стенки 4,5 мм при условии Р = 100 кН с допускаемым напряжением па срез точки [τ'] = 90 МПа и произвести их расстановку с учетом t, t₁ и t₂.

Пример 6 (рис. 2.27, е). Полоса сечением 200 X 12 мм приваривается к листу. Усилие Р = 500 кН, допускаемое напряжение шва [τ'] = 130 МПа. Определить количество наплавленного металла при швах в форме равнобедренного треуголь­ника с катетами К, равными 8 и 12 мм; сварка ручная (β = 0,7).

§ 5. Соединения при сварке пластмасс

Сварка горячим воздухом. При сварке воздух, нагретый в спе­циальной горелке до 250—300 ^oС, в зоне сварки несколько охлаж­дается. Сварка осуществляется присадочным прутком, подающимся в разделку шва вручную или полуавтоматом.

Сварка нагревательным элементом. Позволяет сваривать угло­вые, тавровые и стыковые соединения. Одним из способов этой сварки является электроимпульсная сварка очень тонких пленок толщиной в сотые доли миллиметра. При этом узкая металлическая лента прижимается к нахлестке соединяе­мых пленок, нагревается током и быстро охлаждается. Соединения обладают доста­точной прочностью.

Сварка токами высокой частоты. Этим способом сваривают поливинилхлорид, по­лиамид и др. Разогрев соединяемых де­талей производится роликами, через кото­рые пропускается ток высокой частоты.

Сварка трением. Трением сваривают стыковые соединения преимущественно тел вращения: стержней круглого сече­ния, труб.

Сварка ультразвуком пластмасс является одним из прогрессив­ных способов их соединения. Она производится по схеме, приве­денной на рис. 2.28. Колебания волновода направлены перпенди­кулярно плоскостям стыкуемых элементов. Сварка обычно произ­водится односторонним способом, но в некоторых случаях целесообразно расположение волноводов с двух сторон.

Ультразвуком можно сваривать тонкие пленки, а также детали тол­щиной в несколько миллиметров из различных термопластичных материа­лов: полистирола, полиэтилена, поливинилхлорида, винипласта и т. п. При ультразвуковой сварке получают нахлесточные и тавровые соединения. Нахлесточные соединения при сварке ультразвуком могут быть то­чечными и шовными. Для постановки точек применяют различные системы волноводов, которые ставят сварные точки как по линии, так и по сложному контуру. При этом особенно хорошие резуль­таты получаются при сварке контурными волноводами, имеющими в поперечном сечении круглый кольцевой профиль. Качество сое­динений, сваренных ультразвуком, определяется продолжительно­стью процесса, амплитудой колебаний волновода, усилием сдавливания. Ультразвуком можно сваривать несколько пластин, образую­щих пакет, а также производить сварку в труднодоступных местах, (рис 2 29)

Ультразвуком можно осуществлять сварку не только в месте соприкосновения волновода с деталью, но и на некотором расстоя­нии, которое зависит от свойств полимера и конфигурации конструк­ции, подлежащей сварке. Сварка ультразвуком широко внедрена в различных отраслях промышленности.

В настоящее время с помощью ультразвуковых колебаний до­стигнута возможность соединения биологических тканей костей, мягких тканей.

§ 6. Болтовые соединения

Болтовые соединения применяются в конструкциях комбиниро­ванного характера. Часть соединений, выполняемых в цеховых условиях, проектируется сварными, другая часть, выполняемая на монтаже, — с применением болтов. Как правило, это болты высокой прочности, изготовляемые из сталей 40 X, 40ХФА, имею­щих предел прочности при растяжении более 1000 МПа. Распре­деление усилий в сварном соединении с такими болтами происходит более равномерно, чем в сварном соединении с заклепками.

По точности изготовления болты разделяются на ряд групп: болты повышенной точности изготовляются согласно ГОСТ 7805—70, болты грубой точности — согласно ГОСТ 15589—70. Болты уста­навливаются диаметром d от 10 до 48 мм при общей длине l = 40 ÷ 200 мм.

Болты повышенной точности могут быть поставлены в отверстия с минимальным зазором 0,3—0,5 мм. Это обеспечивает передачу усилия в результате плотного соприкасания болтов с деталями.

В некоторых случаях усилие передается посредством трения. При этом не требуется плотное соприкасание тела болта со стен­ками отверстия и, следовательно, упрощаются сборочные операции.

В строительных конструкциях расчет болтовых соединений на срез производится по формуле

(2.29)

где i— число болтов; d — диаметр болтов; Р—усилие. Расчет на смятие производится по формуле

(2.30)

где s — наименьшая толщина соединяемых частей; расчет на растяжение — по формуле

(2.31)

Расчетные сопротивления на срез R^б_cр в зависимости от марки стали принимаются от 150 до 300 МПа, на растяжение R^б_р — ot 170 до 400 МПа, на смятие R^б_cм — от 380 до 470 МПа.

Расчет высокопрочных болтов, работающих посредством тре­ния, производится с учетом усилия натяжения болта

P_б = 0,65σ^б_в F^б_н, (2.32)

где σ^б_в —. предел прочности болта; F^б_н — его площадь сечения по внутреннему диаметру.

Усилия, которые воспринимаются трением, составят

N = P_б fm, (2.33)

где т — 0,9 — коэффициент условий работы; f— коэффициент тре­ния.

При отсутствии обработки соединяемых поверхностей f = 0,25; при обработке щетками f = 0,35; при огневой обработке f = 0,40.

Рабочие усилия, воспринимаемые одним болтом,

N = 0,65 σ^б_в F_н f m. (2.34)

Применение высокопрочных болтов облегчает условия монтажа и нередко оказывается рациональным с позиций повышения рабо­тоспособности конструкции при действии переменных и ударных нагрузок.

Высокопрочные болты могут быть рекомендованы не только для стальных конструкций, но и для конструкций из алюминиевых сплавов, например АМг6, Д1Т, Д16Т и др. Применяют болты из сплавов АВТ1, В94, Д16п и др.

Размещение болтов в конструкциях определяется следующими условиями: минимальное расстояние между центрами 3,5 d, макси­мальное расстояние между центрами в крайних рядах 5 d или 10 s, то же, в средних 10 d или 14 s; минимальное рассто­яние от центра болта до края элемента 2,5 d; максималь­ное — 6 s.

Здесь d — внешний диа­метр резьбы болта; s— на­именьшая толщина соединяе­мых частей.

§ 7. Клееносварные соединения

Клееносварные нахлесточные соединения применяют в конструкциях из алюминие­вых сплавов. Клеевая прослойка повышает сопротивляемость кон­струкции коррозии, а также воспринимает на себя часть усилия. Кроме того, клеевые прослойки способствуют устранению рас­крытия нахлестки и смягчают концентрацию напряжений, повышая тем самым работоспособность конструкций. Сопоставление допускаемого усилия среза Р_ср клееносварных соединений со сварными и клепаными в зависимости от толщины s соединяемых элемен­тов дано на рис. 2.30.

Прочность клееносварных соединений в большой мере зависит от температуры эксплуатации, а также от технологических и кон­структивных параметров, состава клея, величины зазора, толщины деталей. Эффективность склеивания повышается с уменьшением толщины элементов.

§ 8. Паяные соединения

Пайка осуществляется присадочным металлом, называемым при­поем, имеющим температуру плавления более низкую, нежели металл соединяемых частей. Процесс пайки универсален. Пайкой соединяют однородные и разнородные металлы, металл с графитом, керамикой и другими неметаллическими материалами.

На рис. 2.31, а показано положение деталей перед пайкой, на рис. 2.31, б— после пайки, которая происходит в результате за­текания расплавленного припоя в зазор величиной в несколько де­сятых долей миллиметра.

На рис. 2.32 изображены паяные соединения труб со штампован­ными элементами. Надлежащая прочность паяного соединения обес­печивается нахлесткой достаточно большой протяженности.

Расчет прочности паяных соединений производится в зависи­мости от характера действующих сил. Если на соединения вна­хлестку (рис. 2.33, а, б) действуют продольные растягивающие или сжимающие усилия Р, то паяные соединения работают на срез.

Напряжение по плоскости среза равно

τ = P/ca ≤ [τ`], (2.35)

где [τ`] — допускаемое напряжение паяного шва на срез.

На рис. 2.33, б, г, д приведены примеры паяных соединений встык. Паяные прямые швы (рис. 2.33, в) не всегда могут быть рекомендованы для рабочих конструкций. Косые паяные (рис 2.33, г) швы обладают более высокой несущей способностью, особенно при угле скоса 45°. Зигзагообразные соединения (рис. 2.33, д) не могут быть признаны целесообразными. Они сложны в оформлении, а разрушение наступает по сечению, совпадающему с вертикальной плоскостью спая.