Конспект (часть 1) (Конспект лекций 4302), страница 4

Формула определения допускаемого усилия Р для соединения, состоящего из одного расчетного лобового шва (рис. 2.4, б), имеет следующий вид:

Р = [τ']βKl, (2.8)

и для соединения, приведенного на рис. 2.4, а, —

Р = 2[τ'] βKl, (2.9)

где βK — расчетная высота шва, l — длина шва.

Фланговые швы направлены параллельно усилию (рис. 2 4, г). В них возникают два рода напряжений. В результате совместной деформации основного и наплавленного металла во фланговых швах образуются связующие напряжения. Как было указано выше, их не учитывают при определении прочности соединения. По пло­скостям соприкосновения валика флангового шва с каждым из ли­стов, а также в самом валике возникают напряжения среза, которые являются рабочими напряжениями соединения.

Расчет прочности швов производится по опасной плоскости среза, совпадающей с биссектрисой прямого угла. Расчетная фор­мула несущей способности составлена в предположении, что напря­жения вдоль флангового шва распределены равномерно.

Для конструкции, приведенной на рис. 2.4, г, расчетная фор­мула имеет вид

Р = 2[τ']βKl. (2.10)

С учетом концентрации напряжений (см. § 12) расчетная длина фланговых швов l ≤ 50K.

Косые швы направлены к усилию под некоторым углом (рис. 2.4, д). Их часто применяют в сочетании с лобовыми и фланю-иыми.

Расчет прочности косых швов производится аналогично описан­ному выше:

P = [τ']βKl. (2.11)

Пример комбинированных швов приведен на рис. 2.4, е.

Распределение усилий в отдельных швах, составляющих комби­нированное соединение, не одинаково. Однако расчет прочноаи комбинированных соединений производится согласно хорошо из-иесшому из курса сопротивления материалов принципу незави­симости действия сил. В соединении с лобовыми и фланговыми швами определение несущей способности следующее:

Р = Рл + Рфл, (2.12)

где Р — допускаемое усилие для комбинированного соединения, Рл, — допускаемое усилие для лобового шва; Рфл,— допускаемое усилие для фланговых швов. Таким образом,

Р = [т'](βKlл + 2βKlфл). (2.13)

Если катеты всех швов, входящих в состав комбинированного соединения, равны между собой, то

P = [τ']βKl, (2.14)

|де L—длина периметра швов. Этим соотношением пользуются при расчете соединения, показанного на рис. 2.4, е.

Некоторую особенность представляет расчет прочности швов, прикрепляющих уголок, работающий под действием продольной силы. Принимаем, что усилие Р в уголке действует в плоскости прикрепленной полки (рис. 2.4, ж).

Усилие, воспринимаемое лобовым швом,

Рл = [τ']βKlл (2.15)

Эксцентриситет приложения силы в расчете не учитывается. Усилие, передаваемое на фланговые швы,

Рфл = Р-Рл (2.16)

Это усилие распределяется между швами обратно пропорцио­нально расстоянию от оси уголка до обеих кромок. Таким образом, усилие в шве l1 будет

P1 = Pфлlл1/l1, (2.17)

усилие в шве l2

Р2 = Рфяlл2/l1л (2-18)

При расчете прочности прикреплений равнобоких уголков приближенно можно принять

P1 = 0,ЗРфл; Р2 = 0,7Рфл (2.19)

Касательные напряжения в швах равны

τ1 = P1/(βKlл1); τ2 = Р2/(βKlл2). (2.20)

Напряжение в каждом из фланговых швов не должно превышать допускаемого [τ'].

Конструктивно можно увеличить длину l1 относительно разме­ров, требуемых по расчету прочности, до значения l2.

Более точный метод расчета предусматривает учет не только срезывающей силы, но и момента силы относительно центра тяже­сти сечения швов (см. §10).

Тавровые соединения. Применяют для соеди­нения элементов, распо­ложенных во взаимно перпендикулярных пло­скостях. Тавровые сое­динения обычно можно выполнять без подготов­ки кромок (рис. 2.5, а). На рис. 2.5, б пока­заны тавровые соедине­ния с односторонней подготовкой кромок и подваром при толщине листов от 4 до 26 мм, а на рис. 2.5, е — с двусторонней подготов­кой кромок для элементов толщиной 12—60 мм.

При работе соединений (рис. 2.5, а) на растяжение расчетная формула прочности имеет такой вид:

Р = 2[τ']βК1, (2.21)

а для соединения, приведенного на рис. 2.5, б, в,

P = [σ']p sl. (2.22)

При работе узла, изображенного на рис. 2.5, а, на сжатие усилие Р в действительности частично передается с горизонталь­ного листа на вертикальный через плоскость соприкосновения ли­стов. Проверка прочности швов соединения в этом случае производится исходя из условного предположения, что усилие передается через швы. При этом [τ'] повышается до величины [σ']сж.

При сварке полуавтоматами тавровые соединения могут выпол­няться угловыми точечными швами (рис. 2.5, г). Применение точеч­ных швов целесообразно главным образом в конструкциях с толщи­ной листов s ≤ 4 ÷ 5 мм.

Угловые соединения. Угловые соединения, выполняемые дуго-1юй сваркой вручную, показаны на рис. 2.6, а.

При автоматическом и полуавтоматическом способах сварки

соединения имеют вид, приведенный на рис. 2.6, б (s = 10 ÷ 14 мм). и на рис. 2.6, в (s =

= 10 ÷ 40 мм).

Угловые соединения в основном применяются в связующих элементах и расчету на прочность не подлежат.

На рис. 2.9, а, б приведены примеры стыковых соединений де­талей из алюминиевых сплавов разных толщин при отсутствии экс­центриситета, а на рис. 2.9, в, г — при наличии эксцентриситета.

Предусмотрены варианты плавных сопряжений радиусом r швоб с основным металлом (рис. 2.9, а, в). Это сделано в целях устране­ния концентраторов напряжений, понижающих предел прочности соединений (рис. 2.9, б, г).

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).

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 cmj. 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; tх—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 dэ контактной машины подбирается исходя из необ­ходимого d. Как правило, d = (0,8 ÷ 1) dэ.

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.