Иванов М.Н. - Детали машин (1065703), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Прочность соединения зависит от однородности и непрерывности материала сварного шва и окружающей его зоны. Применяемые в современном машиностроении виды сварки весьма разнообразны. Каждый из них имеет свои конкретные области применения*. Из всех видов сварки наиболее широко распространена электрическая. Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную. Эяектродуговая сварка основана на использовании теплоты электрической дуги для расплавления металла. Для защиты расплавленного металла от вредного действия окружающего воздуха на поверхность электрода наносят толстую защитную обмазку, которая выделяет большое количество шлака и газа, образуя изолирующую среду.
Этим обеспечивают повышение качества металла сварного шва, механические свойства которого могут резко ухудшиться под влиянием кислорода и азота воздуха. С той же целью производят сварку под флюсом, Этот вид сварки в настоящее время является основным видом автоматической сварки. Производительность автоматической сварки под флюсом в 10...20 раз и более выше ручной. Повышения производительности достигают путем применения тока 1000...3000 А вместо 200...500 А при ручной сварке.
Это обеспечивает более рациональное формирование шва и повышает скорость сварки. В то время как при ручной сварке образование шва достигается в основном за счет металла электрода (рис. 3.1, а). при автоматической сварке шов формируется в значительной степени за счет расплавленного основного металла (рис. 3.1, 6), что не только сокращает время, но и значительно Рис. 3 1 снижает расход электродного матери- ала. Автоматическая сварка под слоем флюса обеспечивает высокие и, что особенно важно, однородные, не зависящие от индивидуальных качеств сварщика механические свойства соединений. * Изучение различных методов сварки является предмегом специальных глав курса «Технология конструкционных материалов».
Ьйр:ПКигзатК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 За последние годы разработана э гектрошлаковая сварка, при которой источником нагрева служит теплота, выделя- ющаяся при прохождении тока от электрода к изделию через шлаковую ванну. Электрошлаковая сварка предназначена для соединения деталей большой толщины. Толщина свариваемых деталей практически не ограничивается. Электрошлаковая свар- ка позволяет заменять сложные и тяжелые цельнолитые и цельнокованые конструкции сварными из отдельных простых отливок, поковок и листов, что значительно облегчает и снижа- ет стоимость производства.
Эта сварка применима и для ' чугунных отливок. Контактная сварка основана на использовании повышен- ного омического сопротивления в стыке деталей и осуществ- ляется несколькими способами. При стыковой контактной сварке через детали пропускают ток, сила которого достигает нескольких тысяч ампер. Основное количество теплоты выделяется в месте стыка, где имеется наибольшее сопротивление; металл в этой зоне разогревается до пластического состояния или даже до поверхностного оплавления. Затем ток выключают, а разогретые детали сдавливают с некоторой силой †происход сварка металла деталей по всей поверхности стыка. Этот вид сварки рекомен- дуют применять для стыковых соединений деталей, площадь поперечного сечения которых сравнительно невелика. При точечной контактной сварке соединение образуется не по всей поверхности стыка„а лишь в отдельных точках, к которым подводят электроды сварочной машины.
При шовной контактной сварке узкий непрерывный или прерывистый шов расположен вдоль стыка деталей. Эту сварку выполняют с помощью электродов, имеющих форму дисков, которые катятся в направлении сварки. Точечную и шовную сварку применяют в нахлесточных соединениях преимущест- венно для листовых деталей толщиной не более 3...4 мм и тонких стержней арматурных сеток.
В отличие от точечной шовная сварка образует герметичное соединение. Все рассмотренные виды контактной сварки высокопроиз- водительны, их широко применяют в массовом производстве для сварки труб, арматуры, кузовов автомобилей, металличес- кой обшивки железнодорожных вагонов, корпусов самолетов, тонкостенных резервуаров и т. п, Сварное соединение является наиболее совершенным из неразьемных соединений, так как лучше других приближает составные детали к цельным. При сварном соединении проще обеспечиваются условия равно прочности, снижения массы и стоимости изделия.
Сварку применяют не только как способ соединения деталей, но и как технологический способ изготовления самих деталей. Сварные детали во многих случаях с успехом заменяют литые 3-24 Ийр:ИшгзаиК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 а) ф $ Рис. 3.2 и кованые (рис. 3.2, где а — зубчатое колесо; б — кронштейн; в — корпус).
Для изготовления сварных деталей не требуется моделей, форм или штампов. Это значительно снижает их стоимость при единичном и мелкосерийном производстве. Сварка таких изделий, как зубчатые колеса или коленчатые валы, позволяет изготовлять их более ответственные части (венец, шейка) из высокопрочных сталей, а менее ответственные (диск и ступица колеса, щека коленчатого вала) — из дешевых материалов. По сравнению с литыми деталями сварные допускают меньшую толщину стенок, что позволяет снизить массу деталей и сократить расход материала. Большое распространение получили штампосварные конструкции (рис.
3.2, в), заменяющие фасонное литье, клепаные и другие изделия. Применение сварных и штампосварных конструкций позволяет во многих случаях снизить расход материала или массу конструкции на 30...50%, уменьшить стоимость изделий в 1,5,...2 раза. $ 3.2. Конструкция и расчет на прочность* Стыковое соединение во многих случаях является наиболее простым и надежным. Его следует применять везде, где допускает конструкция изделия. В зависимости от толщины соединяемых элементов соединение выполняют с обработкой или без обработки кромок, с подваркой и без подварки с другой стороны (рис.
3.3). При малых толщинах обработка кромок не обязательна, а при средних и больших толщинах она необходима по условиям образования шва на всей толщине деталей, Автоматическая сварка под флюсом позволяет увеличивать предельные толщины листов, свариваемых без обработки кромок, примерно в два раза, а угол скоса кромок уменьшить до 30...35' (на рис. 3.3 показаны швы, выполняемые при ручной сварке), Сваривать встык можно не только листы или полосы, но также трубы, уголки, швеллеры и другие фасонные профили.
~ При расчете на прочность полагаем, что вид сварки выбран правильно, а качество выполнения шва удовлетворяет техническим нормам. 66 Ийр:ИшгзаиК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 Во всех случаях составная деталь получается близкой к целой.
а Стыковые соединения могут разрушаться по шву, месту сплавления металла шва с металлом Яо дмн детали, сечению самой детали в зоне термического влияния. Зоной термического влияния называют прилегающий к шву участок детали, в котором в результате нагревания при сварке изменяются механические свойства » Яо_#_ми о бОнм металла. Понижение механических свойств в зоне термического влияния особенно значительно п и сва ке те мически об або- о=Г/А =Г/(Ьо) < [а'1; (3.1) на изгиб гз=М/В'=6М/(Ьо') < ~а'~, где Ь и о — ширина и толщина полосы; 1ст'1 — допускаемое нап яжение для сварных соединений (см. та л. 3.1).
Отношение ~о'~ к допускаемом напряжению на растяжение для основного металла детали ~ а~ является коэффициентом прочности сварного соединен я: ~Р =1 о'1/1 о'~„. (3.2) Значение ~р колеблется в пределах 0,9„.1,00 (см. табл. 3.1), т.
е. стыковое соединение почти равнопрочно с соединенными деталями. В тех случаях, когда требуется повысить прочность соединения, применяют косые швы (рис. 3.4). Расчет косого ВриентироВо чная нинин а орушвния соеоинения Рис. 3.4 3» Р Р Р Р танных, а также наклепа нных Рис. 3.3 сталей. Для таких соединений рекомендуют термообработку и наклеп после сварки. Практикой установлено, что при качественном выполнении сварки разрушение соединения стальных деталей происходит преиму-, щественно в зоне термического влияния. Поэтому расчет прочности стыкового соединения принято выполнять по размерам сечения детали в этой зоне. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают при назначении допускаемых напряжений.
Например, при расчете полосы, сваренной встык (рис. 3,3): на растяжение И йр:ИшгзаиК-с1т.пагоб.ги зозбтф1и1.Ьу ~сд:464840172 шва выполняют по формуле (3.1), в которой принимают ~а' ~о~,. аклесточиое соединение. Выполняется с помощью угловых швов (рис. 3.5). В зависимости от формы поперечного сечения различают угловые швы: нормальные 1, вогнутые 2, выиуклые 3. На практике наиболее распространены нормальные швы. Винуклый шов образует резкое изменение сечения деталой в месте соединения, что является причиной повышенной концентрации напряжений. Вогнутый шов снижает концентрацию напряжений и рекомендуется при действии переменных нагрузок, Вогнутость шва достигается обычно механической обработкой, которая значительно увеличивает стоимость соединения. Поэтому такой шов применяют только в особых случаях, когда оправдываются дополнительные расходы.
,г Рис. 3.5 Основные геометрические характеристики Рис. 3.6 углового шва — катет й и высота Ь; для нормального шва Ь=йвш45'а0,7Й. По условиям технологии принимают й>3 мм, если толщина листа 5>3 мм. В большинстве случаев к=о. В зависимости от расположения различают швы лобовые, фланговые и косые.
Лобовой шов расиоложен иериендикулярно, а фланговый— параллельно линии действия нагружаю шей силы. Обычно применяют комбинированное соединение фланговыми и лобовыми швами. Рассмотрим вначале соединения только фланговыми и только лобовыми швами, а затем комбинированное соединение. Фланговые швы (рис. 3.6). Основными напряжениями флангового шва являются касательные напряжения т в сечении т — т. По длине шва напряжения т распределены неравномерно. На концах шва они больше, чем в середине, Неравномерность распределения напряжений объясняется следующим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
