О.А. Ряховский, А.В. Клыпин - Детали машин (1065792), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Общие сведения Сварные соединения — наиболее распространенный и совершенный вид неразъемных соединений. Они образуются путем местного нагревания сопрягаемых участков свариваемых деталей до расплавленного (сварка плавлением) или до пластического состояния с последующим сдавливанием (контактная сварка).
При этом используются силы межмолекулярного взаимодействия. Сварку широко применяют в машиностроении. Наиболее распространенной из всех сварок плавления является дуговая сварка плавящимся электродом, изобретенная н примененная в России еще в конце Х1Х в. Н. Н. Бенардосом и Н. Г. Славяновым. Источником теплоты является электрическая дуга, образующаяся между электродом и поверхностью свариваемых деталей. Оплавившиеся кромки и расплавившийся электрод образуют сварной шов. При ручной сварке в качестве электрода используют стальной стержень.
Покрытие (обмазка) электродов обеспечивает защиту материала шва от вредного воздействия воздуха (кислород, азот). Обычно сваривание углеродистых и низколегированных сталей выполняют электродами (ГОСТ 9467-73): Э38; Э42; Э46; Э50. При повышенных требованиях к пластичности и ударной вязкости сварного шва используют электроды марок Э42А, Э46А, ЭбОА. (Числа после буквы Э, умноженные на 10, означают среднее значение предела прочности металла шва в МПа.) Качество сварного шва при ручной сварке зависит от квалификации сварщика. Высокое качество шва и производительность обеспечивает автоматическая сварка под слоем флюса, которую выполняют на специальных машинах и применяют в серийном производстве при выполнении длинных непрерывных швов.
В качестве электрода используют стальную омедненную проволоку. Технология сварки других материалов (например, алюминиевых и титановых сплавов) значительно сложнее, В этих случаях 146 применяют аргоно-дуговую или электронно-лучевую сварку в вакуумной камере и др. При электрической контактной сварке используют теплоту, выделяющуюся в контакте свариваемых деталей при пропускании через него электрического тока. Эту сварку применяют для сваривания тонких деталей из углеродистых и легированных сталей, алюминиевых и других сплавов. З~ггж~В г * г г: т изделий больших размеров (корпуса судов, железнодорожные вагоны, кузова автомобилей, трубопроводы, резервуары, мосты и др.); снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30...50% и с клепаными — до 20% благодаря в основном уменьшению толщины стенок и припусков на механическую обработку, а также отсутствию ослабляющих отверстий и накладок как в заклепочном соединении; снижение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного или мелкосерийного производства; малая трудоемкость, невысокая стоимость оборудования, возможность автоматизации; возможность достижения равнопрочности сварного изделия и свариваемых деталей.
Недостатки сварных соединений: возникновение при сварке дефектов швов, снижающих их прочность (особенно при переменном нагружении). На рис. 11.1 изображены дефекты швов: а) непровар шва; б) подрез шва; в) смещение деталей в стыке; г) шлаковые 2 и газовые 3 включения (последние устраняются механической обработкой поверхностной зоны шва); возникновение остаточных напряжений (вследствие локальных термических деформаций от неравномерного нагрева соединяемых деталей) снижает прочность и вызывает необходимость проведения старения; сложность проведения контроля ответственных сварных изделий; местное оплавление участков деталей вблизи шва вызывает изменение химической структуры металла.
Сварной шов является концентратором напряжений. Снижение циклической прочности сварного соединения оценивают эффективным коэффициентом концентрации напряжений = о-и/о-1х (11.1) а) б) в) г) г г 1 К(йа) а)22 ) ))вам Рнс. 11.1. ДеФекты сварных швов 147 таблица 11.1 а) ЯЯ~ ав, е) 149 где и м — предел выносливости детали без концентрации напряжений (сварной шов отсутствует); о г„— предел выносливости сварной детали (имеется сварной шов).
Так, наличие «подреза» (рис. 11.1, б) снижает циклическую прочность сварного соединения до 20 раз [51. Эффективный коэффициент концентрации напряжений для необработанных механическим путем стыковых швов при ручной сварке углеродистых сталей в среднем составляет К = 1,2. После механической обработки стыковых швов К = 1. 11.2. Сварные соединения стыковыми швами Сварные изделия, выполненные стыковыми швами, являются наиболее рациональными и образуются при полной проварке стьпса торцов соединяемых деталей с помощью дуговой (рис.
11.2, а — е) или контактной (рис. 11.2, д) электросварки. Полный и бездефектный провар стыка обеспечивает равнопрочность сварного шва и соединяемых деталей. Для получения шва без дефектов кромки деталей механически обрабатывают (разделывают). Однако при толщине деталей б = (1...4) мм скоса кромок (рис. 11.2, а) не делают, так как в этом случае происходит проплавление деталей на полную толщину; при б > 4 мм выполняют скосы различной Формы (рис. 11.2, б, в); кромку одной детали таврового соединения с полным проваром также разделывают со скосом (рис. 11.2, г). Торцы деталей под стыковую контактную электросварку выполняют плоскими с хорошим прилеганием (рис.
11.2, д), При малой толщине деталей б С 1 мм выполняют отбортовку (рис. 11.2, е). Стыковые сварные соединения при статическом нагружении преимущественно разрушаются по шву. На рис. 11.3 изо- Рис. 11.2. Сварные соединения стыковыми швами: а — г, е — дуговая сварка; д — коатактная сварка Рис. 11Л. Расчетная схема сварного соединения стыковыми швами брзжены возможные виды внешних нагрузок на сварное соединение: г — центральная растягивающая сила, М вЂ” изгибающий момент, Т вЂ” крутящий момент. В этом случае расчет сварных стыковых швов на статическую прочность приближенно проводят по эквивалентным напряжениям а „„в опасном сечении о,,= (сг + аа) + Зтв >[о'], (11.2) где пр = 4Р/[л(0в — с)в)1 — нормальные напряжения растяжения; и = М/14г = М/[0,1Лз(1 — с(е/Х)4)) — наиболь шие нормальные напряжения изгиба (в зоне А); с = Т/ЪЧр = = Т/[0,2Пз(1 — с(4/Ю4)1 — наибольшие касательные напряжения кручения, если б << Ю, то приведенные выше выражения упрощаются ор — — г/(Ыб); а„=- 4М/(кс(вб); т = 2Т/(кг)вб) [ор1— допускаемое напряжение для сварного шва (табл.
11.1). Допускаемые напряжения сварных швов при статическом нагружении Продолжение табл. 11.1 д-д (увеличено) бмь а) в) Удаленнь б участон шва 151 П р и м е ч а в и е. Допускаемые напряжения растяжения основного металла (о ) = о,/Я, где о, — предел текучести; Я вЂ” коэффициент безопасности, Я = 1,2...1,8 для низкоуглеродистых в Я = 1,5...2,2 для низколегированных сталей; если разрушение сопряжено с тяжелыми последствиями, то значение Я повышшот еще в 1,5...2 раза. 11.3. Сварные соединения угловыми швами Угловые швы дуговой сварки применяют в нахлесточных (рис. 11.4, а), тавровых (рис. 11.4, б) и угловых (рис.
11.4, в) соединениях, свариваемые кромки деталей которых не имеют скосов. В зависимости от расположения сварных швов относи- Рис. 11.4. Сварные ооодиневия угловыми швами: а — нвхлеоточные; б — тавровые: в — угловые; г — саецввлькый шов тельно действующих сил, в нахлесточном соединении различают лобовые (№ 1), фланговые (№ 2) и комбинированные, являющиеся сочетанием лобовых и фланговых, швы (рис. 11.5, б). При статическом нагружен ни применяют угловые швы, имеющие в поперечном сечении прямоугольный треугольник с соотношением катетов 1:1 (см.
рис. 11.4, а), как более простые в изготовлении. Для таких швов расчетная высота опасного сечения составляет р = язеп 45' 0,7я. Катет углового шва определяют расчетом и затем округляют до целого значения )ьм-,в > 3 мм. (11.3) Минимальное значение катета силового сварного шва рекомендуют принимать > 3 мм нз-за возможного значительного уменьшения площади поперечного сечения шва вдоль его длины, вызванного непостоянством параметров сварочного процесса при ручной сварке. Для повышения усталостной прочности сварного соединения, выполненного лобовыми швами, следует применять швы с соотношением катетов 1:2 (см. рис.
11.4, г). Такое отношение катетов швов обусловливает более плавный характер изменения силовых линий в области расположения сварного шва (снижается концентрация напряжений). Механическое удаление поверхностной части сварного шва с газовыми и шлаковыми включениями также повьппает циклическую прочность сварного соединения.
При действии центральной растягивающей силы г на сварное соединение, выполненное фланговыми швами (рис. 11. 5, а), сила г передается с детали 1 на деталь 2 сварными швами, работающими на сдвиг. В результате в поперечных сечениях от А к В детали 1 на длине 1 сила Г плавно убывает, а вместе с ней убывают и неравномерные деформации растяжения детали 1. Рве. 11.5. Сварочные нвхлеоточкые соединения: а — фланговы- ми швами; б — комбинированными швами (11.4) (11.6) т, 153 152 В связи с этим ограничивают максимальную длину фланговых швов. Кроме того, из-за неизбежного изменения размеров поперечного сечения шва на его концах вследствие нестабильного горения дуги, не следует делать нх короче 30 мм.
Таким образом, рекомендуемая длина 1 Фланговых швов 50Ь > ( > 30 мм. Разрушение угловых швов при статическом нагружении происходит по наименьшей площади (по опасному сечению), проходящей по биссектрисе прямого угла (см. рис. 11.4, а). В опасном сечении лобовых швов имеет место сложное напряженное состояние, а во фланговых швах в опасном сечении действуют касательные напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
