20. Расчет прочности сварных соедине­ний

Стыковое соединение с прямым швом (рис. 21, а). Допускаемая сила для соединения при растяжении Р₁ = [σ'_p]/s , то же, при сжатии Р₂ =[σ'_сж]lS, где [σ'_р] и σ'_сж – допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

При расчете прочности все виды подготов­ки кромок в стыковых соединениях принима­ют равноценными.

Стыковое соединение с косым швом (рис. 21, б). Допускаемая сила для соединения при растяжении

При β = 45° соединение равнопрочно це­лому сечению.

Нахлесточное соединение (рис. 22). Со­единения выполняют угловым швом. В зави­симости от направления шва относительно направления действующих сил угловые швы называют лобовыми (рис. 22, а), фланговыми (рис. 22, б), косыми (рис. 22, в) и комбиниро­ванными (рис. ).

Рис. 21. Стыковое соединение:

а - с прямым швом; б - с косым швом

Рис. 22. Швы нахлестанных соединений:

а - лобовой; б - фланговый; в - косой; г - комбинированный

Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К - длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.

Минимальный катет углового шва К_min принимают равным 3мм, если толщина метал­ла s≥ 3мм.

Допускаемая сила для соединения Р₁ = Р₂ = 0,7[τ'_ср]KL, где [τ'_ср] – допускаемое напряжение для сварного шва на срез; К - ка­тет шва; L - весь периметр угловых швов;

для лобовых швов L = l;

для фланговых L = 2l₁;

для косых L = l/sinβ;

для комбинированных L = 2l₁ + l.

Соединение несимметричных элементов (например, угловых профилей, рис. 23). Силы, передаваемые на швы l и 2, находят из урав­нений статики:

Необходимая длина швов

где [τ'_cр] - допускаемое напряжение для свар­ного шва на срез; К - катет шва.

Примечание. Допускается увеличение l₂ до размера l₁.

Рис. 23. Соединение несимметричных элементов

Тавровое соединение: а) наиболее простое в технологическом отношении (рис. 24). До­пускаемая сила для растяжения

Р = [τ'_cр]0,7Кl,

где [τ'_cр] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез; К - катет шва, который не должен превышать 1,2 s (s - наименьшая толщина свариваемых элементов);

б) обеспечивающее лучшую передачу сил (рис. 25). Допускаемая сила для растяжения

P_l = [σ'_p]ls;

допускаемая сила для сжатия

P_l = [σ'_сж]ls;

где [σ'_р] и [σ'_сж] - допускаемые напряжения для сварного шва при растяжении и сжатии.

Соединение с накладками. Сечение на­кладок, обеспечивающее равнопрочность це­лого сечения (рис. 26):

где F- сечение основного металла; [σ_р] -допускаемое напряжение при растяжении ос­новного металла; [σ'_р] - допускаемое напря­жение для сварного шва при растяжении.

Рис. 25. Тавровое соединение, обеспечивающее лучшую передачу сил

Рис. 24. Наиболее простое в технологическом отношении тавровое соединение

Сечение накладки, обеспечивающее равно­прочность целого сечения (рис. 27):

где [τ'_ср] - допускаемое напряжение для свар­ного шва на срез.

Соединения с прорезями (рис. 28) приме­няют лишь в случаях, когда угловые швы не­достаточны для скрепления. Рекомендуется a = 2s, l = (10…25)s.

Допускаемая сила, действующая на про­резь,

P = [τ'_ср]ls,

где [τ'_cр] - допускаемое напряжение для свар­ного шва на срез.

Соединение пробочное (рис. 29) приме­няют в изделиях, не несущих силовых нагру­зок. Пробочную сварку можно применять для соединения листов толщиной ≥ 15мм. Если пробочные соединения подвергаются дейст­вию срезывающих сил, то напряжение

где d - диаметр пробки; i - число пробок в соединении.

Рис. 26

Рис. 27

Рис. 28. Соединение с прорезями

Рис. 29. Пробочное соединение

Рис. 30. Стыковое соединение под действием момента

Расчет прочности соединения, на ко­торое действует момент. При расчете прочно­сти соединения (рис. 30), осуществленного стыковым швом, находящимся под действием изгибающего момента М и продольной силы Р, условие прочности

При расчете прочности соединения (рис. 31, а), осуществленного угловым швом, находящимся под действием момента М и продольной силы Р, расчетные касательные напряжения в шве

При расчете прочности соединений (рис. 31, б), состоящих из нескольких швов и работающих на изгиб, принимают (для приведенного графически случая), что момент М уравновешивается парой сил в горизонтальных швах и моментом защемления вертикального шва:

Если момент М и допускаемое напряжение τ заданы, то из полученного уравнения следу­ет определить l и К, задавшись остальными геометрическими параметрами.

Рис. 31. Угловое соединение под действием момента и продольной силы