Наиболее распространены дуговая и контактная виды электросварки.

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Сварные конструкции образуются путем местного нагревания деталей в зоне их соединения. При нагреве устанавливаются межатомные связи между свариваемыми частями.

Сваркой изготавливают станины, рамы, корпуса редукторов, зубчатые колеса больших размеров, шкивы, колонны, цистерны, трубы, корпуса морских судов и т. п.

Существует много методов сварки (более 60), которые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением (газовая, высокочастотная, дуговая и др.) и сварка пластическим деформированием (контактная, стыко­вая, точечная и др.)

Наиболее распространены дуговая и контактная виды электросварки.

Для дуговой сварки применяют электроды Э42, Э42А, Э46 и др. Число после буквы Э, умноженное на 10, обозначает минимальное значение временного сопротивления метала шва; буква А — повышенное качество электрода.

Достоинства: экономия материала (сварные конструкции легче клепаных на 20...25 %); герметичность соединений; возможность соединения деталей любых криволинейных профилей и толщины; значительно меньшая трудоемкость но сравнению с заклепочными соединениями.

 

Недостатки: невысокое качество шва; высокая концентрация напряжения в зоне сварных швов; при переменных режимах нагружения прочность сварных швов невысокая.

 

Основные типы сварных соединений. Технология, обозначения, классификация и конструктивные элементы сварных шкивов к сварных швов и сварных соединений регламентированы соответствующим ГОСТом.

В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов различают следующие типы сварных соединений.

Стыковые соединения простые и надежные в сравнении с другими соединениями. Применяется ручная дуговая сварка и автоматическая - шов образуется за счет основного металл а. Стыковые соединения применяются в самых простых случаях (рис. 1.1.1) и в конструкциях, работающих при пе­ременных напряжениях.

В зависимости от толщины соединяемых элементов соединения выполняют без подготовки кромок или с подготовкой.

Нахлёсточные соединения выполняют угловыми швами с различной фор­мой сечения (рис. 1.1.2, 1.1.3).

Основные характеристики углового шва (рис. 1.1.3): катет шва — К и вы­сота шва h.

Для нормального шва .

 

Рисунок 1.1.1 - Стыковые соединения

 

 

Рисунок 1.1.2 - Нахлесточные соединения угловыми швами:

а, б — лобовые, расположенные перпендикулярно линии действия cилы F: а - фланговые параллельно действию силы F; г – комбинированные швы.

 

 

Рисунок 1.1.3 - Виды угловых швов:

а — нормальный профиль шва; К — катет шва; δ — толщина сварного листа; б — вогнутый шов обеспечивает плавный переход, вследствие чего снижается концентрация напряжений. Применяют в ответственных конструкциях, так как механическая обработка удорожает конструкцию; в – выпуклый шов повышает концентрацию напряжений, применять нерационально; г — специальный шов, применяют при переменных нагрузках.

 

По условиям технологии принимают , если толщина листа мм.

Расчет на прочность сварных соединений. Основным критерием работоспособности швов сварных соединений является прочность.

Исходным условием проектирования соединений является равнопрочность шва и соединяемых деталей.

Стыковые соединения (рис. 1.1,1, а)

Расчет производят по напряжениям растяжения или сжатия по площа­ди А поперечного сечения соединяемых деталей. Условие прочности:

 

 

где — сила, действующая в соединении, Н; — толщина шва (принимается равной толщине детали), мм; — длина шва, мм; расчетное напряжение для шва, МПа; — допускаемое напряжение для шва (табл. 1.1). МПа.

При статической нагрузке допускаемые напряжения для сварных швов определяют как часть от на растяжение основного металла:

 

 

где — предел текучести основного металла, МПа; — допускаемый ко­эффициент запаса прочности: - 1,35... 1,6 — для низкоуглеродистой ста­ли и 1,5...1,7 — для низколегированной стали.

Отношение к допускаемому напряжению основного металла детали является коэффициентом прочности сварного соединения.

 

 

— значение напряжений см. табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Допускаемые напряжения в швах

 

Вид технологического процесса сварки	Допускаемые напряжения в швах при
Растяжении	Сжатии	Срезе [ ]
Автоматическая под флюсом, ручная электродами Э42А и Э50А, контактная стыковая			0,65
Ручная дуговая электродами Э42 и Э50, газовая сварка	0,9		0,6
Контактная точечная и шовная	-	-	0,5

 

В тех случаях, когда требуется повысить прочность соединения, применяют косые швы.

Расчет косого шва выполняют по формуле, в которой (рис. 1.1.4).

 

 

Рисунок 1.1.4 - Косой шов стыкового соединения

 

Значение предела текучести в зависимости от свариваемого материала (или от основного металла) — см. табл. 1.2.

 

Таблица 1.2 - Значения механических характеристик для некоторых марок сталей

Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел вынос-ливости , МПа	Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел вы- носливости , МПа
Ст3 и 10				30Х
				30ХТСА
				ВТ16		-

 

Стыковую сварку применяют не только как способ соединения дета­лей, но и как технологический способ изготовления самих деталей.

Нахлесточные соединения угловыми швами (рис. 1.1.2, 1.1.5). Узловые швы рассчитывают на срез по опасному сечению т — т, совпа­дающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная высота опасного сечения h = 0,7 К — для ручной сварки (сечение сечению т — т); h = К — для автоматической.

 

Рисунок 1.1.5 - Нахлесточные соединения угловыми швами

Условие прочности шва на срез:

 

где и — расчетное и допускаемое напряжения среза для шва, МПа (табл. 1.1.1); - расчетная длина шва, мм.

В соединении лобовыми швами , (рис 1.1.5), фланговыми — (рис. 1.1.2, в). В комбинированном шве .

 

 

Примеры решения задач

Задача 1. Определить длину стыкового шва (рис. 1.1.1, а), соединяющего две полосы из СтЗ. Толщина полос =8 мм. Сила, действующая на соеди­нение, F = 50 кН, сварка электродуговая Э42.

Решение.

1.1. Для СтЗ =200 МПа (табл. 1.2), коэффициент запаса прочности [ s ] =1.4...1,6.

 

МПа.

 

1.2. Расчет на растяжение ведем по сечению соединяемых деталей и :

 

 

При ручной сварке (дуговой электродами Э42)

 

 

При расчете стыковых швов возвышение шва не учитывается.

 

 

Рисунок 1.2.1

 

Задача 2. Определить длину фланговых швов соединения полосы с косынкой из СтЗ из усло­вия прочности. F =80 кН, ширина полосы b =200 мм. Сварка ручная электродом Э42. Толщина деталей (рис. 1.2.1).

Решение.

2.1. Определить допускаемые напряжения:

 

 

для соединяемых деталей.

Допускаемое напряжение среза шва (табл. 1.1)

 

 

2.2. Из условия прочности на растяжение определить толщину полосы:

 

 

 

2.3. Принимая катет шва , из условия прочности шва на срез найдем длину фланговых швов:

 

 

 

 

ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

Соединение, осуществляемое заклепками, относится к неразъемным соединениям, т. к. для того, чтобы разъединить детали необходимо разру­шить заклепки.

Заклепки применяют в соединениях, для которых методы сварки и склеивания малоэффективны или непригодны: в соединениях деталей из разнородных материалов, цветных металлов и сплавов, где нагрев недопус­тим из-за коробления; в особо ответственных случаях; в соединениях, рабо­тающих при вибрационных нагрузках (авиация) и др.

Заклепка представляет собой стержень круглого поперечного сечения с головками по концам, одна из которых, называемая закладкой, изготовля­ется вместе со стержнем, а другая, называемая замыкаюшей, выполняется в процессе клепки.

Существуют различные формы заклепок, установленные ГОСТом (рис. 2.1.1).

Достоинства:

высокая прочность и надежность соединения;

возможность соединения деталей из любых материалов;

высокая работоспособность при ударных и переменных нагрузках.

 

Недостатки:

ослабление соединяемых деталей отверстиями под заклепки;

сложность технологического процесса изготовления клепаных конст­рукций;

соединение встык требует дополнительных деталей-накладок.

 

Рисунок 2.1.1 - Формы заклепок:

а — с полукруглой головкой: б, в с потайной или полупотайной головкой (судостроение, самолетостроение); г — с бочкообразной головкой; д — с широкой головкой для соединения тонкостенных материалов; е — трубчатые заклепки, применяются в соединениях неметаллических слабонагруженных соединениях; ж — взрывные заклепки, применяются в труднодоступных местах для образования замыкающей головки.

 

 

Рисунок 2.1.2 - Заклепочные соединения внахлестку:

а — однорядные; б — двухрядные; в — двухрядные с шахматным расположением заклепок; р — шаг между осями заклепок; е — расстояние oт оси заклепок до края детали (листа); e ₁- рас­стояние между рядами заклепок; при нахлесточиом соединении заклепок — обозначения те же.