При расчете машиностроительных конструкций из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей допускаемые напряжения для сварных швов при статических нагрузках принимают в зависимости от допускаемого напряжения на растяжение основного металла [σp] (табл. 2).
Значение [σp] получают из зависимости
где σт – предел текучести для основного металла (свариваемых деталей), МПа; [n] – коэффициент запаса прочности, [n] = 1,3…1,6 для низкоуглеродистых сталей, [n] = 1,5…1,7 для низколегированных сталей. Меньшие значения [n] рекомендуются для малоответственных соединений и при легких режимах работы, а большие – в ответственных соединениях и при тяжелых условиях работы (табл. 9).
Таблица 9. Предел текучести для основного металла (σт) (выборка)
| Марка стали | Ст3 | Ст4 | Ст5 | Сталь 30 | Сталь 35 | Сталь 45 |
| σт, МПа | 235…216 | 255…235 |
Пример. Определить длину фланговых швов, обеспечивающих прочность соединения равнополочного (равнобокого) уголка и косынки (рис. 7, б), если размеры поперечного сечения уголка (его профиль): а) 70х70х6, б) 50х50х4; материал – сталь СтЗ. Сварка ручная электродом Э42.
Вычисление
По таблице справочника для равнополочного (равнобокого) уголка профиля 70х70х6 принимаем b = 70 мм, t = 6 мм, SL = 813 мм2,
Сx = 19,3 мм.
Вычисляем допускаемое напряжение при растяжении основного материала, принимая по табл. 5 для стали СтЗσт = 225 МПа и [n] = 1,45:
Исходя из уравнения прочности уголка на растяжение σр = F/SL≤[σр], определяем допускаемое значение растягивающей силы:
По этой силе производим вычисление условий равнопрочности уголка на растяжение и шва на срез.
С помощью табл. 4 вычисляем допускаемое напряжение шва при срезе:
Из уравнения прочности швов
определяем их суммарную длину, принимая k = t = 6 мм:
По формулам
при b = 70 мм и Cx = 19,3 мм определяем l1 и l2:
Учитывая возможность технологических дефектов сварки, окончательно принимаем l1 = 240 мм, l2 = 100 мм.
Стержневые конструкции
В сварных конструкциях чаще всего встречаются следующие виды деталей: фермы из стержней, работающих на растяжение или сжатие (на продольный изгиб), балки и стойки.
Для каждого из этих видов деталей применяют определенные проверенные опытом методы расчета и конструкции сварных соединений.
Стержни соединяются в узловых точках посредством косынок.
Стержни, работающие на сжатие, изготовляются из профилей с малой площадью сечения и большим моментом инерции, т. е. из угольников, двутавров, швеллеров.
В зависимости от расположения применяют стержни цельные, состоящие из таврового, двутаврового или швеллерного профиля. Могут быть применены составные стержни из двух профилей (углового, двутаврового, таврового или швеллерного), соединенных сплошным или прерывистым швом, а также сложносоставные (рис. 8), изготовленные из двух или нескольких цельных стержней, взаимно связанных накладками или косынками. Стержни ферм должны быть соединены таким образом, чтобы линии центров тяжести стержней пересекались в одной точке косынки (рис. 9).
Рис. 8. Составные стержни для фермы
Рис. 9. Соединение профилей в узел с помощью косынки с учетом их центров тяжести
Если угольник присоединен только одной своей полкой, то длина угольника, привариваемого к косынке, должна быть трехкратна или двукратна ширине полки.