Сварные соединения. 
Прикладная механика: расчеты оборудования для переработки пластмасс

Соединение элементов конструкций при помощи сварки является наиболее совершенной и распространенной разновидностью неразъемных соединений. Сварное соединение образуется под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в процессе сильного местного нагрева материала деталей до расплавленного или пластичного состояния. В последнем случае часто используют дополнительно сжимающие силы. С помощью сварки создают конструкции сложной формы и больших размеров, конкурирующие с литыми изделиями.

Способы сварки получили название по виду используемого источника энергии: газовая, электродуговая, электронно-лучевая, сварка ультразвуком, лазерным лучом и др. Кроме того, различают вид защиты от окисления материала, степень механизации сварки, вид электрода и дуги и т. п.

Достоинствами сварных соединений являются герметичность, технологичность и невысокая стоимость. Недостатки — коробление деталей, изменение структуры металла вблизи сварных швов, невысокая прочность при переменных и ударных нагрузках.

В зависимости от взаимного расположения деталей соединения дуговой и газовой сваркой подразделяют на стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.

Стыковые соединения. На рис. 2.2 показаны различные варианты стыковых швов. Эти швы наиболее прочные и надежные, их применяют для соединения элементов как одинаковой, так и разной толщины.

Рис. 2.2. Стыковые швы: а — для тонколистовых материалов с обработкой кромок; б — односторонний без скоса кромок; в — односторонний со скосом одной кромки; г — односторонний со скосом двух кромок; д — двухсторонний с двумя симметричными скосами одной кромки; в — двухсторонний с двумя симметричными скосами двух кромок.

Нахлесточные соединения. Эти соединения выполняют угловыми швами, которые могут иметь разную форму сечения: нормальные (их профиль представляет собой равнобедренный треугольник); вогнутые; выпуклые; специальные. Нахлесточные соединения угловыми швами представлены на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Нахлесточные соединения угловыми швами: а — нахлесточное соединение листов; б — нахлесточное соединение труб; в — нахлесточное соединение труб муфтой В зависимости от расположения угловые швы бывают: лобовые, расположенные перпендикулярно к линии действия нагрузки F, фланговые, расположенные параллельно линии действия нагрузки F, комбинированные, состоящие из сочетания лобовых и фланговых швов (рис. 2.4, а).

Основными геометрическими характеристиками углового шва являются катет k и высота шва А; для нормального шва A = ksin 45^е a 0,7k (рис. 2.4, б). По условиям технологии минимальную величину k принимают равной 3 мм, если толщина листа s > 3 мм. В большинстве случает k «s.

Рис. 2.4 Сварное соединение внахлестку: а — комбинированный сварной шов (1 — фланговые, 2 — лобовой); б — угловой шов Тавровые соединения. Свариваемые элементы располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Соединение может выполняться угловыми (рис. 2.5, а) или стыковыми (рис. 2.5, б) швами.

Рис. 2.5. Тавровые соединения: а — угловыми швами без разделки кромок; б — стыковыми швами с разделкой кромок.

Угловые соединения (рис. 2.6) при сварке листов используют в основном для несиловых конструкций из отдельных полос.

Рис. 2.6. Угловые соединения: а — угловое соединение листов без разделки кромок; б — угловое соединение листов с разделкой одной кромки; в — угловое соединение труб с фланцами Основным критерием работоспособности сварных швов при статических нагрузках является прочность. Расчет на прочность основан на допущении, что напряжения в шве распределяются равномерно как по длине, так и по сечению.

Расчет швов стыковых соединений производят на растяжение или сжатие по сечению соединяемых деталей без учета утолщения шва. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают введением коэффициента сварного шва <�р (<�р < 1). Например, при расчете на растяжение силой /'полосы, сваренной встык (рис. 2.7).

где /_ш — длина сварного шва, 5 — толщина свариваемых деталей.

Рис. 2.7. К расчету стыкового шва.

Расчет угловых швов (см. рис. 2.4) производят на срез по опасному сечению. При качественном выполнении угловых швов их разрушение происходит по биссектрисе прямого угла.

Несмотря на различные условия нагружения лобовых и фланговых швов под действием силы /'(рис. 2.4, а), их расчет на прочность унифицирован.

где/—общая длина сварного шва (/=2/_ф+6); [т]' — допускаемое напряжение на срез для сварных соединений [т]' - 0,6[о].

Во фланговых швах нагрузка по длине шва распространяется неравномерно (по концам шва увеличивается), поэтому длину фланговых швов стараются ограничить /_ф < 50/.