Файл: База ДМиОК ч. 1.doc

Рис.2.8. Виды сварных соединений:

а) стыковое, б) угловое, в) тавровое, г) нахлесточное

Стыковое соединение является простым, достаточно надеж­ным и широко применяется при соединении деталей или их час­тей. Соединение тонких элементов производят без обработки кро­мок, а при больших толщинах предварительная механическая обра­ботка кромок обязательна (рис.2.9), с целью обес­печения однородности шва по всей толщине соединяемых деталей. Утолщения в зоне сварного шва в расчетах на прочность не учитываются, и расчет про-

водят по размерам поперечного сечения детали в зоне сварного шва.

Рис. 2.9. Разделка кромок свариваемых деталей

Основным параметром углового шва являет­ся его катет k. При сварке тонких листов (до 4мм) внахлестку катет принимают равным меньшей толщине соединяемых деталей. При толщине свариваемых деталей в интервале 4...16 мм катет шва определяют из соотношения:

где S - минимальная толщина свариваемых деталей.

Стыковая контактная сварка как правило обеспечивает равнопрочность материала шва и деталей при статических нагрузках, поэтому расчеты на прочность шва не проводятся. Точечная сварка применяется для соединения тонких до 3 мм изделий. При этом диаметр d расплавленной точки металла должен быть в 2-3 раза больше толщины S наиболее тонкого свариваемого эле­мента. Шаг t точек во избежание шунтирования тока должен быть не менее , но не болеедля предотвращения отслаивания листов друг от друга в промежут­ках между точками.

Расчет стыковых соединений на прочность

Оценка прочности стыковых сварных соединений заключается в определении нормальных и касатель­ных напряжений в сварном шве, причем за расчетную толщину S шва принимается наименьшая толщина соединяемых деталей. Длина сварного шва l при этом может быть равна или меньше ширины соединяемых деталей. Проектный расчет следует начинать с проверки прочности соединяемых деталей от действия прило­женных нагрузок.

Напряжение в стыковом шве, нагруженном усилием F (рис. 2,10) рассчитывают из соотношения ,

где l, S -длина и толщина сварного шва,

-допускаемое напряжение, величина которого с уче­том результата теплового воздействия на материал шва, определяется из соотношения:

,

Коэффициент ослабления прочности сварного шва при авто­матической сварке равен ,

а при ручной равен - .

Значение допускаемого напряжения выбирается в соот­ветствии с рекомендациями вводного модуля. Напряжение в непрерывном стыковом шве при действии изгибающего моментаМ в плоскости соединяемых листов (рис. 2.10) определяют по формуле :

.

Рис. 2.10. Стыковой шов под действием

усилия F и момента М

При совместном действии изгиба и растяжения наибольшее напряжение будет равно: .

Напряжение в стыковом шве при действии поперечной силы F (рис, 2.11) определяется из соотношения:

,

где - напряжения изгиба;- напряжения среза.

Тогда суммарные напряжения равны

Рис. 2.11 Стыковой шов под действием поперечной силы F

При несоблюдении условия прочности необходимо изменить ма­териал, термообработку или конструктивные размеры соединения.

Расчет угловых швов на прочность

Угловые швы рассчитывают по наибольшим напряжениям среза, лежащим в плоскости биссектрисы (1) поперечного сечения шва. Для нахлесточных соединений этот угол равен 90⁰ , а величина катета равна наименьшей толщине соединяемых деталей

( рис.2.12).

Рис.2.12. Виды угловых швов

Наименьший размер поперечного сечения шва лежит в плоскости биссектрисы и равен: .

Площадь среза будет равна ,

где l длина сварного шва, совпадающая с шириной свариваемой детали, или чуть меньшая в случае прерывистого шва.

Угловые швы в нахлесточных соединениях вообще говоря находятся в сложном напряженном состоянии, но для практи­ческих расчетов можно учитывать лишь касательные напряжения в плоскости биссектрисы.

Угловые швы бывают лобовые и фланговые. Направление лобо­вого шва перпендикулярно, а флангового - параллельно действующему усилию

(рис. 2.13). Напряжения по длине флангового шва распределены неравномерно. Они больше на концах, чем в сере­дине. Вследствие этого максимальная длина флангового шва не должна превышать , а минимальная не должна быть меньше 25-30 мм, из-за наличия возможных дефектов.

Напряжение среза в лобовом или фланговом шве при дейст­вии внешнего усилия F (рис. 1.13) определится из соотношения

,

где - допускаемое напряжение в сварном шве с учетом коэффициента ослабления прочности при сварке.

Рис. 2.13. Нахлесточные угловые швы:

а) лобовой, б) фланговый

Напряжение в угловом лобовом шве, нагруженном только изги­бающим моментом М (рис.2.13), лежащим в плоскости соединяемых листов, определится из соотношения

Напряжение в соединении с лобовыми и фланговыми швами (рис.2.14) определяют на основе принципа распределения усилий пропорцио­нально несущей способности имеющихся швов:

Рис. 2.14. Комбинированный угловой шов

Условные изображения и обозначения швов сварных соединений на чертежах представлены в стандартах.

Паяные и клеевые соединения

Паяные соединения получают при расплавлении специаль­ного припоя, который заполняет зазор между соединяемыми поверх­ностями деталей и при последующем охлаждении диффузионно или химически связывает их между собой. Нагрев припоя и деталей осуществляют паяльником, газовой горелкой или в печах. Поверх­ности соединяемых деталей предварительно обезжиривают, а при­меняемые припои должны хорошо их смачивать. В качестве припоев используются чистые металлы и сплавы на основе олова, меди, серебра и т.д. Для предотвращения образования окисных пленок на соединяемых поверхностях при пайке используют флюсы на основе канифоли, буры и т.д.

Наибольшее применение в паяных конструкциях нашли соединения встык и внахлест. Расчет таких соединений на прочность аналогичен расчету сварных соединений. Механические характеристики некото­рых припоев приведены ниже:

медный марки Л 63, = 450 МПа;

медно-цинковый ПМЦ-54, = 350 МПа;

серебряно-медный ПСр - 45, = 400 МПа;

оловянно-свинцовый ПОСС 40-2, = 45 МПа.

Основными параметрами паяного соединения являются толщи­на, ширина и длина шва. В нормативной документации условное обозначение паяных соединений может быть, например, записано в виде:

ПН-1, 0,1x15x100 ГОСТ 19249-73, что означает паяный нахлесточный шов (ПН-1, цифра 1 обозначает тип, соеди­нения по ГОСТ), толщиной 0,1 мм, шириной - 15 мм, длиной 100 мм.

Клеевые соединения выполняют с использованием клея, ко­торый хорошо смачивает предварительно обезжиренные поверхнос­ти и при затвердевании удерживает их за счет сцепления. Преимуществом таких соединений является возможность соеди­нений разнородных материалов. Наибольшее распространение получили синтетические клеи типа БФ-2, БФ-4, клей 88 и др. Приме­няемые клеи должны обладать свойствами водостойкости и теп­лостойкости.

Перед склеиванием необходимо зачистить и обезжирить поверхности деталей, нанести клей равномерным слоем, поло­жить детали склеиваемыми поверхностями и выдержать под дав­лением и при заданной температуре некоторое время. Прочность клеевого соединения зависит от соблюдения технологии, от тол­щины клеевого слоя (0,05...0,15 мм). Прочность соединения сни­жается с увеличением толщины клеевого слоя.

Клеевые соединения хорошо работают на сдвиг и хуже на отрыв. Часто клеевые соединения применяются в сочетании с резьбовыми, заклепочными и другими. На чертежах место соединения пайкой или склеиванием показывают сплошной линией толщиной 2 мм, а тип соединения односторонней стрелкой .

Контрольные вопросы

1. Назовите преимущества, недостатки и область применения сварных соединений.

2. Какой процесс называют сваркой и какие типы сварных швов используются при соединении деталей ?

3. В чем заключается расчет сварных швов на прочность от действия внешних (силы и момента) нагрузок ?

4. Какие факторы учитывают при выборе допускаемых напряжений для материала сварного шва ?

5. В чем заключается технология получения паяных соединений и где они находят применение ? Какие типы припоев существуют ?