Расчет сварных соединений

типовые расчеты по ЕСКД

Учи своих детей молчать. Говорить они научатся сами СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ПРЯМЫМ ШВОМ (рис. 1, а). Допускаемая сила для соединения при растяжении Р₁ = [σ'_p]·L·S, то же при сжатии Р₂ = [σ'_сж]·L·S, где, [σ'_p] 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. 1, б). Допускаемая сила для соединения при растяжении

То же при сжатии

При β = 45° - соединение равнопрочно целому сечению. НАХЛЕСТОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ (рис. 2). Соединения выполняют угловым швом. В зависимости от напряжения шва относительно направления шва относительно направления действующих сил угловые швы называют лобовыми (см. рис. 2, а), фланговыми (см. рис. 2. б), косыми (см. рис. 2. в) и комбинированными (см. рис. 2, г).

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 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность. Минимальный катет углового шва К_min принимают равным 3 мм, если толщина металла S >= 3 мм. Допускаемая сила для соединения 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 (рис. 3).

Силы, передаваемые на швы 1 и 2, находят из уравнений статики

Необходимая длина швов

где, [τ'_ср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез; К - катет шва. Примечание: Допускается увеличение l₂ до размера l₁. ТАВРОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ Наиболее простое в технологическом отношении.

Допускаемая сила для растяжения Р = 0,7 [τ'_ср] KL , где, [τ'_ср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез; К - катет шва, который не должен превышать 1,2S (S - наименьшая толщина свариваемых элементов). Наиболее обеспечивающее лучшую передачу сил.

Допускаемая сила для растяжения Р₁ = [σ'_p]·L·S, то же при сжатии Р₂ = [σ'_сж]·L·S, где, [σ'_p] и [σ'_сж] - допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии. СОЕДИНЕНИЕ С НАКЛАДКАМИ

Сечение накладок, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 6)

где, F - сечение основного металла; [σ_p] - допускаемое напряжение при растяжении основного металла; [σ'_p] - допускаемое напряжение для сварного шва при растяжении. Сечение накладки, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 7):

где, [τ'_cp] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез. СОЕДИНЕНИЕ С ПРОРЕЗЯМИ

Применяют лишь в случаях, когда угловые швы недостаточны для скрепления. Рекомендуется a = 2S , l = (10 ÷ 25)S. Допускаемая сила, действующая на прорезь Р = [τ'_сp]·L·S, где, [τ'_сp] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез. СОЕДИНЕНИЕ ПРОБОЧНОЕ

Применяют в изделиях, не несущих силовых нагрузок. Пробочную сварку можно применять для соединения листов толщиной от 15 мм. Если пробочные соединения подвергаются действию срезывающих сил, то напряжение

где, d - диаметр пробки; i - число пробок в соединении. СОЕДИНЕНИЕ СТЫКОВОЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА

При расчете прочности соединения (см. рис. 9), осуществленного стыковым швом, находящимся под действием изгибающего момента М_и и продольной силы Р, условие прочности

где, W = Sh²/6; F = hS. При расчете прочности соединения (см. рис. 10, а), осуществленного угловым швом, находящимся под действием изгибающего момента М_и и продольной силы Р, расчетные касательные напряжения в шве

где, W_c = 0,7Kh²/6; F_c = 0,7Kh. При расчете прочности соединений (см. рис. 10, б), состоящих из нескольких швов и работающих на изгиб, принимают (для приведенного графически случая), что изгибающий момент М_и уравновешивается парой сил в горизонтальных швах и моментом защемления вертикального шва

Если момент М_и и допускаемое напряжение τ заданы, то из полученного уравнения следует определить l и K, задавшись остальными геометрическими параметрами. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ Допускаемые напряжения (табл. 1 и 2) для сварных швов принимают в зависимости: а) от допускаемых напряжений, принятых для основного металла; б) от характера действующих нагрузок. В конструкциях из стали Ст5, подвергающихся воздействию переменных или знакопеременных нагрузок, допускаемые напряжения для основного металла понижают, умножая на коэффициент

где, σ_min и σ_max - соответственно минимальное и максимальное напряжения, взятые каждое со своим знаком. 1. Допускаемые напряжения для сварных швов в машиностроительных конструкциях при постоянной нагрузке

Сварка	Для стыковых соединений	При срезе [τ^'_ср]
при растяжении [σ^'_p]	при сжатии [σ^'_сж]
Ручная электродами: Э42........... Э42 А.......	0,9[σ_p] [σ_p]	[σ_p] [σ_p]	0,6[σ_p] 0,65[σ_p]
[σ_p] - допускаемое напряжение при растяжении для основного металла.

2. Допускаемые напряжения в МПа
для металлоконструкций промышленных сооружений
(подкрановые балки, стропильные фермы и т. п.)

Марка стали Учитываемые нагрузки

основные основные и дополнительные

вызывающие напряжения

растяжения, сжатия, изгиба среза смятия (торцового) растяжения, сжатия, изгиба среза смятия (торцового)

Подкрановые балки, стропильные фермы и т.п.

Ст2 Ст3 140 160 90 100 210 240 160 180 100 110 240 270

Металлоконструкции типа крановых ферм

Ст0 и Ст2 Ст3 и Ст4 Ст5 Низколеги- рованная 120 140 175 210 95 110 140 170 180 210 260 315 145 170 210 250 115 135 170 200 220 255 315 376

Для конструкций из низкоуглеродистых сталей при действии переменных нагрузок рекомендуется принимать коэффициент понижения допускаемых напряжений в основном металле

где,
ν - характеристика цикла, ν = Р_min / P_max; Р_min и P_max соответственно наименьшая и наибольшая по абсолютной величине силы в рассматриваемом соединении, взятые каждая со своим знаком;
K_s - эффективный коэффициент концентрации напряжений (табл. 3).

3. Эффективный коэффициент концентрации напряжения K_s

Расчетное сечение основного металла К_s

Вдали от сварных швов 1,00

В месте перехода к стыковому или лобовому шву (металл обработан наждачным кругом) 1,00

В месте перехода к стыковому или лобовому шву (металл обработан строганием) 1,10

В месте перехода к стыковому шву без механической обработки последнего 1,40

В месте перехода к лобовому шву без обработки последнего, но с плавным переходом при ручной сварке 2,00

В месте перехода к лобовому шву при наличии выпуклого валика и небольшого подреза 3,00

В месте перехода к продольным (фланговым) швам у концов последних 3,00