Типы сварных соединений

Основные типы соединений, характерные для дуговой и газовой сварки (рис.144-147)

	Стыковое соединение (рис.144)с отбортовкой применяют при толщине листов до 3 мм; листы толщиной 3-8 мм сваривают без разделки кромок, при толщине листов до 15 мм применяют V-образную разделку кромок, более 15 мм –X-образную   рис.144
рис.145а рис.145б	Нахлесточный односторонний(рис.145а)   Нахлесточный двухсторонний (рис.145б)
рис.146	Тавровый односторонний   Тавровый двухсторонний   Тавровый односторонний с разделкой кромок   Тавровый двухсторонний с разделкой кромок
рис.147	Угловые соединения:   Односторонний   Односторонний катетом   С разделкой одного листа   С разделкой двух листов

Сварнозаклепками обеспечивается получение прочных, но не плотных соединений (для сварки верхний лист просверливается или пробивается и при заварке отверстия приваривается и нижний лист).

Структура сварных швов зависит от вида сварки и ее технологии.

Дуговая сварка

Это сварка при которой между электродом, являющимся присадочным металлом, и свариваемыми деталями образуется электрическая дуга, (рис.148) в зоне которой происходит формирование шва, вследствие плавления электрода. Электроды выпускаются диаметром от 0,3 до 12 мм. Для углеродистой стали – Св-08А, Св-08ГС, Св-10Г2, для легированной стали –легированная проволока – Св-08ХГС, Св- 18ХГС и др. Для ручной сваркой пользуются электродами, покрытыми обмазкой, которые защищают и легируют шов.

рис.148

В 1802 г. акад. Петров открыл явление дугового разряда. В 1882г. изобретатель Бенардос применил электрическую дугу для сварки металлов угольным электродом.В 1888г. инженер Славянов заменил графитовый электрод металлическим.

Дуговой сваркой соединяются конструкционные стали, серый и ковкий чугуны, медь, алюминий, никель, титан и их сплавы.

Электрические параметры дуги – ток от1-3000А, при напряжении 10-50 В, мощность дуги от 0,01-150 кВт.

Дуговая сварка возможна при постоянном и переменном токах. Для питания дуги постоянным током применяют генераторы и выпрямители.

Различают: автоматическая сварка под флюсом, в среде защитных газов (аргона, углекислом, гелии).

Газовая сварка

В качестве горючих газов при сварке используют ацетилен, пропан, бутан, водород. Чаще ацетилен (С2Н2), дающий наибольшую температуру пламени до 3200⁰ в струе кислорода. Применяют для соединения тонкостенных стальных заготовок, а также заготовок из чугуна, цветных металлов, для резки.

Сварку выполняют с помощью газовой горелки (рис.149), в которой газы смешиваются, и при выходе из горелки образуют горючее пламя, которое расплавляет свариваемые материалы.

рис.149

Перед сваркой может выполняться предварительный нагрев труб газовой горелкой (рис.150)

рис.150

Горелка кольцевая

рис.151

Применяется для ручного нагрева труб перед сваркой, гибкой (рис.151, 152)

рис.152

Нагрев плоских поверхностей газовой горелкой (рис.153)

рис.153

Газовый резак

Газовую резку выполняют резаком (рис.154, 157). По кольцеобразному каналу (рис.155, 156) поступает горючая смесь, которая расплавляет металл, а по внутреннему каналу поступает кислород и разделяет металл. Толщина резки может быть до 300 мм.

рис.154

рис.155

Схема газового резака

рис.156

рис.157

Сварка пластическим деформированием

Контактная электросварка

Сварка, при которой свариваемые детали разогреваются теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через место контакта соединяемых деталей, доводятся до пластического состояния и механически сдавливаются.

Применяется в серийном и массовом производстве для нахлесточных соединений, тонких листовых деталей.

Контактная электросварка бывает стыковой, точечной и роликовой.

Стыковая электросварка

рис.158

Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах стыковой машины (рис.158). Один зажим - подвижный, другой – неподвижный. Торцы деталей должны быть одинаковыми по форме и размерам и должны быть механически обработаны. Свариваемые заготовки сжимаются под действием силы, затем включается ток, места контакта разогреваются до пластического состояния и механически сдавливаются. Применяется для низкоуглеродистых, низколегированных, цветных металлов и сплавов.

Точечная электросварка

рис.159

рис.160

Выполняется с помощью сварочных машин (рис.160). Это сварка в отдельных точках. Свариваемые детали накладываются друг на друга и в местах сварки сжимаются медными электродами, через которые пропускается ток большой силы и малого напряжения (рис.159). Место контакта листов нагревается, ток выключается и производится давление на электроды, т.е. в месте сжатия листы соединяются.

Толщина соединяемых листов от 0,5 – 5 мм.

Применяется для низкоуглеродистых, низколегированных, цветных металлов и сплавов.

Роликовая электросварка

рис.161

рис.162

Роликовая электросварка при которой, между свариваемыми заготовками образуется прочное и плотное соединение.

Выполняется с помощью сварочных машин (рис.162), в которых электроды выполнены в виде плоских роликов (рис.161).

Роликам придают вращение и между ними пропускают свариваемые заготовки, соединенные внахлест. Точки контакта роликов и свариваемых деталей перекрывают друг друга, в результате получается шов.

Толщина соединяемых листов от 0,3 – 3 мм. Шов герметичный.

Применяется для низкоуглеродистых, низколегированных, цветных металлов и сплавов, а также медь со сталью, латунь со сталью, медь с латунью.

Производительность сварки 1-4 м/мин.

Соединение сваркой пластмасс.

Пластмассы сваривают в струе горячего воздуха, горячим металлическим лезвием, током высокой частоты, ультразвуком (поверхности обезжиривают, сжимают в месте сварки и пропускают ультразвуковые колебания, вследствие выделяется теплота, детали деформируются).

Недостатки сварных соединений:

· Сложность проверки качества шва;

· Возможность изменения свойств соединяемых деталей в зоне сварки;

· Высокая концентрация напряжений в зоне сварных швов, деформация деталей из-за неравномерности нагрева в процессе сварки.

Расчет сварных соединений

Исходным условием проектирования сварных соединений является равнопрочность шва и соединяемых деталей.

1.Расчет стыковых соединений

Соединения рассчитываются только по нормальным напряжениям растяжения (сжатия), так как проверяемое сечение перпендикулярно действующей нагрузке (рис.163).

Принимаем, что высота шва равна толщине листа

рис.163

Условие прочности стыкового сварного шва F – сила; L – длина шва, равная длине соединяемых полос; S – толщина соединяемых деталей; [σр.св] - допускаемые напряжения растяжения при дуговой сварке

д

2. Расчет нахлесточных соединений

рис.164

При расчете нахлесточных соединений расчет условно производят на срез по (касательным напряжениям), по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла равнобедренного треугольника со стороной катета К=S (рис.164); т.е. расчетная площадь шва при его периметре L равна: Аср= k Sin 450 L = 0.7 S L; где L – суммарная длина швов;   Условие прочности нахлесточного сварного шва [τср]-допускаемое напряжение на срез для сварного шва

Клеевое соединение

Склеивание — один из эффективных способов соединения конструкционных материалов.

Клеевым называется неразъемное соединение составных частей изделия с применением клея. Действие клеев основано на образовании межмолекулярных связей между клеевой пленкой и поверхностями склеенных материалов.

Неразъемные соединения, получаемые методом склеивания деталей из однородных или неоднородных материалов, находят все большее применение в решении производственно-технических задач конструирования и создания новых, наиболее прогрессивных технологических процессов.

Клеевое соединение применяют для деталей из стали, чугуна, алюминия и его сплавов, меди, латуни, стекла, мрамора, пластических масс, синтетических материалов, тканей, резиновых изделий, кожи и других.

Клеевое соединение применяют для соединения разнородных материалов и в тех случаях, когда невозможно механическое соединение.

Достоинства:

· возможность соединения разнородных материалов, неподдающихся сварке;

· герметичность и достаточная надежность соединения;

· высокая коррозионная стойкость и бензомаслостойкость.;

· уменьшение массы конструкции по сравнению с другими видами неразъемных соединений;

· невысокая концентрация напряжений в месте соединения;

· невозможность механического крепления;

· возможность соединения деталей практически любой толщины при любой форме сопрягающихся поверхностей;

· отсутствие коробления соединяемых деталей.

Недостатки:

· зависимость прочности и долговечности клеевых соединений от условий эксплуатации (температуры, типа нагрузки, среды и т. п.);

· сложность технологических режимов склеивания.

· «Старение», т. е. снижение прочности соединения с течением времени (некоторые клеи обладают высокой устойчивостью против «старения»).

· Низкая теплостойкость — прочность соединения нарушается при сравнительно невысоких температурах 6О...1ОО°

· недостаточная эластичность.

Нагрузочная способность клеевых соединений в основном зависит от конструкции склеиваемых деталей, качества подготовки поверхностей к склеиванию и правильности выбора типа клея.

Выполнение клеевых соединений

Сопрягаемые поверхности склеиваемых деталей не должны иметь заусенцев и забоин, а шероховатость их составляет не менее Ra 12,5;

Перед склеиванием эти поверхности тщательно подготавливают:

· Механическую подготовку и пригонку металлических деталей производят на металлорежущих станках или вручную напильником, сложные поверхности подвергают пескоструйной обработке; пластмассовые детали обрабатывают резанием или зачищают наждачной шкуркой.

· Химическая подготовка заключается в очищении и обезжиривании склеиваемых поверхностей ацетоном, спиртом, бензином или бензолом.

Прочность и плотность соединения обеспечиваются хорошей зачисткой склеиваемых поверхностей и сдавливанием их при температурах от 15 до 100^сС с последующей выдержкой от нескольких минут до нескольких часов.

В зависимости от склеиваемых материалов и условий работы (характер нагрузок, температура и др.) для склеивания применяют различный клей, например БФ, БС, В К, ФЛ-4, клеевые композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и др.

Клеевые соединения применяют в электропромышленности, авиации, мостостроительстве, станкостроении и т. д.

Наибольшее распространение имеют соединения листового материала и тонкостенные клеевые конструкции. Их успешно используют для уплотнения и стопорения резьбовых соединений, при этом повышается надежность работы и отпадает необходимость в стопорных деталях.

Оправдавшие себя на практике виды клеевых соединений листов выполняют по косому срезу, с накладками или нахлесточными.

Рис.165

а — стыковое с накладкой; б — косостыковое; в — стыковое; г — стыковое соединение труб одинакового диаметра; д — нахлесточное; е — нахлесточное шпунтовое; ж — косостыковое соединение труб одного диаметра; з — нахлесточное (телескопическое) соединение труб разного диаметра.

Расчет клеевых соединений

1. Расчет стыковых клеевых соединений, растягиваемых или сжимаемых силой F (рис.166), производится по формуле:

Где А_к- площадь стыка склеиваемых деталей; F – действующая сила;

[σ_р.кл] – допускаемое напряжение на растяжение(на отрыв);

[σ_р.кл]=σ_в.кл /[S];

σ_в.кл =10МПа - предельные напряжения для клея;

S – коэффициент запаса прочности, зависящий от температуры и характера нагружения

[S] = 1,2 - 1,5

2. Расчет нахлесточных клеевых соединений производят на срез (сдвиг) (рис.167)

рис.166

рис.167

Расчет на срез выполняют по формуле:

[τ_ср] – допускаемое касательное напряжение для клея;

допускаемое касательное напряжение определяется:

τ_в <8 МПа - предел прочности при срезе для клеевого соединения;

s – коэффициент запаса прочности, зависящий от температуры и характера нагружения

[s] = 1,2 - 1,5

Для большинства клеев толщина клеевой прослойки 0,01-0,1 мм

Заклепочные соединения

Цель:

· Иметь представление о заклепочных соединениях, их достоинствах и недостатках;

Знать:

· Основные типы швов заклепочных соединений, их назначение и применение, расчет на прочность при осевом нагружении заклепочных соединений;

Уметь:

· Выполнять проверочные расчеты заклепочных соединений

Относятся к категории условно неразъемных соединений, так как для того, чтобы разъединить детали, необходимо разрушить заклепки.

Заклепочные соединения применяют для деталей из разнородных материалов, цветных металлов и сплавов, для которых нагрев деталей недопустим из-за деформации деталей и в ответственных соединениях, работающих при значительных ударных и вибрационных нагрузках.

Достоинства:

· высокая прочность и надежность соединения;

· простота контроля качества;

· возможность соединения деталей, изготовленных из любых материалов;

· неизменность свойств материалов соединяемых деталей, в процессе клепки;

· высокая работоспособность соединения при ударных и знакопеременных нагрузках;

Недостатки:

· ослабление деталей отверстиями под заклепки;

· сложность технологического процесса изготовления клепаных соединений;

· трудность выполнения соединения для конструкций сложной формы;

· соединения деталей «встык» требуют дополнительных накладок, что ведет к увеличению массы конструкции;