Последовательность расчета стыковых и угловых швов

Расчет стыковых швов

В стыковом шве распределение напряжений по длине шва принимается равномерным; рабочая толщина шва принимается равной толщине стыкуемых элементов (и меньшей, если толщины различны). Поэтому напряжение в шве, расположенном перпендикулярно оси элемента (рис. 77, а):

(47)

где N—расчетное усилие (с коэффициентом перегрузки);

d_ш—рабочая толщина шва;

l_ш — расчетная длина шва, равная фактической длине, если места зажигания и тушения дуги выведены за пределы сечения элемента (что обычно имеет место, рис. 69); в противном случае l_ш = l — 10 мм, где l— ширина элемента;

R^св—соответствующие расчетные сопротивления стыкового шва сжатию или растяжению.

Если расчетное сопротивление сварки R^св меньше расчетного сопротивления основного металла R и в стыкуемом элементе нет запасов в напряжениях, рабочее сечение шва может оказаться недостаточным; тогда для увеличения длины шва его приходится делать косым (рис. 77, б). Косые швы с наклоном реза 2:1, как правило, равнопрочные с основным металлом и потому не требуют проверки; однако в отдельных случаях, когда необходимо снижение напряжений, например при вибрационной нагрузке, приходится рассчитывать и косые швы. В этом случае, разложив действующие усилия на направления перпендикулярно оси шва и вдоль шва, находим напряжения:

перпендикулярно шву

(48)

вдоль шва

(49)

Здесь l_ш — расчетная длина косого шва.

Расчет угловых швов

В обычных угловых швах (фланговых, лобовых), выполненных ручной сваркой, расчетная высота рабочего сечения d_ш (рис. 75, а) принимается по биссектрисе угла сечения валика равной (без учета наплыва) d_ш, = 0,7 h_ш, где h_ш—толщина шва (по катету); в пологих швах — d_ш принимается по меньшему катету. В вогнутых швах за d_ш принимается фактическая толщина шва по биссектрисе (рис. 75, б). При глубоком проплавлении автоматической или полуавтоматической сваркой (или специальными электродами с тугоплавкими обмазками— ультракороткой дугой) принимаются большие величины рабочей толщины шва — вплоть до d_ш = h_ш (рис. 75, в).

Рис. 74. Расчетные размеры стыковых швов Рис. 75. Расчетные размеры угловых швов

а - нормального; б — вогнутого; в—при глубоком проплавлении

Распределение напряжений по длине швов (лобовых, фланговых) или при обварке по контуру принимается равномерным.

Таким образом, напряжение в угловом шве определяется по формуле

(50)

Здесь d_ш = bh_ш, где коэффициент b принимается равным: при ручной сварке b = 0.7; при полуавтоматической сварке b=0,8; при автоматической сварке и ультракороткой дуге (при однопро­ходной сварке) b =1.

При прикреплении несимметричных профилей, например уголка (рис. 76), длины или площади швов должны быть так распределены, чтобы прикрепляемый элемент не получал дополнительного изгиба от эксцентриситета (площади швов должны быть распределены обратно пропорционально расстояниям от шва до оси элемента).

Таким образом, при требуемой площади швов

(51)

площадь большего шва равна

(52)

площадь меньшего шва равна

(53)

Рис. 76. Прикрепление уголка

Во избежание пережогов при прикреплении фасонных профилей (уголков, швеллеров) наибольшая толщина углового шва принимается не больше 1.2d (рис. 77, а); здесь d—толщина прилегающей к соединению части профиля (например, полки уголка или стенки швеллера).

Рис. 77. Предельные размеры сварных соединений

а — прикрепление фасонных профилей; б— фланговые швы; в — прерывистые швы; г — нахлёстка с лобовыми швами

Наименьшая толщина угловых швов принимается в зависимости от толщины прикрепляемых элементов и составляет:

Толщины угловых швов должны быть по возможности унифицированы. Наиболее рационально иметь в конструкции не более двух размеров толщины (чаще всего 6 — 8 мм). Для того чтобы избежать чрезмерно длинных прикреплений, длине каждого флангового шва, передающего продольную осевую силу, ограничивается величиной 60h_ш; наименьшая расчетная длина флангового или лобового шва принимается равной 40 мм или 4h_ш в связи с резкой концентрацией напряжений в коротких швах (рис. 77, б).

При малых усилиях могут применяться прерывистые угловые швы. Они нерациональны как по характеру их работы, так и по производственным условиям, но дают экономию наплавленного металла. Усилие передается на участки прерывистого шва поровну, Расстояние между участками прерывистого шва в сжатых элементах по условиям устойчивости сплачиваемых элементов должно составлять не более 15 d (где d — толщина самого тонкого элемента), в растянутых — не более 30 d (рис. 77, в).

При простой нахлестке элементов, соединяемых двумя лобовыми швами, расстояние между швами с точки зрения уменьшения сварочных напряжений должно быть не менее 5 d (рис. 77, г).