Лекция № 5 СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ И ВИДЫ СВАРКИ 1. Соединение деталей сваркой. Виды сварки, область применения. 2. Преимущества и недостатки сварных соединений. 3. Классификация сварных швов и соединений. 4. Расчет сварных швов 1. Соединение деталей сваркой. Виды сварки, область применения. Сваркой называют процесс образования неразъемных соединений за счет создания атомномолекулярных связей между элементарными частицами сопрягаемых деталей. В последнее время разработаны технологии сварки металлов и их сплавов в однородных и разнородных сочетаниях, а также неметаллических материалов между собой и с металлами. В зависимости от метода получения соединений сварку делят на сварку плавлением и сварку давлением. 1) При сварке плавлением детали соединяют с помощью местного расплавления элементов соединяемых частей. Расплавляется только основной металл изделия по кромкам или основной и дополнительный металл (электрод и присадочный материал). Различают электрическую и химическую (газовую) сварки плавлением. Чаще применяется электросварка плавлением. 2) При сварке давлением поверхности соединяемых деталей претерпевают совместную упругопластическую деформацию, поверхности выравниваются, разрушается поверхностный слой. Атомы поверхностей сближаются на расстояние активного взаимодействия, и образуется металлическая связь. Применяется предварительный нагрев поверхностей до пластического состояния. Наибольшее распространение получила электроконтактная сварка. Сварка давлением применяется при массовом и серийном производстве в заводских условиях. 2. Преимущества и недостатки сварных соединений. Достоинства сварных соединений: • возможность механизации и автоматизации процесса сварки; • высокое качество сварных соединений и рациональное использование металла сделали сварку экономически выгодным процессом; • экономия металла достигается отсутствием отверстий, ослабляющих сечение соединяемых листов, меньшему весу соединительных элементов. Экономия металла по сравнению с заклепочными соединениями составляет 10...20 %; • по сравнению с заклепочными соединениями трудоемкость соединения ниже, а производительность выше. Применение сварки вместо литья и обработки резанием также приводит к экономии металла. Особенно выгодна сварка при единичном и мелкосерийном производстве. Недостатки сварных соединений: • термические деформации в зоне шва и околошовной зоне могут приводить к трещинам и снижению прочности; • характерная форма швов приводит к концентрации напряжений; • механическая, химическая, физическая и структурная неоднородность шва. В целом сварные конструкции вытеснили клепаные из машиностроения, за исключением некоторых специальных случаев. 3. Классификация сварных швов и соединений. В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов различают следующие сварные соединения • стыковое; • угловое; • тавровое; • нахлесточное. Соединения, изображенные на рис. 20.1, выполняют электродуговой и газовой сваркой по стандартам. Различают следующие виды сварных швов: стыковой, угловой, точечный, с проплавленными швами. Стыковые швы используют в основном в стыковых соединениях, бывают случаи применения в угловых, тавровых и нахлесточных соединениях. Стыковые швы могут быть односторонними, двусторонними, без скоса и со скосом кромок различных конструкций, могут выполняться на съемной или остающейся подкладке. Конструкция стыкового шва зависит от толщины свариваемых деталей. Угловые швы используют в тавровых, угловых и нахлесточных соединениях. Основной геометрический параметр углового шва — катет. Угловые швы выполняют с полным и частичным проплавлением, они бывают сплошные и прерывистые, односторонние и двусторонние. Точечные швы применяют обычно только в нахлесточных соединениях. 4 Расчет сварных швов Расчеты сварных швов при статических нагрузках 1. Расчет стыковых соединений при осевом нагружении. Считаем, что напряжения распределены в сечении равномерно. Расчет проводят на растяжение или сжатие. Возвышение шва в расчете не учитывается. Толщина шва приравнивается толщине детали (рис. 20.3). где [ар]' — допускаемое напряжение растяжения для шва; А' — расчетная площадь сварного Условие прочности сварного шва шва; 5 — толщина листа; /ш — длина сварного шва. 2. Расчет нахлесточного соединения угловыми швами. Разрушение угловых швов происходит по наименьшему сечению треугольника шва — по плоскости, проходящей через биссектрису прямого угла. Катет шва /с, как правило, выбирают равным толщине свариваемых листов (рис. 20.4): к = Ъ. Рис. 20.4. Нахлесточное соединение Условие прочности на сдвиг где Q — поперечная сила, Q = F; А'с — расчетная площадь сварочного шва на сдвиг. Формула подходит для лобовых и фланговых швов (рис. 20.5). Допускаемые напряжения для металла швов выбираются в зависимости от типа сварки и вида деформации в долях от допускаемого напряжения растяжения основного металла. 3. Условия прочности для сварных швов, изображенных на рис. 20.5:
