сварные соединения ТПУ

Таблица 1

Допускаемые напряжения для сварных швов при статическом нагружении

Вид

Вид

Харак-

Сварка

Сварка

Сварка ав-

сварки

шва

тер на-

ручная

ручная

томатиче-

пряжен-

электродами

электрода-

ская; меха-

ного со-

Э42А или

ми

низиро-

стояния

Э50А; авто-

Э38, Э42,

ванная

матическая;

Э50

механизи-

рованная

Сжатие

сж =

сж =

р

р

Стыко-

Плав-

Растяже-

р = 0,9

вой

р =

лением

ние

р

Угло-

Срез

' = 0,65

р

'

= 0,6

р

вой

Кон-

Точеч-

' = 0,5 р

ный и

Срез

тактная

шовный

Таблица 2

Эффективные коэффициенты

концентрации напряжений Кэф

Типы швов

Низкоуглеродистая

Низколегирован-

сталь

ная сталь

Стыковые швы

1,2

1,4

Угловые лобовые швы

2

2,5

Угловые фланговые швы

3,5

4,5

Точечные рабочие

7,5

12

Шовные рабочие

5

12

11

Таблица 3

Предел текучести углеродистых и легированных сталей

Марка стали	т , МПа
Ст 2	225
Ст 3	245
Ст 4	265
Ст 5	285
Ст 6	315
10	210
15	225
20	245
25	275
15Х	490
20Х	638
18ХГ	735
18ХГТ	884
20ХГР	786
20 ХГСА	638
30ХГС	835

2. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 2.1.

Определить допускаемое напряжение в сварном шве (в МПа) для стыкового соединения листов из стали Ст3. Нагрузка статическая. Действует растягивающая сила F. Сварка ручная, электродом Э42.

Анализ условия задачи:

1)данная задача относится к теме «Сварные соединения», раздел «Выбор допускаемых напряжений»;

2)допускаемые напряжения в сварных швах при статической нагрузке задаются в долях от допускаемого напряжения растяжения ос-

новного металла	р	соединяемых элементов в зависимости от способа

сварки. При переменных нагрузках допускаемые напряжения сварных швов умножают на – коэффициент учитывающий переменность напряжений;

3) как видно из условия задачи - нагрузка статическая;

12

4)применяется сварка плавлением. Соединение листов стыковое, выполняется стыковым швом;

5)данный шов сварен вручную электродом Э42;

6)характер напряженного состояния – растяжение, так как дейст-

вует растягивающая сила F. Действуют нормальные напряжения ; 7) материал свариваемых листов Ст3 – сталь низкоуглеродистая.

Решение:

1)По таблице 3 выбираем предел текучести для Ст3.

т=245 МПа.

2)Определяем допускаемое напряжение растяжения для Ст3 (фор-

мула 1.16).

р = т n	245		175 МПа,
	1,4

где n 1,4 для низкоуглеродистой стали.

3) По таблице 1 находим допускаемое напряжение на растяжение для стыкового шва и ручной сварки электродом Э42.

' р 0,9 р 0,9 175 157,5 158МПа.

.

Пример 2.2.

Определить допускаемое напряжение в сварном шве (в МПа) для соединения внахлестку (рис. 2, а) листов из Стали15Х ( P =280 МПа).

Нагрузка переменная R

	min	0,6 . Сварка механизированная.
	max

Анализ условия задачи:

1)Данная задача относится к теме «Сварные соединения», раздел «Выбор допускаемых напряжений».

2)Допускаемые напряжения в сварных швах при статической нагрузке задаются в долях от допускаемого напряжения растяжения ос-

новного металла	р	соединяемых элементов в зависимости от способа

сварки. При переменных нагрузках допускаемые напряжения сварных швов умножают на – коэффициент учитывающий переменность напряжений.

3) Как видно из условия задачи - действует переменная: растягивающая и сжимающая нагрузка, характеризуемая коэффициентом асимметрии цикла R .

13

4)Применяется сварка плавлением. Соединение листов внахлестку, выполняется угловым швом. Как видно из рисунка шов угловой лобовой.

5)Данный шов сварен механизировано.

6) В угловых швах действуют касательные напряжения , характер напряженного состояния – срез.

7) Материал свариваемых листов Сталь15Х, допускаемое напряжение растяжения для данного металла P =280 МПа.

Решение:

1) Определяем коэффициент, учитывающий переменность напряжений (формула 1.17).

	1	1 ,
	(0,6Кэф 0,2) (0,6Кэф 0,2)R

где Кэф выбираем из таблицы 2 для углового лобового шва и низколе-

гированной стали

Кэф 2,5 .

Так как нагрузка растягивающая, применяем верхние знаки формулы.

		1		0,403.
		(0,6 2,5 0,2) (0,6 2,5 0,2) ( 0,6)
2) Так как в условии задачи уже дано допускаемое напряжение рас-
тяжения	P	для Стали15Х, то нет необходимости выбирать предел те-

кучести для данной стали, а можно переходить к следующему действию.

3) По таблице 1 находим допускаемое напряжение на срез для углового шва и механизированной сварки.

' = 0,65	р	0,65 280 182	МПа.

4) Так как нагрузка переменная, то допускаемое напряжение сварного шва понижаем, умножая на коэффициент .

' 0, 403 182 73, 4 73 МПа.

Пример 2.3.

Рассчитать максимально допустимую растягивающую силу (в кН), которую сможет выдержать стыковое сварное соединение (рис. 1, а), если на него действует еще и изгибающий момент М = 200Нм. Нагрузка статическая. Сварка автоматическая. Свариваемые листы сечением b s = 400 8 мм. Материал листов сталь Ст2.

14

Анализ условия задачи:

1) Данная задача относится к теме «Сварные соединения», раздел «Сварка плавлением», подраздел «Виды сварных соединений и сварных швов. Расчет на прочность».

2) Соединение листов стыковое, выполняется стыковым швом, сваренным автоматически. Стыковые швы могут разрушаться по шву или в зоне термического влияния.

3) Так как на соединение действует растягивающая сила F и изгибающий момент М, то возникают напряжения от изгибающего момента и растягивающей силы. Характер напряженного состояния – растяжение. Действуют нормальные напряжения .

4) Как видно из условия задачи - нагрузка статическая значит, допускаемое напряжение в сварном шве задаем в долях от допускаемого напряжения растяжения основного металла р соединяемых элемен-

тов в зависимости от способа сварки.

5) Материал свариваемых листов Ст2 – сталь низкоуглеродистая.

Решение:

1)По таблице 3 выбираем предел текучести для Ст2.

т=225 МПа.

2)Определяем допускаемое напряжение растяжения для Ст2 (фор-

мула 1.16).

	р = т n	225	160,7 161МПа,
		1,4

где n 1,4 для низкоуглеродистой стали.

3) По таблице 1 находим допускаемое напряжение на растяжение для стыкового шва и автоматической сварки.

р	=	р	161	МПа = 161 106	Па.

4) Определяем максимально допустимую растягивающую силу из (формулы 1.4).

F		6М	' p ,
ls		l2s

где длина шва равна ширине листа l = b = 400мм = 400 10 3 м; толщина свариваемых листов s = 8 мм = 8 10 3 м.

F	'		6М	l s 161 106	6 200		400 10	3	8 10 3
		p	l2s		(400 10 3 )2	8 10 3
	512200Н		512кН

15

Пример 2.4.

Свариваются в стык два листа (рис. 1, а) сечением b s = 500 6 мм. Материал листов сталь Ст3 ( р = 175 МПа). Действует изгибающий

момент М = 280 Нм. Нагрузка статическая. Сварка механизированная. Проверить прочность соединения.

Анализ условия задачи:

1)Данная задача относится к теме «Сварные соединения», раздел «Сварка плавлением», подраздел «Виды сварных соединений и сварных швов. Расчет на прочность».

2)Соединение листов стыковое, выполняется стыковым швом, сваренным механизировано.

3)Характер напряженного состояния – растяжение, так как дейст-

вует изгибающий момент М, действуют нормальные напряжения . 4) Длина шва равна ширине свариваемых листов l b .

5) Как видно из условия задачи - нагрузка статическая значит, допускаемое напряжение в сварном шве задаем в долях от допускаемого

напряжения растяжения основного металла	р	соединяемых элемен-

тов в зависимости от способа сварки.

6) Материал свариваемых листов Ст3, допускаемое напряжение растяжения для данного металла р =175 МПа.

Решение:

1) Так как в условии задачи уже дано допускаемое напряжение рас-

тяжения	P	для Ст3, то нет необходимости выбирать предел текуче-
сти для данной стали, а можно переходить к следующему действию.

2)	По таблице 1 находим допускаемое напряжение на растяжение
для стыкового шва и механизированной сварки.
	' р =	р		175 МПа.
3)	Определяем расчетное напряжение от изгибающего момента М
по (формула 1.3).
		6М		' p ,
		l2s

где l = b = 200мм = 200 10 3 м длина шва; толщина свариваемых листов s = 6мм = 6 10 3 м.

	6М	6 280			7 106	Па =7 МПа.
	l2s	(200 10 3 )2		6 10 3

16

4) Сравниваем расчетное напряжение с допускаемым напряжением

' р .

7МПа 175МПа значит, прочность соединения обеспечивается.

Пример 2.5.

Определить необходимую длину фланговых швов (в мм) для обеспечения прочности нахлесточного соединения листа и кронштейна, выполненного угловым комбинированным швом (рис. 2, г). Действует статическая сила F = 300 кН. Сечение листа b s = 100 10 мм, материал сталь Ст5. Сварка ручная электродом Э42.

Анализ условия задачи:

1)Данная задача относится к теме «Сварные соединения», раздел «Сварка плавлением», подраздел «Виды сварных соединений и сварных швов. Расчет на прочность».

2)Соединение листа и кронштейна внахлестку, выполняется угловым швом. Как видно из рисунка шов угловой комбинированный.

3)Комбинированный шов состоит из лобового шва и двух фланговых швов. Как правило, длина лобового шва равна ширине свариваемых листов lл b . Фланговые швы размещены симметрично относительно

нагрузки и их длины одинаковы.

4) В угловых швах действуют касательные напряжения , характер напряженного состояния – срез. Разрушаются они по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла поперечного сечения шва. Ка-

тет поперечного сечения шва k		принимаем равным толщине привари-
ваемого листа k s .
5) Так как на соединение действует только сдвигающая сила F, то
возникает напряжение среза	F	от силы F.

6) Как видно из условия задачи - нагрузка статическая значит, допускаемое напряжение в сварном шве задаем в долях от допускаемого

напряжения растяжения основного металла	р	соединяемых элемен-

тов в зависимости от способа сварки.

7) Данные швы сварены вручную металлическим электродом Э42. 8) Материал свариваемых листов Ст5 – сталь низкоуглеродистая.

Решение:

1)По таблице 3 выбираем предел текучести для Ст5.

т=285 МПа.

17

2) Определяем допускаемое напряжение растяжения для Ст5 (фор-

мула 1.16)

= т

n

285

203,6

204МПа,

р

1,4

где

n

1,4 для низкоуглеродистой стали.

3) По таблице 1 находим допускаемое напряжение на срез для уг-

лового шва и ручной сварки электродом Э42.

'

= 0,6

р

0,6

204

122,4 122 МПа = 122 106 Па.

4) Определяем длину флангового шва из (формула 1.9).

F

' ,

F

0,7k(lл 2lф )

где k - катет поперечного сечения шва, принимаем k s 10 мм

10 10 3 м;

l

л

- длина лобового шва равна ширине листа

lл

b

100 мм 100 10 3 м; силу F переводим в Ньютоны F 300 103 Н.

l

0,5

F

l

0,5

300 103

100 10 3

0,7 10 10 3

122 106

ф

0,7k

'

л

0,125м 125мм.

5) lф1

lф2

lф

125мм.

Пример 2.6.

Рассчитать

швы

(в мм) сварного соединения уголка размером

b

b s = 90

90

8,

е1

25мм с косынкой (рис. 4) при условии, что на

уголок действует статическая сила F = 250 кН. Материал уголка сталь

Ст2 (

р = 160 МПа). Сварка ручная электродом Э50А.

Анализ условия задачи:

1)Данная задача относится к теме «Сварные соединения», раздел «Сварка плавлением», подраздел «Виды сварных соединений и сварных швов. Расчет на прочность».

2)Соединение уголка и косынки внахлестку, выполняется угловыми швами. Как видно из рисунка швы угловые фланговые.

3) В угловых швах действуют касательные напряжения , характер напряженного состояния – срез. Разрушаются они по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла поперечного сечения шва. Ка-

18

тет поперечного сечения шва k принимаем равным толщине привариваемого листа k s .

4) На соединение действует только сила F, значит, возникает напряжение среза от сдвигающей силы F.

5) Так как приваривается уголок (смещен центр тяжести), то фланговые швы размещены несимметрично относительно нагрузки и их длины неодинаковы.

6) Как видно из условия задачи – нагрузка статическая значит, допускаемое напряжение в сварном шве задаем в долях от допускаемого

напряжения растяжения основного металла	р	соединяемых элемен-

тов в зависимости от способа сварки.

7) Данные швы сварены вручную металлическим электродом Э50А. 8) Материал свариваемых листов Ст2, допускаемое напряжение

растяжения для данного металла P =160 МПа.

Решение:

1) Так как в условии задачи уже дано допускаемое напряжение рас-

тяжения	P	для Ст2, то нет необходимости выбирать предел текуче-
сти для данной стали, а можно переходить к следующему действию.
2) По таблице 1 находим допускаемое напряжение на срез для уг-
лового шва и ручной сварки электродом Э50А.

' = 0,65

р

0,65 160 104 МПа = 104 106 Па.

3) Определяем суммарную длину фланговых швов из (формула 1.5).

F

'

,

0,7kL

где k - катет поперечного сечения шва, принимаем

k s

8 мм

8 10 3 м; силу F переводим в Ньютоны F

250 103 Н.

L

F

250 103

0,429 м

429 мм.

0,7k

'

0,7 8 10 3 104 106

4) Определяем длины фланговых швов из (формула 1.8).

lф1

L

е2

; lф2

L

е1

,

е1

е1 е2

е2

где е2

b е1

90

25

65 мм.

lф1

429

65

309,8

310 мм;

25

65

19

	lф2	429	25		119,16 119 мм.
			25	65

Пример 2.7.

Соединение листов выполнено контактной точечной сваркой. Определить минимально допустимое число сварных точек, для данного соединения и шаг между ними (в мм), если действует растягивающая сила

	3		F = 20кН. Нагрузка ста-
F		F	тическая. Материал			лис-
			тов	сталь10	(	р =

2

Анализ условия задачи:

150МПа).

1)Данная задача относится к теме «Сварные соединения», раздел «Контактная сварка», подраздел «Точечная контактная сварка. Расчет на прочность».

2)Точечная контактная сварка образуется не по всей поверхности стыка соединяемых деталей, а в отдельных точках. Данную сварку применяют для соединения внахлестку деталей из тонкого листового материала. В нашем случае соединяют три детали, значит, образуется две плоскости среза.

3)Соединяют детали разной толщины 2мм и 3мм. Для расчетов берем меньшую толщину s из свариваемых деталей: s = 2мм.

4)Характер напряженного состояния – срез, действуют касательные напряжения .

5)Как видно из условия задачи – нагрузка статическая значит, допускаемое напряжение в сварном шве задаем в долях от допускаемого

напряжения растяжения основного металла	р	соединяемых элемен-

тов в зависимости от способа сварки.

6) Материал свариваемых листов Сталь10, допускаемое напряжение растяжения для данного металла P =150 МПа.

Решение:

1) Так как в условии задачи уже дано допускаемое напряжение рас-

тяжения	P	для Ст10, то нет необходимости выбирать предел текуче-

сти для данной стали, а можно переходить к следующему действию.

2) По таблице 1 находим допускаемое напряжение на срез для контактной точечной сварки.

20