4.4. Допускаемые напряжения для сварных швов

Допускаемые напряжения для сварных швов при статической на­грузке определяют по табл. 4.1 в зависимости от допускаемого напряже­ния [σ]_р основного металла на растяжение:

(4.3)

где σ_т — предел текучести основного металла; [s]_T — допускаемый ко­эффициент запаса прочности; [s]_T= 1,35...1,6 —для низкоуглеродистой и [s]_T = 1,5...1,7 — для низколегированной стали.

4.5. Рекомендации по конструированию сварных соединений

1. Из-за дефектов сварки на концах сварного шва (в местах зажи-гания и гашения дуги) минимальная длина шва должна быть не менее 30 мм.

2. В нахлесточных соединениях (см. рис. 4.4, а) длину перекрытия принимают не менее 4δ, где δ — минимальная толщина свариваемых деталей.

3. Длина лобовых швов не ограничивается. Длина фланговых швов ограничивается: l_фЛ<50k. Это связано с возрастанием неравномерности

Рис. 4.8. Пример сварной конструкции

распределения напряжений по длине шва с увеличением его длины. На концах шва напряжения больше, чем в середине.

4. Сварные швы располагают так, чтобы напряжения в них были одинаковыми. Исходя из этого, при конструировании соединения угол­ ков с косынками (рис. 4.8) длины фланговых швов определяют из решения системы уравнений:

где l_фл — суммарная длина фланговых швов по формуле (4.2). Имеем

и, следовательно,

(4.4)

5. В конструкциях, подверженных действию переменных нагрузок, при­менение нахлесточных соединений нежелательно, так как они характери­зуются значительной концентрацией напряжений. По этой причине неследует применять «усиливающие» накладки в стыковых соединениях.

Пример Рассчитать сварное соединение уголка с косынкой, нагруженное силой F= 30 кН (см. рис. 4.8). Материал уголка и косынки — сталь марки СтЗ (о_т = 220 Н/мм²). Сварка ручная дуговая электродом типа Э50А. Размеры уголка: А = 32 мм, 3) = 9,4 мм, d=4 мм.

Решение. 1. Катет сварного шва. В нахлесточных соединениях угловыми швами катет сварного шва принимают равным толщине свариваемых деталей (см. § 4.2). Принимаем k = d=4 мм. Расчетная высота опасного сечения шва h-u,lk.

2. Допускаемое напряжение среза. По формуле (4.3) находим допускаемые напряже­ ния основного металла на растяжение при [s]_T = 1,5:

По табл. 4.1 допускаемые напряжениясреза для сварных соединений

3. Суммарная длина фланговых швов [формула (4.2)]:

4. Длины фланговых швов [формула (4.4)):

4.6. Паяные соединения

Паяные соединения — неразъемные соединения, образуемые сила­ми молекулярного взаимодействия между соединяемыми деталями и присадочным материалом, называемым припоем.

Припой — сплав (на основе олова, меди, серебра) или чистый металл, вводимый в расплавленном состоянии в зазор между соединя­емыми деталями. Температура плавления припоя ниже температуры плавления материалов деталей.

По конструкции паяные соединения подобны сварным (рис. 4.9, а — ж). Преимущественное применение имеют соединения нахлесточные. Сты­ковые и тавровые соединения применяют при малых нагрузках.

Рис. 4.9. Основные типы паяных соединений:

а — стыковое; б— нахлесточное; в — косостыконое; г —тавровые; д — с одной накладкой; е — телескопическое; ж — сотовая конструкция

В отличие от сварки пайка позволяет соединять не только однород­ные, но и разнородные материалы: черные и цветные металлы, сплавы, керамику, стекло и др.

При пайке поверхности деталей очищают от окислов и обезжири­вают с целью получения хорошей смачиваемости поверхностей припо­ем и качественного заполнения им зазоров. Нагрев припоя и деталей в зависимости от их размеров осуществляют паяльником, газовой горелкой, ТВЧ, в термических печах и др. Для уменьшения вредного влияния окисления поверхностей деталей при пайке применяют флюсы (на основе буры, канифоли, хлористого цинка), а также паяют в вакууме или в среде нейтральных газов (аргона). Расплавленный при­пой растекается по нагретым поверхностям стыка деталей и при ох­лаждении затвердевает, прочно соединяя детали.

Размер зазора в стыке определяет прочность соединения. При малом зазоpe лучше проявляется эффект капиллярного течения припоя, про­цесс растворения материала деталей в расплавленном припое распро-еграняется на всю толщину паяного шва (прочность образующегося раствора на 30...60 % выше прочности припоя).

Размер зазора принимают 0,01...0,25 мм в зависимости от припоя (легкоплавкий или тугоплавкий) и материала деталей.

Припои с температурой плавления до 400 °С называют легкоплавки­ми. Наиболее широкое применение имеют оловянно-свинцовые, оло-вянно-свинцовые сурьмянистые припои (марок ПОС90, ПОС61). Эти припои не следует применять для соединений, работающих при тем­пературе свыше 100 "С или подверженных действию ударных нагрузок.

Припои с температурой плавления свыше 400 ⁰С называют туго­плавкими (серебряные или на медной основе). Припои на медной основе отличаются повышенной хрупкостью, их приме­няют для соединения деталей, нагруженных статической нагрузкой. Се­ребряные припои (марок ПСр40, ПСр45) применяют для ответствен­ных соединений. Они устойчивы против коррозии и пригодны для соеди­нения деталей, воспринимающих ударную и вибрационную нагрузки.

Достоинством паяных соединений является возможность соедине­ния разнородных материалов, стойкость против коррозии, возмож­ность соединения тонкостенных деталей, герметичность, малая кон­центрация напряжений вследствие высокой пластичности припоя. Пайка позволяет распаивать соединение, а также получать соединения дета­лей в скрытых и труднодоступных местах конструкции.

Недостатком пайки по сравнению со сваркой является сравнитель­но невысокая прочность, необходимость малых и равномерно распре­деленных зазоров между соединяемыми деталями, что требует их точ­ной механической обработки и качественной сборки, а также предва­рительной обработки поверхностей перед пайкой.

Применение паяных соединений в машиностроении расширяется в связи с внедрением пластмасс, керамики и высокопрочных сталей, которые плохо свариваются. Пайкой соединяют листы, стержни, топ­ливные и масляные трубопроводы, лопатки турбин и др. Ее широко применяют в автомобилестроении (радиаторы и др.) и самолетостро­ении (обшивка из тонких стальных листов с сотовым промежуточным заполнением, см. рис. 4.9, ж). Пайка является одним из основных видов соединений в радиоэлектронике и приборостроении. Процессы пайки поддаются механизации и автоматизации.

Расчет на прочность паяных соединений выполняют на сдвиг мето­дами сопротивления материалов. Надо учитывать, что в нахлесточном соединении площадь расчетного сечения равна площади контакта де­талей. Для нахлесточных соединений деталей из низкоуглеродистой стали, полученных оловянно-свинцовыми припоями (марки ПОС40), допускаемое напряжение на сдвиг [τ]_с = 60 Н/мм².