3.4.6. Сварные соединения
Сварные соединения образуются за счет сил молекулярного взаимодействия материалов соединяемых деталей при местном нагреве до расплавленного состояния или при пластическом деформировании нагретых деталей. Они имеют низкую стоимость изготовления, обеспечивают прочность близкую к прочности основного материала.
Недостатки сварных соединений: появление остаточных напряжений, внутренних дефектов, коробление деталей. Разогрев деталей осуществляется термическим, термомеханическим или механическим способом. Процессы сварки могут быть ручными или автоматическими. При дуговой сварке разогрев деталей осуществляется электрической дугой, возникающей между металлическим электродом 1 и свариваемыми деталями (рис.3.36а). Для защиты от окисления деталей из легированных сталей и цветных сплавов сварку проводят под слоем флюса или в среде инертных газов – аргона или гелия. Толщина свариваемых деталей может быть от 1 до 130 мм.
а)
б)
в)
г)
д)
е)
Рис.3.36
1
1
2
1
2
1
2
1
2
Для соединения деталей из легированных сталей, алюминиевых и медных сплавов, тугоплавких металлов применяют электронно-лучевую сварку, а деталей малой толщины 0,1...0,5 мм – плазменно-лучевую. При электронно-лучевой сварке разогрев осуществляется в вакуумной камере потоком электронов, испускаемых вольфрамовой спиралью 1, проходящих через кольцевой анод 2 (рис.3.36б).
Плазменно-лучевая сварка проводится струей нейтрального газа, ионизированного при пропускании через электрическую дугу между вольфрамовым электродом 1 и медным соплом 2 (рис.3.36в). Струя плазмы формируется электромагнитным полем. Её температура достигает 4000°С.
При газовой ацетилено-кислородной сварке детали разогревают высокотемпературным пламенем (рис.3.36г). В качестве присадочного материала для заполнения шва используют стальную проволоку.
При термомеханической сварке разогрев происходит при прохождении электрического тока между двумя электродами, сдавливающими соединяемые детали.
При точечной сварке детали располагаются между электродами 1 и 2, которые периодически сжимаются, образуя точечный шов. При роликовой сварке образуется сплошной шов (рис.3.36д, е).
В зависимости от расположения деталей различают сварные соединения стыковые, нахлесточные, с накладками, угловые и тавровые.
Стыковые соединения выполняют стыковыми швами (рис.3.37) односторонними или двухсторонними. На кромках деталей большой толщины выполняют фаски.
s
Рис.3.37
Нахлесточные соединения могут быть с односторонним или двухсторонним швом (рис.3.38). Различают лобовые б), фланговые в) и косые г) швы.
С b F F F F F b
в)
а) s s F F F F F
а)
Рис.3.38
б)
в)
г)
Тавровые и угловые соединения выполняют угловыми швами. В угловых соединениях детали свариваются по кромкам (рис.3.40б), а в тавровых одна деталь кромкой приваривается к боковой поверхности другой (рис.3.40а).
Рис.3.39 F F F F F F F F
а)
в)
б)
г)
По форме швы бывают: равнобедренный треугольник с катетом k – нормальный шов (рис.3.41а); с соотношением сторон 1:1,5 или 1:2 (рис.3.41б); выпуклый (рис.3.41в); вогнутый (рис.3.41г).
Р
а)
б)
Рис.3.40
а)
б)
в)
г)
Рис.3.41 k
0,7k k k k
0,7k
Если стыковой шов нагружен растягивающей силой P и моментом M, действующим в срединной плоскости соединяемых листов, условие прочности для него
где s – толщина швов;
l – длина шва;
[σ] – допускаемое напряжение для основного материала деталей.
Прочность угловых швов нахлестного соединения (рис.3.42) рассчитывается
при нагружении силой Р
где k – катет шва;
l - суммарная длина шва;
Рис.3.42 M M y F F
l2
l1
ρmax
[τср] = (0,5...0,65) [σр] – допускаемое напряжение среза шва,
при нагружени моментом М
где ρmax – расстояние наиболее удаленной точки от центра тяжести опасных сечений швов, которые рассматриваются как прямоугольники со сторонами, одна из которых равна длине шва, а другая 0,7k;
Jp = Jx+Jy – полярный момент инерции площади сечений шва.