Электроды

Электрод – это стержень, выполненный из сварочной проволоки с покрытием.

Покрытие:

1. стабилизирующие, поддерживающие дуги: калий, кальций, натрий в виде соединений.

2. защитные: 1) газообразующие: крахмал, древесно-пищевая мука, целлюлоза, 2) шлакообразующие: мрамор, полевой шпат.

3. легирующие (влияют на качество стали): никель, титан, хром, ванадий, молибден и тд.

Покрытия могут быть от тонких (0.15-0.25 мм) до толстых (до 3 мм).

Электроды делят на марки и типы.

Марка – это совокупность вида сварочной проволоки и покрытия. Это качественная характеристика электрода.

Тип электрода определяет прочностные характеристики шва: временное сопротивление металла шва.

Пример: Э42А – σ_u ≥42 кН/см², А- повышенные пластические свойства.

Сварочная проволока

Выполняется из низколегированной стали.

Пример: Св-08Г2С: С=0.08%,Mn=2%, Si=0.3-1%

Cв-08А: А- повышенная чистота металла по сере и фосфору.

№10

Виды сварных швов и соединений. Конструктивные требования к сварным соединениям.

Виды сварных соединений

1. Стыковые соединения. Когда элементы соединяются торцами или кромками.

+: имеет не большую концентрацию напряжений, удобен для контроля.

2. В внахлест. Когда поверхности соединяемых элементов частично находят друг на друг.

РИС21

-: имеют большую концентрацию напряжений

+: более простое соединение.

2.2 Соединение с накладками.

РИС22

3 . Угловые соединения. Элементы расположены под углом.

4. Тавровые. Торец одного элемента приваривается к поверхности другого

РИС24

+: удобны в выполнении.

5. комбинированные.

РИС25

Классификация сварных швов

1. По назначению: 1) рабочие (воспринимают усилия), 2) конструктивные (связующие).

2. По протяженности: 1) сплошные, 2) прерывистые

РИС26

d≤24 t_min – сжатие, d≤18 t_min – растяжение

t_min – меньшая из толщин соединяемых элементов. Используются толь в конструкциях 4-ой группы.

3. По месту выполнения: заводские, монтажные

РИС27

4. По количеству слоев наложенных при сварке:

1) однослойные (однопроходные), 2) многослойные (многопроходные).

5. По расположению в пространстве:

1) нижние, 2) вертикальные, 3) горизонтальные, 4) потолочные, 5) в лодочку

6. По технологическому исполнению:

1) односторонние, 2) двухсторонние, 3) с полным и неполным проплавлением.

7. По конструктивному признаку:

1) стыковые, 2) угловые, 3) проплавные и точечные.

Стыковые швы

При сварке элементов толщиной > 8мм для проплавления элементов по всей толщине необходимо предусматривать зазоры и обработку кромок. В соответствии с формой разделки кромок различают V, U, X и К-образные сварные швы.

V-образные

РИС29

U-образные

РИС30

X-образные

РИС31

К-образные

РИС32

Для V и U-образных швов, свариваемых с одной стороны необходимо подварка корня шва с другой стороны для исключения непровара, который яв-ся концентратором напряжений.

РИС33

Начало и конец шва имеют дефекты: непровар и кратер.

При необходимости эти дефекты можно выводить за пределы шва на технологические планки.

РИС34

Если (t₂-t₁)≤4 мм, то соединение выполняется также как для элементов одинаковой толщины.

Если (t₂-t₁)>4 мм, то для исключения концентраций напряжений необходимо выполнить скос

РИС35

Если (t₂-t₁) значительно, то можно сделать скосы с двух сторон.

Конструктивные требования

к сварным соединениям.

1. для уменьшения сварочных напряжений и деформаций рекомендуется принимать швы наименьшей толщины или катета, избегать пересечение швов и их близкого расположения (min 50 мм).

2. выбор катета шва.

k_f =>: 1) ≥ k_f по расчету, 2) ≥ k_f^min СНиП, 3) ≤ k_f^max =1.2 t_min , t_min- меньшая из толщин эл-ов

Исключение:

РИС45

При сварке полок прокатных профилей вдоль кромок, имеющих скругление max-ый катет шва определяется в зависимости от толщины полки.

Катет шва берем минимальный.

3. выбор длины сварного шва.

l_ω =>: 1) ≥l_ω – по расчету, 2) ≥l_ω^min, 3) ≤l_ω^max – только для фланговых швов.

l_ω^min =>: 1) ≥ 4 k_f , 2) ≥ 40 мм

Для фланговых швов: l_ω^max =85β_f ·k_f , т.к. при длинных швах крайние участки испытывают перенапряжения, а средние недонапряжения.

4. Напуск листов в соединениях в нахлестку принимаем ≥5 t_min

РИС46

5. При сварке не симметричных прокатных профилей усилия на сварные швы распределяются обратно-пропорционально расстоянию от центра тяжести сечения до противоположного сварного шва

РИС47

N_об=N·(b-z)/b=N·K_об, N_П=N·z/b=N·K_П,

№11

Работа и расчет соединений, выполненных стыковыми сварными швами.

Расчет стыкового шва на продольную силу N

РИС37

σ_ω = N/A_ω=N/(t_ω · l_ω)≤ R_ωy γ_C ,

t_ω – расчетная толщина шва = толщине наиболее тонкого элемента

l_ω – расчетная длина шва

l_ω =>: 1) =b при сварке на планках, 2) =b-2 t_min, 3) =b- t_max, 4) =b- (10…15 мм). 2, 3, 4 – при сварке без планок

R_ωy – расчетное сопротивление стыкового шва.

- при сжатии R_ωy = R_y

- при растяжении и изгибе:

→ при визуальном контроле качества шва

R_ωy = 0.85R_y

→ при физических методах контроля шва (проверка ультразвуком, просвечивание рентгеновскими и γ-лучами) R_ωy = R_y

- при срезе (сдвиге) R_ωS =R_S= 0.58R_y

γ_C – коэффициент условий работы конструкции.

Косой сварной шов.

РИС38

σ_ω = (N·sinα)/(t_ω·l_ω)≤ R_ωy γ_C ,

τ_ω = (N·cosα)/(t_ω·l_ω)≤ R_ωS γ_C ,

l_ω =b/sinα-2 t_min

Расчет шва на поперечную силу Q

РИС39

τ_ω = Q/(t_ω·l_ω)≤ R_ωS γ_C ,

Расчет шва на изгибающий момент M

РИС40

σ_ω =M/W_ω= (M·6)/(t_ω·l_ω²)≤ R_ωy γ_C ,

Расчет шва на момент и продольную силу

σ_ω^привед =M/W_ω+N/A_ω =

=(M·6)/(t_ω·l_ω²)+ N/(t_ω·l_ω)≤ R_ωy γ_C ,

Расчет шва на M, Q, N

1.15 – учитывает развитие пластических деформаций.

№12

Работа и расчет соединений, выполненных угловыми сварными швами.

РИС41

При расчете угловых швов рассматривают два сечения: 1) по металлу шва, 2) по металлу границы сплавления.

Различают две расчетные толщины шва:

1) по металлу шва t_f =k_f ·β_f

2) по металлу границы сплавления t_z =k_f ·β_z

k_f – катет шва.

Если k_f^В = k_f^Г - то нормальный шов

β_f, β_z – коэффициенты проплавления соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления.

Соединение в нахлестку

РИС42

Расчет на действие продольной силы N

(на Q аналогично)

- Расчет по металлу шва

σ_ωf = N/A_ωf =N/(t_ωf ·l_ω)= N/(k_f ·β_f ·l_ω)≤ R_ωf ·γ_ωf ·γ_C

- Расчет по металлу границы сплавления

σ_ωz = N/(k_f ·β_z ·l_ω)≤ R_ωz ·γ_ωz ·γ_C

l_ω – расчетная длина сварного шва, принимается меньше фактической длины на 10-15 мм.

R_ωf – расчетное сопротивление углового шва по металлу шва (СНиП)

R_ωz – расчетное сопротивление металла границы сплавления R_ωz = 0.45·R_un – (R_un в СНиП)

γ_ωf и γ_ωz – коэффициенты условий работы сварного шва (СНиП)

γ_C – коэффициент условий работы конструкции.

Расчет на действие момента M

РИС43

σ_ωf =M/W_ωf =M·6/(t_ωf ·l_ω²)=M·6/(β_f · k_f ·l_ω²) ≤

≤ R_ωf ·γ_ωf ·γ_C

σ_ωz =M/W_ωz =M·6/(t_ωz ·l_ω²)=M·6/(β_z · k_f ·l_ω²) ≤

≤ R_ωz ·γ_ωz ·γ_C

l_ω =l-(10…15 мм)

Расчет на действие Q и M

РИС44

σ ^Q _ωf(ωf) = Q/( β_{f (z)} ·k_f · l_ω)≤ R_{ωf (ωz)}·γ _{ωf (ωz)}·γ_C

σ ^M _ωf(ωf) = M·6/( β_{f (z)} ·k_f · l_ω²)≤ R_{ωf (ωz)}·γ _{ωf (ωz)}·γ_C

l_ω = 2(l-10…15 мм)

Расчет угловых сварных швов можно вести по любому из двух вариантов: 1вар) отдельно по металлу шва и металлу границы сплавления

2вар) выбрать в начале наиболее опасное сечение, сравнив две величины β_f ·R_ωf и β_z ·R_ωz

расчет ведем по наименьшему значению.

№13

Болтовые соединения: типы и классы болтов. Размещение болтов и конструирование болтовых соединений.

+: 1) простота соединения, 2) надежны в работе, 3) незаменимы в сборно-разборных констр-циях.

-: 1) более металлоемкие, 2) ослабляют сечение элементов отверстиями.

Виды болтов:

1. болты грубой точности (класс точности С). Выполняют из углеродистой стали Øотв.=d+3…4 мм, d- диаметр болта

Отверстие выполняют по группе С, т.е. продавливанием или сверлением в отдельных эл-тах. В рез-те несовпадения отверстий, отверстие под болт имеет не гладкую поверхность (черноту), что исключает плотную посадку болтов.

+: легкость постановки. -: повышенная деформативность при работе на сдвиг и неодновременное вступление болтов в работу.

Принимают для монтажных нерасчетных соединений.

2. Болты нормальной точности (класс точности В). Изготовляют из углеродистой стали иногда с последующей термообработкой.

Øотв.=d+2…3 мм. Отверстия выполняют по группе С или В.

Способы образования отверстий: 1) сверление отверстий в соединяемых эл-тах через специальные кондукторы-шаблоны, 2) рассверловкой отверстий до расчетного диаметра после сборки Эл-та с ранее образованными отверстиями меньшего диаметра, 3) сверлением отверстий расчетного диаметра в собранных элементах.

При отверстиях по группе В болты применяют в расчетных соединениях, а когда по группе С – в монтажных не расчетных соединениях.

3. Болты повышенной точности (класс точности А). изготавливают из углеродистой стали точением. Поверхность болта обтачивается и имеет строго-цилиндрическую форму.

Øотв.=d+0.25…0.3 мм. Отверстия выполняют по группе В.

+: одновременное вступление болтов в работу, хорошо работают на сдвиг и малодеформативны

-: сложность постановки, высокая стоимость.

4. Высокопрочные болты. Изготовляют из легированных сталей 40Х “Селект”, 30Х3МФ

Øотв.=d+3 мм. Гайки болтов затягивают с усилием гайковертом. По истечению 8 часов усилие напряжения контролируют динометрическим ключом. Засчет большой силы напряжения болтовое соединение работает за счет сил трения.

5. Самонарезающие болты. Имеют резьбу по всей длине стержня.

+: необходимость доступа к поверхности только с одной стороны

6. фундаментные (анкерные) болты.

При меняют для прикрепления конструкций к фундаменту. Выполняют из ВСт3кп2, 09Г2С

1) Øотв.=d+5…6 мм – закрепление в анкерных плитках

2) Øотв.=(2…3)d мм – закрепление в опорных плитах.

Болты грубой, нормальной и повышенной точности делят на классы прочности. Класс прочности обозначается двумя числами

n₁ n₂ – класс прочности

n₁· 10=σ_u ,кН/см² – временное сопротивление

n₁хn₂=σ_y ,кН/см² – предел текучести

Класс прочности указан на головке болта выпуклыми цифрами.