Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин Курс «Детали машин» Надежность машин Соединения с натягом Резьбовые соединения Расчет шпоночных соединений Механические передачи Расчет на изгиб Редукторы

Сварные, паяные и клееные соединения

Общие сведения о сварных соединениях

Сварные соединения — наиболее распространенный тип неразъемных соединений. Они образуются путем местного нагрева деталей в зоне их соединения. Применяют различные виды сварки. Наибольшее распространение получили электрические, основными из которых являются дуговая и контактная сварка.

При дуговой сварке металл в зоне соединения доводится до расплавления. Соединение образуется после отвердения металла. Различают следующие разновидности дуговой сварки:

1) автоматическая сварка под флюсом — высокопроизводительна и экономична, с хорошим качеством шва. Применяют в крупносериином и массовом производстве для конструкций  с длинными швами;

механизированная сварка под флюсом. Применяют для конструкций с короткими прерывистыми швами;

ручная сварка — малопроизводительна, с невысоким качеством шва. Применяют при малом объеме сварочных работ и в том случае, когда другие виды дуговой сварки нерациональны.

Для дуговой сварки применяют электроды с различной обмазкой. Для сварки конструкционных сталей применяют электроды типов Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А и др. Число после буквы Э, умноженное на 10, обозначает минимальное значение временного сопротивления σв (Н/мм2) металла шва. Буква А обозначает повышенное качество электрода, обеспечивающее получение более высоких пластических свойств металла шва.

При контактной сварке металл в зоне соединения доводится не до жидкого, а только до пластичного состояния. Соединение образуется путем сдавливания деталей. Контактную сварку применяют в серийном и массовом производстве для нахлесточных соединений тонкого листового металла (точечная, шовная сварка) или для стыковых соединений круглого и полосового металла (стыковая сварка).

В книге рассмотрены соединения дуговой сваркой.

Достоинства сварных соединений.

Невысокая стоимость соединения вследствие малой трудоемкости сварки и простоты конструкции сварного шва (рис. 4.1,6).

Сравнительно небольшая масса конструкции (на 15...25 % меньше массы клепаной из-за отсутствия накладок, см. рис. 4.1, а и б).

Герметичность и плотность соединения.

Возможность автоматизации процесса сварки.

5. Возможность сварки толстых профилей.
Недостатки.

1. Невысокое качество сварного шва (непровары, шлаковые включения и др.). Применение автоматической сварки под флюсом и сварки в защитном газе в значительной мере устраняет этот недостаток.

Рис. 4.1. Клепаное (а) и сварное (б) соединения


Рис. 4.2. Пример

сварного зубчатого

колеса

Трудность контроля качества сварного шва.

Коробление деталей из-за неравномерности нагрева в процессе сварки.

Невысокая прочность при переменных режимах нагружения. Сварной шов является значительным концентратором напряжений. Отжиг сварной конструкции, наклеп дробью и чеканка швов повышают прочность сварных соединений.

Применение. Сварные соединения широко применяют в строительстве. В машиностроении они вытесняют клепаные соединения. Сварку применяют для получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве. Сварными выполняют станины, рамы, корпуса редукторов, шкивы, зубчатые колеса (рис. 4.2), коленчатые валы, корпуса судов, кузова автомобилей, железнодорожные вагоны, трубопроводы, мосты, антенны радиотелескопов и др. В массовом производстве применяют штампосварные детали.

Основные типы и элементы сварных соединений

В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов применяют следующие типы сварных соединений.

Стыковые соединения. Простые и наиболее надежные из всех сварных соединений, их рекомендуют в конструкциях, подверженных воздействию переменных напряжений. На рис. 4.3, а — г показаны различные варианты стыковых швов, выполненных ручной дуговой сваркой при разной толщине соединяемых элементов. При автоматической сварке происходит более глубокое проплавление металла, шов образуется в основном за счет основного металла, а не металла электрода, как при ручной сварке.

Возвышение стыкового шва над основным металлом является концентратором напряжений. Поэтому в ответственных соединениях его удаляют механическим способом.

Встык сваривать можно листы, полосы, трубы, швеллеры, уголки и другие фасонные профили.

Нахлесточные соединения (рис. 4.4, а — в). Их выполняют угловыми швами с различной формой сечения:

нормальные (рис. 4.5, а), профиль которых представляет собой равнобедренный треугольник;

вогнутые (рис. 4.5, б) применяют в ответственных конструкциях при переменных нагрузках, так как вогнутость обеспечивает плавный переход, вследствие чего снижается концентрация напряжений; вогнутый профиль получают последующей механической обработкой шва, что повышает стоимость соединения;

выпуклые (рис. 4.5, в) — нерациональны, так как вызывают повышенную концентрацию напряжений;

улучшенные (рис. 4.5, г), профиль которых представляет собой неравнобедренный прямоугольный треугольник,  применяют при пере-

Рис. 4.3. Стыковые швы:

а — односторонний без скоса кромок;

б — односторонний со скосом кромок; двусторонний с двумя симметричными скосами одной кромки; г —двусторонний с двумя симметричными скосами двух кромок


Рис. 4.4. Нахлесточные соединения угловыми швами

Рис. 4.5. Угловые швы

менных нагрузках, так как они значительно снижают концентрацию напряжений.

За катет шва к принимают катет вписанного в сечение шва равнобедренного треугольника (см. рис. 4.5, б). В большинстве случаев значение к принимают равным толщине 8 свариваемых деталей, но не менее 3 мм.

Угловые швы бывают:

лобовые, расположенные перпендикулярно линии действия силы F (см. рис. 4.4, а);

фланговые, расположенные параллельно линии действия силы F (см. рис. 4.4, б);

комбинированные, состоящие из сочетания лобовых и фланговых швов (см. рис. 4.4, в).

В нахлесточных соединениях возникает изгибающий момент M-F8 (см. рис. 4.4, а) от внецентренного действия растягивающих или сжимающих сил, что является недостатком соединений.

Рис. 4.6. Тавровые соединения

Тавровые соединения. В этих соединениях свариваемые элементы располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Соединение может быть выполнено угловыми (рис. 4.6, а) или стыковыми  (рис. 4.6, б) швами.

Курс "Детали машин и основы конструирования" непосредственно опирается на курсы "Сопротивление материалов" и "Теория механизмов и машин", которыми, мы надеемся, студенты овладели в совершенстве. Кроме того, для успешного выполнения расчётно-графических работ и курсового проекта необходимы хорошие знания правил и приёмов курса "Инженерная графика".
Расчет на прочность сварных соединений