§ 3.4. Прочность соединений и допускаемые напряжения

Эффективными мерами повышения прочности сварных соединений являются: автоматическая сварка под флюсом и свар¬ка в защитном газе; термообработка сваренной конструкции (отжиг); наклеп дробью и чеканка швов. Эти меры позволяют повысить прочность составных сваренных деталей при переменных нагрузках в 1,5...2 раза и даже доводить ее до прочности целых деталей.

При переменных нагрузках рекомендуют рассчитывать про­чность не только сварного шва, но и самих деталей в зоне этого шва. Допускаемое напряжение для деталей в зоне шва также умножают на коэффициент γ. Для углеродистых сталей γ вычисляют по формуле

у=1/[(0,6*_эф ± 0,2) - (0,6*_эф Τ 0,2) R] ^ 1,              (3.22)

где R = cy_min/a_max или x_min/x_max— коэффициент асимметрии цикла напряжений; К_э$ — эффективный коэффициент концентрации напряжений, который относится и к σ, ик τ (см. табл. 3.2 и 3.3); верхние знаки — при растягивающем наибольшем по абсолютному значению напряжении и при касательных на­пряжениях, а нижние — при сжимающем. В переходной зоне (R — — 1 или близко к этому) расчет ведут по более опасному напряжению.

Если при вычислении у по формуле(3.22) получают γ>1,то в расчет принимают γ=1. Это обычно получается при большой асимметрии цикла (/?>0) и указывает на то, чтодля данного цикла решающее значение имеет не сопротивление усталости, астатическая прочность.

Вопросы для самоподготовки

1. Оцените сварное соединение по сравнению с заклепочным.

2.  Сравните соединение встык и внахлестку, отметьте их достоинства и недостатки.

3.  В чем преимущества вогнутой формы поперечного сечения углового шва?

4.  Почему не рекомендуют применять длинные фланговые швы?

5.  Какие упрощающие допущения принимают при написании формул для расчета прочности угловых швов в различных случаях нагружения?

6.  Области применения точечной и шовной контактной сварки.

7.  Какие факторы влияют на прочность сварных соединений?

Примеры расчета. Пример 3.1. Рассчитать кронштейн и сварное соединение (см. рис. 3.14) при F— ΙΟ⁴ Η, Г=8 · ΙΟ³ Η -м = 8 · 10^б Η мм, нагрузка стати­ческая, толщина листа 5= 12 мм,материал листа — сталь СтЗ (а_т = 220 МПа), сварка ручная электродом Э 42.

Решение. 1. Определяем ширину b листа по условию его прочности. Принимая 5=1,4 (см.примечания к табл. 3.1), находим

[σ]_ρ = σ_τ/ί=220/1,4=157 МПа.

Учитывая только основную нагрузку Г,получаем

^=δ/>/6 = 77[σ]_ρ

_t Ι 6Τ /6-8-Ю⁶

или b— /^-, = /-------- =160мм.

νδ[σ]_ρ V 12-157

С учетом нагрузки F принимаем 6=165мм. Проверяем прочность при суммарной нагрузке:

6Τ F 6-8-Ю⁶ 10⁴                         _г _

σ = —r +—=----------- г+--------- »152 МПасГа] =157 МПа.

ЬЪ¹ ЪЬ12 · 165 12 -165                               ^{L Jp}

материал трубы — сталь СтЗ, сварка ручная электродом Э42. Сама труба рассчитана по [а]_р=157МПа (см.пример 3.1). Решение. Напряжение от Г, по формуле (3.17),

 Определяем размеры швов. Принимаем /_л= 6=165мм, £ = 5=12 мм. Предварительно оцениваем /_ф только по основной нагрузке Г, используя формулу (3.13). При этом, согласно табл. 3.1,принимаем

[τ'] = 0,6 [σ]ρ = 94 МПа;

τ_г = 94 = 8 · 10⁶/(/_ф-0,7 · 12 · 165 + 0,7 · 12 · 165²/6);

из этого равенства найдем /_ф = 35 мм. Пусть /_ф = 40 мм (исполнительный размер с учетом неполноценности шва на концах /_ф = 50...60 мм).

Проверяем прочность швов по суммарной нагрузке [см. формулу (3.14)]:

x_f=10⁴/[0,7-12-(2-40+165)]»5МПа [см. формулу(3.11)];

уточняем τ_Γ = 8 · 10⁶/(0,7 -12-40 -165+0,7-12 -165²/6) = 86 МПа [см. формулу (3.13)];

T = x_r + T_f = 91 <[τ'] = 94 МПа.

Отмечаем, что по условию равнопрочности детали и соединения при действии изгибающей нагрузки как основной требуемая длина фланговых швов /_ф невелика и составляет около 0,25/_л.

Пример 3.2. Рассчитать сварной шов (см. рис. 3.17): J=140mm, толщина стенки трубы 5 = 5 мм, Г=10⁴Н-м, М =7-10³Н-м, нагрузка статическая,