Напряжения в сварных соединениях и конструкциях от рабочих нагрузок, страница 3

U =

где δ - толщина соединяемых элементов; Dδ- усиление шва; v -полуширина шва (рис. 1.3, а).

Когда т ≤3, коэффициент формы шва

                                                                              α_ф = f(v/ρ))η                                                                                 (1.6)

где ρ - радиус закругления в зоне сопряжения шва с основным металлом; ηявляется функцией т (рис. 1.4).

При т > 3  η » 1 (рис. 1.4) и коэффициент формы

                                                           α_ф = f(v^*/ρ)                                                          (1.7)

где  v^* =3/U.

2. Концентрация напряжений в стыкуемых элементах вследствие смещения кромок соединяемых деталей (рис.1.5, а). Обозначим этот коэффициент концентрации α_см .Он равен

α_см= 1+3ε,

где ε = D/δ, D - размер смещения кромок, δ - толщина свариваемых элементов.

3. Концентрация напряжений в результате местного изгиба, вызываемого остаточной деформацией при сварке, определяемой величинами с и γ (рис. 1.5, б).

Концентрация напряжений, возникающих в зоне пор, имеет пространственный характер. Коэффициенты концентрации напряжений возле сферических пор в 1,5 раза меньше концентрации в зоне цилиндрических отверстий того же радиуса и положения относительно поверхности.

Стыковые швы при всех видах сварки - дуговой, контактной, электроннолучевой - являются оптимальными с точки зрения концентрации напряжений. При доброкачественном технологическом процессе, отсутствии пор, непроваров, включений, смещения кромок, при доведении до минимума остаточных местных сварочных деформаций и при рациональном очертании швов, результирующий коэффициент концентрации напряжений может быть сведен до значений, близких к единице. В нахлесточных, тавровых и угловых соединениях такой результат получить практически невозможно.

1.3.2. Лобовые швы нахлесточных соединений

В   лобовых   швах   имеется   в   наличии   значительная   концентрация напряжений.  На распределение напряжений  большое  влияние  оказывает конфигурация поперечного сечения шва: глубина проплавления е, угол при вершине β_С и форма свободной поверхности шва (рис. 1.6). Концентрация напряжений заметно снижается при увеличении глубины проплавления, увеличении угла β_С, в случае действия усилия вдоль катета, расположенного напротив угла β_С, и введении плавных переходов от шва к поверхности соединяемых деталей.

Рис. 1.6 Элементы сечения лобового шва и схема приложения нагрузки Р.

а)

в)        Сечение С - А

                          

г)      Сечение В - В

Рис. 1.7 Распределение напряжений в моделях сварных соединений с двусторонними накладками.

                            

На  рис. 1.7,а  показано  сварное соединение   с   лобовыми   швами.   Распределение   напряжений   в   таком соединении показано на рис. 1.7, 6 (сечение А-А), на рис.1.7, в (сечение С-А) и  на  рис.1.7, г  (сечение   В-В).   Наибольший   коэффициент  концентрации α_σ= 2 имеет место в сечении А-А (рис.1.7,6).

В нахлесточных соединениях с двумя лобовыми швами усилия между ними распределяются равномерно, в случае если элементы имеют равные толщины.

Рис. 1.8 Сварное соединение полос разной толщины δ₁ и  δ₂

При неодинаковых толщинах (рис. 1.8) распределение усилий между элементами определяется формулой

P₁/P₂ = 1+ [(δ₂ - δ₁/δ₁)]·0,66l/(0,66l + 2δ₂ )

где P₁ — усилие в шве, находящемся на элементе меньшей толщины δ₁; P₂ -  усилие в шве, находящемся на элементе большей толщины δ₂,; l -  длина нахлестки.

1.3.3.Фланговые швы нахлесточных соединений

В соединениях с фланговыми швами имеет место концентрация напряжений в швах и в основном металле между швами. В зависимости от их длины различают длинные и короткие фланговые швы.