Стыковое соединение. Нахлёсточное соединение. Тавровые соединения

Лекция №4

4.3. Стыковое соединение

Стыковое соединение во многих случаях является наиболее простым и надёжным. Его следует применять везде, где позволяет конструкция изделия. Полный и бездефектный провар стыка обеспечивает равнопрочность сварного шва и основного металла. Сваривают встык листы и полосы, а также трубы и уголки, швеллеры и другие фасонные профили.

На железных дорогах используют стыковую контактную сварку рельсов. Стыковое соединение является наиболее совершенным видом неразъёмного соединения, где теряется понятие «стык». Оно применяется в ответственных конструкциях, так как составная сборочная единица имеет прочность, близкую к целой детали. В зависимости от толщины соединяемых элементов соединения выполняют с обработкой или без обработки кромок, с подваркой и без подварки с другой стороны детали.

В соединении двух полос стыковым швом «усиление» (утолщение) шва является источником концентрации напряжений (рис. 4.5). В ответственных соединениях образовавшиеся валики удаляют механической обработкой, что почти полностью снимает концентрацию напряжений. Стыковые соединения могут разрушаться по шву, месту сплавления металла шва с металлом детали, а также по сечению самой детали в зоне термического влияния (околошовной зоне), в районе закалочной структуры.

Рис. 4.5. Напряжения в стыковом шве

Практикой установлено, что при качественном выполнении сварки разрушение соединения стальных деталей происходит преимущественно в зоне термического влияния. Поэтому расчёт прочности следовало бы выполнять по размерам сечения детали в этой зоне. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой (с невозможностью выполнить отжиг детали после сварки), учитывают при назначении допускаемых напряжений, а размеры расчётного сечения принимают по размерам детали.

Основной расчёт ведут по максимальным статическим нагрузкам. Такими нагрузками являются продольная сила F, поперечная сила Q и моменты: изгибающий M и крутящий Т. При циклических напряжениях вводят коэффициент , понижающий допускаемое напряжение, а расчёт ведут по максимальной нагрузке.

А) При действии продольной силы F нормальное напряжение:

                                               (4.1)

где   – допускаемое напряжение для сварных соединений (содержит в обозначении штрих), МПа; в зависимости от способа сварки и марки электрода

                                               (4.2)

 – допускаемое напряжение для основного металла, МПа (прил. 2); численный коэффициент принимают из прил. 3;

 – коэффициент переменной нагрузки; для металлоконструкций из углеродистых сталей

                              (4.3)

Эффективный коэффициент концентрации напряжений К_эф зависит от материала и вида сварного шва; он принимается по справочнику (прил. 4). Например, для стыкового шва с полной проваркой корня К_эф = 1,2, для фланговых угловых швов К_эф = 3,5. Из формулы (4.2) видно, что в стыковом шве коэффициент прочности

                                                  (4.4)

то есть стыковое соединение может быть равнопрочным с соединяемыми деталями.

Б) При действии изгибающего момента М возникает нормальное напряжение, которое будет максимальным в наиболее нагруженной точке сварного шва А (в расчётной точке):

                                            (4.5)

В) При действии поперечной нагрузки Q возникает касательное напряжение:

                                              (4.6)

где   – допускаемое касательное напряжение (см. прил. 3).

                                       (4.7)

NB 4.2. Нормальные и касательные допускаемые напряжения сварных швов определяют в зависимости от нормального допускаемого напряжения