Это наиболее рациональный и распространенный вид неразъемных соединений, приближающий по прочности составные детали к целым. Очень широко применяются в машиностроении.
Применяют следующие виды сварки:
- плавлением (электродуговая, электрошлаковая, газовая, термическая);
- давлением (контактная, кузнечнопрессовая, трением).
Преимущества:
1. Технологичность.
2. Герметичность.
3. Невысокая стоимость (малая трудоемкость процесса сварки, простота конструкции сварного шва, возможность автоматизации процесса).
4. Масса сварных конструкций на 25 ÷ 30 % меньше массы клепаных.
5. Более высокая прочность, т. к. отсутствуют отверстия под заклепки.
Недостатки:
1. Чувствительны к вибрационным и ударным нагрузкам.
2. Концентрация напряжений вследствие изменения структуры металла.
3. Коробление деталей из-за неравномерного нагрева и охлаждения.
4. Трудности контроля качества шва.
5. Зависимость качества шва от квалификации сварщика.
Классификация:
- типы сварных швов: стыковые и угловые;
- виды сварных соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые (рисунок 9.1);
- виды угловых швов (рисунок 9.1, б).: нормальные (1), выпуклые (2), вогнутые (3);
- в зависимости от расположения относительно направления внешней силы угловые швы бывают: лобовые, фланговые, комбинированные, косые.
Конструкция и классификация сварных соединений подробно рассматриваются при выполнении студентами лабораторных работ.
Расчет сварных соединений выполняется чаще всего как проверочный с учетом следующих допущений:
а) усилия распределяются равномерно по длине шва;
б) напряжения равномерно распределяются по сечению шва.
Рисунок 9.1 – Виды сварных соединений: а) стыковое; б) нахлесточное; в) тавровое; г) угловое
Наиболее простым является сварное соединение встык (рисунок 9.2), которое широко используется в машиностроении. Оно может разрушаться по шву, по сечению детали, но чаще всего в зоне термического влияния.
Рисунок 9.2 – Стыковое сварное соединение
Если стыковое сварное соединение одновременно нагружено растягивающей силой F и изгибающим моментом M, то условие прочности имеет вид:
(9.1)
где s – толщина сварного шва; l – ширина шва; - допускаемое напряжение на растяжение для сварного шва.
Сварное соединение внахлестку выполняется при помощи угловых швов. Такие швы принято рассчитывать по касательным напряжениям на срез. При этом опасным является сечение m – m, совпадающее с биссектрисой прямого угла (рисунок 9.3), поскольку в этом сечении шов имеет минимальную толщину. Расчетная толщина этого шва при катете шва равном толщине свариваемых деталей – k = s:
(9.2)
Рисунок 9.3 – Сварное соединение внахлестку
Условие прочности на срез
,
(9.3)
где - допустимое напряжение на срез для сварного шва.
В качестве проектного параметра чаще используют длину шва
(9.4)
Допускаемые напряжения при расчете сварных соединений принимают пониженными, в долях от допускаемых напряжений для основного металла
; ,
(9.5)
где - допускаемое напряжение для основного металла; φ – коэффициент понижения допускаемого напряжения; γ – коэффициент, учитывающий характер нагрузки.
Коэффициент φ учитывает факторы, снижающие прочность шва: способ сварки; технологические дефекты (шлаковые и газовые включения, непровары и т. п.); качество основного материала. Коэффициент γ зависит от характера нагрузки. При постоянной нагрузке он не учитывается, а переменной – определяется расчетным путем.