Расчет на прочность сварных соединений внахлест

Соединения внахлест выполняют с помощью угловых швов (рис.3)

Угловые швы, иногда называемые валиковыми швами, применяют в соединениях внахлестку.

В зависимости от формы поперечного сечения различают угловые

Рис. 3

швы: 1 – нормальные (К=К₁); 2 – улучшенные (К/К₁=1:1,5; 1:2); 3 - вогнутые; 4 – выпуклые. На практике наиболее распространены нормальные швы, поэтому будем рассматривать расчет этих швов. В зависимости от расположения швов по отношению к линии действия внешней силы различают швы: лобовые (рис.4,а), фланковые, или фланговые (рис.4,б), косые (рис.4,в). Соединение, в котором применено одновременно не менее двух типов швов, называют комбинированным (рис.4,г). Расчетное сечение шва представляет собой равнобедренный прямоугольный треугольник (рис.4, д).

Катет шва (К) обычно назначают равным наименьшей из толщин свариваемых элементов, при этом, швы - К< 3мм применяют лишь для ненагруженных соединений или при сварке элементов малой толщины.

Швы большой толщины применять нецелесообразно, практически - К< 20 мм. Распределение напряжений в угловых сварных швах, как показывают специальные теоретические и экспериментальные исследования, подчиняются весьма сложным закономерностям и в значительной

степени зависят от характера технологического процесса сварки.

Рис.4 Виды сварных швов

Практические расчеты носят условный характер и основаны на следующих предпосылках:

1) по длине шва, независимо от его расположения по отношению к линии действия внешней силы, напряжения распределены равномерно;

2) разрушение шва возможно от среза по плоскости, проходящей через биссектрису прямого угла треугольного сечения шва, т. е. расчетная толщина шва h» 0,7k (рис.4, д).

При принятых предпосылках условие прочности для всех рассматриваемых типов швов записывается одинаково:

,

где — расчетное (условное) напряжение по опасному (биссекторному) сечению;

l — периметр шва; для рассмотренных типов швов соответственно:

(рис.4, а); (рис.4, б); (рис.4, в); - для комбинированного шва (рис.4, г);

— допускаемое напряжение на срез для сварного шва.

Величина зависит от марки электродов и способа сварки; например, при сварке на автоматах или полуавтоматах под слоем флюса, а также вручную электродами высшего качества принимают , где — допускаемое напряжение на растяжение для основного металла кон­струкции.

Формула расчета касательных напряжений (см. выше), очевидно, справедлива лишь при условии, что для всех участков шва катет одинаков. Для фланговых (фланковых) швов, расположенных несимметрично относительно линии действия внешней силы, после определения суммарной длины (всего периметра) швов следует установить длины отдельных участков в соответствии с воспринимаемыми ими долями общей нагрузки соединения.

Угловые швы всех видов рассчитывают на срез по опас­ному сечению I–I. Основные геометрические характеристи­ки углового шва - катет К и высота h; для нормального шва h= K·Sin45° » 0,7К.

По условию технологии, минимальный катет принимают равным 3 мм, если толщина листа d < 3 мм, в большинстве случаев - К=d .

Рассмотрим соединение внахлест, выполненное комбинированным швом, когда оно нагружено внецентренной косой силой F (рис.5). Во всех случаях нагружения внецентренной силой, последнюю сводят к одной или двум центральным силам и моменту. Условие прочности в виде суммы проекций векторов в этом случае будет следующим

(1)

где - допускаемые напряжения на срез сварного шва (табл. 1 и 2);

где - допускаемые напряжения на срез сварного шва (табл. 1 и 2);

Рис. 5 соединение внахлест, выполненное комбинированным швом

где - допускаемые напряжения на срез сварного шва (табл. 1 и 2);

- напряжения от центральной силы ;

- напряжение от центральной силы ;

- Напряжение от крутящего момента Т= ;

- площадь расчетного сечения шва;

Рис. 5 Соединение внахлест

- полярный момент сопротивления расчетного сечения комбинированного шва;

- полярный момент инерции расчетного сечения комбинированного шва внахлест.

, где

Полярный момент инерции равен сумме осевых моментов инерции

,

где , а

Результирующие напряжения получают геометрическим сложением напряжений согласно выражению (1), и в результате получают:

(2)

где .
Подставим значения напряжений в выражение (2), в результате получим выражение (3) расчета прочности:

Сделаем математические преобразования, получим уравнение для

расчета максимальной силы: