Расчет на прочность центрально нагруженных нахлесточных

(валиковых) сварных соединений

Нахлесточные соединения отличаются от стыковых более высокой концентрацией напряжений. Все нахлесточные (валиковые) сварные соединения, вне зависимости от нагружения, рассчитываются на срез (срезается шов по плоскости, проходящей через биссектрису прямого угла сварного шва) (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Плоскость среза шва

Как видно из рис. 2.25, толщина наплавленного металла может быть выражена через катет сварного шва k:

 

,

 

тогда подставив h в формулу (2.11) получим:

 

. (2.16)

 

В лобовых сварных соединениях концентрация напряжений обусловлена поворотом силового потока (изгибом). Расчет соединения поясняет рис. 2.26.

 

Рис. 2.26. Расчетная схема лобового сварного соединения

1. Считаем это соединение центрально нагруженным.

Условие прочности шва на срез:

; (2.17)

. (2.18)

В этом случае, так как неизвестны два параметра, конструктор задаёт один, а другой находит: например задаёт длину шва, а находит катет шва.

 

Таблица 2.6

Рекомендации по выбору катета

Толщина материала δ, мм	3-6	6-10	10-18	18-30
Значение катета: - минимальное Kmin, - максимальное Kmax,
δ

 

2. Следует учитывать, что в действительности силы приложены друг относительно друга на некотором плече , что обусловливает момент, который действует на элементы сварного шва. Расчетная схема соединения приведена на рис. 2.27.

 

Рис. 2.27. Расчетная схема лобового сварного соединения с учетом действия момента

τсрF д

τсрF

τсрΣ

 

, (2.19)

 

, (2.20)

где – дополнительная сила, , ,

 

. (2.21)

 

Условие прочности шва:

.

 

Шов сварной лобовой можно считать центрально нагруженным (т. е. проводить расчет по п.1) при .

Фланговые сварные соединения, расчетная схема приведена на рис. 2.28.

 

 

 

Рис. 2.28. Фланговое сварное соединение

 

Условие прочности шва:

. (2.22)

 

Напряжения распределены по длине шва неравномерно – к концам шва они увеличиваются, в связи с этим на практике длину шва ограничивают: . Если при этом нельзя обеспечить выполнение условия равнопрочности, то соединение усиливают дополнительным прорезным или лобовым швом.

Пример комбинированного сварного соединения приведен на рис 2.29.

 

 

 

Рис. 2.29 Комбинированное сварное соединение

 

Условие прочности шва:

, (2.23)

 

(2.24)

Расчетная схема кругового шва, нагруженного крутящим моментом, приведена на рис. 2.30 а.

 

Рис. 2.30. Расчетная схема кругового шва, нагруженного крутящим моментом

А

А

А - А

а)

б)

А - А

 

 

Расчету подлежат швы № 1 и № 2:

Шов № 1

Сечение кругового шва приведено на рис. 2.30 б.

Из рисунка: d₁ = d + 2^.0,7k

Условие прочности шва:

, (2.25)

где

. (2.26)

Для узких кольцевых сечений (рис. 2.31):

. (2.27)

Учитывая, что в данном случае ,

, (2.28)

имеем:

. (2.29)

 

Рис. 2.31 Сечение узкого кольцевого шва

 

Шов № 2

, (2.30)

, т. к. .

В целях повышения технологичности швы выполняют одним и тем же катетом, и, исходя из этого, задача расчета шва № 2 сводится к определению его длины:

Подставим в (2.30), плучим , из последнего выражения находим l_ш:

. (2.31)

Поскольку , шов № 2 выполняют прерывистым.

 

2.2.4. Расчёт на прочность нахлесточных (валиковых) сварных