Приклади проектування зварних з’єднань з кутовими швами

Завдання1. Cпроектувати (визначити довжину швів) зварне з’єднання внакладку кутовика мм з косинкою. Площа перерізу кутовика F_к=19, 2см². Граничні напруження металу кутовика Мпа. Граничні напруження металу зварних швів на зріз Мпа.

Рішення:

1. Виходячи з вимоги забезпечення однакової міцності кутника і зварного з’єднання, визначаємо максимальне значення зусилля розтягнення для кутника

мН.

2. Призначаємо механізований спосіб зварювання у середовищі вуглекислого газу ГОСТ14771-76. Згідно стандарту на спосіб зварювання призначаємо катет шва К=10мм.

3. Розглянемо два варіанти: перший — з’єднання з фланговими швами і другий – лобовий і флангові шви (комбіноване з’єднання). Перший варіант (рис. 1.66)

Рис. 1.66

Зусилля Р розподіляється між швами (кутник рівнобокий) у співвідношенні:

Р₁ = Р₂=

Тоді довжина швів (приймаємо =0, 7):

l₁= l₂=

Другий варіант (рис. 1.67)

Проектуємо лобовий шов з катетом 10мм. Допустиме зусилля на лобовий шов:

Р₃ =

Решта зусилля передається на флангові шви:

Рис. 1.67

Р_ф= Р-Р₃ = 0, 384 – 0, 084 = 0, 300МН.

Р₁ = 0, 3Р_ф = Р₂ =0, 7Р_ф =

Довжина флангових швів:

l₁= l₂=

Завдання2. C проектувати зварне з’єднання внакладку полоси з листом і навантаженою силою Р = 50кН, b = 500мм. (рис. 1.68). Граничні напруження металу полоси Мпа. Граничні напруження металу зварних швів на зріз

Рис. 1.68

Рішення:

1.Визначаємо розміри перерізу полоси. Приймаємо ширину полоси h=250мм. і визначаємо ії товщину, виходячи з умови міцності полози в перерізі 1-1. В перерізі діє поперечна сила Q=P і згинаючий момент М =Рb, (b = 500мм). Від сили Q виникнуть дотичні напруження

,

а від моменту нормальні напруження

.

Використовуючи умову міцності визначаємо товщину полоси

2. Призначаємо спосіб зварювання — ручне дугове за ГОСТ 5264-80. Згідно стандарту на спосіб зварювання призначаємо тип з’єднання Н1, катет шва К=10мм.

3. Визначаємо величину напуску l. Можливі три варіанта зварного з’єднання.

Перший варіант — двома фланговими швами(рис. 1.69)

Рис. 1.69

В металі зварних швів утворюються дотичні напруження від зсуву

і від дії моменту M=P . Від моменту М в зварних швах виникає реактивний момент М_р = М. Представимо реактивний момент через пару сил М_р = Тh. Тоді на кожен шов буде діяти сила Т = М/h і відповідні напруження

Оскільки напрям напружень не співпадає, умова міцності буде

.

.

Відкіля визначаємо величину напуску l:

Другий варіант — лобовим і двома фланговими швами (рис. 1.70)

Рис. 1.70

Приймаємо, що у всіх швах мають місце однакові дотичні напруження, які складаються з напружень від зсуву і напружень від моменту . Як у лобовому, так і у фланговому швах напрям цих напружень не співпадає тому

.

Складові напруженого стану визначаємо:

.

Виходячи з умови міцності

,

визначаємо величину напуску чисельним методом l=9см.

Третій варіант (рис.1.71)

Рис. 1.71

В цьому випадку напруження від зсуву дорівнює

а від моменту, приймаючи М_реак.= М =Тl, Т=М/l

.

Тоді (напрям напружень не співпадає) і, виходячи з умови міцності, визначаємо величину напуску l:

Завдання 3. Cпроектувати зварне таврове з’єднання двох пластин зі сталі Ст3 і навантажених силою Р (рис. 1.72) Граничні напруження металу пластин . Граничні напруження металу зварних швів на зріз , а на відрив (b=250мм.  =10мм.)

Рис. 1.72

Рішення:

1. Призначаємо спосіб зварювання – ручне дугове за ГОСТом5264-80. Згідно стандарту розглянемо два типа зварного з’єднання: без розкриття кромок (Т3) і з розкриттям кромок (Т5.), катет шва К=10мм.

2.Визначаємо потрібну довжину шва l для першого випадку (рис. 1.73)

Рис. 1.73

Напружений стан металу шва в перерізі руйнування (F_руйн.=2 ) шва складається з двох складових компонентів:

дотичних напружень від зсуву

і дотичних напружень від моменту М= Рb

.

Оскільки напрям складових не співпадає умова міцності буде

Розв’язуємо відносно l

3.Визначаємо довжину шва l для другого випадку (рис. 1.74)

Рис. 1.74

В цьому випадку (F_руйн.=l ) напружений стан в металі шва буде складатися з двох компонентів:

від зсуву — дотичні напруження

,

і моменту М=Р b—нормальні напруження (максимальні)

.

Виходячи з умови міцності еквівалентними напруженнями

визначаємо довжину шва l