При проектировании сварных конструкций прочность их опре­деляется на основании расчетов, которые сводятся к определению напряжений, возникающих в элементах изделия от нагрузки.

Существует два основных метода расчета конструкций: по до­пускаемым напряжениям и по предельным состояниям. При первом методе условие прочности имеет вид а < |ctJ, где а — напряжение в опасном сечении элемента, [сг] —допускаемое напряжение, ко­торое составляет некоторую часть от предела текучести материала: [о] = от/я, здесь п — коэффициент запаса прочности. Например, для обычных строительных конструкций, выполняемых из угле­родистой стали обыкновенного качества марки СтЗ, допускаемое напряжение составляет |а] = 16* 107Н/м2.

Так как предел текучести стали СтЗ от = 24 * 107Н/м2, то коэффициент запаса прочности будет п = 240/160 — 1,5.

При действии осевых нагрузок расчетные напряжения вычисляют по формуле с = P/F, где Р—осевое усилие^ Н; F — площадь поперечного сечения нагружаемого элемента, м.

Более точным методом расчета, учитывающим условия работы и однородность материала конструкции, является метод расчета по предельным состояниям. Предельным называют состояние, когда под действием нагрузки происходят качественные изменения свойств материала или наступает физический процесс, по каким - либо причинам недопустимый, нежелательный или опасный. Ха­рактерными случаями предельного состояния являются:

наступление текучести в основном сечении элементов конструкцій или разрушение под действием статиче­ских, повторно-переменных и дина­мических нагрузок;

предельное состояние, обуслов­ленное наибольшей дефорацией кон­струкции, недопустимыми прогиба­ми при статических нагрузках, коле­баниями при динамических нагрузках;

предельное состояние, характеризуемое максимально допусти­мыми местными повреждениями (деформациями, трещинами). Возможно сочетание различных предельных состояний.

При расчете конструкции по предельному состоянию условие прочности записывается в віще N/F < mR, где N — расчетное усилие, Н; F—площадь расчетного сечения, м2; R — расчетное сопротивление материала, Н/м2; т —коэффициент условий рабо­ты, учитывающий степень ответственности конструкции, возмож­ность дополнительных деформаций при эксплуатации, жесткость узлов. Расчетное сопротивление металла стыковых швов уста­навливают по специальным нормативам. Так, по этим нормам для стыковых швов, выполненных ручной и механизированной сваркой на стали СтЗ, расчетное сопротивление при растяжении радно ifBc= = 18 • 107Н/м2 (180 МПа), при срезе ifBc = 130 МПа, для угловых швов /?°вс =150 МПа.

Стыковые швы на прочность рассчитывают по формуле N = = І? СІ'С6/, где N—расчетное действующее усилие в соединении, Н;

— расчетное сопротивление сварного стыкового соедине­ния, Н/м2; б —толщина металла в расчетном сечении, м; /—длина шва, м.

Расчетное усилие для угловых швов рассчитывают по формуле N = 0,7К11?, где К—катет шва, м; / — длина шва, м; J? — расчетное сопротивление срезу, Н/м2; коэффициент 0,7 показыва­ет, что расчет ведется из предположения разрушения шва в плос­кости, проходящей по гипотенузе прямоугольного треугольника (рис. 1.17).

Пример. Определить наибольшее допустимое усилие, которое сможет выдержать сварная тяга, выполненная из двух частей полосы стали СтЗ толщиной 5 мм и шириной 150 мм, соединенных встык и внахлестку.

Решение. Расчетное сопротивление при растяжении для стали СтЗ составляет 180 МПа, сопротивление на срез—150 МПа. Толщина стыкового и катет углового швов равны 5 мм, длина швов в обоих случаях 150 мм.

Расчет усилия для стыкового соединения выполняем по формуле

N = /? ей/ = 180 - 5 • 150 = 135 000 МПа.

Расчет усилия для нахлесточного соединения выполняем по формуле

N= 0,7 ШСВс = 0,7 ■ 5 -150 -150 = 78750 МПа.

При стыковом соединении полос расчетное усилие тяги в 1,7 раза больше, чем при соединении внахлестку.

1. Что называют сваркой?

2. Как классифицируются вилы и способы сварки?

3 В чем заключается сущность сварки плавлением? Какие виды дуговой сварки знаете?

4. Как классифицируют сварные соединения и швы?

5. Как изображаются и обозначаются сварные швы на чертежах?

6. Как рассчитывают прочность сварных соединений со швами разных типов?

7. Почему невозможно получить неразъемное соединение деталей при простом соприкосновении их поверхностей?

X. В чем заключаются преимущества сварки как способа получения неразъемных соединений?

Глава 2