книги / Сварка в машиностроении. Т. 3
.pdfОБОЗНАЧЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ЧЕРТЕЖАХ
Сварные соединения обозначают по ГОСТ 2.312— 72.
Пример. Указываются № ГОСТа, тип соединения, метод и способ сварки, катет шва, длина или шаг, особые обозначения. На рис. 10 приведено обозначе ние шва таврового двустороннего соединения, выполненного по замкнутому кон туру электродуговой сваркой в углекислом газе плавящимся электродом. Шов
прерывистый, |
с шахматным расположением участков. |
Катет шва 6 мм, |
длина |
|||||||||
проваренного |
участка |
50 мм, шаг 150 мм. |
|
|
|
Т — тавровое, |
Н — |
|||||
Соединения обозначают: С — стыковое, У — угловое, |
||||||||||||
нахлесточное, |
О — особые типы, если форма |
шва не |
предусмотрена ГОСТом. |
|||||||||
|
|
|
Цифры возле букв, например СЗЗ, Т4, |
|||||||||
|
|
|
указывают |
порядковый |
номер |
шва в |
||||||
„ГОСТ U 7 7 1 - 7 6 - U - y n - ^ 6 - 5 0 Z W |
ГОСТе, |
вид |
соединения |
и шва, |
а также |
|||||||
---------------------------------------------- |
форму разделки кромок. |
|
|
|
|
|||||||
/ |
|
|
|
следующие |
||||||||
|
|
Способы |
сварки |
имеют |
||||||||
/ |
|
|
обозначения: |
Э — электродуговая, |
Г — |
|||||||
Рис. 10. Условные обозначения шва |
газовая, |
Ш — электрошлаковая, |
|
И — в |
||||||||
инертных газах, |
Уз — ультразвуковая, |
|||||||||||
таврозого соединения |
|
|||||||||||
|
Тр — трением, |
X — холодная, |
|
Дф — |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||
электронно-лучевая, |
Лз — лазерная, |
диффузионная, |
К — контактная, |
|
Эл — |
|||||||
Вз — взрывом, |
Пз — плазменная, |
У — |
||||||||||
в углекислом |
газе. |
|
|
|
|
|
|
|
А — авто |
|||
Буква перед обозначением вида сварки обозначает: Р — ручная, |
||||||||||||
матическая, Т — полуавтоматическая.
Для автоматической сварки приняты следующие обозначения: А — автома тическая сварка под флюсом без применения подкладок и подушек и иодварочного шва, Аф — автоматическая сварка под флюсом на флюсовой подушке, Ам — автоматическая сварка под флюсом на флюсо-медной подкладке, Ас — автомати ческая сварка под флюсом — на стальной подкладке, Апш — автоматическая сварка под флюсом с предварительным наложением подварочного шва, Апк — автоматическая сварка под флюсом с предварительной подваркой корня шва.
Для полуавтоматической сварки используют те же обозначения, но с буквой П.
ИН — сварка в |
инертных |
газах вольфрамовым |
электродом |
без присадоч |
||||
ного металла. |
|
присадочным металлом. |
|
|
||||
ИНп — то же, с |
|
|
||||||
1. Условные обозначения швоп для некоторых способов сварки |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Толщина |
Условные |
|
ГОСТ |
|
|
|
Соединение |
свариваемых |
||
|
|
|
|
деталей, |
обозначения |
|||
|
|
|
|
|
|
|
мм |
швов |
5264—С9. |
Швы |
сварных |
соедине |
Стыковое |
1— 100 |
С1-С25 |
||
|
ний, |
ручная |
дуговая |
Тавровое |
2-100 |
Т1—Т11 |
||
|
сварка |
|
|
|
Нахлесточное |
2-60 |
Н1-НЗ |
|
|
|
|
|
|
|
Угловое |
1-50 |
У1-У10 |
8713—70. |
Швы |
сварных |
соедине |
Стыковое |
1 .5 - |
160 С1-С34 |
||
|
ний, |
автоматическая |
и |
Таировое |
3-60 |
Т1-Т13 |
||
|
полуавтоматическая |
|
Нахлесточное |
1-40 |
Н1-Н6 |
|||
|
сварка под флюсом |
|
Угловое |
1.5- |
40 У1-У4 |
|||
14771—76. Швы |
сварных |
соедине |
Стыковое |
0,5-120 |
С1-С27 |
|||
|
ний, сварка в защитных |
Тавровое |
1-100 |
Т1-Т10 |
||||
|
газах |
|
|
|
|
Нахлесточное |
1-36 |
Н1-Н4 |
|
|
|
|
|
|
Угловое |
1-100 |
У1-У10 |
ИП — сварка в инертных газах плавящимся электродом. УП — сварка в углекислом газе плавящимся электродом.
Для контактной сварки применяют следующие обозначения: Кт — точечная,
Кр — роликовая, Кс — стыковая, |
Ксс — стыковая сопротивлением, Ксо — |
|
стыковая оплавлением. |
швов |
сварных соединений установлены государст |
Условные обозначения |
||
венными стандартами (табл. |
1). |
|
НАПРЯЖЕНИЯ
В сварных швах возникают напряжения: связующие (рис. 11, а, б), вслед ствие совместной деформации наплавленного и основного металла, и рабочие (рис. 11, в и г), передающие усилия с одного элемента на другой. Связующие напря жения при расчете прочности сварных конструкций не учитывают.
а) |
б) |
в) |
•)
Рис. И. Примеры связующих и рабочих напряжений
В стыковых соединениях при обработке швов, обеспечивающей гладкие поверхности, и отсутствии внутренних дефектов — непроваров, трещин, пор и т. д., напряжения от продольной силы распределяются равномерно по попереч ному сечению соединяемых элементов:
где Р — растягивающая или сжимающая сила; I — длина шва; s — толщина основного металла.
Если поверхность шва имеет форму, приведенную на рис. 12, я, го распре деление напряжений по сечению шва становится неравномерным. Распределение напряжений в зоне стыкового шва, полученное опытным путем, показано на рис. 12, б.
Теоретическим путем |
установлено, |
что концентрация напряжений зависит |
от формы стыкового шва, |
определяемой |
величиной |
m = uv\
As + s
и
■д^Г*
где As — утолщение в зоне шва; v — половина ширины шва.
f( v/ft)
(2)
(3)
Рис. 13. Вид функции
В случае т ^ З коэффициент концентрации формы шва
(4)
где р — радиус закругления в зоне сопряжения шва с основным металлом, опре деляется измерением; функция / приведена на рис. 13; г\— функция коэф
фициента т (рис. 14).
При m > 3 коэффициент концентрации формы шва
При этом и * определяется не как половина ширины шва, а как 3/и,
Пример, s = 30 мм, |
A s= 3 мм, 2v = |
30 мм, |
р = 0,3 мм, |
и — 0,35 1/мм, |
||
т = 5,2 |
1/мм, |
т ]= 1,0, |
iVp = 8,6/0,3 = |
28,3. По |
рис. 1 3 |
= 2,2. Таким |
образом, |
а ф = |
2,2 -1 = |
22,2. |
|
|
|
Рис. 15. Дефекты формы в стыковых соединениях
При смещении кромок стыкуемых элементов в стыковых соединениях (рис. 15,а) возникает концентрация напряжений, определяемая коэффициентом <хсм = 1 + Зе, где е = ô/s; 6 — смещение; s — толщина элемента.
Результирующий коэффициент концентрации напряжений в стыковых соеди нениях вследствие нерационального очертания шва и наличия смещения кромок
— |
(6) |
Указанная концентрация напряжений имеет место при работе |
соединения |
в области упругих деформаций. |
|
В результате местного изгиба, вызванного при сварке встык, остаточными деформациями (рис. 15,5) образуются также напряжения изгиба.
Напряжения концентрируются также в стыковых соединениях в зоне пор (в зависимости от их размеров, положения, расстояния между ними, направления действия сил). Концентрация напря
жений зависит от формы пор |
(сфери |
2. Минимальный катет швов, мм |
|
||||||||
ческой, цилиндрической и т. д.). Кон |
|
|
Стали |
|
|||||||
центрация |
напряжений |
в зоне |
сфери |
|
|
|
|||||
ческих пор в 1,5 раза меньше концен |
|
С 38/23, |
С 44/29, |
||||||||
трации |
в |
зоне |
цилиндрической поры |
|
|||||||
того же |
радиуса |
и |
аналогичного по |
|
С 60/45 |
С 85/75 |
|||||
ложения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты а 0 |
концентрации |
7—12 |
4 |
6 |
|
||||||
напряжений |
(полученные опытным пу |
11-22 |
6 |
8 |
|
||||||
тем) около |
сферической |
поры |
в зави |
28-32 |
8 |
10 |
|
||||
симости от расстояния от ее центра до |
33-50 |
10 |
12 |
|
|||||||
150 |
12 |
|
|
||||||||
свободной поверхности при работе в |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||
пределах |
упругих |
деформаций |
приве |
треугольную |
форму. В |
результате |
про |
||||
дены на рис. 16. |
Угловые швы |
имеют |
|||||||||
плавления основного металла их форма изменяется. |
Минимальные размеры |
ка |
|||||||||
тета шва определяются |
толщиной основного металла |
и классом |
стали (табл. 2). |
||||||||
Минимальная длина нахлестки между лобовыми швами 6 smJn. Минималь
ная длина углового шва 4/С и в то же время больше или равна 40 мм. Расчетную длину принимают на 10 мм меньше фактической. При расчете угловых швов расчетную толщину принимают (5/С. В зависимости от технологического процесса
сварки P = |
1 для |
однопроходной автоматической |
сварки; |
р = |
0,9 для двух- |
||||
и трехпроходной автоматической сварки; |
Р = 0,85 для однопроходной полуавто |
||||||||
матической |
сварки; |
Р = 0,8 для двух- |
и трехпроходной |
полуавтоматической |
|||||
сварки; Р = |
0,7 для многопроходной автоматической |
и |
ручной |
сварки. |
|||||
Соотношения размеров угловых швов: фланговых |
1 |
1; лобовых 1 |
1 в ста |
||||||
лях С38/23 и С52/40 при статических нагрузках; 1 |
1,5 |
в сталях С60/45 и С85/75, |
|||||||
а также в конструкциях всех сталей, работающих |
при Т ^ |
40° С и в |
условиях |
||||||
динамических нагрузок. |
|
|
|
|
швами в различных |
||||
Распределение |
напряжений в соединениях с лобовыми |
||||||||
сечениях показано на рис. 17. Наибольшая концентрация наблюдается в сечении
А - А.
Усилия между лобовыми швами в нахлесточных соединениях распределяются равномерно при элементах равных толщин. При неравных толщинах элементов (рис. 18)
Pj |
. . |
So — st |
0,66/ |
k> |
P, |
‘г |
S! |
0,66/ + 2 S2’ |
где Pi — усилие в элементе меньшей толщины, передаваемое швом /; Р2— уси лие в элементе большей толщины, передаваемое швом 2\ sx и s2— соответственно меньшая и большая толщины соединяемых частей; / — длина нахлесточного соеди нения.
Концентрация напряжений наблюдается в основном металле в зоне угловых швов тавровых соединений (рис. 19, а и б); коэффициент концентрации при изгибе
°ср |
(1Г |
а _ _ — max__ _ I _ j _ 0,18 |
(8) |
|
В соединениях с фланговыми швами напряжения распределяются неравно мерно (рис. 20, а и б).
При соединении элементов относительно небольшой ширины напряжения распределяются крайне неравномерно вдоль фланговых швов. В соединениях
элементов, у которых площади поперечных |
сечений fx = /2= F, усилие во |
||||||
фланговых швах в сечении с координатой х на единицу длины |
|
||||||
|
___ аР Г ch ах + |
ch а ( / — х)1 |
(9) |
||||
^х |
4 |
L |
sh al |
] * |
|||
|
|||||||
где / — длина флангового шва; |
Р — растягивающая сила; |
|
|||||
|
|
* |
- / ! |
• |
|
(10) |
|
|
|
|
|
||||
где Е — модуль упругости |
при |
растяжении; G — модуль упругости при сдвиге. |
|||||
Наибольшие усилия при х = 0 и х = |
/ |
|
|
||||
|
|
|
аР 1 + c h |
al |
(H) |
||
|
qmaîl — X |
sh al |
|
||||
При больших al <7max^ 4- .
При |т' |= 0,6 |о |p и при швах в форме равнобедренного треугольника коэффициент концентрации напряжений во фланговых швах
T Ï Ï Ï Ï
ттш т
S)
Рис. 20. Схемы распределения напряжений в соединениях с фланговыми швами
При неравновеликих поперечных сечениях соединяемых элементов, например при Fi < F2I усилие на единицу длины
aP Fi ch a x + F 2ch a (/— x)
4* 2 |
(Ft + F 2) sh al |
• |
(13) |
|
где
~ |
1 /~2G (Fi + F2) |
||
|
V |
EFtF, |
• |
При x = 0 |
a P F1 + F2chal |
||
|
|||
<7o_ |
2 |
( F i + f j) sh al ' |
|
при я = 1 |
aP Fi ch al + |
F2 |
|
|
|||
q‘ ~ |
2 |
(Fj + Ft) sh al ‘ |
|
(14)
(15)
(16)
При F! < |
F2 q0> 7/, T. e. наибольшее q наблюдается со стороны меньшего попе |
|||
речного сечения. |
концентрации |
напряжений наибольший |
||
При |
|т'| = 0,6 [а]р коэффициент |
|||
|
ftT = 0 ,S 7 1 /~ |
* |
M h a^+1 |
(17) |
|
Y |
1+ p . |
sh a/ |
' |
|
II |
|
|
|
Максимальная расчетная длина флангового шва 60 К.
При работе соединения в области пластической деформации напряжения по длине швов выравниваются. В соединяемых элементах относительно большой
А - А
Рис. 21. Схемы распределения нормальных напряжений по ши рине соединяемых элементов
ширины напряжения по ширине участка между фланговыми швами |
(рис. 21) |
|
распределяются неравномерно. |
|
|
Напряжение в поперечном сечении накладки по оси симметрии |
|
|
о |
ch by |
|
2,3т0sh ûa f |
(i«) |
|
2 |
3 |
|
длины |
накладки; |
среднее напряжение |
во фланговых |
^ =я-1- п о л о в и н а |
||||||
швах |
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т° “ 2 \jiKl, |
|
|
Р — продольное |
усилие; |
р = |
0,7 -г- 1 — коэффициент, учитывающий глубину |
|||
провара; К — катет шва. |
|
|
|
|||
Наибольшее напряжение |
|
|
|
|||
|
|
|
° т ах = 2-3то cth 2.3e//. |
(19) |
||
Максимальный коэффициент концентрации напряжений |
|
|||||
|
|
|
|
cth 2.3 |
(20) |
|
|
|
|
* m a x = 3 *3 |
Щ • |
||
Коэффициент /етах зависит от отношения all: |
|
|||||
|
а/1 |
0,1 |
|
0.5 |
1,0 |
2.0 |
|
*max |
Ь45 |
|
2.01 |
3.37 |
6,61 |
В длинных фланговых швах при узких элементах концентрация напряжений возникает главным образом на концах фланговых швов и в меньшей степени на участке между швами.
Рис. 22. Схемы распреде ления нормальных напря жений в элементах с ком бинированными соедине ниями
о)
При коротких фланговых швах и широких элементах напряжения концен
трируются |
преимущественно в зоне металла, примыкающей |
к швам, и в меньшей |
||
степени в самих швах. |
|
|
|
|
Лобовые швы комбинированного соединения значительно уменьшают кон |
||||
центрацию |
напряжений в основных элементах |
между |
фланговыми |
швами |
(рис. 22, а |
и б). Все сказанное относится к работе |
соединений в зоне |
упругих |
|
деформаций.
Концентрация напряжений в пластической стадии уменьшается, и распре деление напряжения выравнивается.
Концентрация напряжений в соединениях, выполненных контактной сты ковой сваркой, как правило, совершенно незначительна. Источником концентра-
*)
Рис. 23. Схемы распределения напряжений в соединении со сварными точками
ции могут явиться лишь технологические дефекты (непровары, трещины, смеще ния кромок и т. д.).
Рис. 24. Эпюры распределения нормальных напряжений в сварных соедине ниях и источники концентрации напряжений при работе соединения в упругой стадии:
а — в нахлесточном соединении; б — в стыковом соединении; а — во фланговом шве нахлесточного соединения: г — в соединении двух полоо разной ширины
В точечных соединениях, выполненных контактной и дуговой сваркой, кон
центрация |
напряжений |
значительна и вызывается |
несколькими факторами: |
а) |
в результате сгущения силовых линий в основном металле над сварочной |
||
точкой; коэффициент концентрации напряжений при этом колеблется в пределах |
|||
(рис. 23, а) |
0,62 tjd ^ k |
//а, и приближенно |
(21) |
|
|
*= 0,38 + 0,62 t [ d b |
|
где d — диаметр сварной точки; t — расстояние между сварными |
точками в на |
||||||||||||||
правлении, перпендикулярном к силовому потоку; |
|
|
|
|
|||||||||||
|
б) |
усилия в отдельных сварных точках, |
расположенных в продольном ряду |
||||||||||||
(рис. 23, б и в), по отношению к действующей силе при равновеликих площадях |
|||||||||||||||
соединяемых элементов распределяются следующим образом: |
|
|
|
||||||||||||
|
при |
трех |
точках (см. рис. 23, б) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
р |
р |
|
р. |
|
|
|
|
(22) |
||
|
|
|
|
|
|
|
р |
_____ L _ р. |
|
|
|
|
(23) |
||
|
|
|
|
|
|
|
2~ 2 т + 3 |
’ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
рис. 23, в) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
р _ р |
|
2 т 2+ 4 т - ( - 1 |
|
|
|
|
(24) |
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
6 4 т 2+ 1 0 /л + 5 ’ |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
P |
Р |
4 |
|
1 |
|
|
к, |
|
|
(25) |
|
|
|
|
|
2 |
|
4от2+ 1 0 т + 5 |
’ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Рз |
4/л2+ |
10т + |
5 Р |
’ |
|
|
(26) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
где Р — усилие |
в соединении; |
т = |
Hs\\ расстояние между |
сварными |
точками |
||||||||||
в |
продольном |
ряду |
|
|
|
|
3. Усилия между точками |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
^ = 0,53 (In b/d—О.Щ ' |
(27) |
Номер |
Число точек в продольном ряду |
|||||||||||
где b — ширина элемента; d — диаметр |
Т О Ч К И |
|
3 |
4 |
| |
5 |
|||||||||
|
|
|
|||||||||||||
сварной |
точки; |
при t = |
b = |
3d, |
£ = |
1 |
|
|
0.444Р |
0.436Р |
0.435Р |
||||
= |
2,95. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
При |
этих |
|
условиях |
усилия |
ме |
2 |
|
|
0.112Р |
0.064Р |
0.05SP |
|||
|
|
3 |
|
|
0.444Р |
0.064Р |
0.014Р |
||||||||
жду точками |
распределяются |
следую |
4 |
|
|
— |
0.436Р |
0.058Р |
|||||||
щим образом |
(табл. 3); |
|
|
|
|
5 |
|
|
— |
— |
|
0.433Р |
|||
|
в) |
дополнительные напряжения |
в |
|
|
|
|
|
|
||||||
основном металле в зоне соединения появляются в результате изгиба (рис. 23, г). |
|||||||||||||||
|
Напряжения от изгиба |
|
|
Зст0 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
(28) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
а0 — среднее напряжение в основном металле. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
При |
о0/Е = |
1/1000 |
|
|
|
3а0 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
(29) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
14-0,055 —
■S
Суменьшением толщины напряжения от изгиба уменьшаются.
Эпюры .распределения напряжений в сварных соединениях и источники кон центрации напряжений при работе в упругой стадии приведены на рис. 24. В плас тической зоне происходит выравнивание напряжений. В зонах дефектов кроме концентрации напряжений наблюдается резко выраженная концентрация дефор маций.