25.07.2017
Дорожное строительство – непростой многоступенчатый процесс. Положительный результат достигается только тогда, когда на каждом...


25.07.2017
Шелковая штукатурка – одно из самых популярных покрытий, которое наносится на стены или потолок. Свою популярность шелковая...


25.07.2017
Работа в коллективе важна и определена тем, что она повышает уровень предприятия или компании, а также конкурентоспособность,...


25.07.2017
Металлические ключницы настенного размещения представляют собой изделие в виде шкафчика или ящика и предназначены для хранения...


25.07.2017
В модульных картинах воплотились древние традиции и современные технологии, что позволило получить совершенно новые оригинальные...


25.07.2017
Современные оконные конструкции обещают высокий уровень комфорта, но и требуют соответствующих капиталовложений. Чтобы покупка...


Соединения внахлестку угловыми швами

07.07.2016

Типы соединений внахлестку и виды угловых швов. Соединение «нахлестку — это непосредственное наложение одного из соединяемых элементов на второй (рис. III—17,а, б) или наложение на соединяемые элементы накладок. Сварные швы, называемые угловыми, располагают в углах, образованных кромкой одного из элементов и пластью второго. Кроме угловых швов, применяемых наиболее часто, соединения внахлестку могут быть выполнены с помощью прорези, пробок и сплошного провара (проплавлением) одного из соединяемых элементов (рис. III—17,в, г, д). Пробочные соединения и швы сплошным проваром применяют в качестве нерасчетных, например для связи широких листов в пакетах, для приварки обшивки к каркасу и т. п. Соединения в прорезь применяют редко вследствие повышенной трудоемкости их и ослабления соединяемого листа.
Соединения внахлестку угловыми швами

Угловые швы выполняют без предварительного скоса кромок, но, конечно, с очисткой, удалением заусениц и правкой, обеспечивающих плотное прилегание соединяемых элементов.
В зависимости от расположения угловых швов по отношению к направлению передаваемого усилия различают лобовые швы (рис. III—17,а), расположенные перпендикулярно усилию, и фланговые швы, расположенные параллельно усилию (рис. III—17,б). Могут быть швы, занимающие промежуточное положение, — косые угловые швы.
Нормальный угловой шов в разрезе имеет форму прямоугольного равнобедренного треугольника (рис. III—18,а, г) с криволинейной или прямолинейной гипотенузой. Угловые швы ручной сварки делают выпуклыми со стрелкой дуги около 0,1 биссектрисы прямого угла (см. ведомственные нормали); вогнутую поверхность (рис. III—18,в) придают угловым лобовым и косо расположенным швам в конструкциях, непосредственно воспринимающих регулярные подвижные или вибрационные нагрузки. Угловые швы вызывают значительные отклонения силовых потоков и концентрацию напряжений (рис. III—19). Для большей плавности перехода силового потока от одного из соединяемых элементов к другому в конструкциях, работающих под динамической нагрузкой, применяют пологие лобовые и косые швы (рис. III—18,б), сечение которых представляет неравнобедренный треугольник с отношением катетов 1:1,5, а в мостах еще 1:2 и 1:2,5. Больший катет располагают по пласти, то есть вдоль передаваемого швом усилия. Необходимо во всех случаях особо следить за плавностью сопряжения шва с пластью и за отсутствием подреза в основном металле.
Соединения внахлестку угловыми швами

Высотой шва hш называют катет его поперечного сечения; в пологих швах за высоту принимают меньший катет. В конструкциях, работающих под статической нагрузкой, высота шва должна быть не менее 4 мм, а при динамических нагрузках — не менее 6 мм. Кроме того, наименьшая высота однопроходных угловых швов ограничена в зависимости от толщины б более толстого из свариваемых элементов, например для элементов из стали типа Ст. 3 при:
Соединения внахлестку угловыми швами

Для низколегированных сталей указанную высоту hш увеличивают на 2 мм (для конструкций из высокопрочных сталей и для мостов приняты несколько иные соотношения).
Высота углового шва, располагаемого у обушка уголка, полки швеллера и т. п., должна быть не более 1,2δ, где δ— наименьшая толщина соединяемых элементов (рис. III—20), а у пера на 1—4 мм меньше толщины уголка (полки двутавра или швеллера).
Соединения внахлестку угловыми швами
Соединения внахлестку угловыми швами

Работа соединений внахлестку и конструирование их. Соединение лобовым швом (рис. III—21) может разрушиться от сдвига (среза) по пласти листа, от отрыва по кромке накладки или от разрыва по плоскости, почти совпадающей с биссектрисой прямого угла («где тонко, там и рвется»). При статическом действии нагрузок наиболее часто встречается первый вид разрушения и реже — последний (наблюдается при плотном прилегании накладок к соединяемым листам). Шов отрывается от накладки главным образом при вибрационной нагрузке.
Соединения внахлестку угловыми швами

Наиболее высокое значение предела прочности на растяжение спокойно возрастающей нагрузкой имеют симметричные соединения лобовыми швами с накладками (рис. III—22,а). Несколько меньшее значение имеет предел прочности несимметричных соединений с двумя швами — простая нахлестка. Здесь сказывается влияние эксцентриситета в расположении листов и возникающего поэтому изгибающего момента — Ne1 (рис. III—22,б).
Соединения внахлестку угловыми швами

Длину нахлестки следует назначать не менее пяти толщин более тонкого элемента. Увеличение длины нахлестки уменьшает вредное влияние эксцентриситета и усадочных напряжений. Если это не связано с большой затратой металла, следует увеличивать ее длину. Соединения внахлестку с одним лобовым швом (рис. III—22, в) вследствие неблагоприятного влияния эксцентриситета работают неудовлетворительно и в качестве расчетных не допускаются.
Предел прочности угловых швов зависит от их высоты; с увеличением высоты он немного снижается. Прочность лобовых швов при сжатии несколько выше, чем при растяжении.
Разрушение лобовых швов происходит при малых деформациях (удлинениях) и внезапно. На прочность их, особенно при растяжении, большое влияние оказывают распространенные пороки сварки: пористость, шлаковые включения, непровары, подрезы и т. п. Для уменьшения концентрации напряжений в конструкциях, работающих под динамической нагрузкой, внешнюю поверхность лобовых швов полностью или частично обрабатывают (рис. III—23).
Распределение напряжений в поперечном сечении лобового шва очень неравномерно — максимальные значения у корня шва; они превышают средние (расчетные) в 4—6 раз (см. рис. III—19, а). Для уменьшения этих перенапряжений, играющих существенную роль при динамических нагрузках, следует обеспечивать плотное прилегание листов, глубокий провар и применять пологие швы.
Соединения внахлестку угловыми швами

Фланговые швы работают преимущественно на срез, поэтому прочность их соединений ниже, чем лобовых. Подобно лобовым швам прочность соединений фланговыми швами,, работающими на сжатие, выше, чем у работающих на растяжение (разница 15-20%).
При симметричном расположении накладок прочность соединений выше, чем при одностороннем; влияние этого фактора при фланговых швах меньше, чем при лобовых (сравните рис. III—22,б, г).
Фланговые швы, как показали исследования, вследствие преимущественной работы их на срез имеют почти в 1,5—2 раза меньший модуль упругости, чем лобовые швы (700 000—1000000 кг/см2 против 1400 000—1500 000 кг/см2).
Фланговые швы разрушаются по диагональной плоскости.
Распределение напряжений вдоль флангового шва в упругой стадии работы весьма неравномерно (рис. III—22,г). Однако перед разрушением шва за счет пластической работы перенапряженных участков (начального и конечного) происходит выравнивание напряжений. Вследствие этого величина разрушающей нагрузки в соединениях с фланговыми швами растет почти пропорционально длине швов. Некоторое отставание роста нагрузки и неравномерность напряжений по длине шва заставляют ограничивать длину фланговых швов, рассчитанных по среднему напряжению. Их длина должна быть не более 60hш, а в мостах — 50hш. Это ограничение не распространяется на такие швы, у которых усилие возникает по всей длине, например на поясные швы балок, воспринимающие силы сдвига.
Соединения внахлестку угловыми швами

He учитываемое расчетом неблагоприятное влияние эксцентриситета и связанного с ним дополнительного момента (см. рис. III—22,г) сильно сказывается на работе очень коротких фланговых швов, резко снижая их прочность. Поэтому нельзя применять угловые швы с расчетной длиной менее четырех высот или короче 40 мм (в мостах и многих других конструкциях 6hш или 60 мм). Это ограничение по производственным соображениям распространяется и на лобовые швы. Неблагоприятное влияние дополнительного момента сильнее сказывается на толстых и коротких фланговых швах, чем на тонких и длинных, которым и следует отдавать предпочтение. Желательно, чтобы в узлах стержневых конструкций длина фланговых швов была не менее ширины прикрепляемого элемента, что благоприятно сказывается на плавности отклонения силовых потоков (рис. III—24).
Для улучшения качества фланговых швов и уменьшения перенапряжений в них желательно начинать сварку на специальных подкладках и кончать на торце привариваемого элемента, тогда непровары окажутся за пределами расчетной части шва.
Иногда швы располагают с интервалами по длине, их называют прерывистыми. Расстояние в свету между такими швами должно быть не более 15 δ в сжатых элементах и 30 δ в растянутых (где δ — толщина более тонкого из соединяемых элементов). Прерывистые швы неудобны для выполнения их автоматом. У концов прерывистых швов возникают значительные перенапряжения, поэтому такие швы не следует применять, заменяя их тонкими сплошными швами.
Расчет соединений угловыми швами. Расчет как лобовых, так и фланговых угловых швов производят по их наименьшему сечению, проходящему вдоль шва через перпендикуляр, опущенный из вершины прямого угла на гипотенузу. При этом у выпуклых швов выпуклость не учитывают (см. рис. III—18). Для определения расчетной площади шва с вогнутой свободной поверхностью в поперечное сечение такого шва вписывают прямоугольный треугольник с гипотенузой, касающейся вогнутой поверхности. В угловых швах, выполненных автоматом или полуавтоматом, а также при специальном способе ручной сваркой с глубоким проваром, получается более глубокий провар корня шва, чем при обычной ручной сварке, что и следует учитывать в расчетах. В общем случае высоту hшр расчетного сечения углового шва можно определить по формуле:
Соединения внахлестку угловыми швами

где hш — катет прямоугольного треугольника поперечного сечения шва (при пологих швах — меньший катет, рис. III—18);
kш — коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения и глубину провара шва, зависящую от способа выполнения сварки; значения kш приведены в таблице III—3.
Для швов с поперечным сечением в виде равнобедренного прямоугольного треугольника с высотой катета hш:
Соединения внахлестку угловыми швами

Увеличение глубины провара при производстве ручной сварки способом «УКД» учитывают в расчетах в соответствии со специальной инструкцией (увеличивают hш на 1—2 мм сверх фактически выполненного катета шва).
Расчетная площадь углового шва в общем случае:
Соединения внахлестку угловыми швами

а при обычной ручной сварке с равными катетами шва Fш=0,7hшhш где lш — расчетная длина шва, равная фактической длине за вычетом 10 мм на непровар в начале и конце шва.
Соединения внахлестку угловыми швами

Величину непровара правильнее учитывать в зависимости от высоты шва, вычитая из полной длины шва (1-1,5)hш. Если сварка начата и закончена на выводных планках или у торцов нахлестки, уменьшать расчетную длину шва против фактической не следует. Участки швов, уложенные у торцов нахлестки, в расчетную длину не включают. На чертежах надлежит указывать полные (фактические) размеры швов. Несущую способность углового шва определяют по формуле:
Соединения внахлестку угловыми швами

а требуемые размеры шва, например длину lш при заданном усилии N и известной высоте шва hш, — по формуле:
Соединения внахлестку угловыми швами

или при ручной сварке с равными катетами шва:
Соединения внахлестку угловыми швами

Сварные соединения полос внахлестку двумя лобовыми швами, выполненные ручной сваркой с электродами типа, соответствующего свариваемой стали, равнопрочны основным элементам, например для стали марки Ст.З и сварки электродами типа Э42:
Соединения внахлестку угловыми швами

Такие швы должны иметь высоту шва hш=δ, а длину lш=b, где δ и b — толщина и ширина свариваемых листов. Начало и конец угловых швов должны быть выведены за пределы соединения на подкладки. Лобовые швы следует делать пологими.
При назначении размеров угловых швов необходимо учитывать, что объем этих швов, а следовательно, трудоемкость изготовления и стоимость их растут пропорционально квадрату катета, а несущая способность шва — пропорционально первой степени величины катета. Поэтому следует отдавать предпочтение тонким и длинным швам перед толстыми и короткими, конечно, если нет причин, вынуждающих применять короткие швы. Размеры сварных швов должны быть наименьшими, с учетом требований прочности и толщины свариваемых элементов.
Соединения внахлестку угловыми швами

В случае прикрепления фланговыми швами несимметричных элементов следует для устранения дополнительного момента назначать площадь каждого шва так, чтобы равнодействующая передаваемых ими усилий совпадала с осью прикрепляемого элемента. Так, например, если для прикрепления уголка (рис. III—25,а) с усилием N требуется площадь сварного шва
Соединения внахлестку угловыми швами

то эта площадь должна быть распределена между швом у пера F'ш и швом у обушка F''ш обратно пропорционально их расстояниям до центра тяжести уголка.
Обозначив ширину уголка 6, расстояние от центра тяжести уголка до обушка z0 и до пера b — z0, можно написать приближенно соотношение:
Соединения внахлестку угловыми швами

В равнобоких уголках нового сортамента расстояние от центра тяжести до обушка составляет от 0,27 до 0,30 ширины полки. Большие значения у толстых уголков. Для расчетов можно принимать z0=0,28 b, тогда F'ш=0,28 Fш и F''ш=0,72 Fш.
Для равнобоких уголков старого сортамента принимали z0=0,3b и F'ш=0,3 Fш. У неравнобоких уголков расстояние от центра тяжести до обушка вдоль большей полки составляет от 0,32 до 0,35 ширины этой полки, а вдоль меньшей полки — от 0,22 до 0,27 малой полки. Для расчетов можно принимать при расположении швов у пера большей полки F'ш=0,33 Fш, а у меньшей F'ш=0,24 Fш.
В случае крепления сжатых элементов несущую способность их находят по формуле:
Соединения внахлестку угловыми швами

а требуемую площадь сварных швов:
Соединения внахлестку угловыми швами

Соединение внахлестку иногда комбинируют из лобовых и фланговых швов, расположенных по трем или четырем сторонам контура. Наличие лобовых швов улучшает условия работы фланговых, обеспечивая в последних более равномерное распределение напряжений (рис. III—24). Выше отмечалось, что лобовые швы более жестки, чем фланговые, поэтому в стадии упругой работы лобовые нагружены сильнее фланговых швов. Однако к моменту разрушения вследствие пластической работы напряжения в швах относительно выравниваются, и это позволяет рассчитывать их по среднему напряжению, отнесенному к суммарной площади всех швов (рис. III—26):
Соединения внахлестку угловыми швами

В мостах соединение внахлестку (одностороннее) рекомендовано выполнять обваркой по контуру (фланговые швы — равносторонние, а лобовые — пологие), при этом считают, что передний лобовой шов принимает на себя 1/3 всего усилия, а остальные три шва — 2/3 этого усилия. В креплении, показанном на рисунке III—26, действует значительный конструктивный эксцентриситет, влияние которого в формуле III—10 не учтено. При обварке по контуру, как и в других случаях устройства швов замкнутого очертания, требуется особо тщательное соблюдение установленной технологии.
Соединения внахлестку угловыми швами