Стыковые соединения

Сварные швы встык, воспринимающие продольные силы и имеющие допускаемое напряжение или расчетное сопротивление такое же, как и у материала свариваемых элементов, должны выполняться прямыми с подваркой корня и такие швы считаются равнопрочными с основным металлом и не требуют проверки расчетом.

При применении в стыковых швах наплавленного металла, допускаемое напряжение или расчетное сопротивление которого ниже, чем у свариваемых элементов, швы могут выполняться прямыми или косыми.

Расчет прямых швов встык на прочность следует производить по формуле:

где N - расчетное усилие (во второй формуле с коэффициентом перегрузки);

l_Ш - расчетная длина шва, равная ее полной длине за вычетом начала и конца шва, общей длиной 10 мм;

- толщина шва, равная толщине стыкуемых листов, а при листах разной толщины - принимаемая равной толщине наиболее тонкого из листов;

- допускаемое напряжение на сжатие или растяжение для шва;

R^св - расчетное сопротивление шва встык сжатого или растяженного.

Если допускаемое напряжение для шва меньше, чем для основного металла, то соединение прямыми стыковыми швами не будет равнопрочно с основным металлом, равнопрочным будет косой шов, направленный под углом к осевому усилию. Однако применение косых швов в поясах и стенках балок не рекомендуется.

Соединение фасонных профилей и полосовой стали при работе их на растяжение и изгиб следует избегать. Стыковые соединения, работающие на изгиб, рассчитываются по общим формулам для изгибаемых сечений.

Стыковые соединения, испытывающие одновременно действие нормальных и срезывающих напряжений, проверяются по формуле:

где - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям;

- напряжения в сварном соединении от среза;

- допускаемое напряжение на растяжение для сварного шва.

При работе в условиях переменных напряжений при нормальном качестве прямого шва усталостная трещина развивается по основному металлу; для косого - от начала шва перпендикулярно и оси растяжения элемента. Поэтому стыковые швы, удовлетворяющие условия прочности, одновременно удовлетворяют и условию выносливости.

В то время как в условиях статической нагрузки наплыв шва способствует его усилению и разрушение стыкового соединения происходит вдали от шва, в условиях переменных напряжений прочность соединения тем ниже, чем больше наплыв и чем менее плавный переход от шва к основному металлу. Поэтому предел выносливости при автоматической сварке, как правило выше, чем при ручной, благодаря более плавному переходу от шва к листу.

При механической обработке всей поверхности сварного соединения шов не снижает предел выносливости основного металла марок сталей, применяемых для м/к ПТМ. При обработке (зачистке абразивным кругом или специальной шаровой фрезой) только наплывов шва при сохранении поверхности проката у стыкуемых элементов необходимо считаться с возможностью некоторого снижения сопротивления усталости основного металла вследствие подрезов, получившихся в переходной зоне от шва к основному металлу.

Снижая значительно сопротивление усталости, внутренние дефекты стыковых швов могут и не влиять на их статическую прочность, если они не вызывают существенного уменьшения поперечного сечения.

Несоосность (сдвиг) стыкующих листов снижает предел выносливости соединению. При испытании стыкового соединения листов толщиной , у которых сдвиг стыкуемых кромок листов составляет 2,2 мм (), предел выносливости был получен на 20% меньше, чем у такого же соединения прямым швом, но при правильном взаимном расположении стыкуемых листов. В пределах обычных допусков на изготовление превышение стыкуемых кромок не должно превышать .

Результаты исследований сопротивления усталости сварных стыковых соединений стальных труб показывают следующее:

- Использование заточек при стыковании труб для их взаимного центрирования недопустимо, так как с внутренней стороны трубы остается щель г-образного сечения, которая вызывает высокую концентрацию напряжений в корне шва.

- Стыковое соединение труб рекомендуется выполнить с помощью плотно пригнанного подкладного кольца; при этом значение эффективного коэффициента концентрации k<2,0 и близко к обычным значениям k для сварных соединений. При этом важно, чтобы концы труб имели притупление кромки и такие зазоры между концами, которые обеспечат хороший провар подкладного кольца. При отсутствии подкладного кольца или при кольце с зазором значение .

Конструкция с накладным кольцом являлась причиной ряда аварий, и для кранов тяжелого режима работы ее применять не следует.

На Ленинградском заводе ПТО имени Кирова была предложена и осуществлена конструкция сварного стыкового соединения труб, у которого стыкуемые концы с помощью специальных роликовых оправок деформируются, нагреваемые токами высокой частоты. В результате без какой-либо механической обработки концы труб образуют плотное соединение.