Контроль качества сварки - Особенности оценки прочности сварных соединений

Подробности

Опубликовано 25.05.2012 15:57

Просмотров: 31755

В различных отраслях промышленности и строительства расчет сварных металлических конструкций производят, основываясь на различных исходных положениях. Например, в машиностроении расчет ведется по допускаемым напряжениям, а в промышленном строительстве - по предельным состояниям. При расчете по допускаемым напряжениям исходят из того, что действующие в отдельных элементах конструкции напряжения не должны превосходить предел упругости, т. е. вся работа конструкции должна протекать в упругой стадии материала. Практически в качестве предельных напряжений принимается предел текучести материала. Значение допускаемых напряжений зависит от свойств материалов, точности производимых расчетов, вида усилий (растяжение, сжатие, изгиб или срез), особенностей технологического процесса, характера нагрузок, при которых работает конструкция. Основная формула расчета: а < [а] = ап/л, где [а] - допускаемое напряжение; ап - предельное напряжение для данного материала (для пластичных материалов это предел текучести от, для хрупких - предел прочности ав); п - коэффициент запаса прочности, который устанавливают на основании опытных данных применительно к конкретным изделиям. Принцип расчета конструкций по предельным состояниям заключается в том, что указанные конструкции рассчитывают на такие силовые воздействия, при которых они перестают удовлетворять требованиям, заданным при проектировании. При расчете по предельным состояниям за основные характеристики сопротивления стали силовым воздействиям приняты нормативные сопротивления: наименьшее значение предела текучести атили временного сопротивления разрыву ав. Расчетное сопротивление для сварного соединения определяют в зависимости от величины расчетного сопротивления основного материала, конструктивных особенностей соединения, технологии его выполнения и характера нагрузок. Сварные соединения должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом элементов конструкции при всех температурах во время эксплуатации, а также при всех видах нагрузки (статических, ударных и вибрационных). Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления для сварных соединений назначают в долях от основных величин допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений для основного металла. Если элемент конструкции работает при продольной растягивающей силе, то расчетным усилием для его соединения является где N - продольная сила, действующая на соединение; [а]р - допускаемое напряжение растяжения; Fm - площадь сечения шва. Если же элемент работает при продольной сжимающей силе, расчетное усилие N= [а]сж^ш, где [а]сж - допускаемое напряжение сжатия. При изгибе элемента расчетный момент М - [a]p Wm> где Wm - момент сопротивления сечения шва. В металле швов сварных конструкций могут возникать напряжения двух родов: рабочие и связующие. На рис. 28, а две полосы, соединенные стыковым швом, подвергаются растяжению. Очевидно, что сварной шов в этой конструкции необходим, так как при разрушении шва разрушится и вся конструкция. То же самое произойдет и в соединении, изображенном на рис. 28, б. Сварной шов в этом соединении также необходим. Сварные соединения, разрушение которых влечет за собой выход из строя конструкции, будем называть рабочими, а напряжения, действующие в этих соединениях, - рабочими напряжениями. Иначе работает наплавленный металл в шве, расположенном вдоль направления нагрузки (рис. 28, в, г). Шов здесь деформируется вместе с основным металлом; при этом возникают напряжения, которые не опасны для прочности конструкции. Их называют связующими. Стыковые соединения представляют собой наиболее совершенную форму сварных соединений, в которых концентрация напряжений невелика. Проверочный расчет стыковых соединений по допускаемым напряжениям производят определением напряжения в сварном шве и сравнением его с допускаемым. Если элемент работает на растяжение, то допускаемое усилие в сварном стыковом соединении N=[G%S1P. '-Щ При сжатии допускаемое усилие где [а']р и [а']сж - допускаемые напряжения растяжения и сжатия стыкового шва; S - толщина основного металла, так как усиление шва не учитывается; /р - расчетная длина шва. 
Проверка прочности угловых швов заключается в сравнении на 3 пряжений, возникающих под действием приложенных к сварному соединению усилий, с соответствующими нормативными расчетными сопротивлениями и коэффициентами условий работы. При этом сравнивать можно как по напряжениям, возникающим в металле шва, так и по напряжениям в металле участка сплавления. При действии на угловые швы (лобовые и фланговые) продольной или поперечной силы прочность их проверяют на условный срез: где п - число швов в соединении; (3 - коэффициент, который характе ризует вид сварки, положение шва и толщину свариваемых де талей; Ry - расчетное сопротивление срезу углового шва. Угловые соединения в связующих элементах расчету на прочность не подлежат. Наибольшая концентрация напряжений имеет место в нахлесточных соединениях, а также при приварке усиливающих элементов непосредственно к сварному узлу. Такие сварные узлы в большей степени подвержены усталостным разрушениям. Специальный расчет прочности стыков, сваренных контактной сваркой и работающих при статической нагрузке, не производится. Прочность стыка обеспечивается прочностью самого элемента. Проверка выносливости сварных соединений производится по 1 формуле где а - коэффициент учета числа циклов; Rv - расчетное сопротивление усталости; yv - коэффициент, зависящий от алгебраического знака наибольшего по абсолютному значению напряжения.