Комбинированные соединения

Комбинированное соединение может применяться в случае особой необходимости, когда напряжения в основном металле больше допустимых для сварных швов (Rwy = 0,85Ry). В этом случае для обеспечения равной прочности сварного соединения основному сечению стыковые швы усиливаются двусторонними накладками (рис. 10.31). Такое соединение допустимо при работе на статические нагрузки.

Рис. 10.31. Усиление стыкового шва накладками

Перед наложением накладок усиление сварного шва (валик шва) снимается наждачным кругом.

При расчете комбинированного соединения условно принимается, что напряжение в стыковом шве и накладках одинаково и определяется по формуле

σ = N / (Aw + ∑Aн) ≤ Rwyγc,

где Aw  – площадь сечения сварных швов, равная площади сечения соединяемых элементов;

∑Aн – суммарная площадь сечения накладок;

Rwy – расчетное сопротивление стыкового шва сжатию или растяжению;

γc – коэффициент условий работы.

Пример 10.6. Рассчитать сварное соединение полос из стали С245 встык, выполненное ручной сваркой электродами Э42 с визуальным контролем качества шва. Растягивающая сила N = 1400 кН. Размер сечения полос b×t = 300×20 мм. Расчетное сопротивление стали при толщине проката до   20 мм включительно Ry = 240 МПа, нормативное сопротивление по временному сопротивлению Run = 370 МПа (см.табл. 2.3). Коэффициент условий работы γc = 1,0. Режим сварки нормальный.

Выполняем прямой стыковой шов, концы шва выводим на планки. Расчетное сопротивление стыкового шва в соединении, работающем на растяжение (качество шва не проверено физическими способами контроля) определяется по формуле

Rwy = 0,85Ry = 0,85 · 240 = 204 МПа = 20,4 кН/см2.

Проверяем прочность стыкового шва:

σw = N / Aw = 1400 / 60 = 23,33 кН/см2 > Rwyγc = 20,4 кН/см2,

где Aw = tlw = 2 · 30 = 60 см2;

lw = b = 30 см.

Условие прочности шва не выполняется.

Производим усиление сварного соединения двумя ромбическими накладками минимальной толщины сечением 250×6 мм каждая.

Площадь накладки Aн = tнbн = 0,6 · 25 = 15 см2.

Для уменьшения концентрации напряжений ширина накладок не должна сильно отличаться от ширины соединяемых листов – bн = b – 2 · 2,5 =        = 30 – 5 = 25 см.

Определяем напряжения в стыковом шве:

σ = N / (Aw + 2Aн) = 1400 / (60 + 2 · 15) = 15,56 кН/см2 < Rwyγc  = 20,4 кН/см2.

Усилие, воспринимаемое каждой накладкой:

Nн = σ Aн = 15,56 · 15 = 233,4 кН.

Задаемся максимальным катетом шва, равным толщине накладки,        kf  = tн = 6 мм.

Определяем расчетные сопротивления сварного шва сдвигу при ручной сварке:

Rwf  = 180 МПа = 18 кН/см2 – при расчете по металлу шва, принимается по табл. 2.7;

Rwz = 0,45Run = 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см2 – при расчете по металлу границы сплавления.

Коэффициенты проплавления сварного шва принимаем для ручной сварки: βf = 0,7 и  βz = 1,0.

Коэффициенты условий работы шва γwf  = γwz = 1,0.

Определяем, какая из проверок (по металлу шва или по металлу границы сплавления) имеет решающее значение:

βf Rwf  =  0,7 · 180 = 126 МПа < βz Rwz = 1 · 166,5 = 166,5 МПа.

Расчет производим по металлу шва.

Усилие в накладке должно быть воспринято приваркой накладки, откуда определяем требуемую суммарную длину угловых швов, необходимых для прикрепления накладки с одной стороны стыка:

Σlw = Nн / (βf kf Rwf γwfγс) = 233,4 / (0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 30,87 см.

Принимаем два шва (с учетом дефектов в начале и конце шва по        0,5 см) длиной

lw = Σlw / 2 + 2 · 0,5 = 30,87 / 2 + 1 = 16,44 см ≈ 17 см.