Файл: Брудка Я. Легкие стальные конструкции.pdf

соида. Во время выполнения сварной точки происходит расплавление стенок и соединение с материалом электрода. Схема таврового точечно­ го соединения приведена на рис. 3-23. Такие стыки характеризуются межосевым расстоянием е сварных точек и их размерами (длиной /, тол­ щиной d и шириной стороны Ь).

Ширина стороны принимается равной

b — (0,9 -ь 2) g,

где g — толщина более тонкого из соединяемых элементов,

а длина — равной

I = (2 -5- 3,5) Ь.

Расстояние между сварными точками должно быть таким же, как в угловых швах:

е — / < 1 5 g , но не более е — / < 5 Т

При соединении элементов толщиной менее 4 мм угловые точечные швы делают с одной стороны металла или (что лучше) поочередно с обеих его сторон.

Точечные швы рассчитывают так же, как угловые. Капля в форме эл­ липсоида имеет одинаковую площадь независимо от угла наклона ее се­ чения по отношению к горизонтальному элементу стыка. Сечение шва представляет собой эллипс с осями I и Ь. Площадь этого сечения равна:

F, = — = 0,785 lb.

1 4

Принимая прямоугольное сечение шва с приведенными размерами I и а=0,707Ь, получаем, как и для угловых швов, площадь сечения шва:

F2 = la = 0,707 lb < 0,785 lb.

Учитывая приведенные значения размеров, получаем запас несущей способности (11%). Этот запас как расчетный меньше, чем для угловых швов. Полуавтоматическое выполнение точечных швов позволяет полу­ чать стыки с высокими стабильными механическими свойствами, ничем не уступающими характеристикам прерывистых угловых швов.

Допускаемые напряжения при сдвиге следует принимать такими, как и для угловых швов. Напряжение в стыке, подвергающемся давлению силы Р, параллельной или перпендикулярной направлению шва, рассчи­ тывают по формуле

т = — < 0,65 к, nal

где п — число сварных точек в стыке.

3.3. СОЕДИНЕНИЕ СВАРКОЙ ДАВЛЕНИЕМ

3.3.1. Соединение встык

Соединения встык, получаемые электроискровой или контактной сваркой, в несущих элементах применяют очень редко. Такие стыки де­ лают прежде всего в стержнях при соединении круглых сечений друг

68

сдругом или с горячекатаными профилями. Гораздо чаще соединения

вгнутых профилях встык выполняют в элементах ограждающих стен,

перегородок, деталей дверей, окон и др. Примером может служить стык угла дверной коробки.

3.3.2. Соединение внахлестку

Соединения внахлестку (а также соединения с накладками или пере­ сечения) выполняют т о ч е ч н о й с варкой. Такие стыки находят ши­ рокое применение при соединении тонкого листового металла с гнутыми профилями и реже при соединении стержней круглого или квадратного сечения. Точечная сварка толстого листового металла с горячекатаными профилями хотя и возможна, но при изготовлении легких элементов при­ меняется очень редко.

Точечная сварка основана на соединении металлических частей с по­ мощью тепла, образуемого сопротивлением электрического тока в ме­ сте стыка, при одновременном давлении на место сварки. Точечную сварку стыков выполняют с помощью автоматического оборудования большой мощности и производительности. Это чаще всего стационарные агрегаты, обслуживаемые неквалифицированными рабочими, обученны­ ми обращению с ними. Сварочные машины обычно приспособлены для серийного производства. Стыки получаются с большой однородностью и стабильностью механических характеристик.

Простейшие примеры соединений показаны на рис. 3-24. Точечная сварка производится с помощью двусторонних или односторонних элект­ родов. Форма электрода и насадки приспособлений, в которых крепятся электроды, могут быть лишь в незначительной степени приспособлены к конструктивному решению стыка данных стальных элементов. Жела­ тельно так формировать часть стыка, чтобы можно было легко манипу­ лировать профилем во время сварки. На рис. 3-25 приведены примеры правильного расположения сварного шва, облегчающего изготовление конструкции.

Высокая эффективность и хорошая несущая способность сварных стыков достигаются при соединении листов металла толщиной 1—5 мм, общей толщиной до 10 мм.

Соединение точечной сваркой давлением применяют в тех случаях, когда число соединяемых элементов равно 2 или 3. При проектировании стыков не следует допускать, чтобы отношение толщины наиболее тол­ стого и наиболее тонкого листа металла превышало 3.

Меньше всего для соединения элементов в легких стальных конструк­ циях применяют линейную (шовную) сварку давлением, отличающуюся от контактной непрерывностью процесса создания шва. Достигается та­ кая сварка благодаря электродам в форме дисков, между которыми пе­ редвигаются соединяемые элементы (рис. 3-26). Линейную сварку ис­ пользуют прежде всего при соединении профилей в один элемент с замк­ нутым сечением (по окончании гибки). При серийном производстве на роликовых сварочных машинах можно соединять металлические листы

69

толщиной до 3 мм. Роликовый шов имеет форму продольной полосы, со­ стоящей из сварных точек, находящих одна на другую.

Сварная точка обычно имеет чечевицеобразную форму и крупнозер­ нистое строение, как литье. Такая структура возникает вследствие быст­ рого отведения тепла из свариваемого элемента. В зоне воздействия теп­ ла возникает очень тонкий слой большой твердости, а в сварной точке —

2 — профиль

Рис. 3-26. Схема линейной (шовной) сварки давлением

а — продольное сечение через место сварки; б — по­ перечное сечение; / и 2 — дисковые электроды

1

§

70

большое усадочное напряжение. Однако давление, применяемое во вре­ мя сварки, вызывая пластическую деформацию остывающей сварной точки, в значительной степени уменьшает это напряжение.

Предельную нагрузку стыков, получаемых с помощью точечной свар­ ки, можно определить на основе исходного или повышенного предела текучести листового металла во время холодной гибки профиля, если не отмечено явное разупрочнение вследствие тепловых процессов соедине­ ния (положительное воздействие здесь оказывает давление на соеди­ няемые части).

Прочность сварных стыков зависит от свойств использованного мате­ риала и от электротепловых процессов, происходящих во время выпол­ нения стыка. Число свариваемых элементов и расстояния между свар­ ными точками оказывают значительное влияние на токопрохождение.

С целью получения хорошего шва необходимо отдельно для каждого агрегата определить оптимальные условия работы (силу тока, давление, время сварки, электроды) и вписать это в журнал сварки.

Дефекты сварных точек — подгар, недостаточное проваривание, тре­ щины и слишком большие углубления от электрода и т.п.— недопусти­ мы (подгар элементов возникает вследствие большой длительности на­ гревания места соединений тонких листов металла). Обнаруживаются дефекты путем наружного осмотра и испытаний на прочность пробных полосок. С помощью наружного осмотра определяются: одинаковы ли расстояния между соседними сварными точками, круглы ли углубления от электродов, одинакова ли их глубина, равномерно ли размещены кольца цвета побежалости вокруг каждой точки. Средняя глубина вмя­ тины от электрода не должна превышать 20% толщины наиболее тонко­ го листа металла.

И с п ы т а н и е на р а с т я ж е н и е проводится, как показано на рис. 3-27, на образцах стыков из металла толщиной 2 мм в количестве,

ных условиях. Выполнять их по времени надо так, чтобы каждый стык приходился на десять свариваемых узлов. Первые пробные три стыка выполняют и испытывают до начала производственной сварки. Она не включается в дальнейшее число проб, запланированное для текущего контроля. Стыки рассекают на пять полосок пилкой (но не ножницами)

прочности стали в соединяемых листах металла). Это испытание отлича­ ется от испытания, предусматриваемого нормами [161], поскольку здесь не предъявляются требования еще и к минимальной несущей способно­ сти, что очень важно для легких стальных элементов, в которых можно использовать сталь разных марок, а не только St3, как это предусмот­ рено нормами [160].

Перед началом сварки и при каждом изменении ее технологических параметров необходимо проводить и с п ыт а н и е на н е р а в н о м е р ­ ный отрыв. Испытание заключается в отрывании одного листа ме­

71

талла от другого в зажатом в тисках образце стыка, состоящем из пяти сварных точек (рис. 3-28). Результат испытания считается положитель­ ным, если сварная точка «выкалывается» из одного листа, но целиком остается в другом. При отрицательном результате следует скорректиро­ вать условия сварки и повторить испытание.

Диаметр сварной точки должен быть определен путем предваритель­ ных испытаний. Условный диаметр определяется в зависимости от тол­ щины наиболее тонкого из соединяемых элементов. При проектировании стыков можно пользоваться формулами:

при g ^ 3 мм

d = 1,2 g + 4 лш;

ПРИg > 3 мм

d = l , 5g + 5 мм,

где g — толщина наиболее тонкого элемента.

Диаметр сварной точки при выполнении расчетов округляют до мил­ лиметров. Для определения условного диаметра сварной точки при

мм рекомендуется пользоваться формулой

d = b V ~ g .

Распределение нагрузки на отдельные сварные точки в стыке можно определить так же, как и при использовании заклепочных соединений. Стыки, соединяемые точечной сваркой, должны в основном выдержи­ вать нагрузку силой, лежащей в плоскости стыка. Стык, подвергающийся воздействию перпендикулярной этой плоскости силы или скручиваю­ щего момента, характеризуется неодинаковой прочностью, поэтому трудно оценить правильно несущую способность стыка.

Точечное сварное соединение, подвергающееся действию силы, ле­ жащей в плоскости стыка, рассчитывают исходя из предположения, что его разрушение может произойти вследствие отрыва сварных точек или появления условных сминающих напряжений вокруг сварной точки. Рас­ четы производят по формулам:

ке; Nt — предельная нагрузка на сварную точку при сдвиге; Nd — предельная нагрузка на сварную точку при условном давлении.

Формулы определения предельной нагрузки на сварную точку имеют такой же вид, как применяемые при расчете заклепок или болтов.

Для односрезных соединений:

Nt = ^ kisNd = gdkds,

4

для двусрезных соединений:

Nt = Y k«’ N^ S i d k ds,

J2