Расчет болтового соединения, работающего на срез



Малоуглеродистая сталь обладает большой пластичностью, высокой ковкостью, хорошей свариваемостью, отсутствием тенденций к хрупкому разрушению — все эти свойства в полной мере отвечают высоким требованиям, предъявляемым к строительным сталям. Для повышения механических свойств конструкционных сталей при их изготовлении строго контролируют содержание вредных элементов — фосфора, серы, кислорода и азота, увеличивающих хрупкость, и легирующих — никеля, хрома, титана, молибдена и других элементов, повышающих прочность, пластичность и способность материала к свариваемости и закаливаемости. 2. Низколегированные стали – это стали, в химическом составе которых помимо железа, углерода и неизбежных примесей присутствуют специальные так называемые легирующие примеси. Однако, процент примесей в низколегированных сталях не превышает 2,5%. Легирующие примеси могут включать никель, хром, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, молибден, медь, кобальт, ниобий, титан, алюминий, бор, азот. Каждая из добавок позволяет придать стали определенные требуемые свойства. Большое распространение получила низколегированная сталь 13Х, которая имеет неглубокую температуру прокаливания и не годится для применения в условиях высоких температур. Максимальная температура, которую выдерживает эта сталь – 200-250С.   5. 11. 12. В зависимости от содержания легирующих элементов стали делят на низко- (до 2,5 %), средне- (от 2,5 до 10 %) и высоколегированные (более 10 %). В зависимости от назначения легированные стали подразделяют на три группы: конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами (специальные стали). Легированные стали маркируются сочетанием цифр и букв. Первое число указывает на содержание углерода: для конструкционных сталей (две цифры) – в сотых долях процента, для инструментальных – в десятых долях. Если впереди букв цифра отсутствует, то содержание углерода составляет 1 % или более. Затем следуют буквы русского алфавита, указывающие легирующие элементы. Обозначения легирующих элементов Буква Элемент Буква Элемент Буква Элемент А Б В Г Д К Азот Ниобий Вольфрам Марганец Медь Кобальт М Н Р С Т Ф Молибден Никель Бор Кремний Титан Ванадий Х Ц Ю Хром Цирконий или Кальций Алюминий Цифры, стоящие за буквами, указывают на среднее содержание легирующего элемента в целых процентах. Если за буквой цифра отсутствует, это значит, что данного элемента не более 1 %, если стоит цифра 1 – около 1,5 %. Буква А в конце марки обозначает, что сталь высококачественная, т. е. с пониженным содержанием серы и фосфора. Например, сталь марки 12ХН3А – конструкционная, содержащая 0,12 % углерода, до 1 % хрома, 3 % никеля, высококачественная. Некоторые группы сталей имеют в марке дополнительные буквы: Р – быстрорежущая, Ш – шарикоподшипниковая. Многие стали с особыми свойствами имеют свои названия и другой принцип маркировки.   4. 9.В обозначении углеродистых сталей (например, ВСтЗпсб): буква В определяет группу поставки; СтЗ— собственно марку стали; пс — полуспокойную со степенью раскисления; цифра 6 — категорию поставки. Для низколегированных сталей вводят буквенное обозначение легирующих элементов (Г — марганец, С'—кремний, X — хром, Н — никель, Д — медь, А — азот, Ф — ванадий, П — фосфор, Т — титан, М — молибден, Р — бор) и цифры, указывающие количественное содержание элемента в процентах. Так, низколегированная сталь марки 15Г2СФ расшифровывается следующим образом: содержание углерода 0,15%, марганца 2%, кремния и ванадия 0,3—1 % (буква без цифры обозначает содержание элемента 0,3—1 %).   3. 10. Термической обработкой называется совокупность операций на­грева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутрен­него строения и структуры. Термическая обработка используется либо в ка­честве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств детали. Среди основных видов термической обработки следует отметить: 1) Отжиг! Отжиг 1 рода (гомогенизация, рекристаллизация, снятие напряжений). Целью является получение равновесной структуры. Такой отжиг не связан с превращениями в твердом состоянии (если они и происходят, то это — побочное явление). Отжиг 2 рода связан с превращениями в твердом состоянии. К отжигу 2 рода относятся: полный отжиг, неполный отжиг, нормализация, изотермический отжиг, патентирование. 1) 2) Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки, зависит от химического состава сплава. Закалка может сопровождаться полиморфным превращением, при этом из исходной высокотемпературной фазы образуется новая неравновесная фаза (например, превращение аустенита в мартенсит при закалке стали). Существует также закалка без полиморфного превращения, в процессе которой фиксируется высокотемпературная метастабильная фаза (например, при закалке бериллиевой бронзы происходит фиксация альфа фазы, пересыщенной бериллием). 2) 3) Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, а также для придания материалу требуемого комплекса механических и эксплуатационных свойств. В большинстве случаев материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности. 3) 4) Нормализация. Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3) и охлаждают на спокойном воздухе. 4) 5) Дисперсионное твердение (старение). После проведения закалки (без полиморфного превращения) проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц. 5) 6) Криогенная обработка — это упрочняющая термическая обработка металлопродукции при криогенных, сверхнизких температурах (ниже минус 153°С). По способу производства различают: 1. Сталь обыкновенного качества (или рядовая сталь) - углеродистая сталь с содержанием углерода не более 0,6%; она выплавляется чаще всего в больших мартеновских печах, а также в бессемеровских и томасовских конвертерах и разливается в сравнительно крупные слитки. Способ изготовления во многом предопределяет состав, строение и свойства этой стали. Стали обыкновенного качества имеют чаще всего повышенное содержание серы и фосфора, достигающие в мартеновской стали 0,055-0,6% серы и 0,05-0,07% фосфора, а в бессемеровской и в томасовской 0,06-0,07% серы и 0,08-0,09% фосфора. По механическим свойствам рядовая сталь несколько уступает стали следующих двух классов: стали качественной и стали высококачественной. 2. Сталь качественная - углеродистая или легированная сталь, выплавляемая в основных мартеновских печах с соблюдением более строгих требований к составу, процессам плавки и разливки. Содержание серы и фосфора в качественной стали не должно превышать (в зависимости от марки) 0,04% каждого из этих элементов. Количество неметаллических включений меньше, чем в стали обыкновенного качества. 3. Сталь высококачественная - углеродистая или легированная, чаще всего усложненного химического состава. Такая сталь выплавляется в электрических или кислых мартеновских печах небольшого тоннажа. Для высококачественной стали установлены суженные пределы содержания элементов. Содержание серы и фосфора в высококачественной стали не должно превышать соответственно 0,030 и 0,035% (для некоторых марок стали установлено еще более низкое содержание этих элементов). Эта сталь обладает также повышенной чистотой по неметаллическим включениям. Высококачественная сталь обозначается буквой А, помещаемой после обозначения марок.   6.Работа стали в значительной степени зависит от прочности и работы контактных поверхностей и прослоек между зернами. В отдельных зернах феррита пластические деформации начинаются весьма рано, значительно раньше, чем напряжения стали в целом достигают предела текучести (поэтому модуль упругости стали, строго говоря, не является постоянным). Однако эти деформации сдерживаются в своем развитии сопротивлениями контактных поверхностей (более прочных, чем сами зерна), прослоек между зернами и перлитовых включений. После достижения сталью предела пропорциональности число зерен, перешедших в пластическое состояние, становится настолько большим, что оно заметно сказывается на наклоне кривой диаграммы растяжения. На пределе текучести в малоуглеродистых (С»0,2%) и низколегированных сталях сопротивления не очень мощных перлитовых включений, прослоек и контактных поверхностей исчерпываются; энергия, накопленная в кристаллитах феррита от сдерживающего влияния межкристаллических сопротивлений, проявляется вовне, происходит общий сдвиг, появляется площадка текучести (рис.1). Таким образом, площадка текучести есть результат запаздывания пластических деформаций в зернах феррита вследствие сдерживающего влияния указанных факторов. По этой причине в мелкозернистых сталях площадка текучести оказывается более протяженной, а предел текучести более высоким, так как контактных сопротивлений на границах зерен в мелкозернистой стали больше, чем в крупнозернистых. Рисунок 1 Описание характерных точек диаграммы. σп - Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности. Предел пропорциональности зависит от условно принятой степени приближения, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую. Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости σу , т.е это наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций. σт - предел текучести.   7.Нормативные сопротивления стали при растяжении и сжатии определяются по результатам испытаний стандартных образцов на растяжение по пределам текучести и по пределу прочности – для элементов, которые работают только на растяжение. За нормативное сопротивление по пределу текучести принимается браковочный минимум предела текучести, физического или условного, определяемый с надежностью 95 % и устанавливаемый государственными стандартами и техническими условиями. Аналогично за нормативное сопротивление по пределу прочности принимается браковочный минимум предела прочности, определяемый с надежностью 95 %, устанавливаемый государственными стандартами и техническими условиями. где – расчетные сопротивления по пределам текучести и прочности соответственно; – коэффициенты надежности по материалу. 8.Расчетное сопротивление R определяется делением нормативного сопротивления Rн на коэффициент безопасности по материалам . Расчетные сопротивления, как и нормативные, установлены двух видов — по пределу текучести и временному сопротивлению. Коэффициент безопасности по материалу при назначении расчетного сопротивления по пределу текучести установлен на основании анализа кривых распределения испытаний стали и ее работы в конструкции с таким расчетом, чтобы при всех учитываемых обстоятельствах исключить использование в конструкции стали с пониженными значениями предела текучести. Расчетное сопротивление по пределу прочности используется только при расчете растянутых элементов и растянутых зон в тех случаях, когда эксплуатация возможна и после достижения в элементе или зоне предела текучести. Готовые нормативные и расчетные сопротивления для разных сталей при растяжении, сжатии и изгибе в зависимости от формы сечения и толщины проката приводятся в [1, табл. 51, 51, а].   23.Сварное соединение – это элемент конструкции или участок изделия, на котором с помощью сварки производится соединение двух его деталей в одну. При этом отдельные детали соединения могут состоять как из одного и того же металла, так и из разнородных металлов и их сплавов.

Виды сварных швов.

Сварной шов – это место сплава разных элементов одной конструкции. Во время сварки металл в этом месте расплавляется, а впоследствии, остывая, кристаллизуется, что обеспечивает прочность и герметичность шва.

Сварные швы могут иметь различную форму сечения. По этому параметру сварные швы подразделяются на

1)стыковые, отличительной особенностью которых является то, что отдельные элементы изделия перед сваркой прикладываются друг к другу на одной плоскости методом «встык».

2) угловые, в которых составные части конструкции присоединяются друг к другу под определенным углом.

3) прорезные или электрозаклепочные – здесь отдельные элементы конструкции присоединяются друг к другу в одной части с помощью установки специальной сварной заклепки. При этом верхняя деталь проплавляется полностью, а нижняя – частично.

Виды сварных соединений.

В зависимости от того, какой сварной шов наблюдается на месте соединения двух деталей изделия, различают различные виды сварного соединения, каждый из которых имеет свои отличительные особенности и сферы применения.

Все сварные соединения можно разделить на стыковые, соединения, угловые соединения, тавровые соединения, нахлесточные соединения, торцевые соединения.

22. Сварные швы подразделяют по разным признакам: по типу шва, по протяженности, по способу выполнения, по пространственному положению и по форме разделки кромок.

По типу сварные швы делят на стыковые, угловые и прорезные.

Стыковой шов - сварной шов стыкового соединения. Угловой шов - сварной шов углового, нахлестанного или таврового соединений. Прорезной шов получается в результате полного проплавления верхнего, а иногда и последующих листов, и частичного проплавления нижнего листа (детали).

     Различают следующие характеристики сварного шва:

Ширина шва е - расстояние между видимыми линиями сплавления сварного шва. Выпуклость шва g определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости. Вогнутость шва T определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы шва с основным металлом и поверхностью шва, измеренным в месте наибольшей вогнутости. Вогнутость корня стыкового шва является дефектом обратной стороны одностороннего шва. Корень шва - часть сварного шва, наиболее удаленная от его лицевой поверхности. По существу это обратная сторона шва, в которой различают ширину е1 и высоту g1 обратного валика.

Угловой шов имеет следующие размерные характеристики: катет, толщину, расчетную высоту. Катет углового шва к определяется кратчайшим расстоянием от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части. Катет задается в качестве параметра режима, который нужно выдерживать при сварке. Толщина углового шва а - наибольшее расстояние от поверхности углового шва до точки максимального проплавления основного металла. Для оценки прочности сварного соединения используют расчетную высоту углового шва - р. Для угловых швов более благоприятна вогнутая форма поверхности шва с плавным переходом к основному металлу.

     По пространственному положению с учетом требований международных стандартов различают следующие сварные швы: горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные, потолочные и швы, сваренные в нижнем положении. Самый простой и самый распространенный способ сварки, это сварка в нижнем положении. Самые сложные швы, исполненные в потолочном положении. Горизонтальные и вертикальные швы менее сложны в сварке, чем потолочные.

13.в заключение надо сделать обобщение влияния на качество сварных соединений, так называемых «вредных» примесей, к которым относятся сера, фосфор, кисло­род, азот, водород, а в некоторых случаях и углерод. Сера — всегда вредная примесь при сварке металлов, так как она образует относительно легкоплавкие эвтектики Me — — MeS, что создаст возможность образования «горячих» или кристаллизационных трещин в металле шва. Ее содержание в металле и в сварочных материалах всегда следует жестко лими­тировать. Фосфор — почти всегда вредная примесь в металлах, снижа­ющая их пластичность. Так, при кристаллизации стали фосфор образует ряд соединений с железом (БезР, Fe2P, FeP и FeP2), отличающихся своей хрупкостью, кристаллы которых могут стать зародышами холодных трещин. Содержание фосфора в металле шва при дуговой сварке понизить практически не удает­ся, так как он удаляется в окислительных шлаках, а сварочные шлаки — восстановительные. Концентрация фосфора в шве снижается только при электрошлаковой сварке. Кислород — вредная примесь в металле при сварке, снижаю­щая пластические свойства металла, поэтому при всех видах сварки предусматривается процесс раскисления металла шва до допустимой нормы. При сварке металлов высокой активности (Al, Ti, Zr) следует создавать бескислородную атмосферу — аргон, гелий, вакуум, галидные флюсы, так как раскислителей для таких металлов подобрать нельзя. Водород при сварке — всегда вредная примесь («водородная хрупкость»). Водород, поглощенный из атмосферы дугового разряда, в которой он находится в атомарном и в ионизированном состоя­ниях, при кристаллизации резко понижает свою растворимость и, выделяясь из металла, вызывает возникновение пор и трещин. Водород, содержащийся в основном металле, может нахо­диться в состоянии твердого раствора внедрения — диффузион­но-подвижный водород, а также находиться в связанном состоя­нии — гидридный водород. Водород в молекулярном состоянии находится в микронесплошностях металла.

18.Основной отличительной особенностью стыкового сварного соединения является расположение деталей металлоизделий в пространстве. При сваривании встык части металлоизделия находятся на одной плоскости или поверхности. Сама сварка осуществляется по торцам, которые располагаются смежно друг с другом.

Стыковые соединения также могут быть разных видов, которые определяются формой свариваемых кромок. Так, они бывают:

1)прямыми, т.е. кромки, которые поддаются сварки, не имеют скосов;

2)V-образными – кромки с соответствующими скосами;

3)Х-образные – скос кромок производится в виде буквы Х;

№криволинейными – кромки имеют такие скосы, которые в соединении напоминают латинскую букву U.

Использование разных видов скосов кромок определяет и еще два вида стыковых соединений. Исходя из расположения шва, бывают: 1)односторонние соединения (шов делается только с одной стороны свариваемых деталей); 2)двухсторонние (соответственно, делается два шва: сверху и снизу).

Отметим, что именно стыковые соединения применяются для монтажа ответственных, важных конструкций. Это обуславливается тем, что такие соединения имеют самые высокие механические показатели, в отличие от прочих. С другой стороны использование такого типа сварного соединения связано с необходимостью дополнительно подготавливать кромки металлоизделия.

Так, обычно одностороннее стыковое соединение, без предварительного скоса кромок, используют для сваривания не толстых листов металла (до 4 миллиметров).

Соединение без скосов кромок может быть и двухсторонним. Такой вид используют, когда работают с деталями, толщина которых не превышает 8 миллиметров. Заметим, что при стыковом соединении без скоса кромок, не зависимо от расположения швов, обязательно оставляют небольшой зазор между кромками изделия, который составляет порядка одного-двух миллиметров.

Прибегать к скосам кромок сварщики советуют в тех случаях, когда свариваемые детали имеют толщину 4-25 миллиметров. В этом случае может использоваться одностороннее соединение. А скосы кромок могут быть V-образными или, реже, U-образными. Заметим, что какая бы форма кромок не выбиралась, необходимо несколько притуплять их.

15. 31.Расчет стыковых соединений. Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависи­мости от направления действующей нагрузки (рис.11,а и б). Основ­ным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали.

Условие прочности: , (1)

где , — расчетноеи допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F — нагрузка, действующая на шов; δ — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); lш — длина шва.

Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва.

Исходя из основного условия прочности (1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле

(2)

 

17.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.

16. Если расчетное сопротивление сварки Rсв меньше расчетного сопротивления основного металла R и в стыкуемом элементе нет запасов в напряжениях, рабочее сечение шва может оказаться недостаточным; тогда для увеличения длины шва его приходится делать косым. Косые швы с наклоном реза 2:1, как правило, равнопрочные с основным металлом и потому не требуют проверки; однако в отдельных случаях, когда необходимо снижение напряжений, например при вибрационной нагрузке, приходится рассчитывать и косые швы. В этом случае, разложив действующие усилия на направления перпендикулярно оси шва и вдоль шва, находим напряжения:

- перпендикулярно шву      

   

- вдоль шва       

   

Здесь lш — расчетная длина косого шва.

 

14. 30.Разрушение угловых швов происходит по наименьшему сечению, совпадающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная толщина шва k∙sin45o=0,7k. Угловой шов испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчитывают на срез.

L - общая длина шва.

Допускаемые напряжения зависят от величины допускаемого напряжения основного материала.

В зависимости от способа сварки, качества и марки электродов φ=0,8...1; φ1=0,6...0,8.

Все угловые швы рассчитывают только по касательным напряжениям независимо от их расположения к направлению нагрузки. Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов.

Если соединяемая деталь асимметрична, то расчет прочности производят с учетом нагрузки, воспринимаемой каждым швом. Например, к листу приварен уголок, равнодействующая нагрузка проходит через центр тяжести поперечного сечения уголка и распределяется по швам обратно пропорционально плечам a1 и а2. Соблюдая условие равнопрочности, швы выполняют с различной длиной.

При нагружении соединения с лобовым швом моментом сил в плоскости стыка:

Соединения в тавр, нагруженные изгибающим моментом, рассчитывают как консольные, но с учетом особенностей сварки. В случае приварки балки без скоса кромок, сварные швы, как и все угловые, рассчитывают по касательным напряжениям. Расчетный момент сопротивления выражается через параметры опасных сечений сварных швов:

Если балка приварена со скосом кромок, то швы рассчитывают по нормальным напряжениям:

25.С помощью угловых швов выполняют различные виды соединений в металлических конструкциях: тав­ровые, угловые, нахлесточные. Нахлестончые соединения могут быть, прежде все­го, фланговыми и лобовыми, а так же комбинирован­ными. Фланговые и лобовые швы хотя и работают по-разному, но рассчитывают их одинаково и на два раза – на срез по металлу шва и на срез по металлу границы сплавления. Фланговые швы, расположенные по кромкам прик­репляемого элемента параллельно действующему уси­лию, вызывают большую неравномерность распределе­ния напряжений по ширине соединения. Неравномерно работают они и по длине, так как помимо непосредствен­ной передачи усилия с элемента на элемент концы шва испытывают дополнительные усилия вследствие разной напряженности и неодинаковых деформаций соединяемых элементов. Лобовые швы передают усилия достаточно равно­мерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой . Особенно велики напряжения в корне шва. Уменьшение концентрации напряжений в соединении может быть достигнуто плавным примыканием привари­ваемой детали, механической обработкой (сглаживани­ем) поверхности шва и конца, увеличением пологости шва, примене­нием вогнутого шва и увеличением глубины проплавле­ния. Эти приемы уменьшения концентрации напряжений в соединении особенно желательно применять в конст­рукциях, работающих на переменные нагрузки и при низкой температуре.

29.По степени выпуклости швы подразделяются на: вогнутые; выпуклые; нормальные.

Данный параметр зависит от используемых сварочных материалов, скорости и режимов проведения процесса, ширины кромок. К примеру, при длинной дуге образуется пологий и широкий шов. А при короткой, напротив, стык получается выпуклым и узким.

Наиболее часто выполняют так называемый нормальный угловой шов, имеющий в' сечении равнобедренный треугольник с катетами hm. Для соединений, воспринимающих динамические или вибрационные нагрузки, применяют пологие валиковые швы с увеличенной стороной (катетом) по направлению действия усилия до 1,5 и даже до 2 hm. Такие швы, особенно с вогнутой поверхностью, позволяют снизить концентрацию напряжений в соединении, что очень важно при его работе на динамические и вибрационные нагрузки.

 

27.Угловые швы условно делят на лобовые (расположенные перпендикулярно) и фланговые (расположенные вдоль растягивающей или сжимающей внешней силы).

При нагружении угловых швов напряжения, возникающие в опасном сечении шва по длине шва, и в основном металле в зоне термического влияния, — далеко неравномерные. Эта неравномерность учитывается в рекомендациях по геометрическим параметрам шва и в определении [τ]’. Принято ограничивать длину фланговых швов lф<60k, соотношение длин фланговых и лобовых швов lф≤lл: это позволяет упрощать расчет. Длина силового шва lш≥30 мм.

При разработке конструкции соединения внахлестку фланговыми швами из условия равнопрочности шва и основного металла рекомендуется применять величину нахлестки не более Lн=1,2b, а при соединении комбинированным швом — не более Lн=0,7b , где b - расстояние между фланговыми швами. Фланговые (продольные) швы делают прерывистыми. Лобовые (поперечные) швы по длине не ограничивают.

В случае симметричного сварного стыка относительно фланговых швов длины фланговых швов делают одинаковыми.

В случае сварного соединения внахлёстку деталей, не имеющих осей симметрии, длины фланговых швов принимают обратно пропорциональными расстоянию швов до осей, проходящих через центр тяжести стыка.

28.Автоматическая электродуговая сварка под флюсом яв­ляется высокопроизводительным методом сварки и дает качественный однородный шов. Внедрение, автоматичес­кой сварки под флюсом позволяет механизировать и ав­томатизировать тяжелый труд сварщика и изме­нить технологию в ряде отраслей промышленности.

При автоматической сварке под флюсом дуга горит не на открытом воздухе, а под слоем флюса невидимо для глаз сварщика. Эластичная оболочка расплавленно­го флюса препятствует разбрызгиванию жидкого метал­ла и надежно защищает его от кислорода и азота возду­ха. Кроме того, флюс, выполняя роль электродного по­крытия может легировать металл шва и повышать его механические свойства.

 

20.Наибольший объём среди других видов сварки занимает ручная дуговая сварка — сварка плавлением штучными электродами, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производится вручную. Ручная дуговая сварка металла может производиться двумя способами:

1)Ручная дуговая сварка металла неплавящимся электродом предусматривает следующее: свариваемые кромки изделия приводят в соприкосновение. Между неплавящимся (угольным, графитовым) электродом и изделием возбуждают дугу. Кромки изделия и вводимый в зону дуги присадочный материал нагреваются до плавления, образуется ванночка расплавленного металла. После затвердевания металл в ванночке образует сварной шов. Этот способ используется при сварке цветных металлов и их сплавов, а также при наплавке твердых сплавов.
Ручная дуговая сварка металла плавящимся электродом
2)При сварке металла плавящимся электродом используется электрод, этот способ является основным при ручной сварке. Электрическая дуга возбуждается аналогично первому способу, расплавляет электрод и кромки изделия. Получается общая ванна расплавленного металла, которая, охлаждаясь, образует шов.

     Электроды - это сварочные материалы. К сварочным материалам относят еще и другие принадлежности, например сварочные флюсы, присадочные пруты, проволока.
Марки электродов делятся по назначению:

1)электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм? (600 МПа);

2)электроды для сварки высоколегированных видов стали с особенными свойствами;

3)электроды для сварки конструкционных сталей с применением дуговой сварки, с временным сопротивлением разрыву свыше 60 кгс/мм (600 МПа);

4)электроды для наплавки поверхностных слоев металла с особыми свойствами;

5)электроды для сварки цветных металлов;

6)электроды для сварки чугуна;

Марок очень много. Поэтому выбор электродов - это не простой процесс.

24. Металлоконструкции — общее название конструкций из металлов и различных сплавов, используемых в различных областях хозяйственной деятельности человека: строительстве зданий, станков, масштабных устройств, механизмов, аппаратов.

По характеру соединения элементов между собой различают:

1)Сварка — процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Неразъёмное соединение, выполненное с помощью сварки, называют сварным соединением. Чаще всего с помощью сварки соединяют детали из металлов.

Достоинства: возможность получения изделий больших размеров (корпуса судов, железнодорожные вагоны, трубопроводы, резервуары, мос­ты и др.); снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30...50% и с клепаными— до 20%, а также отсутствию ослабляющих отверстий и на­кладок как в заклепочном соединении; снижение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного или мелкосерийного производства; малая трудоемкость, невысо­кая стоимость оборудования, возможность автоматизации; возможность достижения равнопрочности сварного изделия и свариваемых деталей. Недостатки: возникновение при свар­ке дефектов швов, снижающих их прочность (особенно при пе­ременном нагружении). Дефекты швов: а) непровар шва; б) подрез шва; в) смещение деталей в стыке; г) шлаковые 2 и газовые 3 включения; возникновение остаточных напряжений снижает прочность и вызывает необходи­мость проведения старения; сложность проведения контроля ответственных сварных изделий; местное оплавление участ­ков деталей вблизи шва вызывает изменение химической структуры металла.

2)Заклёпочное соединение — неразъёмное соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость в условиях ударных и вибрационных нагрузок. В предварительно подготовленные отверстия в деталях (пакете листов) вставляют заклепки. После производится осадка (клёпка) специальным инструментом второй замыкающей головки.

Недостатки: 1)Трудоёмкость процесса. Необходимо просверлить множество отверстий, установить заклёпки, расклепать их. 2)Повышенная материалоёмкость соединения. Заклёпочный шов ослабляет основную деталь, поэтому она должна быть толще. Нагрузку несут заклёпки, поэтому их сечение должно соответствовать нагрузке. 3)Необходимость специальных мер для герметизации. Это очень важно для самолётостроения и ракетной техники, при сборке баков-кессонов и пассажирских отсеков. В баках-кессонах, расположенных в крыле самолётов, как правило, держат топливо — авиационный керосин. Резиновый герметик, устойчивый к керосину, должен закрывать все заклёпочные швы. Вес его может составлять десятки килограммов. 4)Процесс сопровождается шумом и вибрацией. Это приводит к ряду профессиональных заболеваний у сборщиков и вызывает глухоту. Поэтому везде, где можно, внедряются новые инструменты для клёпки.

Преимущества: 1)Не позволяет распространяться усталостным трещинам, таким образом повышает надёжность всего изделия. 2)Позволяет соединять не поддающиеся сварке материалы.

3) Резьбовое(болтовое) соединение — разъёмное соединение деталей машин при помощи винтовой или спиральной поверхности (резьбы). В простейшем случае для соединения необходимо закрутить две детали, имеющие резьбы с подходящими друг к другу параметрами. Достоинства:

 - высокая нагрузочная способность и надежность;
- взаимозаменяемость резьбовых деталей в связи со стандартизацией резьб;
- удобство сборки и разборки резьбовых соединений;
- централизованное изготовление резьбовых соединений;
- возможность создания больших осевых сил сжатия деталей при небольшой силе, приложенной к ключу.

Недостатки:

 - главный недостаток резьбовых соединений – наличие большого количества концентраторов напряжений на поверхностях резьбовых деталей, которые снижают их сопротивление усталости при переменных нагрузках.

19. Болтовое соединение, распространённый тип резьбового соединения болтом и гайкой. Обычно в отверстие соединяемых деталей болт вставляется с зазором, и соединение осуществляется затяжкой гайки, что создаёт давление между деталями, препятствующее их расхождению (раскрытию стыка) под действием осевых сил (Р) и относительному сдвигу под действием поперечных сил (Q), благодаря возникающему между деталями трению

Высокопрочные болты (сдвиго-устойчивые) изготовляют из легированной стали, готовые болты термически обрабатывают. Высокопрочные болты являются болтами нормальной точности, их ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра, но их гайки затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать и контролировать силу натяжения болтов. Большая сила натяжения болта плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединяемыми элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.

Таким образом, высокопрочный болт, работая на осевое растяжение, обеспечивает передачу сил сдвига трением между соединяемыми элементами, именно поэтому подобное соединение часто называют фрикционным, Для увеличения сил трения поверхности элементов в месте стыка очищают от грязи, масла, ржавчины и окалины металлическими щетками, пескоструйным или дробеструйным аппаратом, огневой очисткой и не окрашивают. Как правило, на высокопрочных болтах собирают конструкции с тяжелым режимом работы. Примером использования высокопрочных болтов могут служить монтажные соединения подкрановых балок больших пролетов для мостовых кранов.

21.Болты обычной прочности бывают грубой, нормальной и повышенной точности. Болты нормальной и повышенной точности отличаются от болтов грубой точности более высоким качеством обработки поверхности, не влияющим на расчетные характеристики прочности соединения. Как правило, на болтах нормальной точности собирают малоответственные конструкции - фонари, площадки, лестницы, неответственные связи; на болтах повышенной точности - все остальные конструкции.

Болты нормальной точности различаются допусками на отклонения диаметра болта от номинала. Для болтов нормальной точности отклонения диаметра могут достигать соответственно 1 мм и 0,52 мм (для болтов d=30 мм). Изготавливают болты из углеродистой стали горячей или холодной высадкой, иногда с последующей термообработкой. В зависимости от процесса изготовления различают несколько классов прочности болтов от - 4,6 до 8,8. Класс прочности болтов обозначен числами. Первое число, умноженное на 10,.обозначает временное сопротивление, а произведение первого числа на второе - предел текучести материала. Болты в соединении ставят в отверстия на 2-3 мм больше диаметра болта, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах.

Болты повышенной точности изготавливают также, из углеродистой стали, и они имеют те же классы прочности, что и болты нормальной точности. Поверхность ненарезной части тела болта обтачивается и имеет строго цилиндрическую форму. Диаметр отверстия для таких болтов не должен отличаться более чем на +0,3 мм от диаметра болта; поверхность отверстия должна быть гладкой, что может быть достигнуто сверлением отверстий в соединяемых элементах через специальные кондукторы-шаблоны, рассверловкой отверстий до расчетного диаметра после сборки элементов с ранее образованными 1 отверстиями меньшего диаметра и сверлением отверстий на проектный диаметр в собранных элементах. Болты в таких отверстиях сидят плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы.

Расчет болтового соединения, работающего на срез

Если соединение работает на срез, то необходимо проверить 2-а условия: расчет на срез по формуле

где Nbs — несущая способность одного болта на срез;

Rbs — расчетное сопротивление болта на срез (табл);

Ab — площадь сечения болта брутто (принимается по табл);

ns — число срезов одного болта (если болт соединяет 2-е пластины, то число срезов равно одному, если 3-и, то 2-а и т.д.);

и расчет на смятие по формуле

где Nbp — несущая способность одного болта на смятие;

Rbp — расчетное сопротивление болта на смятие (табл);

db — наружный диаметр стрежня болта;

∑t — наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении (если болт соединяет 2-е пластины, то принимается толщина одной самой тонкой пластины, если болт соединяет 3 пластины, то считается сумма толщин для пластин, которые передают нагрузку в одном направлении и сравнивается с толщиной пластины, передающей нагрузку в другом направлении и берется наименьшее значение);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице (но не больше 1.0)

γc — коэф условия работы, принимаемый по таблице.

Количество болтов в соединении:

, где Nbmin – наименьшее значение расчетного усилия, воспринимаемое одним болтом;

γc – коэф условий рабочих элементов конструкции (табл).

39. Расчёт соединений на высокопрочных болтах выполняют с учетом передачи усилий, действующих в стыках, через трение, возникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов. Расчетное усилие, воспринимаемое каждой такой поверхностью трения, определяют по формуле

 

, где Rbh – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта в готовом изделии, равное Rbh = 0,7 Rbun, кН/см2; Rbun – временное сопротивление болта разрыву, зависящее от номинального диаметра резьбы и марки стали, принимают по СниП, кН/см2;  – коэффициент трения, принимается по СНиП и равен 0,25 0,58, в зависимости от способа обработки соединяемых поверхностей; – коэффициент надежности соединения, зависящий от способа обработки соединяемых поверхностей, способа регулирования натяжения болтов, вида нагрузки и разности номинальных диаметров отверстий и болтов, равный 1,02 – 1,7.

Требуемое количество высокопрочных болтов рассчитывают по

, где – коэф условий работы соединения.


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1408; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!