Материал: Основы проектирования и конструирования деталей машин. Нилов В.А., Жилин Р.А

Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней и односторонней.

Многоточечная контактная сварка – разновидность контактной сварки, когда за один цикл свариваются несколько точек. Многоточечную сварку выполняют по принципу односторонней точечной сварки. Многоточечные машины могут иметь от одной пары до 100 пар электродов, соответственно сваривать 2–200 точек одновременно. Многоточечной сваркой сваривают одновременно и последовательно. В первом случае все электроды сразу прижимают к изделию, что обеспечивает меньшее коробление и большую точность сборки. Ток распределяется между прижатыми электродами специальным токораспределителем, включающим электроды попарно. Во втором случае пары электродов опускают поочередно или одновременно, а ток подключают поочередно к каждой паре электродов от сварочного трансформатора. Многоточечную сварку применяют в основном в массовом производстве, где требуется большое число сварных точек на заготовке.

Точечную сварку применяют преимущественно для тонкостенных конструкций при возможности расположения электродов с обеих сторон от соединяемых деталей. Толщина соединяемых элементов — от долей до нескольких миллиметров. Точечная сварка применяется так же для соединения круглых стержней с пластинами и между собой, например, в арматуре железобетонных конструкций. Очень широко ее применяют в вагоностроении для сварки цельнометаллических вагонов, в автомобилестроении для сварки кузовов и рам, в самолетостроении и сельскохозяйственном машиностроении.

Точечной сваркой соединяют две заготовки и более. Наилучшее качество сварки получают при соединении двух заготовок. Внешняя поверхность при точечной сварке получается достаточно гладкой, а статическая прочность достаточно высокой. Однако вокруг сварочных точек происходит значительная концентрация напряжений, влияющая на предел выносливости.

Газовая сварка и резка металлов. При сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем. При нагреве газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом, который вводят в пламя горелки извне. Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода.

Кислородный баллон представляет собой стальной цилиндр со сферическим днищем и горловиной для крепления запорного вентиля. На нижнюю часть баллона насаживается башмак, позволяющий ставить баллон вертикально. На горловине имеется кольцо с резьбой для навертывания защитного колпака. Средняя жидкостная вместимость баллона 40 дм3. При давлении 15 МПа он вмещает ~ 6000 дм3 кислорода.

Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет и делают на них надпись красной краской “Ацетилен”. Их конструкция аналогична конструкции кислородных баллонов. Давление ацетилена в баллоне 1,5 МПа. В баллоне находится пористая масса (активизированный уголь) и ацетон. Растворения ацетилена в ацетоне позволяет поместить в малом объеме большое количество ацетилена. Растворенный в ацетоне ацетилен пропитывает пористую массу и становится безопасным.

При газовой сварке заготовки нагреваются более плавно, чем при дуговой; это и определяет основные области ее применения: для сварки металлов малой толщины (0,2–3 мм); легкоплавких цветных металлов и сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения, например инструментальных сталей, чугуна, латуней; для пайки и наплавочных работ; для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. При увеличении толщины металла производительность газовой сварки резко снижается. При этом за счет медленного нагрева свариваемые изделия значительно деформируются. Это ограничивает применение газовой сварки.

Газокислородная резка заключается в сжигании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся оксидов. При горении железа в кислороде выделяется значительное количество теплоты.

Для обеспечения нормального процесса резки металл должен отвечать следующим требованиям: температура его плавления должна быть выше температуры горения в кислороде; температура плавления оксидов металла должна быть ниже температуры его плавления; количество теплоты, выделяющееся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки; теплопроводность металла не должна быть слишком высокой, в противном случае теплота слишком интенсивно отводится, и процесс резки прекращается; образующиеся оксиды должны быть достаточно жидкотекучими и легко выдуваться вниз струей режущего кислорода.

Практически указанным требования отвечают железо, низкоуглеродистые и низколегированные стали.

По характеру и направленности кислородной струи различают следующие способы резки.

Разделительная резка – режущая струя направлена нормально к поверхности металла и прорезает его на всю толщину. Разделительной резкой раскраивают листовую сталь, разрезают профильной материал, вырезают косынки, круги, фланцы и т. п. Поверхностная резка – режущая струя направлена под очень малым углом к поверхности металла (почти параллельно ей) и обеспечивают грубую ее строжку или обдирку. Ею удаляют поверхностные дефекты отливок.

Резка кислородным копьем – копье образуется тонкостенной стальной трубкой, присоединенной к рукоятке и свободным концом прижатой к прожигаемому металлу. Кислородным копьем отрезают прибыли крупных отливок, прожигают летки в металлургических печах, отверстия в бетоне и т.п.

4.4.Классификация сварных соединений и швов

В зависимости от расположения соединяемых деталей различают следующие виды сварных соединений: стыковые, внахлёстку, угловые, тавровые.

Сварные швы стыковых соединений называют стыковыми. Классификация стыковых швов по форме подготовки кромок деталей представлена на рис. 4.1.

Сварные швы соединений внахлёстку, а также угловых соединений и тавровых называют угловыми. По форме подготовки кромок угловые швы бывают: бесскосные, со скосом одной кромки, со скосом двух кромок. По характеру выполнения бывают: односторонние и двусторонние.

По форме сечения угловые швы подразделяются: нормальные, специальные, вогнутые и выпуклые.

По расположению шва относительно линии действия силы различают лобовые (рис. 4.2, а), фланговые (рис. 4.2, b) косые (рис. 4.2, с) и комбинированные (рис. 4.2, d).

При значительной разнице толщины соединяемых деталей (для соединений малонагруженных) применяют пробочные, прорезные и проплавные швы (рис. 4.3)

Основным требованием при проектировании сварных конструкций является обеспечение равнопрочности шва и соединяемых ими деталей.

Рис. 4.7 Разделка кромок в стыковых сварных соединениях: бесскостная (а, б); V-образная (c, d, е); X-образная (f ); U-образная (g, h)

Рис. 4.8 Сварные соединения внахлестку

Рис. 4.9 Сварные швы: пробочные (а); прорезные (б); проплавные (в)

4.5.Расчет стыковых сварных швов

Если сварное соединение осуществляется несколькими швами, то эти швы нужно располагать так, чтобы они были нагружены возможно равномернее.

В ряде случаев целесообразнее назначать все размеры шва, а затем выполнять проверочный расчёт на прочность.

При расчете на прочность стыковых швов утолщение их (наплыв металла) не учитывается. Стыковые швы рассчитываются на растяжение или сжатие (рис. 4.4).

На растяжение (сжатие):

где: _p’, _с’, [’]_p, [’]_c – соответственно расчетные и допускаемые напряжения в сварном шве при растяжении и сжатии;

S – толщина более тонкой свариваемой детали;

ℓ – длина сварного шва.

Рис. 4.10 Схема к расчету стыкового шва

При действии на стыковой шов момента М_и в плоскости  к плоскости стыка, расчет шва производят по формуле:

Если же на шов действуют одновременно момент М_и и сила P, то

4.6.Расчет угловых сварных швов

Угловые швы рассчитываются по наименьшему сечению, расположенному в бессикторной плоскости прямого угла поперечного сечения шва.

Расчет угловых швов унифицирован и производится по единым формулам (рис. 4.5).

Если угловой шов нагружен моментом М_и, то:

,

где W_c – момент сопротивления опасного сечения шва.

Рис. 4.11 Схема к расчету угловых (валиковых) швов

Тогда

.

При нагружении простого углового шва моментом М и силой Р условие прочности имеет вид:

.

Окончательно:

При более сложных конструкциях сварных швов при их расчете необходимо правильно учесть все параметры шва и величины действующих нагрузок. Пробочные, прорезные и проплавные швы также рассчитываются на срез.

4.7.Уточненный расчет комбинированного сварного шва

Принимают, что привариваемый элемент стремится повернуться вокруг центра тяжести (ц.т.) площади сечения шва (рис. 4.6). Тогда напряжения сдвига τ в отдельных точках шва будут пропорциональны радиусам-векторам, проведенным из центра тяжести и направлены перпендикулярно этим радиусам:

,

где τ_mах – максимальное напряжение в наиболее удаленной точке с радиусом ρ_mах.

Рис. 4.12 Схема к уточненному расчету комбинированного сварного шва

Момент, воспринимаемый сечением сварных швов (по аналогии с кручением), равен

J_ρ – полярный момент инерции шва

Отсюда:

Напомним, что J_ρ =J_х + J_y

Допускаемые напряжения для сварных швов