какие сварные соединения удовлетворяют условию равнопрочности

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Равнопрочность сварного соединения основному металлу определяется отсутствием внутренних и внешних дефектов, а также структурой и свойствами металла зоны термического влияния. [2]

Равнопрочность сварного соединения труб с основным металлом важна как для газопроводов, так и для нефтепроводов. В нефтепроводах вследствие возможного возникновения в них при эксплуатации циклических и ударных нагрузок разрушение сварных соединений наблюдается заметно чаще, чем в газопроводах. [3]

Обеспечивается равнопрочность сварного соединения и основного металла, поэтому сварку используют при изготовлении самых ответственных конструкций, работающих при высоких давлениях и температурах, при вибрационных и динамических ( ударных) нагрузках. Сваркой соединяют различные металлы практически любой толщины. С помощью сварки можно изготовлять сварно-литые и сварно-кованые детали и узлы любых размеров, которые не могут быть отлиты или откованы целыми. [4]

Условия равнопрочности сварного соединения из низколегированной стали обеспечиваются значительно проще при действии статической нагрузки, чем при действии вибрационной нагрузки. Это объясняется повышенной чувствительностью низколегированной стали к концентрации напряжений. [5]

Для обеспечения равнопрочности сварного соединения после сварки производят полную термообработку изделия, которая заключается в закалке и последующем высоком отпуске или в нормализации. [6]

При сварке обеспечивается равнопрочность сварного соединения ( по цветному металлу) при действии статической нагрузки. Сварные соединения обладают удовлетворительной пластичностью. [8]

Высокопрочные трубы для обеспечения равнопрочности сварных соединений необходимо сваривать швами с временным сопротивлением не ниже основного металла. При этом должна быть достигнута высокая пластичность швов, а также высокая ударная вязкость при положительных и отрицательных температурах. [12]

Расчеты предусматривают возможность обеспечения равнопрочности сварных соединений основному металлу конструкций путем рационального выбора технологии изготовления элементов нефтегазохимического оборудования ( режимов сварки, термообработки и т.п.) и сварочных материалов. [13]

Применением соответствующих толстопокрытых электродов обеспечивается равнопрочность сварного соединения с основным ( свариваемым) металлом. [15]

Источник

Равнопрочность деталей и конструкций

В случае кручения, изгиба и сложных напряженных состояний, когда равенство напряжений по сечению принципиально недостижимо, равнопрочными считают детали, у которых одинаковые максимальные напряжения в каждом сечении (с учетом концентрации напряжений).

При изгибе условие равнопрочности заключается в равенстве отношения рабочего изгибающего момента, действующего в каждом данном сечении, к моменту сопротивления данного сечения. При кручении это условие состоит в равенстве моментов сопротивления кручению каждого сечения детали; при сложных напряженных состояниях — в равенстве запасов прочности.

Понятие равнопрочности применимо и к нескольким деталям, и к конструкции в целом. Равнопрочными являются конструкции, детали которых имеют одинаковый запас прочности по отношению к действующим на них нагрузкам. Это правило распространяется и на детали, выполненные из различных материалов. Так, равнопрочными являются стальная деталь с напряжением 200 МПа при пределе текучести σ_0,2 = 600 МПа и деталь из алюминиевого сплава с напряжением 100 МПа при σ_0,2 = 300 МПа. В обоих случаях коэффициент запаса прочности равен 3. Значит обе детали одновременно придут в состояние пластической деформации при повышении втрое действующих на них нагрузок. Независимо от этого каждая из сравниваемых деталей может еще обладать равнопрочностью в указанном выше смысле, т. е. иметь одинаковый уровень напряжений во всех сечениях.

Рабочие нагрузки и напряжения определяют расчетом. Деталь, рассчитанная как равнопрочная, будет действительно равнопрочной, если расчет правильно определяет истинное распределение напряжений во всех ее частях, что далеко не всегда имеет место.

Формы, требуемые условием равнопрочности, иногда трудно выполнить технологически, и их приходится упрощать. Неизбежные почти во всякой детали дополнительные элементы (цапфы, буртики, канавки, выточки, резьбы), вызывающие иногда местное усиление, а чаще концентрацию напряжений и местное ослабление детали, также вносят поправки в истинное распределение напряжений в детали.

По всем этим причинам понятие равнопрочности деталей относительно. Конструирование равнопрочных деталей практически сводится к приблизительному воспроизведению оптимальных форм, диктуемых условием равнопрочности, при всемерном уменьшении влияния всех источников концентрации напряжения.

Следует иметь в виду, что при прочих одинаковых условиях жесткость равнопрочных деталей меньше, чем жесткость деталей, имеющих хотя бы местные повышенные запасы прочности.

Выигрыш в массе от применения принципа равнопрочности зависит от типа нагружения и способа придания равнопрочности. Некоторое представление о порядке выигрыша в массе (а также снижения жесткости) дает пример консольных балок, нагруженных изгибающей силой Р (табл. 5).

На рис. 33 представлены способы придания равнопрочности цилиндрической детали, опертой по концам и подвергающейся изгибу поперечной силой, приложенной посередине пролета.

Максимальное нормальное напряжение в центральном сечении исходной цилиндрической детали 1 (рис. 33, а)

где М₀ — изгибающий момент в центре балки, равный произведению опорной реакции на расстояние 0,5L от центрального сечения до плоскости действия опорной реакции.

Максимальное напряжение в произвольном сечении

где М = М₀2l/L — изгибающий момент в данном сечении; I — расстояние сечения от плоскости опорной реакции.

Максимальное напряжение в любом сечении равнопрочной детали должно быть постоянным:

отсюда, текущий диаметр равнопрочной детали

Профиль равнопрочной детали 1 приведен на рис. 33, б. На рис. 33, в показано конструктивное оформление равнопрочной детали 1 для случая шестерни-вала, опертого на два подшипника качения. Формы равнопрочности упрощены. К телу детали присоединены цапфы для установки подшипников.

где а — отношение переменного диаметра d внутренней полости к постоянному наружному диаметру D₀ детали.

Текущий диаметр отверстия

Профиль равнопрочной детали 2 для этого случая показан на рис. 33, б, а конструктивное оформление — на рис. 33, в.

Большой выигрыш в массе (масса равнопрочной детали составляет только 0,3 массы исходной) является результатом применения в данном случае наряду с принципом равнопрочности также принципа равного напряжения сечений.

Следует отметить, что при этом способе придания равнопрочности диаметр опорных подшипников увеличивается, что несколько уменьшает выигрыш в массе.

По условию равнопрочности переменный наружный диаметр детали

где a₀ = d₀/D₀ — отношение диаметра отверстия к наружному диаметру исходной детали; а — текущее значение d₀/D для равнопрочной детали.

На рис. 33, б и в показаны профиль и конструктивное оформление равнопрочной детали.

Выигрыш в массе при умеренных значениях d₀ в данном случае близок к выигрышу в случае детали 1.

Из условия равнопрочности текущий диаметр внутренней полости

где а₀ = d₀/D₀ — отношение диаметра внутреннего отверстия к наружному диаметру исходной детали.

Профиль и конструктивное оформление равнопрочной детали показаны на рис. 33, б и в.

Выигрыш в массе в этом случае близок к выигрышу в случае 2.

Снижение жесткости равнопрочных деталей можно предотвратить уменьшением напряжений (что, естественно, уменьшает выигрыш в массе) или применением в каждом отдельном случае рационального способа придания равнопрочности.

Так, равнопрочная деталь 2 (рис. 33, б), выполненная способом удаления металла изнутри, гораздо жестче детали 1, хотя уступает по жесткости исходной массивной цилиндрической детали 2 (рис. 33, а).

Фланцевый вал I (рис. 34, а), нагруженный постоянным крутящим моментом, на участке между фланцем и шлицами неравнопрочен. Напряжения максимальны на шлицевом участке; между шлицами и фланцем, где наружный диаметр вала увеличен, напряжения значительно меньше. Расчет из условия постоянства момента сопротивления кручению по сечениям вала приводит к равнопрочной конструкции II.

Конструкция вала-шестерни I (рис. 34, б) со сквозным отверстием постоянного диаметра при всей простоте и технологичности является неравнопрочной. Вал II со ступенчатой расточкой приближенно равнопрочен. Вал III представляет собой тщательно отработанную конструкцию (с целью повышения циклической прочности) с плавными очертаниями внутренней расточки.

Валы II и особенно III значительно дороже в изготовлении. Однако необходимость облегчения детали и повышения сопротивления усталости часто оправдывает усложнение и удорожание производства.

Особенно важно соблюдать условия равнопрочности для дисковых деталей, вращающихся с большой частотой (роторы турбин, центробежные и аксиальные компрессоры). Центробежные силы, возникающие в таких деталях, вызывают напряжения, возрастающие по направлению к ступице в результате суммировании центробежных сил кольцевых слоев металла по направлению от периферии к центру. Условие равнопрочности в данном случае требует утонения диска к периферии. Эта мера уменьшает массу диска; удаление металла с периферии способствует снижению максимальных напряжений в ступице.

Расчет равнопрочных быстроизнашивающихся дисков сложен, так как в ряде случаев приходится учитывать тепловые напряжения, возникающие от неравномерности температурного поля диска. Во многих случаях картина осложняется явлением теплового удара, вызываемого на некоторых режимах работы неустановившимися потоками тепла от периферии к центру или наоборот.

Равнопрочность узлов. Осуществление принципа равнопрочности в узлах и соединениях рассмотрим на примерах.

Конструкция соединения звеньев цепного конвейера 1 (рис. 35) неравнопрочна по трем признакам:

В равнопрочной конструкции 2 суммарная ширина оснований проушин верхнего и нижнего звеньев одинакова, что обеспечивает равенство напряжений в проушинах. Диаметр пальца увеличен, а стенки проушин утонены из условия равнопрочности.

В конструкции 3 равнопрочность пальца и проушин достигнута увеличением числа плоскостей среза до шести (вместо четырех в предыдущих конструкциях), вследствие чего диаметр пальца может быть уменьшен в √(2/3) = 0,8 раза по сравнению с конструкцией 2.

Конструкция тендера 4 неравнопрочна: элементарный расчет показывает, что напряжения разрыва в кольцевом сечении тендера в 3 раза меньше, чем в нарезных стержнях. Полная равнопрочность в данном случае неосуществима из-за технологически недопустимого утонения стенок тендера. В технологически приемлемой конструкции 5 запас прочности в тендере все же в 2 раза больше, чем в стержнях.

В качестве общего замечания к данному примеру отметим, что кольцевые сечения очень обманчивы при зрительной оценке на прочность. Прочность на разрыв таких деталей пропорциональна квадрату, на изгиб и кручение — кубу, а жесткость — четвертой степени диаметра. При глазомерной оценке конструктор обычно впадает в ошибку, заключающуюся в преувеличении размеров кольцевых деталей.

Источник

Детали машин

Сварные швы

Типы сварных швов и их характеристика

По конструктивным признакам (по взаимному расположению соединяемых элементов) сварные соединения разделяют на:

На рисунке 1 приведены примеры перечисленных выше типов сварных швов.

В зависимости от типа сварного шва различают сварные соединения:

Сварные швы разделяют на рабочие и связующие. На прочность рассчитывают только рабочие швы, которые непосредственно передают рабочую нагрузку между соединяемыми элементами.
Связующие швы испытывают напряжения только от совместной деформации с основным металлом. Они мало нагружены и на прочность их не рассчитывают.

Сварные стыковые соединения

Стыковым соединением называется сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями и размещенных на одной поверхности или в одной плоскости.

Стыковые соединения являются наиболее простыми и надежными из всех сварных соединений. Их рекомендуют в конструкциях, подверженных воздействию переменных напряжений.
Встык можно сваривать листы, полосы, трубы, швеллеры, уголки и другие фасонные профили.
Если стыковое соединение образуют два металлических листа, то их сближают до соприкосновения по торцам и сваривают.

Выступ стыкового шва над основным металлом является концентратором напряжений. Поэтому в ответственных соединениях его удаляют механическим способом.

При автоматической сварке в зависимости от толщины δ деталей сварку выполняют односторонним (рис. 1, б, в, г) или двусторонним (рис. 1,а) швами.
При толщинах δ до 15мм сварку выполняют без специальной подготовки кромок. При большей толщине листов предварительно выполняют специальную подготовку кромок.

Расчет стыкового соединения выполняют по размерам сечения детали в зоне термического влияния.
Условие прочности при нагружении растягивающей силой F соединения в виде полосы:

Как уже указывалось выше, стыковое соединение может быть выполнено не только из листов или полос, но и из труб, уголков, швеллеров и других фасонных профилей. Во всех случаях сварная конструкция получается близкой к целой.

Сварные нахлёсточные соединения

В швах длиной менее 30 мм не успевает установиться тепловой режим и получается некачественный шов. А при длинных швах существует высокая неравномерность в распределении напряжений.

Условие прочности флангового шва (рис. 2) :

τ = F/(a×2l) ≤ [τ]’ (здесь 2 – число швов)

Применяют также комбинированные швы, состоящие из фланговых и лобовых.
Для простоты считают, что сила F растяжения нагружает швы равномерно:

где: L – периметр комбинированного шва : L = 2l +b

Сварные угловые соединения

Иногда при сварке применяют угловое соединение со стальной подкладкой, которая обеспечивает надежный провар элементов по всему сечению. При толщине металла 8. 100 мм применяют двустороннюю разделку примыкающего элемента под углом примерно 45°.

Расчеты угловых сварных соединений на прочность проводятся редко, поскольку в силовых конструкциях их почти не применяют. Способы расчета такого соединения на прочность аналогичны способам расчетов для таврового соединения и зависит от типа шва.
Подробнее методика таких расчетов изложена ниже.

Сварные тавровые соединения

Метод расчета углового и таврового соединения зависит от типа шва.

Швы с глубоким проплавлением прочнее основного металла. При нагружении соединения силой F разрушение происходит по сечению детали в зоне термического влияния. Расчет проводят по нормальным напряжениям растяжения σ_р :

Учет сварки проявляется в том, что принимают допускаемые напряжения для сварного шва, хотя расчет проводят по основному металлу.

Угловой шов менее прочен, чем основной металл. Поверхность разрушения расположена в биссектральной плоскости шва, как в лобовых и фланговых швах нахлесточных соединений.

Если соединение нагружено сжимающей силой, то часть силы передает основной металл и допускаемые напряжения можно повысить примерно на 60 %.

Характерные виды брака в сварных швах и соединениях

На рисунке 4 представлены наиболее часто встречающиеся виды брака при сварке изделий, которые могут значительно снизить прочность шва и конструкции в целом.

Сравнительная характеристика сварных швов

Нахлесточные соединения наиболее просты в работе, так как не нуждаются в предварительной разделке кромок, и подготовка их к сварке проще, чем стыковых и угловых соединений. Вследствие этого, а также из-за конструктивной формы некоторых сооружений они получили распространение для соединения элементов небольшой толщины, но допускаются для элементов толщиной до 60 мм.
Недостатком нахлесточных соединений является их неэкономичность, вызванная перерасходом основного и наплавленного металла. Кроме того, из-за смещения линии действия усилий при переходе с одной детали на другую и возникновения концентрации напряжений снижается несущая способность таких соединений.

Кроме перечисленных сварных соединений и швов при ручной дуговой сварке применяют соединения под острыми и тупыми углами по ГОСТ 11534-75, но они встречаются значительно реже.
Для сварки в защитном газе, сварки алюминия, меди, других цветных металлов и их сплавов применяют сварные соединения и швы, предусмотренные отдельными стандартами. Например, форма подготовки кромок и швов конструкций трубопроводов предусмотрена ГОСТ 16037-80, в котором определены основные размеры швов для различных видов сварки.

Источник

Нужна ли равнопрочность сварного соединения в каркасах продавливания плит перекрытия

Вопрос: «Нужна ли равнопрочность сварного соединения в каркасах продавливания плит перекрытия»?

Согласно п. 10.3.19, СП 63.13330.2012, поперечная арматура, предусмотренная для восприятия поперечных сил и крутящих моментов, должна иметь надежную анкеровку по концам путем приварки или охвата продольной арматуры, обеспечивающую равнопрочность соединений и поперечной арматуры.

Согласно табл. А.1, ГОСТ 14098-2014, для крестообразного соединения К3-Рп арматуры А500С должна быть гарантирована равнопрочность сварного соединения исходному металлу.

Согласно п.3.1, ГОСТ Р 57997-2017, крестообразные соединения с нормируемой прочностью на срез должны обязательно оговариваться в проекте.

Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР

Offtop: И одно незаконное. О нём в кулуарах болтает 0% КЖ-шников.
Одно товарища зажали заказчики и он выявил (возможно неправильно), что соединения с ручной сваркой К3-Рп с ненормируемой прочностью на срез тоже имеют какой-то минимум прочности по ГОСТ. То есть их теоретически можно было бы употреблять напихав в 5-6 раз больше чем надо. Но кому это надо, делайте как все. Это я описал просто одну тему форума где мы просто болтали, так никто не делает.

Tyhig, спасибо за ответ.

Лаборатория уже провела неоднократные механические испытания крестообразного соединения К3-Рп и во всех случаях местом разрушения является сварной шов.
Свариваемая арматура А500С, диаметром 10, 12 и 16 мм.
Сварочные электроды ЛЭЗ МР-3, 3, 4 мм.

Tyhig, спасибо за ответ.

Лаборатория уже провела неоднократные механические испытания крестообразного соединения К3-Рп и во всех случаях местом разрушения является сварной шов.
Свариваемая арматура А500С, диаметром 10, 12 и 16 мм.
Сварочные электроды ЛЭЗ МР-3, 3, 4 мм.

Соединение К3-Рп арматурных стержней А500С диаметром 16 мм, разрушалось при усилии среза 40-50 кН, при этом предел прочности составил порядка 200-240 Н/мм2.

Лаборатория говорит, что равнопрочного соединения при помощи ручной дуговой сварки не получить.

Соединение К3-Рп арматурных стержней А500С диаметром 16 мм, разрушалось при усилии среза 40-50 кН, при этом предел прочности составил порядка 200-240 Н/мм2.

Лаборатория говорит, что равнопрочного соединения при помощи ручной дуговой сварки не получить.

Удивительно, как это только до сих пор массово не падает. А то мало того, что «Кт» меняют на «Рп», так и варят этими Рп шестерку и восьмерку, рискуя прожечь!

Возможно, что резерв заключается в несколько более сложном НДС опорного узла, чем то, к которому сводится логика формул из норм. Концы поперечки оказываются обжатыми и более-менее заанкеренными.

Источник

iSopromat.ru

Сварные соединения — наиболее совершенные и прочные среди неразъемных соединений. Они образуются под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в результате сильного местного нагрева до расплавления деталей в зоне их соединения или нагрева деталей до пластического состояния с применением механического усилия.

Основные недостатки сварочных соединений: наличие остаточных напряжений из-за неоднородного нагрева и охлаждения; возможность коробления деталей при сваривании (особенно тонкостенных); возможность существования скрытых дефектов (трещин, шлаковых включений, непроваров), снижающих прочность соединений.

Виды сварки весьма разнообразны. Наиболее широко распространена электрическая сварка. Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную. По виду используемого источника теплоты имеется также газовая сварка. По способу защиты материала в зоне сварки применяют сварку в аргоне, под флюсом, в вакууме и т.д. По степени механизации различают ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку.

В зависимости от расположения свариваемых деталей различают следующие виды соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.

а) Стыковые при различной подготовке кромок

б) Нахлесточные соединения (фланговые, лобовые, комбинированные)

а) Тавровые соединения

б) Угловые соединения

Стыковые швы на прочность рассчитывают по номинальному сечению соединяемых элементов без учета утолщения швов. Для расчета швов используются те же зависимости, что и для целых элементов.

Допускаемое напряжение в сварных швах отмечают штрихом.

Напряжения от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов

Напряжение от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов и растягивающей (или сжимающей) силы

Нахлесточные соединения, как правило, выполняют угловыми швами. Угловые швы по расположению относительно нагрузки разделяют на: поперечные или лобовые, расположенные перпендикулярно направлению силы; продольные или фланговые, расположенные параллельно направлению силы; косые, расположенные под углом к направлению силы; комбинированные, представляющие собой сочетание перечисленных швов.

Разрушение угловых швов происходит по наименьшему сечению, совпадающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная толщина шва k∙sin45°=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:

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник