Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Посмотреть оригинал

СОЕДИНЕНИЯ СВАРКОЙ, ПАЙКОЙ И СКЛЕИВАНИЕМ

Соединения сваркой

При сварке получаются неразъемные соединения свариваемых частей при их местном или общем нагреве, а также пластической деформации. Сварка — один из наиболее производительных и экономичных методов создания неразъемных соединений с высоким уровнем механизации и автоматизации технологических процессов. Она позволяет создавать конструкции наиболее рациональные по форме и размерам с высокой массовой отдачей и максимальным коэффициентом использования металла.

При производстве современных самолетов, вертолетов, космической техники и в общем машиностроении сварка применяется для изготовления фюзеляжей, панелей, крыльев, двигателей, топливных баков, трубопроводов, узлов шасси, стыковочных узлов, корпусов редукторов, станин, рам, оснований машин и т. п.

В настоящее время освоена сварка конструкционных сталей, чугуна, медных, алюминиевых, титановых и других сплавов цветных металлов, а также некоторых пластмасс и биметаллических соединений.

Достоинства сварных соединений:

  • ? возможность получения изделий больших размеров (корпусов ЛА, судов, железнодорожных вагонов, кузовов автомобилей, ферм, мостов, трубопроводов и др.); снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30...40%, с клепаными до 20%;
  • ? возможность соединения типичных для ЛА деталей сложной пространственной формы, полученных штамповкой, ковкой, прокатом, механообработкой ит.д,;
  • ? снижение стоимости изготовления деталей в условиях единичного или мелкосерийного производства;
  • ? малая трудоемкость, невысокая стоимость оборудования, возможность автоматизации.

Недостатки сварных соединений:

  • ? возникновение остаточных напряжений, которые могут значительно уменьшать точность размеров и искажать первоначальную форму; ухудшение механических свойств основного материала в зоне шва;
  • ? создание концентраторов напряжений из-за неоднородности свойств металла шва и основного металла, приводящих к снижению циклической прочности сварного соединения;
  • ? сложность и трудоемкость контроля качества сварных швов.

Классификация видов сварки. Различают термический, термомеханический и механический вид сварки. В ЛА используются в основном термический и термомеханический вид сварки. Из них наиболее применимы дуговая сварка (ручная и автоматическая), электронно-лучевая, микроплаз- менная, контактная (точечная и роликовая). Меньше распространены механические способы сварки: холодная при помощи сжатия, диффузионная в вакууме, сварка ультразвуком.

При ручной дуговой сварке источником тепла для местного расплавления материалов соединяемых элементов является электрическая дуга между электродом и деталями. В конструкциях со швами значительной длины наиболее производительной является дуговая автоматическая сварка под флюсом, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок механизированы. Для соединения деталей из высоколегированных сталей, различных сплавов со специальными свойствами и цветных металлов применяется дуговая сварка в среде инертных газов — аргона и гелия — плавящимися или неплавящимися (вольфрамовыми) электродами. Например, широко используемые в конструкциях ЛА титановые сплавы, обладающие активностью к кислороду, азоту, водороду, рекомендуется сваривать в аргоне или в вакууме.

Ручная и автоматическая микроплазменная сварка позволяет сваривать детали толщиной от 0,1 до 0,5 мм: сильфоны, тонкостенные трубопроводы, детали приборов из легированных сталей, алюминиевых и титановых сплавов, некоторых тугоплавких металлов.

При контактной сварке разогрев соединяемых деталей происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении через них электрического тока. К контактной сварке относятся стыковаяу точечная и роликовая (шовная) сварка. Для контактной сварки характерна быстрота процесса, высокая степень механизации и автоматизации. В общем машиностроении и ЛА обычно используются точечная и роликовая контактная сварка. Точечной сваркой можно сваривать листовые детали одинаковой или различной толщины, пересекающиеся стержни, листы с угловыми профилями, швеллерами и т. п. Толщина свариваемых деталей из листового материала не должна различаться более чем в 4 раза.

Роликовая сварка применяется для получения герметичных швов в тонколистовых конструкциях с толщиной стенки до 2...3 мм — в топливных баках, герметичных сосудах и контейнерах.

Рис. 21.1

В зависимости от расположения соединяемых частей раз- личаются стыковые сварные соединения (рис. 21.1, ае)у на- хлесточные (рис. 21.2), прорезные (рис. 21.3, а), проплавные (рис. 21.3, б), пробочные (рис. 21.3, в), угловые (рис. 21.3, г), тавровые (рис. 21.3, д).

Наиболее простым и надежным видом сварных соединений являются стыковые, получаемые дуговой или контактной сваркой. При статическом нагружении прочность стыковых сварных соединений в большинстве случаев близка к прочности основного металла. Когда стыковые швы по прочности уступают основному металлу, в зоне расположения швов предусматриваются местные утолщения или используются косые швы (рис. 21.1, б, в).

Соединения нахлесточные, угловые и тавровые выполняются угловыми швами. Угловые швы в зависимости от расположения относительно нагрузки называют лобовыми (рис. 21.2, а, д), фланговыми (рис. 21.2, б), косыми (рис. 21.2, в), комбинированными (рис. 21.2, г). Прорезные соединения (рис. 21.3, а) допускаются в тех случаях, когда угловые швы не обеспечивают требуемой прочности. Прорезь с а = 25 и / = (10...25)8 располагаются вдоль линии действия силы. Проплавные соединения получаются проплавлением одного элемента, наложенно-

Рис. 21.4

го на другой (рис. 21.3, б). Они применяются для повышения прочности соединения при 8 = 5...10 мм. Пробочные соединения осуществляются путем заполнения расплавленным металлом отверстий d = 26 в одной или в обеих соединяемых деталях (рис. 21.3, в). Такие соединения рациональны при б < < 5 мм.

При точечной сварке детали собираются внахлестку и свариваются по точкам касания (рис. 21.4, а). При роликовой сварке точки частично перекрывают друг друга, образуя непрерывный сварной шов (рис. 21.4, б).

Расчет сварных швов

Сварные швы в ЛА рассчитываются на прочность по разрушающим нагрузкам и напряжениям. В этом случае условием прочности является неравенство

где Fp — расчетная нагрузка, действующая на сварной шов; Fpa3p — разрушающая шов нагрузка. Расчетное значение нагрузки на сварной шов определяется по формуле

где F — эксплуатационная нагрузка; f — коэффициент безопасности.

Способы и указания по определению наибольшей величины эксплуатационной нагрузки F на различные узлы конструкции в различных случаях нагружения по различным классам ЛА даются в соответствующих нормах прочности. Там же указывается и конкретная величина коэффициента безопасности fj принимаемого для основных частей ЛА в пределах

1,25..Л,5.

Величина разрушающей нагрузки -Fpa3p определяется либо экспериментально — путем статических испытаний сварного соединения, либо расчетным путем, зная размеры шва и принимая в качестве разрушающего напряжения предел прочности материала соединяемых деталей <равв — при кручении). Тогда, например, при растяжении разрушающая нагрузка

где А — площадь сечения шва; <р — коэффициент ослабления материала детали сваркой.

В общем машиностроении расчет сварных швов ведется по допускаемым напряжениям.

Стыковые швы, работающие только на растяжение или сжатие (рис. 21.1, а), рассчитываются по формуле:

где а — расчетное напряжение в сварном шве; А = Ы; 8 — наименьшая толщина свариваемых деталей; I — длина свариваемого шва; [о']р — допускаемое напряжение для сварного шва (табл. 21.1). Допускаемые напряжения при статическом нагружении сварных швов определяются на основании опытных данных в долях от допустимых напряжений основного металла; [о]р = аТ/[п]; [гс] = 1,2... 1,8 для низкоуглеродистых материалов и [л] = 1,5...2,2 для низколегированных.

При действии изгибающего момента Ми в плоскости соединяемых элементов условие прочности стыковых швов имеет вид

где WH — Ы2/6 — момент сопротивления расчетного сечения при изгибе.

При действии на стыковой шов изгибающего момента Ми и растягивающей или сжимающей силы F (рис. 21.1, а) шов рассчитывается по формуле

Угловые швы всех видов рассчитываются на срез по наименьшему сечению плоскостью, проходящей через биссектрису прямого угла поперечного сечения шва (см. рис. 21.2, а). Расчетная высота углового шва т = k sin 45° ~ 0,7fc, где k — катет шва.

377

Таблица 21.1

Вид сварки

Вид шва

Характер

напряженного

состояния

Сварка ручная электродом Э24А или Э50А;

автоматическая; механизированная

Сварка ручная электродом Э38; Э42; Э50

Сварка

автоматическая;

механизированная

Дуговая

плавящимся

электродом

Стыковой

Сжатие

[<Пс*-[<Т]р

[<Псж = [Ч

Растяжение

[<Лр = [о]р

[о% = 0,9[а]р

Срез

р = 0,65[а]р

[т'] = 0,6[с]р

Угловой

Срез

[Т% = 0,65[а]р

[х']-0,6[о]р

Контактная

электриче

ская

Стыковой

Сжатие

Меж-И.

Растяжение

Мр = [о]р

Срез

М = 0,6[а]р

Точечный,

шовный

Срез

[X'] = 0,4[а]р

При действии на угловой шов силы F (рис. 21.2, б, в) он рассчитывается по формуле

где т — расчетное напряжение среза в сечении шва; [т'] — допускаемое касательное напряжение для угловых швов (см. табл. 21.1).

Для соединений с несколькими швами под размером I принимается суммарная длина швов, например, 21Л и 2&фл для соединений, показанных на рисунках (рис. 21.2, а, б) и I = 1к — для соединений (рис. 21.2, в). Длина углового лобового шва обычно принимается равной ширине привариваемой детали. У флангового шва длина определяется расчетным путем:

На практике для уменьшения неравномерности распределения напряжений в шве 1^ ограничиваются условием /фл < 50&.

Если соединение угловым швом нагружено расчетным изгибающим моментом Ми в плоскости приварки, то условие прочности шва принимает вид

где WK — момент сопротивления расчетного сечения шва при изгибе, WH = 0,7&Z2/6.

При действии на угловой шов изгибающего момента Ми и силы F, перпендикулярной шву (рис. 21.2, а), он рассчитывается по формуле

Угловой кольцевой шов под действием осевой силы F рассчитывается по формуле (21.8); при этом I = ltd. В случае действия крутящего момента Т шов рассчитывается из условия:

где 2T/d — сила, вызывающая напряжения в шве.

Соединения точечной сваркой обычно нагружены центральной сдвигающей силой F> при этом считается, что она равномерно распределена между всеми точками. Условие статической прочности на срез для сварной точки имеет вид:

где dT — диаметр сварной точки; i — число плоскостей среза; z — число сварных точек в шве; х'] — допускаемое напряжение для контактной электросварки (см. табл. 21.1).

При эксцентричном приложении нагрузки условие прочности записывается для наиболее нагруженной сварной точки. Наиболее нагруженная сварная точка в этом случае находится так же, как в эксцентрично нагруженном болтовом или клепаном соединении.

Условие статической прочности роликового шва на срез записывается в следующем виде:

где F — усилие, действующее на шов; / — длина шва, b — ширина шва, обычно применяют b = 28.

Значения допускаемых напряжений при действии на сварной шов переменных нагрузок снижается умножением их на коэффициент у, зависящий от коэффициента асимметрии цикла нагружения R. Для стыкового шва у = 0,75... 1, а для углового у = 0,6...0,9.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы