Непровары и пористость швов сильно снижают вибрационную прочность соединений, и поэтому следует делать швы более плотными, т. е. применять автоматическую сварку. Таким образом, автоматическая сварка должна быть основным видом соединений конструкций, работающих на вибрационную нагрузку.

Вибрационная прочность понижается с увеличением областей напряженных- (переохлажденных) структур в околошовной зоне. В соответствии с этим следует так подбирать технологический процесс, чтобы размер этих зон был наименьшим; при низких температурах следует избегать сварки.

Ударная вязкость металла шва, регламентированная ГОСТ 9467-75, для электродов Э42 и Э46 составляет 80 Дж/см, а для электродов Э42А и Э50А - соответственно 140 Дж/см. Однако ударная вязкость сварных швов неодинакова для разных точек зоны термического влияния шва; для некоторых зон с переохлажденной или крупнозернистой структурой она имеет весьма низкие значения. Сварные соединения, выполненные на морозе, имеют обычно пониженные значения ударной вязкости, что еще раз подтверждает необходимость специальной технологии сварки на морозе.

К мероприятиям по увеличению вибрационной прочности швов можно отнести их предварительную «тренировку»-загружение конструкции нагрузками выше номинальных, а также необходимость полного проплавления швов в тавровых соединениях (например, поясах подкрано вых балок).

Расчет сварных соединений на выносливость и хрупкую прочность следует выполнять по формулам (5.1, 5.6, 5.7) с подстановкой в них значений Отах вместо R"; R-; , определенных по гл. 3 § 3.

§ 5. конструктивные требования к сварным соединениям

В конструкциях со сварными соединениями возможность применения механизированных способов сварки предусматривает такое расположение сварных швов, при котором максимально сокращается необходимость кантовки конструкции при ее изготовлении и обеспечивается сво-боднь1й доступ к местам наложения швов с учетом выбранного способа и технологии сварки. Доступность для выполнения автоматической и полуавтоматической сварки обусловливается габаритом сварочных голо- вок и тракторов и положением швов в пространстве; предельные размеры стенок и полок балок, свариваемых сварочным трактором ТС-17М и сварочной головкой А639, приведены на рис. 5.17:

Чтобы уменьшить сварочные напряжения и деформации, следует стремиться к наименьшему объему сварки в конструкции, применяя швы наименьшей толщины, полученной по расчету или по конструктивным соображениям, необходимо избегать пересечений швов, близкого их расположения друг к другу, образования швами замкнутых контуров и швов, ориентированных поперек направления действующих в стержне растягивающих напряжений.

Сварные стыки балок, колонн н т. п. следует выполнять без накладок, встык, с двусторонней сваркой и полным проплавлением либо односторонней сваркой с подваркой корня шва или на подкладках, с выведением концов шва на технологические планки с последующей их обрезкой и зачисткой. Толщина стыковых швов принимается равной меньшей из толщин стыкуемых элементов. В зависимости от толщины свариваемых элементов катет угловых швов рекомендуется принимать не менее, чем указано в табл. 5.4.

Наибольший катет углового шва в зависимости от толщины соединяемых элементов может быть принят kmht (где t-наименьшая из толщин свариваемых элементов); наибольший катет углового шва вдоль «обушка» уголка также может быть доведен до 1,2/ (где i - толщина полки уголка).

Область аопускаеу.ых размеров 5плок

о 100 200 300 Ш 500 600 700

Н,мм

Рис. 5.17, Размеры двутавровых сечеиий, допускающие сварку трактором ТС-17м и сварочной головкой Л-639

Кромки прокатных профилей имеют закругления, и наибольшую толщину углового шва вдоль этой кромки рекомендуется принимать на 2 мм меньше толщины полок. При ручной сварке за один проход может быть выполнен шов толщиной до 8 мм; более толстые швы (20-25 мм) получают путем многократного проваривания соединяемых элементов стыка. Применение таких швов нежелательно.

Швы различной толщины сваривают током разной силы, поэтому для упрощения сварочных работ в одной отправочной марке желательно иметь не более двух-трех различных толщин швов. Наименьшая длина углового шва из-за большой концентрации напрял1еиий в начале и в конце шва должна быть не менее 4кш или не менее 40 мм.

Наибольшая длина фланговых швов, вводимых в расчет, также ограничена и должна быть не более 85р/гш, так как фактические напряжения по длине шва распределены неравномерно (рис. 5.11) и при длинных швах его крайние участки испытывают перенапряжение, а средние-недонапряжение против расчетного значения. Это ограничение

Таблица 5.4. Минимальные катеты ki„ угловых сварных швов

длины не относится к швам, в которых усилие, воспринимаемое швом, возникает на всем его протяжении, например поясные швы в балках.

Напуск листов в соединениях внахлестку для уменьшения влияния сварочных напряжений должен быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из соединяемых элементов.

В конструкциях из сталей с временным сопротивлением i? < 520 МПа,

воспринимающих статические нагрузки, соотношение катетов фланговых и лобовых швов следует принимать 1 : 1. В конструкциях, работающих на динамические и вибрационные нагрузки, а также в конструкциях так называемого северного исполнения и из сталей с 7?>520 МПа для уменьшения концентрации напряжений рекомендуется принимать пологие угловые швы с соотношением катетов 1 : 1,5, причем больший катет должен быть направлен вдоль усилия. При соединении листов разной толщины или ширины рекомендуется делать односторонний или двусторонний скос кромок с уклоном не более 1 : 5.

§ 6. особенности сварки конструкций из алюминиевых сплавов

Сварные соединения конструкций из алюминиевых сплавов не получили широкого распространения из-за специфических особенностей их сварки. В основном сварные соединения применяются в конструкциях из термически неупрочняемых сплавов АД1М, АМцМ, АМг2М и др.

Наиболее распространенной является электролуговая сварка в среде инертного газа аргона. Аргон, защищая сварочную ванну от соприкосновения с воздухом, предохраняет ее от образования тугоплавких пленок, препятствующих сплавлению металла и затрудняющих сварку алюминиевых конструкций. Сварку можно вести в струе аргона неплавя-щимся вольфрамовым электродом с подачей голой присадочной проволоки. Такой способ применяется при сварке изделий небольших толщин (до 6-10 мм). При сварке изделий больших толщин целесообразен автоматический способ сварки плавящимся электродом. Сварку часто производят с предварительным подогревом изделия или двумя электродами, чтобы компенсировать повышенную теплопроводность алюминия.

Конструктивная форма соединений элементов из алюминиевых сплавов аналогична конструктивной форме соединений стальных конструкций. Однако в конструкциях из термически упрочненных сплавов основной металл в зоне термического влияния сварного шва разупрочняется, что необходимо учитывать при расчете соединений.

Разупрочнение металла при сварке иногда можно уменьшить повторной термообработкой сварного соединения, однако прием этот не всегда применим, дорог, а потому используется редко.

Расчет принимается по СНиП 11-24-74 и несколько отличается от расчета соединений стальных конструкций.

§ 7. примеры расчета сварных соединении

Пример 5.1. Рассчитать сварное соединение стальной полосы встык, выполненное ручной электрической сваркой с визуальным контролем, работающей на растяжение (рис 5 18, о). Размер полосы 300x20 мм, материал полосы ВСтЗпс6-1, /?=230 МПа = = 23 кН/см, растягивающая сила iV=1250 кН, электроды Э42. R = 0,85 R= = 195,5 МПа=19,5 кН/см.

Делаем прямой щов встык, концы шва выводим на планки и проверяем в нем напряжения по формуле (5.1)

а = М/11ш= 1250/2-30 = 20,83 кН/см > R"" 19,5 кН/см

Так как напряжение в шве получилось больше расчетного, то следует применить физический метод контроля или сделать косой шов с уклоном граней 2 : 1, обеспечивающий равнопрочность стыка основному металлу.

Пример 5.2. Рассчитать стык полосы прим 5 1 как комбинированное соединение - прямой стык полосы усилен двумя ромбическими накладками сечением 250X6 мм каждая (рис. 5.18, б).