14. Работа и расчет сварных соединений с фланговыми швами. Угловыми швами выполняются соединения внахлестку, и они могут быть как фланговыми, так и лобовыми.

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 в области шва  (рис. 5.11, а).

Рис. 5.11. Фланговые швы

а- распределение   напряжений   у   фланговых   швов;   б — разрушение   шва

Неравномерность работы шва по длине заставляет ограничивать расчетную длину шва на величину не менее 4kш, или 40 мм и не более 85

Таким образом фланговый шов, сильно меняющий силовой поток, вызывает значительную неравномерность распределения напряжений в соединении. В соответствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва обычно начинается с конца и может происходить как по металлу шва, так и по основному металлу на границе его сплавления с металлом шва, особен­но если наплавленный металл прочнее основного. Лобовые швы передают усилия равномерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Работа лобового шва

а - траектории   силовых   линий;

 б  - кон­центрация  напряжений.

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 накладки, увеличением пологости шва (например, шов с соотношением катетов 1 : 1,5), применением вогнутого шва и увеличением глубины проплавления (рис. 5.13).

Рис.    5.13.    Мероприятия    по уменьшению концентрации   напряжений   у   швов

а — плавный подход листа; б — обработ­ка и обрез конца листа; в — острожка на­кладок;   г — обработка     поверхности   шва

Эти приемы уменьшения концентрации напряжений в соединении особенно желательно применять в конструкциях, работающих на пере­менные нагрузки и при низкой температуре. Разрушение лобовых швов от совместного действия осевых, изгибных и срезывающих напряжений, возникающих при работе соединения, происходит аналогично фланговым швам по двум сечениям. Ввиду сложности действительной работы угловых   швов   расчет   их носит условный характер и хорошо подтвержден экспериментальными данными. Они рассчитываются независимо от ориентации шва по отно­шению к действующему усилию (фланговые и лобовые); усилие прини­мается равномерно распределенным вдоль шва и рассматривается воз­можность разрушения шва от условного среза по одному из двух сече­ний (рис. 5.14, а).

Рис. 5.14а — расчетная   высота  шва;   1 — по   шву;   2 — по  границе   сплавления;  

По металлу шва (сечение /, рис. 5.14, а)

По основному металлу по границе   его сплавления с металлом   шва (сечение 2, рис. 5.14, а)

где kш— катет шва; (kш и (kc — коэффициенты глубины проплавления шва, принимае­мые в зависимости от вида сварки и положения шва для сталей с пределом текучести

Часто удобнее определять необходимую длину швов, задаваясь их толщиной kш:

Где ( – меньшее значение

Рис. 5.14  б — фланговые   швы;   в— ло­бовые  швы;

При действии силы на «фасонку»,

прикрепленную двумя угловыми швами к элементу (рис. 5.14,г), на швы будут действовать сдвигающая сила и изгибающий момент. Напряжения от силы сдвига и момента, действующие на одну площадку, но в перпендикулярных направлениях должны геометрически суммироваться.

По металлу шва

По металлу границы сплавления

Рис. 5.14 г — угловые  швы,  работающие  на  срез  и   изгиб.   

При прикреплении угловыми швами несимметричных профилей, на­пример уголков (рис. 5 15), желательно, чтобы линия действия усилии проходила через центр тяжести соединения, т. е. площади швов должны быть распределены обратно пропорционально  расстояниям   от шва  до оси элемента.

Рис. 5 15 а — длины   швов;   б — равнополочные  уголки;   в,  г — неравнополочиые   уголки

Таким образом, при общей требуемой площади швов

Площадь большего шва на «обушке» уголка

Площадь меньшего шва на «пере» уголка

При равных толщинах швов по «перу» и «обушку» уголка соотноше­ние площадей отвечает соотношению длин швов. Для равнополочных уголков (рис. 5.15,б)

 для неравнополочных (рис. 5.15,6, г) —соответственно

     .