Достоинства и недостатки сварных металлических конструкций

В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создается между электродом и соплом, а поток плазмы выдувает плазменную струю.

Плазменная дуга может быть использована:

при сварке тонколистового материала толщиной менее 1 мм, включая тугоплавкие металлы;

при сварке металлов с неметаллами;

для наплавки и нанесения покрытий путем расплавления электронной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки;для пайки;

разделительной резки и поверхностной обработки различных металлов.

Лазерная сварка -- процесс, при котором свариваемые материалы нагреваются до температуры плавления с помощью сфокусированного лазерного излучения.

Лазерное излучение -- электромагнитное излучение в основном оптического диапазона, создаваемое лазером. От излучения других источников света отличается высокой когерентностью, малой угловой расходимостью, высокой яркостью. Такие свойства излучения дают возможность получить в фокусе линзы высокую плотностью энергии порядка 108 Вт/см2.

Для целей сварки используются твердотельные лазеры, работающие на алюмоиттриевом гранате, активированном Nd, работающие как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Длина волны излучения этих лазеров составляет 1,06мкм, что позволяет для фокусировки использовать обычную стеклянную оптику. Мощность излучения этих лазеров доходит до 1кВт.

9. Особенности сварных соединений, полученных при сварке пластмасс

Каждый из видов сварки пластмасс имеет свои преимущества и недостатки, и в зависимости от физико-механических свойств материала, вида и назначения изделия, серийности выпуска и т. д. предпочтение может быть отдано тому или иному из перечисленных видов сварки. Например, сварка нагретым газом и нагретым инструментом являются наиболее простыми и экономичными способами, характеризующимися достаточно высокими прочностными характеристиками соединения. В последние годы эти виды сварки получили очень широкое распространение для сварки пластмассовых трубопроводов. Однако значительная зона разогрева препятствует применению этих способов для консервации легковоспламеняющихся веществ, пищевых продуктов и лекарственных препаратов, портящихся при повышенных температурах. Вследствие загрязнения поверхностей свариваемых изделий значительно уменьшается прочность сварных соединений в этих случаях.

Высокочастотная сварка отличается высокой производительностью, но она неприменима для некоторых типов пластмасс (полиэтилена, полипропилена и т. д.). При сварке токами высокой частоты емкостей из поливинилхлорида, наполненных жидкостями, может происходить электрический пробой, приводящий к разрушению изделия.

Сварку расплавом целесообразно применять для получения швов большой протяженности при соединении материалов достаточно большой толщины и не всегда целесообразно для соединения пленочных материалов.

Ультразвуковая сварка может заменить механические методы соединения и склеивания целой группы полимеров, например полистирола, лавсана и капрона. Она широко применяется при изготовлении изделий пищевой и легкой промышленности, парфюмерии, радиоэлектроники и электротехники, товаров широкого потребления из пластмасс.

Для повышения производительности процесса и прочности сварного соединения применяют беспрутковый метод сварки пластмассовых листов. Он состоит в том, что свариваемые листы срезают по кромкам под углом 20° и складывают внахлестку. Затем листы нагревают до температуры 250--300 °С воздухом, подогреваемым в электрической горелке, и сжимают валиками, облицованными слоем резины. Струю воздуха направляют непрерывно на срезанные кромки листов и горелку перемещают впереди валиков вдоль свариваемых кромок. Скорость сварки для винипласта толщиной 3--12 мм составляет 120--200 м/ч. Листы равномерно нагреваются до температуры 60--70 °С на ширине 300--400 мм. Прочность сварного соединения при этом достигает 80--90% прочности основного материала, а производительность в 10--15 раз выше, чем при прутковом способе. Ударная вязкость, материала после сварки почти не снижается.

При сварке полиэтилена, полихлорвинила (так называемых мягких термопластов) пруток для повышения прочности соединения прикатывают специальным роликом. Качество сварки термопластов контролируют наружным осмотром. Полученный шов должен быть плотным, без разрывов и трещин. Плотность швов можно испытывать водой, сжатым воздухом или керосином. Для контроля качества швов используют также электролитный и электроискровой дефектоскопы.

Причины вызывающие концентрацию напряжения в сварных соединениях. Как распределяются напряжения в стыковых сварных соединениях?

Причины появления концентраций напряжений в стыковых сварных соединениях,

1. Технологические дефекты - газовые пузыри, шлаковые включения, трещины и непровары. Возле этих дефектов силовые линии искривляются, и образуется концентрация напряжений. Коэффициент концентрации возле этих дефектов значителен, но при небольшом числе и малых размерах дефектов прочность сварного соединения остается удовлетворительной.

2. Механическая неоднородность сварных соединений.

Одним из источников возникновения концентрации напряжений в сварных швах является механическая неоднородность сварных швов. Сварное соединение в поперечном сечении имеет несколько участков, различных по механическим свойствам .

В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверхностями не имеющими внутренних дефектов, напряжение распределяется равномерно по поперечному сечению. Когда поверхность шва не обработана и имеет выпуклую форму, распределение напряжений по сечению шва принимает сложную форму.

Наиболее значительная концентрация напряжений наблюдается в местах перехода от шва к основному металлу, располагаясь у выступов швов. Это наиболее опасные участки сварного соединения

Распределение напряжения в нахлесточных и тавровых соединениях; меры, применяемые для снижения их концентрации.

Изучение распределения напряжений в лобовых швах производилось теоретически -- на основе положений теории упругости и пластичности н экспериментально -- на моделях с применением поляризованного света, лаковых покрытий, тензомеїрирования. В последнее время развивается метод численного моделирования на ЭВМ, который позволяет получить наиболее полную информацию о напряженно-деформированном состоянии металла шва и в отличие от других расчетных методов достаточно хорошо согласуется с данными экспериментов. Эксперимент и последующий расчет подтвердили наличие значительной концентрации в лобовых швах и большое влияние на распределение напряжений конфигурации поперечного сечения шва: глубины проплавления, угла при вершние и формы свободной поверхности шва. Концентрация напряжений заметно снижается при увеличении глубины проплавлення, увеличении угла и введении плавных переходов от шва к поверхности соединяемых деталей.

В нахлесточных соединениях с двумя лобовыми швами усилия между ними распределяютсяравномерно, в случае если элементы имеют равные толщины.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Пользоваться сборочно-сварочными приспособлениями и кондукторами.

Правильно соблюдать тепловой режим при сварке.

Применять предварительный и сопутствующий подогрев.

Применять искусственное охлаждение в процессе сварки.

Соблюдать правила заполнения швов по длине и сечению

Соблюдать правильную последовательность наложения швов.

Стремиться к равномерному распределению тепла по поверхности свариваемых листов.

Чтобы уменьшить коробление листов, при сварке стыковых швов применяют временные ребра из уголков для тонких листов (до 6мм) или из прямоугольных планок со скобами для более толстых листов. Для тавровых соединений применяют временные распорки из уголка.

Проковывать в случае необходимости каждый слой многопроходного шва ударами пневмозубила с закруглённым бойком. Первый и последний слой проковке не подвергаются.

Не допускать завышения заданных чертежом размеров швов.

Строжку корня шва производить на минимальную глубину с минимально возможной шириной канавки.

В первую очередь сваривать короткие швы, а затем длинные. Сначала стыковые, а потом угловые.

10. Причины возникновения сварочных деформаций и напряжений, их влияние на прочность сварных конструкций

Сварочные деформации и напряжения являются следствием многих причин. Они значительно снижают механическую прочность сварной конструкции. Основными причинами возникновения сварочных деформаций и напряжений являются неравномерное нагревание и охлаждение изделия, литейная усадка наплавленного металла и структурные превращения в металле шва.

Неравномерное нагревание и охлаждение вызывают тепловые напряжения и деформации. При сварке происходит местный нагрев небольшого объема металла, который, расширяясь, воздействует на близлежащие менее нагретые слои металла. Напряжения, возникающие при этом, зависят главным образом от температуры нагрева, коэффициента линейного расширения и теплопроводности свариваемого металла. Чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем большие тепловые напряжения и деформации развиваются в свариваемом шве.

Как производится выбор расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений сварных соединений?

Расчетные сопротивления сварных соединений для различных видов соединений и напряженных состояний следует определять по формулам, приведенным в табл. 3 СНиП II-23-81.

Расчетные сопротивления сварных соединений, определенные по формулам, которые приведены в главе СНиП II-23-81 , обеспечиваются при соблюдении следующих условий:

сварочные материалы для расчетных угловых швов применяются в соответствии с табл. 2 прил. 1 с учетом условий эксплуатации конструкций,. Расчетные сопротивления стыковых соединений , выполняемых всеми видами дуговой сварки, принимаются равными расчетным сопротивлениям стального проката при условии физического контроля качества швов в растянутых элементах и соблюдении требований п. 13.42 главы СНиП II-23-81 об обеспечении полного провара соединяемых элементов путем двухсторонней сварки, односторонней с подваркой корня шва или односторонней сварки на подкладке.

В случаях, когда в стыковых соединениях невозможно обеспечить полный провар элементов, рекомендуется принимать Rwy =0,7 R у .

Несущая способность сварных соединений с угловыми швами зависит от ориентации шва относительно направления усилия, действующего на соединение. Однако учет этой зависимости существенно усложняет расчет соединения, в связи с чем расчетные сопротивления соед и нений с угловыми швами в главе СНиП II-23-81 приняты для наименее благоприятной ориентации (флангового шва) и независимыми от величины угла между продольной осью шва и направлением силового вектора, действующего на него.

Особенности расчета сварных стыковых ( прямых и косых) швов на прочность при действии осевой нагрузки.

Хорошо сваренные встык соединения имеют весьма небольшую концентрацию напряжений у начала наплава шва, поэтому прочность таких соединений при растяжении или сжатии в первую очередь зависит от прочностных характеристик основного металла и металла шва.

Стыковые швы работают на растяжение или сжатие.

В стыковом шве при действии на него центрально-приложенной силы N распределение напряжений по длине шва принимается равномерным, рабочая толщина шва принимается равной меньшей из толщин соединяемых элементов

Стыковые швы могут быть прямыми и косыми.

Особенности расчета сварных стыковых соединений при одновременном действии изгибающего момента и поперечной силы; совместном действии изгибающего момента и продольной силы?

При расчете сварных соединений необходимо учитывать вид соединения, способ сварки (автоматическая, полуавтоматическая, ручная) и сварочные материалы, соответствующие основному материалу конструкции.

Расчет стыковых сварных соединений при действии осевой силы , проходящей через центр тяжести соединения, выполняют по формуле

.

где - наименьшая из толщин соединяемых элементов; - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на , или полной его длине, если концы шва выведены за пределы стыка (например, на технологические планки, см. рис.4.4,б); - расчетное сопротивление стыковых сварных соединений по пределу текучести (см.СНиП II-23-81*, прил.5); - коэффициент условия работы.

Особенности расчета на прочность нахлесточных соединений при действии осевой нагрузки?

Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис.11, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали.

Проверочный расчет прочности шва на растяжение.Условие прочности:

,

где , -- расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F -- нагрузка, действующая на шов; д -- толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); lш -- длина шва.

Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва.

Исходя из основного условия прочности (1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле

Расчет угловых швов нахлесточных соединений.

При действии осевой растягивающей (или сжимающей) силы считают, что срез угловых швов происходит по сечению I-I (рис. 12), проходящему через биссектрису прямого угла.

Рис. 12. К расчету соединения внахлестку. Лобовой шов

Опасным напряжением считают касательное напряжение и расчет ведут на срез (напряжениями изгиба пренебрегают). Для нормальных угловых швов длина биссектрисы

,

где h -- длина биссектрисы (высота шва в опасном сечении); К -- катет шва (принимается не менее 3 мм).

Проверочный расчет. Условие прочности одностороннего лобового шва на срез:

,

где , -- расчетное и допускаемое напряжения среза для шва (см. табл.1); lш -- длина шва; F -- нагрузка, действующая на шов.

Проектировочный расчет. Длину одностороннего лобового углового шва (см. рис. 12) при осевом нагружении определяют по формуле

;

длина двустороннего лобового углового шва

.

Основные конструктивные требования, предъявляемые к стыковым, нахлесточным, угловым и тавровым соединениям

Размещено на Allbest.ru