З'єднання металевих конструкцій

Найпоширенішими є зварні з'єднання (близько 95 % усіх з'єднань), хоча болтові й за­клепкові з'єднання відомі раніше. Винахідником зварювання є вітчизняний вчений М. М. Бернардос. У 1882 р. він запатентував "Спосіб з'єднання і роз'єднання металів дією електричного струму", в якому запропоновано розігрівати метал елект­ричною дугою з використанням неплавких вугіль­них електродів. Метал, потрібний для заповнення об'єму шва, отримували за рахунок присадкового стержня, що плавився в електричній дузі.

Цей процес був удосконалений російським вче­ним М.Г.Слав'яновим, який у 1888 р. запропо­нував спосіб зварювання електродом, що плавить­ся. У 20-х роках минулого століття ідеї зварювання розробляв Д. А. Дульчевський, а з кінця 30-х ро­ків — акад. Є. О. Патон, який запровадив біль­шість із сучасних методів зварювання. Нині спра­ву акад. Є. О. Патона продовжують вчені Укра­їнського інституту електрозварювання, який віді­грає роль провідної науково-дослідної установи світового масштабу.

Широке застосування зварних з'єднань забезпечують такі їхні переваги:

• 
  висока міцність та надійність;
  
• 
  відсутність проміжних деталей та отворів (що спрощує конструкцію);
  
• 
  простота виконання;
  
• 
  економія металу на 10-20% порівняно з бол­товими та заклепковими з'єднаннями (через відсутність ослаблень та проміжних деталей);
  
• 
  високий рівень механізації та автоматизації процесів зварювання.
  

• 
  залишкові деформації та напруження внаслідок нерівномірного нагрівання та вистигання металу;
  
• 
  значні концентрації напружень поблизу та без­посередньо у швах, що зумовлює зниження міцності при повторних і вібраційних навантаженнях;
  
• 
  у навколошовній зоні термічно та механічно зміцнені метали відпускаються;
  
• 
  для виконання зварного з'єднання потрібне спеціальне обладнання.
  

За способом заповнення шва металом та тех­нологічними ознаками розрізняють:

• 
  зварювання електродом, що плавиться;
  
• 
  зварювання неплавким електродом (вугільним чи вольфрамовим із введенням у дугу присад­кового стержня для отримання необхідного об'єму рідкого металу і заповнення шва).
  

З'єднання за допомогою заклепок використовують у металевих конструкціях з 20-х років XIX ст. Болтові з'єднання з'я­вилися практично одночасно з чавунними кон­струкціями (близько середини XVIII ст.). Бага­торічна практика використання таких з'єднань свідчить про їхню високу надійність.

Рис. 4.1- Стикові шви і обробка граней перед зварюванням: а – стикове з'єднання і характер силових ліній; б – без обробки; в, г – односторонні Y- та К-подібні; б, є – двосторонні V- та X - подібні; є – криволінійна обробка

Кутові шви утворюються при наплавленні шва в куті, складеному гранями з'єднуваних еле­ментів. За формою вони близькі до трикутника. Залежно від положення відносно напрямку дії зу­силля кутові шви поділяють на флангові й лобові. Шви, паралельні лінії дії зусилля, називаються фланговими (рис. 4.2, а), а перпендикулярні — ло­бовими (рис. 4.2, б). Кутові шви створюють значні концентрації на­пружень, оскільки при передачі зусилля з одного елемента на другий силові лінії дуже викривлю­ються (рис. 4.2, в). Прорізні шви утворюються при заповненні ме­талом прорізів у з'єднуваних елементах (рис. 4.3). Необхідно зазначити, що виготовлення прорізів дуже трудомістке. Різновидом прорізних швів є електрозаклепки, утворені