ГЛАВА 4.
З'ЄДНАННЯ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ
4.1. Загальні відомості
У будівництві використовують такі основні види з'єднань: за допомогою зварювання, болтові, на заклепках.
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.
Водночас зварні з'єднання мають певні недоліки:
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.
У будівництві найбільше використовують електродугове зварювання. За рівнем механізації та автоматизації процесів розрізняють такі його види: ручне, напівавтоматичне (автоматизована подача зварювальних матеріалів і ручне переміщення дуги вздовж шва) та автоматизоване зварювання (всі операції автоматизовано).
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).
Розплавлений метал ізолюється від дії атмосферного повітря шаром шлаку, флюсу чи струменем захисного газу.
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.
Болти широко використовують під час монтажу конструкцій, що зумовлено простотою їх встановлення. Вони не потребують спеціалізованого обладнання. Відсутність термічної дії дає змогу уникнути залишкових напружень та деформацій. Отвори під болти чи заклепки є відносно невеликими концентраторами напружень. Цим забезпечується необхідна надійність конструкцій при несприятливому характері навантажень. Тому при інтенсивних динамічних, вібраційних та повторних навантаженнях доцільно використовувати заклепкові й болтові з'єднання.
4.2. Зварні з’єднання
4.2.1. Класифікація та характеристика зварних швів
За конструктивними ознаками розрізняють стикові, кутові й прорізні шви.
Стиковими швами з'єднують елементи, розміщені в одній площині (рис. 4.1, а). Ці шви найраціональніші, бо створюють найменші концентрації напружень. Їхнім недоліком є необхідність додаткової обробки граней з'єднуваних елементів значної товщини для забезпечення повного провару (рис. 4.1, в—є). Чим більша товщина елементів, які підлягають з'єднанню, тим складніший вид обробки використовують і більший кут зрізання граней. Загалом рекомендовані кути найчастіше перебувають у межах .
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
|
Поділіться з Вашими друзьями: |