Неразъемные соединения

Слабыми участками в сварных соединениях могут быть швы, зоны термического влияния и оплавления. Протяженность этих зон и свойства металла в них зависят от соединяемых материалов и режима сварки. Из-за неоднородности механических свойств указанных зон снижаются прочность и пластичность самих соединений.

При конструировании сварных соединений необходимо обеспечить равнопрочность шва с основным металлом при заданных нагрузках. При расчете сварного соединения за основное допускаемое напряжение принимают допускаемое напряжение при растяжении [σр]. При других видах нагружения допускаемые напряжения определяют в зависимости от основного.

Например, допускаемое напряжение при сжатии очень часто принимают равным допускаемому напряжению при растяжении: [σсж] = [σр], а допускаемые напряжения при срезе [т'] обычно выбирают в пределах 0,5...0,65 [σр]. Меньшее значение берут при точечной сварке. Наибольшей прочностью при переменных нагрузках обладают стыковые соединения с прямыми и косыми швами. Нахлесточные соединения получаются менее прочными из-за концентрации напряжений как в самих швах, так и в основном металле вблизи швов вследствие неравномерности распределения усилий. Для повышения прочности сварных соединений часто применяют дополнительную механическую или термическую обработку изделий, что позволяет значительно снизить остаточные напряжения.

В стыковых соединениях швы рассчитывают по формуле.

,
где σ — расчетное напряжение в сварном шве; F — нагрузка на шов; l — длина шва; δ — расчетная толщина шва, равная наименьшей толщине свариваемых деталей; [σ] — допускаемое напряжение на растяжение в сварном шве. В нахлесточных соединениях для расчета лобовых и фланговых швов (рис. 1.28, а) пользуются формулой
где т — расчетное касательное напряжение; h — расчетная высота шва, h ≈ 0,7 δ; l — суммарная длина шва (на рис. 1.28,6—2/); [т'] — допускаемое напряжение на срез в сварном шве. Для комбинированного шва (рис. 1.28, б) l = lа + 2lфл. Расчет тавровых соединений производят по тем же формулам. Так как угловые соединения обычно передают малые нагрузки, то швы этих соединений на прочность не рассчитывают. При расчете на прочность соединений, выполняемых с помощью контактной точечной сварки, учитывают диаметр сварной точки, число сварных точек, число плоскостей среза.

Сварка пластмасс имеет целый ряд особенностей. Процесс сварки происходит в узком диапазоне температур, ограниченном температурой размягчения и температурой разрушения пластмасс. Поэтому жидкой ванны при сварке не образуется. Сваркой соединяют в основном детали, изготовленные из термопластических материалов. Сварка позволяет получить прочные и плотные швы. Прочность сварных швов во многих случаях не уступает прочности основного материала. Сварка пластмасс может быть ультразвуковой, индукционной, выполнена нагретым газом, нагретым инструментом и трением. Сварку нагретым газом осуществляют с помощью горелки, в которой сжатый воздух (азот, аргон) нагревается до определенной температуры и подается в зону сварки. Этот вид сварки чаще всего производят с присадочным материалом (пруток из того же материала, что и свариваемые детали). Сварка нагретым инструментом заключается в том, что соединение деталей осуществляют путем нагрева свариваемых поверхностей специальным инструментом (типа электрического паяльника) с последующим давлением. Эта сварка позволяет соединять самые различные термопласты всевозможных конфигураций. Ультразвуковая сварка производится на специальных машинах, создающих ультразвуковые механические колебания, которые передаются к месту сварки. Сварка осуществляется теплотой, выделяющейся в зоне контакта свариваемых деталей. Преимуществом этого вида сварки является концентрация нагрева только в зоне контакта, что обеспечивает наименьшие изменения свойств материала. Индукционная сварка получается в результате нагрева деталей большими токами высокой частоты. Для различных пластмасс напряженность электрического поля между электродами можно изменять от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт на сантиметр. Для локализации нагрева применяют электроды различной формы. Установлено, что чем толще свариваемый материал, тем легче он сваривается. Поэтому индукционную сварку используют для соединения деталей, имеющих толщину более 0,1 мм. Сварку трением пластмасс выполняют аналогично сварке трением металлов. При этом получается хорошая однородность сварного шва, что обеспечивает высокую прочность соединения (80...90 % от прочности основного материала).