0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прочность сварного шва на разрыв

Методика расчета сварных соединений

Расчет прочности швов соединений, нагружаемых осевыми силами

L — общая длина рассчитываемого шва;

δ— толщина соединяемых деталей;

k — катет углового шва;

d, i — диаметр пробок и их количество в пробочном соединении;

а — ширина шва при роликовой сварке.

Сварной шов при соединении встык (рис. 1) работает на растяжение и сжатие, причем все виды подготовок кромок принимаются эквивалентными.

рис.1 Стыковые швы; а — прямой; б — косой

Условие прочности шва (формула 1)

рис. 2 Соединения внахлестку валиковыми швами: а — лобовыми; б — фланговыми; г — сечение углового (валикового) шва

Угловые швы (рис. 2) рассчитывают на срез по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла; расчетная высота шва h = k cos 45°

При несимметричном расположении швов относительно линии действия силы Р (рис. 3) усилия, возникающие в них, находятся из уравнений статики:

Сварные швы при соединении втавр рассчитываются различно в зависимости от типа швов (рис. 4)

по рис. 4, типы б, в

Пробочные соединения (рис. 5, а) рассчитывают на срез по формуле

При соединении деталей точечной сваркой сварной шов работает на срез, тогда

или на отрыв, тогда

Шов, получаемый роликовой сваркой, рассчитывается на срез:

Расчет прочности швов, нагруженных перпендикулярно стыку свариваемых деталей

рис. 6 Соединение нагружено силой и моментом (швы стыковые)

Расчет прочности шва соединения, нагруженного силами и моментом (рис. 6), ведется по нормальным напряжениям (влиянием поперечной силы, как и при расчете балок на изгиб, пренебрегают):

Здесь We = δh 2 /6 — момент сопротивления сварного шва; Fe = δh — площадь сечения шва

рис. 7 Соединение нагружено силой и моментом (швы угловые)

В случае выполнения соединения угловыми швами (рис. 7) расчет ведут по условной методике, геометрически суммируя
напряжения от изгиба и растяжения с напряжениями, соответствующими поперечной силе:

Величина τQ учитывается лишь в случаях, когда поперечная сила сравнительно велика, а плечо внешнего момента небольшое; в формуле учтены

Wc = 2×0,7kh 2 /6 — момент сопротивления биссекторного сечения швов; Fc = 2×0,7kh — площадь сечения швов

Расчет прочности швов, нагруженных в плоскости стыка свариваемых деталей

рис. 8 Швы нагружены в плоскости стыка свариваемых деталей

Угловые швы соединения рассчитывают обычно по одной из двух условных методик: по способу полярного момента инерции или по способу осевого момента инерции. В первом случае касательное напряжение от действия момента

где М — расчетный момент; rmax — расстояние от центра тяжести швов до наиболее удаленной точки шва; Ipc — полярный момент инерции швов

Касательное напряжение тм в любой точке считается направленным перпендикулярно к радиус-вектору, соединяющему эту точку с центром тяжести периметра швов. Моменты инерции вычисляются для биссекторного сечения швов.
По второму способу

где ymax — расстояние от оси элемента до наиболее удаленной точки шва;
Напряжение от растяжения (или сжатия)

где, Fe = 0,7 kL — общая площадь швов

При учете влияния поперечной силы соответствующее напряжение вычисляется лишь для вертикального шва, т. е.

Суммарные касательные напряжения в опасной точке шва находятся геометрическим сложением.
Расчет швов точечного соединения (рис. 9) проводится по одному из двух вышеперечисленных способов.

Усилие в наиболее нагруженной точке от внешнего момента
или

геометрически суммируется с усилием, равным

обусловленным действие силы Р, т.е.

Условием прочности служит выражение

При расчете швов на переменную нагрузку вводят коэффициент у снижения допускаемого напряжения:
а) для стыковых швов при нагрузке, переменной по величине, γ = 1; при нагрузке, меняющейся по величине и по направлению

б) для угловых швов при нагрузке, как переменной по величине, так и переменной по величине и направлению

Pmin и Pmax — наименьшее и наибольшее по абсолютной величине усилия, которые следует подставлять в формулы со своими знаками

Допускаемые напряжения при расчете сварных швов

* [σ]р — допускаемое напряжение для основного металла на растяжение

расчет сварных швов на прочность

РАСЧЕТ Сварных швов

Расчет сварных швов на прочность. Общие данные.

Рис 1 — сварной шов

Таблица 1 — расчетное сопротивление сварных соединений (согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции», табл.4)

Таблица 2 — определение временного сопротивления разрыва шва (согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»)

Согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции», таблица 4 получается: сварные швы «с угловыми швами», характеристика расчетного сопротивления шва — по металлу шва и по металлу границы сплавления; срез условный; Rwf = 0,55*Rwun / Ywm = 0,55*410 / 1,25 = 180,4МПа * Yc = 180,4 * 1,1 (Yс — коэффициент условия работы элементов и соединений стальных конструкций, табличные данные) =198,44 МПа — по металлу шва.

Rwz=0,45*Run = 0,45 * 360 = 162 МПа * 1,1 = 178,2 МПа — по границе сплавления металла.

Для расчета берем наименьшее значение — 178,2 МПа.

Значения коэффициентов надежности по металлу шва Ywm следует принимать:

Ywm = 1,25 — при Rwun ≤ 490 Н/мм2 (4900 кг/см2)

Ywm = 1,35 — при Rwun ≥ 590 Н/мм2 (5900 кг/см2)

Таблица 3 — коэффициенты условий работы Yс

Берем пункт 6, элементы конструкций из стали с пределом текучести до 440МПа, несущие статическую нагрузку, при расчете на прочность по сечению, ослабленному отверстиями для болтов (кроме фрикционных соединений) — Yс=1,10

Таблица 4 — расчетное сопротивление для стали

Разрушение углового сварного шва может произойти в двух плоскостях: по металлу шва, по границе сплавления, следовательно расчет угловых швов производится для этих двух сечений.

Много интересного в книге «Примеры расчета металлических конструкций» автор А.П.Мандриков, смотри ссылку.

Рис 2 — сечение угловых швов, А.П. Мандриков

На рисунке показано сечение по границе сплавления, по металлу, катет шва Kf, безразмерный коэффициент Bz, Bf

Рис 3 — срез и изгиб углового шва

Тавровое сварное соединение рассматриваем как угловой шов.

При действии на угловые швы изгиба и среза, смотри рисунок 3, суммарные напряжения проверяют по формуле (Мандриков А.П.):

Gf= (τwf ^2 + Gwf ^2)^0,5 ≤ Rwf *Ywf*Yc — по металлу шва

Gz = (τwz ^2 + Gwz ^2)^0,5 ≤ Rwz *Ywz*Yc — по металлу границы сплавления

где τwf = N / (Bf*Rf) * ∑Lw;

τwz = N / (Bz*Rf) * ∑Lw;

Gwf = M / Ww = 3*N*L / (Bf*Rf) * Lw^2;

Gwz = M / Ww = 3*N*L / (Bz*Rf) * Lw^2

Катет шва Rf должен быть не менее 4мм. и не более 1,2 меньшей из толщин свариваемых элементов. Расчетная длина шва — не менее 4*Rf, но не менее 40мм.

Рассмотрим пример, согласно рисунка 3, относ составляет Lотнос = 150мм.

Нагрузка N = 500 кг. = 5000 Н.

Длина шва Lшва = Lодного шва — 2*t (толщина наименьшей из свариваемых деталей) =

= 100 — 2*6 = 88мм. Суммарная длина шва = 88 * 2 (количество швов) = 176 мм.

τwf = N / (Bf*Rf) * ∑Lw = 5000 Н / (0,7*6 мм) * 176 мм. = 6,76 Н/мм2;

τwz = N / (Bz*Rf) * ∑Lw = 5000 Н / (1,0*6 мм.) * 176 мм. = 4,73 Н/мм2;

Gwf = M / Ww = 3*N*L / (Bf*Rf) * Lw^2 = 3 * 5000 Н * 150 мм. / (0,7 * 6) * 176мм.^2 =

2250000 Н*мм. / 130099,2 мм3 = 17,29 Н*мм2;

Gwz = M / Ww = 3*N*L / (Bz*Rf) * Lw^2 = 3 * 5000 Н * 150 мм. / (1,0 * 6) * 176мм.^2 =

2250000 Н*мм. / 185856 мм3 = 12,11 Н*мм2;

Gf = (τwf ^2 + Gwf ^2)^0,5 = (6,76^2 + 17,29^2)^0,5 = 18,56 Н/мм2 наверх

Расчет прочности сварного шва

Как изначально сделать расчет сварного шва и какие факторы при этом учитывать? По всем этим пунктам постараемся разобраться в нашем материале.

Качество любого сварного соединения обеспечивает прочность шва. Особенно этот вопрос актуален для ответственных и несущих конструкций. Но как изначально сделать расчет сварного шва, насколько важно сделать предварительное планирование и какие факторы при этом учитывать? По всем этим пунктам постараемся разобраться в нашем материале.

Определение качества сварного соединения

Насколько правильно и качественно выполнен шов, можно определить даже простым внешним осмотром. При этом учитываются следующие характеристики и параметры:

  • Сварное соединение отличного качества выглядит ровным, слегка выпуклым, с волнообразной поверхностью.
  • Шов не должен иметь никаких видимых дефектов: впадин, раковин, пористости. А тем более — непроваренных участков или, наоборот, прожженных отверстий.
  • Зона, окружающая сварочные стыки, должна быть без трещин и впадин. Весь металл обязан иметь равномерную и одинаковую структуру.

Но это только внешние данные. Сварочный процесс сопровождается и химическими изменениями, которые происходят в структуре металла. Чтобы проверить в таком ракурсе качество изделия, проводят тесты на различные нагрузки, а также расчеты параметров сварного соединения.

Что влияет на прочность соединения

  • Качество самого материала, используемого для сборки изделия. Шов может быть правильно выполненным, а вот окружающий металл не всегда отвечает требуемым характеристиками.
  • Расходные материалы, используемые при сварочных работах, также важны, как и соблюдение остальных требований. Электроды или присадки плохого качества не сформируют правильное соединение с достаточными прочностными параметрами (изменения в структуре самого металла: хрупкость, ломкость и прочие.).
  • Оборудование, которое используют для сварки, должно отвечать требуемой технологии (например, аргонодуговая сварка) и мощности.
  • Режимы сварки (полярность, сила тока) определяют качество провара и надежность соединения деталей.
  • Подготовка самых заготовок для сварки не менее важна. Даже форма кромок на стыках повлияет на форму и качество шва.

Все эти факторы учитываются и берутся в расчет при планировании работ, особенно с важными и ответственными конструкциями.

Определение прочности шва

  1. Физические.
  2. Химические.
  3. Механические.

Физические способы контроля качества

При проверке на качество сварные соединения проверяют с использованием различных физических методов.

Электромагнитный способ с использованием такого явления, как магнитное рассеивание. При этом поверхность должна быть покрыта порошком из железа или окалины, которые реагируют на магнитные поля. В случае наличия дефектов образуются скопления из опилок.

Радиационный и ультразвуковой способы. Этот метод также используют на производстве для обнаружения полостей в теле шва. Без специального оборудования провести такую проверку невозможно. Радиационный способ подразумевает использование рентгеновского излучения, а ультразвуковой связан с прохождением и отражением звуковых волн.

Если есть дефекты, то, при прохождении рентгеновского излучения через деталь, на пленке они будут более затемненными.

Физические способы проверки помогают выявить нарушения в структуре шва и найти местонахождение различных полостей и раковин.

Химические способы проверки

Насколько тщательно проварено соединение, можно проверить, используя раствор мела и керосина. На одну сторону наносят смешанный с водой мел. Когда он высохнет, обратную сторону шва хорошо смачивают керосином. В силу своей текучести он протечет сквозь трещины в соединении и на меле появятся его следы.

Также используют другой способ с применением индикаторов и аммиака. На одну сторону шва укладывают лист бумаги, смоченный в растворе индикатора, а другая обрабатывается смесью аммиака (газа) и воздуха. Если есть дефекты, то реагент оставит следы на индикаторе.

Механические способы проверки

Герметичность изделия и его соединений можно проверять давлением.

Например, на сварной крепеж нанести мыльный раствор, после чего его подвергают воздушному давлению. Образование пузырей покажет наличие дефектов и их местонахождение в швах.

Также осуществляется проверка герметичности гидравлическим способом. Когда изделие заполняют водой и подают сильное давление. Если образовалась течь, то сварные швы имеют брак в выполнении.

Большинство таких методов проверки невозможно провести в бытовых условиях, так как они требуют оборудования, доступного только при промышленном производстве.

Расчеты прочности соединений

Для угловых и стыковых соединений есть свои параметры, определяющие их качество и прочность.

В стыковых сварных швах — это номинальное сечение проваренной зоны без наплывов расплавленного металла.

Основные прочностные параметры углового соединения определяет катет.

Лучшим способом проверить в домашней мастерской качество наложенного углового сварного шва будет использование универсального шаблона сварщика.

Насколько качественный шов в домашних условиях можно определить и внешним осмотром. Например, если соединение по форме слишком плоское и расплывчатое, это может означать о плохой проварке металла. Большие выпуклости означают, что во время сваривания шов попросту «всплыл» на поверхность и не соединил детали.

Таким же образом можно понять, насколько качественным сделано угловое соединение. Плоские и широкие катеты (стороны треугольника) означают непровар тела деталей. Выпуклые швы говорят о всплытии шва на поверхность.

Расчеты сварного шва на угловых стыках можно сделать с помощью формулы Т=S×cos45°. Косинус 45 равняется значению 0,7. А S — это ширина шва. Умножив эти данные, получаем значение катета углового соединения.

Проводя расчет сварных соединений в домашней мастерской, можно исходить из значения, что катет и номинальное сечение не должны превышать толщину свариваемых деталей более чем на 1-1,5 миллиметра. Если шов получился большим или меньшим, то такое крепление может быть недостаточно качественным. Но такой способ можно применять, если изготавливаются неответственные конструкции.

А что вы можете добавить к материалу этой статьи? Если у Вас есть опыт в проверке и расчетах сварных швов, то поделитесь им в блоке комментариев.

Расчет на прочность сварного шва

Содержание:

  1. От чего зависит прочность сварочного стыка
  2. Как рассчитать на прочность сварочные швы
  3. Интересное видео

Прочность сварных соединений — это возможность в определенных условиях выдерживать нагрузки, не разрушаясь от силовых воздействий. Нагрузки при этом учитываются не только рабочие, но и предельные.

Рабочие состоят из внешних нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации от собственного веса и образующихся при сваривании напряжений. К предельным относят те, которые образуются при текучести в основном сечении и в при этом возникают максимально допустимые деформации и повреждения. Чтобы стыки были надежными и качественными, то перед процессом сваривания необходимо выполнить расчет на прочность сварного шва.

От чего зависит прочность сварочного стыка

Чтобы правильно вычислить прочность сварного шва, необходимо знать какие факторы влияют на прочностные характеристики. Главное условие для создания прочных соединений — соблюдение сварочной технологии.

Но есть также ряд других факторов, от которых зависит насколько качественным будут стыки:

  • качество используемых материалов. Коэффициент прочности сварного шва напрямую зависит от того, насколько правильно подобран окружающий металл и какими характеристиками он обладает;
  • расходные материалы. Неверно подобранные присадки или электроды не способны сформировать надежное соединение;
  • сварочное оборудование должно отвечать требуемой мощности и технологии сварки;
  • надежность и качество провара зависит от режима сварки, в частности от силы тока и полярности;
  • качество заготовок. На кромочных стыках не должно быть никаких изъянов и вкраплений, поскольку это нарушает форму и прочность шва.
Читать еще:  Виды испытаний сварных соединений

Каждый из этих параметров должен учитываться при планировании сварочных работ и от каждого из них зависит насколько точно будет произведен расчет на прочность сварных соединений.

Как рассчитать на прочность сварочные швы

В зависимости от того, как размещены при сваривании соединяющие элементы, выделяют разные типы швов: угловые, стыковые, тавровые, нахлесточные. На фото ниже можно посмотреть разные способы соединения между собой свариваемых деталей.

Для каждого вида соединений расчет сварных швов на прочность проводится индивидуально и с учетом разных параметров. Прочностные значения стыковых швов определяются по номинальному сечению проваренного участка, на котором отсутствуют наплывы. Для угловых соединений прочностные показатели определяет катет.

В любом случае прежде чем осуществлять расчет прочности сварного шва, необходимо вычислить площадь его поперечного сечения. Установить сечение можно при умножении длины и толщины сварочного соединения.

Определить допускаемое усилие в стыке при растяжении можно по формуле: Р = σp × S × I

При сжатии формула несколько другая: Р = σсж × S × I

Условные обозначения в формулах следующие:

  • S — толщина элементов, которые соединяются техникой сваривания;
  • I — длина сварочного соединения;
  • σp — допустимое напряжение при растяжении;
  • σсж — допустимое напряжение при сжатии.

Вычислить какой прочностью будет обладать нахлесточный шов можно по формуле: Р = τср × 0,7К × I, в которой:

  • Р — допустимо возможное усилие;
  • τср — показатель допускаемого напряжения металла, наплавленного при срезе;
  • К — длина катета, которая в формуле проставляется с коэффициентом 0,7;
  • I — протяжность соединительного стыка.

Вычисляя несущие возможности стыкового шва необходимо ориентироваться на напряжение, которое является допустимым в самом опасном сечении (s), а также на напряжение, зависящее от предела текучести (HSЭ). Выдерживание соотношений этих двух показателей является обязательным и только при полном их соответствии элемент металлоконструкции будет удовлетворять все выдвигаемые к прочностным характеристикам требования.

Основная задача при подготовке к свариванию металлоконструкций — не превысить максимально допускаемые напряжения рассчитывая прочность сварного шва на разрыв, таблица коэффициентов которого есть на специализированных сайтах в интернете в свободном доступе.

Онлайн расчет прочности стыков

Проведение предварительных расчетов прочности перед свариванием металлоизделий позволяет предотвратить неточности и браки, приводящие к разрушению конструкций. Чтобы безошибочно провести расчет сварных швов на прочность примеры готовых вычислений могут послужить в качестве инструкций правильности выполнения всех действий. А исчислять прочностные свойства лучше всего в онлайн режиме, воспользовавшись специальными программами «Калькулятор прочности».

С помощью программы не составить сложности без погрешностей вычислить несущую способность швов по длине и катету, подобрать диаметр арматуры согласно требуемой на разрыв нагрузки, установить площадь поперечного сечения и рассчитать другие значения, от которых зависит прочность и надежность сварных конструкций.

Интересное видео

Строительный справочник | материалы — конструкции — технологии

Вы здесь

Прочность сварных соединений

Прочность сварных соединений — это свойство, не разрушаясь, воспринимать определенные нагрузки в тех или иных заданных условиях. При этом учитывают как рабочие, так и предельные нагрузки. Под рабочими нагрузками понимают суммарные напряжения, возникающие от собственного веса, внешних нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации, и собственных напряжений, создающихся при сварке, сборке и т.д.

Предельными считаются нагрузки, когда наступает текучесть в основном сечении, возникшая под действием статических, повторно-переменных и динамических сил. При этом возникают максимально допустимые повреждения или деформации, за которыми следует потеря эксплуатационной способности конструкции. При расчете несущей способности сварочного шва ориентируются на допустимое напряжение в наиболее опасном сечении элемента «s» и допустимое напряжение, составляющее некоторую часть от предела текучести «нвэ». При этом обязательно должно выдерживаться соотношение: HSЭ i s. При таком соотношении элемент конструкции удовлетворяет требованиям прочности. Для большей уверенности применяют коэффициент запаса прочности «п», который гарантирует не наступление текучести и для низкоуглеродистых сталей лежит в пределах 1,35 — 1,50, a HSЭ = 160 Мпа.

Допустимое напряжение в наиболее опасном сечении «s» определяют по формуле:

Где F — площадь поперечного сечения элемента, а N — осевое усилие, прикладываемое к нему.

Говоря о прочности сварочного соединения, не следует забывать о его пористости и трещинах, оказывающих значительное влияние на этот показатель. Поры в сварочном шве возникают при выделении газов в процессе кристаллизации металла. Как правило, это азот, водород или окись углерода, получаемые в результате химических реакций. Но поры в сварочном шве могут возникать не только от газов. Это явление случается при повышенной тугоплавкости, вязкости и плотности шлаков, которые не покидают пределы сварочного шва.

Поры могут быть внутренними или наружными, располагаться по оси шва или на его границах, форма их может быть округлая, овальная или более сложная, а их размеры могут колебаться от нескольких микрон до нескольких миллиметров. Уменьшению пористости сварочного шва способствует предсварочная подготовка, которая заключается в тщательной зачистке сварного соединения от грязи, масел, ржавчины и прочих посторонних включений. Борются с пористостью при помощи правильно подобранных режимов сварки, защитными покрытиями и флюсами, вводимыми в сварочную ванну.

Трещины в массиве шва и околошовной зоны могут быть холодными и горячими. Горячие трещины (рис.1) возникают в процессе кристаллизации жидкой фазы металла.

Рис. 1 Наличие горячих трещин в сварных соединениях: 1 —2 —3 — поперечные трещины шва и зоны вокруг него в материале; 4 —5 — трещины продольные

Этому явлению способствуют линейные сокращения металла, возникающие в результате внутренних напряжений. Размеры и направление горячих трещин могут быть самыми различными и зависят от соответствия материала, электродов и режимов сварки.

Для определения этого соответствия сначала сваривают пробный образец, который подвергают тщательному анализу. Наличие трещин может определяться визуально под увеличением, а ответственные детали подвергают просветке или облучению.

Холодные трещины чаще всего имеют микроскопический характер и возникают при температурах не более 200°С. Причинами появления холодных трещин может быть хрупкость металла при быстром его охлаждении, остаточные напряжения в сварных соединениях или повышенное содержание водорода.

Коррозия сварных соединений снижает прочность шва и его долговечность. В связи с большими структурными изменениями сварных соединений они обладают большей коррозийной активностью по сравнению с основным металлом. Коррозия может быть общей и местной.

При общей коррозии поражается вся поверхность металла, что свидетельствует о его низкой коррозийной стойкости. Местная коррозия проявляется в наличии отдельных ржавых пятен, точек. Она может быть как поверхностная, так и межкристаллитная.

Наиболее опасна межкристаллитная коррозия, которая проникает вглубь зерен, не разрушая их. Наиболее характерные коррозийные разрушения сварного соединения показаны на рис.2.

Избежать этого опасного явления помогает правильный подбор материалов, сварочных электродов, применение защитных покрытий и замедлителей, которые наносят на поверхность металла или в коррозионную среду. Хорошие результаты дает применение сварочной проволоки с высокой коррозийной стойкостью. При сварке такой проволокой получается шов с большей коррозийной стойкостью, чем основной металл. На коррозийную активность сварочного шва оказывают влияние и выбранные режимы сварки.

Рис.2. Коррозионные разрушения при сварке: А — общая коррозия: 1 — равномерное распределение; 2 — шовная коррозия; 3 — интенсивная коррозия всего металла; 4 — ржавчина в зоне термического влияния; Б — местная коррозия: 1 — коррозия в термической зоне (межкристалитная); 2 — шовная коррозия; 3 — коррозия в зоне сплавления; 4 — точечная коррозия; В — усталость (коррозийное вытрескивание)

Понятие о расчете швов на прочность

При расчете сварных соединений на прочность в первую очередь необходимо знать площадь поперечного сечения сварного шва. Перемножая толщину сварного шва на его длину, получим площадь поперечного сечения сварного шва. При растяжении допускаемое усилие в сварном соединении определяется по следующей формуле:

Р = σр •S • l.

P = σсж •S • l ,

где l — длина шва; S — толщина соединяемых элементов; σр— допускаемое напряжение в сварном шве при растяжении; σсж — допускаемое напряжение в сварном шве при сжатии.

При расчете на прочность нахлесточного соединения применяют следующую расчетную формулу:

P = τср • 0,7K • l ,

где P —допускаемое усилие: τcр—допускаемое напряжение наплавленного металла при срезе; К —длина катета; l — длина сварного шва.

Расчет сварного шва на прочность

В сварных соединениях некоторые швы являются рабочими, а некоторые — связующими (рис. 60). Рабочими называются швы, воспринимающие нагрузку от внешних усилий. При разрушении рабочего шва может разрушиться и сварное соединение. Связующими называются швы, служащие для соединения нескольких элементов конструкции (например, полос), несущих основную нагрузку. Наплавленный металл связующих швов деформируется вместе с основным металлом элементов, связанных данным швом. Если связующий шов разрушится, то соединение может работать, так как нагрузка воспринимается элементами основного металла. На прочность рассчитываются только рабочие швы.

Прочность сварного соединения должна быть не ниже прочности основного металла.

Прочность сварного соединения характеризуется величиной фактических напряжений, возникающих в нем от действующих усилий. Чтобы соединение было прочным, фактические напряжения должны быть ниже тех, при которых металл шва разрушается. Принимаемые при расчете напряжения называются расчетными и обозначаются ст.

Расчетное напряжение, т. е. напряжение от расчетных усилий, не должно превышать расчетного сопротивления металла R. т. е. σ ≤ R

Величина расчетных сопротивлений (напряжений) регламентируется нормами, установленными для тех или иных конструкций, в зависимости от их назначения, применяемого металла, условий работы, методов контроля и пр.

Расчетное напряжение всегда ниже предела текучести данного металла. Отношение предела текучести σт к расчетному напряжению σ называется запасом прочности.

nз = σт/σ

где nз — запас прочности.

Для стальных изделий запас прочности по пределу текучести обычно равен nз=1,2-1,6. Для металлов, не обладающих ясно выраженным пределом текучести, запас прочности определяют по отношению к временному сопротивлению разрыву oв. В этом случае запас прочности составляет обычно nз = 3 — 4.

Расчетные сопротивления металла стыковых швов Rс св , принимаемые при расчетах сварных швов стальных строительных конструкций, регламентируются «Строительными нормами и правилами». По этим нормам для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки стыковых швов на стали Ст3 и Ст4 величина Rс св при растяжении равна:

— для обычных методов контроля швов (наружным осмотром и обмером) Rс св = 1800 кгс/см 2 ;

— для повышенных способов контроля (рентгено- и гаммаграфия, ультразвуковая и магнитографическая дефектоскопия и др.) Rс св = 2100 кгс/см 2 ,

— при срезе Rс св = 1300 кгс/см 2 .

При сварке указанными способами угловых швов Ст3 и Ст4 для всех видов контроля принимают Rс св =1500 кгс/см 2 (при сжатии, растяжении и срезе).

Стыковые швы на прочность рассчитывают по формуле N = Rс св *S*l

где N — предельно допускаемое действующее расчетное усилие, кгс;

Rс св — расчетное сопротивление растяжению для металла шва, кгс/см 2 ;

S — толщина металла в расчетном сечении, см; l — длина шва, см.

Например, если Rс св = 1800 кгс/см 2 ; S = 1 см, l = 20 см, то такой шов может безопасно работать при наибольшем усилии, равном N = 1800*1*20 = 36000 кгс.

Прочность лобовых угловых швов рассчитывают по формуле N = 0,7*K*Rу св

где К — высота катета шва, см;

Rу св — расчетное сопротивление срезыванию в угловом шве, кгс/см 2 ;

I — длина шва, см.

Прочность фланковых угловых швов рассчитывается по формуле N = 2*0,7*К*Rу св

Пример: Требуется расчитать угловой фланковый шов. Действующее усилие N=6000кгс; катет шва К=0,8 см; принимая во внимание расчетное сопротивление на срезывание Rу св =1500 кгс/см 2 , определяем по формуле необходимую длину шва:

На рисунке справа показаны обозначения при расчете швов на прочность.

Также следует отметить: по длине фланкового шва напряжения распределяются неравномерно и максимальное значение их приходится на конец шва состороны приложения усилия. Поэтому при расчете на прочность фланкового шва за расчетную принимают длину шва, равную не более 50 катетам.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Расчет на прочность сварных соединений

В конструкциях из металла зачастую необходимо соединить между собой отдельные детали, для того чтобы это осуществить прибегают к использованию сварных швов. Это один из самых простых и недорогих способов, отличающийся высоким качеством. Параметры у каждого сварного соединения разные, все зависит от используемого металла, его толщины и т.д. Поэтому в каждом отдельном случае необходимо произвести индивидуальный расчет на прочность сварных соединений. Эти вычисления помогут выявить характеристики сварного шва на данный момент.

Общие сведения

Как уже отмечалось, сварные швы являются одними из самых прочных среди существующих неразъемных соединений. Они возникают в результате воздействия сил молекулярного сцепления, которое является результатом сильного нагрева до расплавления деталей в месте их сцепления или нагрева деталей до пластического состояния, посредством механического усилия.

Несмотря на прочность и надежность сварного шва, у подобного соединения выделяется и ряд недочетов: из-за того, что нагревается и охлаждается соединение неравномерно, может наблюдаться остаточное напряжение. Помимо этого, в процессе сварки могут образовываться некоторые дефекты, например, трещины или непровары. Все это негативно сказывается на прочности сварных соединений.

Первоначальный расчет сварных швов на прочность производят на этапе составления проекта. Этому моменту стоит уделить особое внимание, поскольку важно выбрать материалы, которые будут надежными и прочными и смогут выдержать определенные нагрузки.

Если произвести верный расчет на прочность получившегося шва, то можно определить необходимое количество расходуемого материала.

Расчет сварных швов на прочность

Для того, чтобы произвести расчет сварных соединений и вычислить коэффициент прочности сварного шва, надо произвести точный замер всех показателей (форма, размер, положение в пространстве).

Осуществить сварку можно разными способами. На сегодняшний день наибольшей популярностью пользуются следующие виды сварки:

  • электрическая, которая в свою очередь подразделяется на дуговую и контактную,
  • газовая.
Читать еще:  ПЕНА полиуретановая для гидроизоляции шахт и колодцев

Также выделяются: ручная, полуавтоматическая, автоматическая сварка.

Учитывая тот фактор, каким образом размещаются элементы, которые подвергаются сварке, выделяются такие типы соединений: стыковые, угловые, нахлесточные, тавровые.

Для каждого из вышеизложенных типов расчет на прочность проводится индивидуально.

Стыковые швы

Если необходимо высчитать коэффициент прочности сварного шва, в первую очередь, нужно обратить внимание на такой параметр как номинальное сечение, при этом учитывать утолщения швов, образуемых во время сварки не нужно. Вычисление производится исходя из данных о сопротивлении материалов, которые образуются в сплошных балках.

Когда касательные, нормальные напряжения начнут оказывать непосредственное влияние на соединения, то для расчета эквивалентного напряжения следует воспользоваться формулой:

Условие прочности можно представить следующим образом: σЭ ≤ [σ’]P

Для поиска данных этого параметра ниже представлена таблица.

Угловые швы

Соединение угловых сварных швов чаще всего осуществляется с поперечным сечением. Оба края соотносятся друг к другу 1:1. Поскольку сторона сечения называется катет сварного шва, на всех схемах и формулах она имеет обозначение «К». Зачастую шов деформируется и разрушается в самом маленьком месте сечения (опасное сечение), оно наиболее слабое, и проходит через биссектрису прямого угла. В таком сечении габариты (размер) шва определяются как β*К. Еще один важный показатель – длина шва (а). С помощью этих показателей можно узнать какую нагрузку способен выдержать сварной шов.

Рассмотрим примеры.

Если процесс сварки осуществлялся в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режиме, то β будет равняться 0,7. Таким образом, получится шов в форме равнобедренного треугольника. В случае, когда процесс сварки происходил в полуавтоматическом режиме, но подход был не один, а несколько (2 или 3), то β уже будет равен 0,8; для такого же случая, но при автоматическом режиме β=0,9, а для автоматической однопроходной сварки — β=1,1. Требуется принимать К [Всего: 2 Средний: 3 /5]

Прочность сварного шва на разрыв

Расчет сварных соединений, выполненных стыковым швом. Расчет стыкового шва, работающего на растяжение или сжатие, производится по уравнению:

,

где — длина шва, мм; s — толщина соединяемых элементов, мм; P — действующая нагрузка, Н; — допускаемое напряжение на растяжение или сжатие для сварного шва, Па.

Допустимая растягивающая или сжимающая сила:

Расчет стыкового шва, работающего на изгиб осуществляется по формуле:

где: М — изгибающий момент Н/мм; Wc – момент сопротивления расчетного сечения.

Напряжения, возникающие от изгибания момента М и растягивающей или сжимающей силы Р, определяются из выражения:

Расчет сварных соединений внахлестку. Сварные соединения внахлестку выполняются угловыми швами. Расчет угловых швов всех типов унифицирован и производится по единым формулам. Напряжение, среза определяется из уравнения

,

где Р — нагрузка, Н; — длина шва, мм; 0,7к — толщина шва в опасном сечении, см; — допускаемое напряжение на срез для сварного шва, Па.

Допустимая (сдвигающая) нагрузка:

При нагружении простого углового шва только моментом условие прочности шва на изгиб запишется так:

,

где М — изгибающий момент, Н/мм; Wc — момент сопротивления опасного сечения шва.

При нагружении простого углового шва моментом М и продольной силой Р (рис 48, а) напряжение на срез составит

,

где Fc = 0,7kl — площадь опасного сечения шва, мм2.

Комбинированные сварные швы применяются в том случае, селя про стой угловой шов (лобовой, косой, фланго вый) не обеспечивает необходимую прочность сварного соединения (рис. 49).

Условие прочности комбинированных швов, нагруженных моментом в плоскости стыка, при приближенном расчете выразится уравнением

а при уточненном расчете

,

где ρmax — наибольший радиус от центра тяжести площади опасных сечений шва; — полярный момент инерции сечения шва.

Рис.50. Схема к расчету комбинированного сварного соединения при сложном нагружении

Условие прочности комбинированных швов, нагруженных моментом М и сдвигающей силой Р в плоскости стыка (рис. 50), записывается следующим образом:

,

где ;

,— длины флангового и лобового швов

Расчет пробочных, прорезных и проплавных соединений и соединений втавр. Прочность пробочных, прорезных и проплавных соединений, работающих обычно на срез, определяется формулой

При выполнении соединений втавр без подготовки кромки соединяемых элементов допускаемая растягивающая нагрузка

допускаемая сжимающая нагрузка

При выполнении соединений с подготовкой кромок или автоматической сваркой с глубоким проплавом металла соединяемых элементов

Рис. 51. Соединение в тавр Рис. 52. Схема к расчету таврового

без разделки кромок соединения

Условие прочности соединения втавр, выполненного стыковым швом при действии растягивающей силы Р и момента (рис. 51) запишется так:

при выполнении угловым швом

Условие прочности соединения втавр, нагруженного крутящим и изгибающим моментами (рис. 52)

Расчет соединений, выполненных контактной сваркой. При выполнении соединения стыковым швом расчетное сечение принимается равным сечению свариваемых элементов. При статической нагрузке стык принимают равнопрочным цельному металлу и поэтому на прочность не проверяется.

Прочность соединений точечной сваркой, работающей в основном на срез (рис. 53),

,

где z — число сварных точек; i — число плоскостей среза; d — диаметр сварной точки, мм.

Прочность соединений линейной сваркой (рис. 54)

,

где b — ширина линии сварки; — длина линии сварки, мм.

Прочность сварного шва встык оценивается коэффициентом прочности φ,

Рис.53 Соединение точечной сваркой

Рис. 54 Соединение роликовой сваркой

т. е. отношением допускаемого напряжения сварного шва к допускаемому напряжению основного металла ,

Расчетные значения коэффициентов прочности φ стыковых швов следующие:

— двусторонний, выполненный автоматической сваркой под слоем флюса — 1.00

— двусторонний, выполненный вручную с полным проваром — 0.95

— двусторонний, выполненный вручную с неполным проваром (в зависимости

— от относительной глубины провара) — 0.80

— односторонний на подкладке — 0.90

— односторонний без подварки и подкладок, продольный — 0.70

— односторонний без подварки и подкладок, поперечный (кольцевой) — 0.80

Расчету сварных котлов и других сосудов высокого давления. Расчет, сводится к определению толщины стенки s. Прочность сварных швов обеспечивается введением коэффициента прочности швов φ2

,

D — диаметр сосуда, мм; р — давление в сосуде, Н/мм2; φ — коэффициент прочности шва; [σ]p — допускаемое напряжение растяжения, Н/мм2.

Выбор допускаемых напряжений. Допускаемые напряжения и сварных швах из мало — и среднеуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей при статической нагрузке можно выбрать по табл.7.1.

Допускаемое напряжение основного металла в металлических конструкциях выбирают с коэффициентом безопасности по отношению к пределу текучести: для низкоуглеродистых сталей при расчете по основным нагрузкам n=1,35 — 1,6, а по основным и дополнительным нагрузкам n=1,2 — 1,3; для низколегированных сталей соответственно 1,5 — 1,7 и 1,3 — 1,4. Нижние значения относятся к строительным и крановым конструкциям при легких режимах работы, верхние — к крановым конструкциям при тяжелых режимах.

Таблица 7.1. Допускаемые напряжения в швах сварных соединений

Вид сварки

Допускаемые напряжения на

растяжение

сжатие

срез

Автоматическая под флюсом и ручная электродами Э42А и Э50А. Контактная стыковая

Ручная дуговая электродами Э42 и Э50. Газовая сварка

Допускаемые напряжения основного металла при переменных нагрузках определяются умножением допускаемых напряжений для основного металла при статических нагрузках на коэффициент:

,

где r — характеристика цикла напряжений

;

где эффективный коэффициент концентрации напряжений (табл. 7.2, 7.3, 7.4).

Таблица 7.2. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений

Элементы соединений

низкоуглеродистая сталь

легированная сталь

То же, двусторонние с плавными переходами

То же, с механической обработкой

Приварка ребра, перпендикулярного силе

Лобовые швы (соединение с двумя накладками)

То же, с отношением катетов швов 2:1

Комбинированные фланговые и лобовые швы (соединение с двумя накладками)

Связующие сварные точки

Связующие роликовые швы

* Низколегированная сталь 15ХСНД.

Таблица 7.3. Эффективный коэффициент концентрации для расчета сварных швов и деталей в зоне сварки. Электродуговая сварка

Расчетный элемент

малоуглеродистая сталь Ст.3

низколегированная сталь 15ХСНА

Деталь в месте перехода

Расчет сварных соединений — формулы, параметры и примеры

При конструировании различных механизмов важным этапом считается расчет сварных соединений. Он определяет прочность различных механизмов.

От того, насколько серьезно подошел конструктор к решению этой задачи, зависит качество изготавливаемого изделия, а также то, какую нагрузку выдерживает данное соединение.

Сварные соединения, их достоинства и недостатки

Соединение сваркой представляет собой один из видов неразъёмных соединений деталей.

Оно выполняется путём сильного раскаливания мест соединения до температуры, способной расплавить детали или довести металл до пластического состояния. Это позволяет создать силу молекулярного сцепления, способную удерживать различные элементы между собой.

К преимуществам относится высокая прочность и надежность подобных связей.

Недостатки сварных соединений:

присутствие остаточного напряжения вследствие неоднородности нагрева и охлаждения свариваемых деталей;

наличие скрытых изъянов в виде трещин и непроваров, которые снижают прочность.

Разновидности сварок

Наиболее распространенной является электросварка. Ее виды: контактная и дуговая.

Помимо электрической сварки существует газовый вид.

По способу автоматизации есть деление: автоматическая, полуавтоматическая и ручная сварки.

Существует несколько вариантов выполнения сварочных швов:

  • стыковые;
  • угловые;
  • внахлест;
  • тавровые.

Расчет прочности сварных соединений

Выполняя необходимые расчеты, проектировщик должен учитывать осевые силы, действующие на швы.

Стыковые соединения

На рисунке 1 изображено стыковое соединение, где действуют силы сжатия и растяжения.

Рис. 1. Прямой (вариант а) и косой (вариант б) стыковые швы

При расчете стыкового соединения необходимо учитывать следующие параметры:

нагрузки, которые могут прилагаться к соединениям;

толщину деталей и некоторые другие величины.

Прочность находится по формуле:

где σ- напряжение сварного шва (МПа);

σр(с) — допустимое напряжение растяжения или сжатия;

P — нагрузка соединения (в Ньютонах);

L — длина шва (мм);

δ – толщина свариваемых деталей (мм).

Нахлесточные соединения

На рисунке 2 показаны сварные неразъемные соединения внахлест:

  • лобовые (вариант а);
  • фланговые (вариант б);
  • сечение углового шва (г).

Рис. 2 Соединение внахлест

Угловые соединения

Прочность угловых швов необходимо определять по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла. Расчетная высота определяется по формуле:

Условие прочности для углового соединения:

где τ – напряжение(МПа);

P — нагрузка (в Ньютонах);

L — длина шва (мм);

τ р(с) – допустимое напряжение растяжения или сжатия.

В том случае, если швы расположены несимметрично относительно линии действия силы Р (как показано на рисунке 3), необходимо, исходя из основного уравнения статики, найти силы, которые действуют в сварных точках:

где P1 и P2 – усилия, действующие в швах (в Ньютонах);

сила Р — нагрузка (в Ньютонах);

Рис. 3. Несимметрично расположенные швы


Тавровые соединения

Тавровая сварка рассчитывается по-разному. Расчет зависит от типа шва. На рисунке 4 представлены виды тавровых соединений, ниже даны формулы для расчета напряжения на срез.

Рис. 5 Тавровые швы

На рисунке обозначены:

τ, σ – напряжение шва(МПа);

τ р(с), σр(с) — допустимое напряжение растяжения или сжатия;

L — длина шва (мм);

δ – толщина свариваемых деталей (мм).

Заключение

Современные методики и онлайн-калькуляторы позволяют выполнить проектирование и расчёт различных видов сварки. Можно подобрать нужный тип соединения, материал, размер, а также геометрические параметры соединений и осуществить проверку на прочность. Это заметно облегчает проектирование.

Примеры расчета приведены в «Пособии по расчету и конструированию сварных соединений стальных конструкций» (к главе СНиП II-23-81). Данное пособие разработано для инженерно-технических работников проектных организаций и предприятий, занимающихся изготовлением строительных конструкций.

В таблицах данного справочного пособия можно найти сведения о материалах, необходимых для сварки в зависимости от марок стали. Также приведены сопротивления (нормативные и расчетные) металла швов различных сварных соединений.

Как производится расчет сварного шва, основные формулы

Сварное соединение образуется в результате проведения технологической операции, в результате которой образуются межатомные связи между расплавленным металлом деталей. Необходимым условием плавления служит нагрев детали или ее пластическая деформация. Сварной шов получается достаточно прочным, если все работы были выполнены согласно разработанной технологии, а также были проведены верные расчеты соединений. Перед тем, как познакомиться с конкретными примерами расчета сварного шва, определимся, что подразумевается под этим понятием.

В тривиальной классификации швы делятся на рабочие и связующие. Внешние механические нагрузки приходятся именно на рабочие швы. Разрушение этого соединения ведет к полному разрушению конструкции. Связующие швы обеспечивают одновременную стыковку составляющих конструкции. Они испытывают нагрузки при деформации основного металла. Эти нагрузки существенно ниже тех, что приходятся на рабочие швы. Разрушение связующего шва не повлияет на целостность всего соединения, поэтому на прочность рассчитывают именно рабочие швы.

Сами соединения также классифицируются, в зависимости от метода стыковки деталей. Различают стыковые, нахлесточные, угловые, тавровые и торцевые соединения. Если сварка и является самым надежным способом соединения деталей, то некоторых недостатков она не лишена. К достоинствам можно отнести равномерное распределение прочности, экономию материала, эстетичный внешний вид. Но стесненном пространстве выполнять сварку практически невозможно. К тому же не каждый металл обладает хорошей свариваемостью. При воздействии механических нагрузок напряжения концентрируются именно на зоне сварного шва.

Нормативные документы

Основным документом, определяющим нормы проектирования стальных конструкций, являются строительные нормы и правила (СНиП) СНиП II-23-81, утвержденные приказом ЦНИИСК им. Кучеренко от 28.11.83 № 372/л. В этом документе одной из глав приведены правила расчета сварных соединений.

Однако данный документ носит обобщенный характер и касается не только сварочных работ, но и других видов соединений, поэтому «справочником» профессионального сварщика выступает пособие по расчету и конструированию сварных соединений стальных конструкций, разработанное тем же институтом. В пособии рассмотрены теоретические и практические вопросы расчета сварных соединений с угловыми швами. Правильные расчеты способны обеспечить экономию расходных материалов при высоких показателях прочности и надежности.

Расчетные сопротивления сварных соединений

Для разных соединений, а также разных напряженных состояний определены формулы расчета сопротивлений. Они приведены в виде таблицы. Согласно данным из этой таблицы, Для стыковых сварных соединений при сжатии, растяжении и изгибе определены следующие формулы расчета сопротивлений.

  • По пределу текучести – Rwy = Ry.
  • По временному сопротивлению – Rwu = Ru.

  • По пределу текучести – Rwy = 0,85 Ry.
  • При деформации сдвига – Rws = Rs.
  • Для угловых швов Rwf=0,55*(Rwunwm).
Читать еще:  Герметизация трубопроводов

Здесь Rwy — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести, Ry — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести, Rwu — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению, изгибу по временному сопротивлению, Ru — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению, Rws — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сдвигу, Rs — расчетное сопротивление стали сдвигу, Rwf — расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва, Rwun — нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению.

Для швов, полученных в режиме ручной дуговой сварки, Rwun принимает значение временного сопротивления разрыва и определяется ГОСТом. Для автоматической и полуавтоматической сварки эти значения берутся из таблицы настоящего СНиП. Коэффициент надежности γwm равен 1,25 или 1,35, в зависимости от показателя Rwun.

Теоретическая база

Произвести расчет сварных соединений – это значит определить границы предельно допустимой нагрузки, исходя из технических свойств материала и самого шва. Для стыковых соединений нагрузки центрального сжатия и растяжения рассчитываются по формуле: N/tlw ≤ Rwyγc.

N – предельная нагрузка.

t – минимальная толщина заготовок.

lw – расчетная длина шва. Чтобы определить расчетную длину необходимо общую длину шва уменьшить на величину 2t.

γc – коэффициент условий работы. Параметр указан в отдельной таблице СНиП II-23-81.

Угловые швы испытывают продольные и поперечные нагрузки. Расчет производится на два среза, один из которых представляет собой сечение по металлу, а другой – по границе сплавления. В первом случае необходимо пользоваться формулой:

N/(βfkflw) ≤ Rwfγwfγc, где коэффициент βf берется равным 0,7, kf – катет углового шва, lw – расчетная длина, коэффициенты условий работы γ равны единице, кроме некоторых климатических районов, где он составляет 0,85. Более точные значения коэффициентов при различных параметрах катетов швов берутся из таблицы:

В сечении по границе сплавления:

M – рассчитываемый момент;

Wf – момент силы сопротивления сечения по металлу;

Wz – момент силы сопротивления сечения по границе сплавления.

Момент сил, действующих в плоскости шва, определяется следующим образом:

по границе сплавления:

Jfx и Jfy – моменты инерции сечения по металлу, взятые относительно главных осей этого сечения;

Jzx и Jzy – моменты инерции по границе сплавления;

x и y – координаты точки шва, которая максимально удалена от его центра тяжести.

Можно рассчитать результирующее действие продольных и поперечных сил, а также момент этой результирующей. Если геометрическую сумму напряжений в сечении по металлу обозначить, как τf, а в сечении по границе – τz, то необходимые условия расчета будут выглядеть следующим образом:

Для сварных стыковых соединений определено соотношение, согласно которому оцениваются нормальные напряжения в сварном шве. Но так как эта формула приведена для распределения нагрузки на балку, то величины напряжений по плоскостям балки следует заменить на нормальные напряжения в зоне шва по взаимно перпендикулярным направлениям. Получится следующее выражение:

Осталось рассмотреть еще одно соединение – тавровое. В ситуации, когда разделка кромок подразумевает неполный провар, расчет продольной нагрузки производится следующим образом:

Формулы приведены соответственно для двух сечений. Величина h показывает глубину разделки кромок.

Онлайн

Несмотря на то, что в СНиП приложением предоставляются примеры расчета основных сварных соединений, читать данный документ может только профессиональный квалифицированный мастер с техническим образованием. Запоминать все формулы и параметры нет необходимости, так как существуют онлайн калькуляторы, позволяющие провести расчеты по заданным параметрам. Например, можно провести расчет сварного шва на срез онлайн, выбрав тип соединения.

  • Стыковое соединение с прямым и косым швом. Параметры ввода: угол скоса, толщина детали, предельно допустимые напряжения растяжения или сжатия. Калькулятор рассчитает предельно допустимые усилия.
  • Hахлесточное соединение. Параметры ввода: катет шва, периметр угловых швов, допускаемое напряжение на срез. Результат – допускаемое усилие.
  • Tавровое соединение. Параметры ввода: катет шва, толщина и ширина элемента, допускаемое напряжение шва на срез. Результат – допускаемое усилие.

Возможности калькуляторов ограничены видами сварных швов. Некоторые программы могут производить расчеты для следующих случаев:

  • тавровое соединение, обеспечивающее лучшую передачу усилий;
  • соединение с накладками;
  • пробочное соединение;
  • соединение с прорезями;
  • соединение, на которое действует изгибающий момент.

Проведение расчета на прочность сварных швов — правила и нормы оценивания

Сварочные соединения очень распространенная технология сваривания, её используют практически всюду, поскольку конструкции из метала зачастую слаживаются из элементов, которые нужно соединить.

Для этого было придумано множество видов сварки с пользованием разной оснастки как автомат, полуавтомата, ручная сварка, так же множество импортных и отечественных расходных материалов.

Такой способ элементарный и не требует больших затрат, при этом демонстрирует хорошие результаты.

Конечно загонять под стандарт сложно, поскольку каждый металл индивидуален, имеет свою толщину, и свойства, именно от этого зависит качество соединения.

Для роботы со сваркой конечно нужно иметь элементарные знания в физики и химии, в первую очередь это повлияет на вашу безопасность, а в таком деле как сварка это немало важно.

Но как мы уже говорили каждый металл особенный по своим химико-физическим свойствам. Для этого и был проработан способ индивидуального подсчета качества соединения для разных случаев.

Такие параметры сориентируют вас в уровне качества шва, что перед вами.

  • К общему сведению
  • Как определить прочность сварочного шва?
    • Швы на стыках
    • Швы на углу
  • Разбор примера
  • Заключение

К общему сведению

Сварка обеспечивает самые качественный и неразрывные соединения, как это указывалось выше.

Суть этого процесса такая, происходит молекулярное сцепление, когда мы нагреваем два метала, до такой степени, что они начинают плавиться в тех местах, где мы должны их соединить. Мы можем сделать их пластичны с помощью механической силы.

У всего есть свои минусы, так например сварочные швы тоже не идеальны. Конечно при определенных методах они выходят практически идеальными если сварка в руках профессионала, а при каких-то методах сварки уж совсем неидеальна.

Иногда это происходить из-за быстрого и неравномерного нагревания и охлаждения, в деталях может оставаться небольшое напряжение.

Возможно и другие проблемы во время сваривания, такие как наплывы, не проваренные участки шва или же трещины.

При этом по неопытности может даже не удастся сварить два метала, которые по своей химии не возможно соединять, но для этого нужно иметь уже не большой опыт.

Конечно все эти недостатки значительно портит качество работы и иногда и делают ее совершенно бесполезной, и тогда жаль потраченного времени и расходных материалов. Но все же есть способы как с этим можно эффективно бороться.

Для того чтобы ваши соединения получались идеальными нужно все подсчитать предварительно ещё тогда, когда идет составление проекта.

Очень важно не допускать ошибок на этом этапе, позже вы дорого за них заплатите, вам придётся переделывать всю работу снова, при этом вы ещё можете испортить металл и сделать его более не пригодным к сварке.

Так что хорошо изучите свойства тех материалов, что вы будете использовать, будут ли они крепко соединяться, выдерживать нагрузки, до каких температур лучше всего нагревать и каким видом сварки пользоваться при работе с определенным видом металла.

Такие проектные работы много в чем полезны, если вы все это подсчитаете предварительно то в первую очередь будете ориентироваться в количестве необходимых расходных материалов, и даже сможете подсчитывать приблизительное врем работы, а это очень полезно на производстве или же когда вы имеете нанятого работника, который работает 8 часов.

Вы сможете рассчитать эффективность работы такого человека.

Как определить прочность сварочного шва?

Конечно сделать такой расчёт совсем нелегко, нужно использовать несколько формул, и потратить часок вашего времени, но что бы знать, что ваши сварочные швы будут иметь высокий коэффициент прочности, все же необходимо учитывать, как металл расположен, его форма, размеры, особенности.

Есть много способов сварки, с использованием разнообразной техники и расходных материалов, конечно каждый вид сварки дает разный результат, такие-то придуманы для работы в сложных зонах, а какие-то подойдут новичкам, но в наше время самыми популярными остаться такие виды сварки:

  • сварка электричеством, оно так же имеет два подвида, как сварка дугой и с помощью контакта;
  • сварка газом.

Ещё мы не можем пропустить сварку вручную и с помощью полуавтомата, но это уже не виды, а способы эксплуатации и разновидность техники.

Вид сварки, который выбираем для тех или иных работ зависит напрямую от того, как размещены детали ,которые нужно сварить.

Ещё часто это зависит от вида металла, что будем сваривать, для цветных металлов эффективны одни виды сварки, а для черных иные, и ещё огромное множество других свойств и факторов.

Наиболее частые это тавровые и стыковые, угловые и углы внахлёст. Для каждого вида шва подсчет их качества производиться отдельно поскольку и них совсем разные характеристики качества.

Швы на стыках

Что бы мы могли подсчитать коэффициент прочности шва, мы должны участь несколько параметров начиная с номинального сечения, не забывая что брать в расчет то число на сколько у нас увеличится шов не нужно.

Подсчёт начинается с информации о сопротивлении металлов, что появляется в сплошных балках.

Позже касательное нормальное напряжение начнет влиять на ваш шов, для эквивалентности напряжения в такой ситуации используйте формулу, что написана ниже.

Ситуация при котором соединение прочное опишем вот так: Э ≤ [’]P.

Что бы найти информацию по такому параметру ознакомитесь с таблицей внизу

Швы на углу

Если вам предстоит робота с угловым швом то скорей всего там будет поперечное сечение. Края относятся круг к другу как 1:1. Катет сварочного шва или же как пишется на схемах и в учебниках «К», запомните это обозначение.

Часто швы подвержены деформации и трещинам в области опасного сечения, попросту там, где тонкие участки, это наиболее непрочные зоны, что проходят через биссектрису угла. В случаи такого сечения размер можно посчитать по формуле *К.

Длинна шва-так же один из главных показателей. Именно он может обозначить так какую же нагрузку может выдержать данное соединение.

Разбор примера

Когда наша сварка проходит в ручном, полуавтоматическом или же автоматическом режиме, то показатель будет равен 0,7. Если все подсчитано правильно, то шов имеет форму равнобедренного треугольника.

Если же вы варим с помощью самого распространенного полуавтомата, но вы делали всё роботу в несколько этапов, тогда будет равняться 0,8.

В такой же ситуации, но при использовании автомата этот показатель будет 0,9, а если наш автомат имеет одно проводную сварку то показатель будет все 1,1.

Нужно учесть УЧТИТЕ! При подсчете прочности шва под углом нужно производить по касательным напряжениям.

Но для того, что додержатся этого условия нужно знать- это общее касательное напряжение. Для того чтобы выяснить такой показатель нужно определить точку на которую падает больше всего напряжения.

Далее берете показатели всех напряжений, что в нем находиться и прибавляете друг к другу.

Но без изначальных, стартовых данных вам не удастся посчитать коэффициент прочности сварочного шва, и узнать о том какую же нагрузку он способен вынести. Но даже этой информации будет маловато.

Так что ваши расчеты должны быть поэтапно и последовательны. Приступим:

Этап номер один, на нем мы должны знать все показатели, особенные данные сварочного шва, как размещение, форма, габариты. На втором этапе речь пойдет про опасное сечение. Опасное сечение-это тот участок сечения, где наибольшее напряжение.

Возьмите и поверните его на поверхность, которая соприкасается с тем элементом который нужно приварить. Когда вы это сделаете появиться новое расчётное сечение.

Далее мы должны определить, где находиться середина масс на сечении, которая изменилась, когда вы её повернули.

Это будет расчётное сечение. На этом этапе нужно взять ту приложенную нагрузку что образовалась внешне и переместить в центр массы.

Далее нам нужно сделать следующее, выяснить какое у нас напряжение, которое образуется в расчетном сечении под влиянием поперечной и нормальной силы, а ещё крутящего и изгибающего момента.

На этом этапе вы должны найти в сечении точку что наиболее нагружена. Когда вы знаете этот показательно то прибавьте все известные ранее вам показатели нагрузки.

Они влияют на металл и в конце вы получаете цифру, что показывает общую сумму нагрузки, которая будет влиять на шов.

Далее произведёте расчеты по тому, какую наибольшую нагрузку можно прикладывать к соединению, если вы этого не подсчитаете, то ваш сварка может просто сгореть или же работать не на полную мощность, а это украдет у вас ценное время.

И в конце сравните допустимое напряжение и общее. Этот расчёт позволит вам получить размеры, что наилучшие подойдут для вашего изделия.

Заключение

В конце хочется добавить, что подсчитывать прочность вашего соединения нужно. Да, это действительно не легкий и физический и умственный труд, вам придётся использовать множество формул для подсчета правильных показателей, и конечно не всегда все сойдется с первого раза.

Подключите все свои школьные знания с физики. Когда вы все хорошо посчитаете, то ваше соединение будет долговечен, качественно. Конечно всегда можно сделать работу на тяп-ляп, но за это придётся платить.

Потому что металл, что сваривается во второй раз имеет значительно худшие показатели и вся эта работа окажется для вас в разы сложнее.

Расскажите в комментариях о своих способах подсчета прочности соединения, какие возникали ошибки в ходе роботы, а какие удобные моменты вы для себя открыли. Удачи в работе, и новых вдохновленний!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector