Расчет прочности сварных соединений. Прочность сварного шва
Строение сварного соединения. Влияние неоднородности свойств на прочность сварной конструкции
Сварным соединением как конструктивным элементом называют участок конструкции, в котором элементы отдельные ее элементы соединены с помощью сварки. В сварное соединения входят сварной шов, прилегающая к нему зона основного металла со структурными другими изменениями в результате термического действия сварки (зона термического влияния) и примыкающие к ней участки основного металла.
В той или иной мере для всех сварных соединений характерно различие механических свойств металла в разных участках, соизмеримых с размерами соединения, главным образом с толщиной свариваемых элементов s, называемое механической неоднородностью.
Сварные соединения являются несущими элементами конструкций, в которых неоднородность свойств может быть весьма значительной. При установившемся режиме сварки ширина зон и их механические свойства мало меняются по длине сварного соединения. Обычно рассматривают неоднородность свойств и чередование зон в поперечном сечении сварного соединения.
Сварные соединения, выполненные сваркой плавлением, можно разделить на несколько зон, отличающихся макро- и микроструктурой, химическим составом, механическими свойствами и другими признаками: сварной шов, зону оглавления, зону термического влияния и основной металл (Рис. 4 .27). Характерные признаки зон связаны с фазовыми и структурными превращениями, которые претерпевают при сварке металл в каждой зоне.
Рис. 4.27 Характерные зоны сварных соединений
1 - шов; 2 - зона термического влияния;3 - основной металл; 4 - околошовный участок зоны термического влияния.; 5 - зона сплавления; ТЛ, ТС, и ТП - температуры ликвидуса, солидуса и начала фазовых и структурных превращенийСварной шовхарактеризуется литой макроструктурой металла.
Зона термического влияния (ЗТВ)— участок основного металла, примыкающий к сварному шву, в пределах которого вследствие теплового воздействия сварочного источника нагрева протекают фазовые и структурные превращения в твердом металле. В результате этогоЗТВимеет отличные от основного металла величину зерна и вторичную микроструктуру. Часто выделяют околошовный участокЗТВили околошовную зону (ОШЗ). Она располагается непосредственно у сварного шва и включает несколько рядов крупных зерен. Металл шва, имеющий литую макроструктуру, и ЗТВ в основном металле, имеющая макроструктуру проката или рекристаллизованную макроструктуру литой или кованой заготовки, разделяются друг от друга поверхностью сплавления.
Зона сплавления (ЗС)— это зона сварного соединения, где происходит сплавление наплавленного и основного металла. В нее входит узкий участок шва, расположенный у линии сплавления, а также оплавленный участокОШЗ.
Основной металл располагается, за пределами ЗТВи не претерпевает изменений при сварке.
Сварное стыковое соединение, как было сказано выше, в поперечном сечении имеет несколько участков, которые могут существенно различаться между собой по механическим свойствам. Обычно рассматривают неоднородность свойств и чередование зон в поперечном сечении сварного соединения.
Зоны, где металл обладает пониженным пределом текучести по отношению к пределу текучести соседнего металла, называют мягкими прослойками.
Типичным примером образования механической неоднородности и прослоек является сварка термически обработанных сталей. Будем для простоты рассматривать сварку без присадочного металла. Тогда шов и околошовная зона, нагретые до температуры выше АС3, в процессе охлаждения закаливаются и имеют более высокую твердость и прочность, чем основной металл. Этот участок называют твердой прослойкой.
Рядом с ней по обе стороны находятся участки высокоотпущенного металла, который и по отношению к основному металлу, и по отношению к твердой прослойке имеет пониженный предел текучести. Эти зоны образуют две мягкие прослойки. В случае если термически обработанная сталь сваривается аустенитным швом, возникает еще более сложное сочетание мягкого аустенитного шва, двух твердых и двух мягких прослоек. Если отношение пределов текучести прослойки и соседнего участка больше единицы, то прослойка будет твердой; в обратном случае - мягкой.
Неоднородность имеет место и при с сварке наклепанных термически неупрочняемых сталей и сплавов, например аустенитных сталей или алюминиевых сплавов. Нагрев до высоких температур снимает наклеп, достигнутый при холодной прокатке металла. На Рис. 4 .27 показано распределение твердости в сварном соединении из сплава АМг6. Твердость шва и околошовной зоны близки к твердости отожженного металла. Предел прочности и предел текучести оказываются заметно ниже, чем у основного металла, а пластичность повышается. Представление о размерах зоны и степени разупрочнения дает также Рис. 4 .28
Паяные стыковые соединения, припой в которых менее прочен, чем основной металл, также содержат мягкую прослойку. Прочность таких соединений зависит не только от прочности металла мягкой зоны, но и от ее относительного размера х = h/s, гдеh— ширина прослойки;s— толщина металла.
Рис. 4.28 Распределение твердости по Виккерсу сварного шва из сплава АМг6(s =2,8 мм)
Табл. 1.4.7 Изменение свойств наклепанного металла в сварных стыковых соединениях
| Материал, вид сварки | Половина ширины зоны разупрочнения в сварном соединении, мм | Основной металл в наклепанном состоянии | Сварное соединение в зоне разупрочнения | ||
| ,МПа | ,град | ,МПа | ,град | ||
| Сплав АМг6 (s =2,8 мм), автоматическая аргонодуговая сварка | 16-18 | 410 | 35 | 340 | 150 |
| Сталь 12Х18Н9Т (s = 3мм), автоматическая сварка под флюсом | 12-14 | 1100 | _ | 550 | _ |
Механические свойства образца, вырезанного из мягкой прослойки и имеющего низкую прочность, еще не свидетельствуют о том, что сварное соединение в целом обладает такими же свойствами. Взаимодействие отдельных зон протекает сложным образом, и агрегатная прочность сварного соединения, как правило, не совпадает с прочностью какой-либо прослойки.
studfiles.net
Коэффициент прочности сварного шва.
- характеризует прочность сварного шва по отношению к прочности основного свариваемого металла.
- верхний предел (при автоматической сварке)
(0,8…0,95) – при ручной сварке.
Латунь = медь + цинк.
Технологические прибавки к номинальной расчётной толщине стенки сосуда. Исполнительная толщина стенки сосуда, детали сборочной единицы.
- номинальная расчётная толщина стенки, обусловленная прочностным расчётом, принятой расчётной схемой и выбранным расчётным алгоритмом.
При таком подходе остаётся неучтённым целый ряд негативных факторов:
= Коррозионное воздействие (одностороннее или двухстороннее)
= Удаление стенки вследствие воздействия абразивных средств
= Возможное утонение стандартного листа за счёт минусового допуска
= Возможное утонение стенки при использовании деформативной технологии изготовления аппарата (вытяжка, штамповка, гибка).
- технологическая (конструктивная) прибавка.
- прибавка на коррозию и эрозию стенки аппарата
П – проницаемость,
,
- прибавка на возможный минусовой допуск к номинальной толщине листа.
- прибавка на возможное удаление стенки детали при использовании выше названных деформативных технологий.
Расчёт и конструирование тонкостенных осесимметричных изотропных оболочек вращения.
- первый главный радиус кривизны в точке М (меридиальный радиус).
- второй главный радиус кривизны в точке М.
Расчёт и основные конструкции тонкостенных оболочек вращения, работающих под внутренним избыточным давлением. Расчёт на прочность.
Лекция 4.
r– радиус параллельного круга
U– меридианальная сила
T– кольцевая сила
Q– поперечная перерезающая сила
В оболочке вращения кривизна меняется вдоль меридианы (приращение ). В кольцевых направляющих кривизна постоянна (приращение).
Все перечисленные внутренние силовые факторы образуют моментное напряжённое состояние выделенного бесконечно малого элемента оболочки.
Если методами моментной теории оболочек можно определить все внутренние силовые факторы, то прочностной расчёт оболочки ведётся обычными методами, а именно:
;;;
На практике протяжённость краевых зон весьма мала (порядка 2-3 толщин стенки). В гладких участках тонкостенных оболочек вращения основную роль играют нормальные силы в гранях выделенного элемента (и), образующие, так называемое, безмоментное (мембранное) напряжённое состояние. В гладких участках таких оболочек действия изгибающих моментов (и), поперечных перерезывающих силстановится пренебрежимо малым (ими пренебрегают в расчёте гладких участков таких оболочек). Нормальные силы (и) в этом случае образуют двумерное напряжённое состояние.
Из ГОСТ:
Рассмотрим безмоментное напряжённое состояние:
- внутренне избыточное давление (внешний силовой фактор)
Спроецируем все силы на ось действия силы :
- для бесконечно малых углов
Так как , то
- уравнение Лапласа (уравнение равновесия бесконечно малого элемента оболочки, находящейся под внутренним избыточным давлением).
Для нахождения недостающего уравнения связи между неизвестными напряжениями, получим уравнения равновесия конечной зоны оболочки:
Так как , , то
- уравнение равновесия конечной зоны
Вывод нормативных расчётных формул для прочностного расчёта основных типов тонкостенных оболочек вращения, образующих современные аппараты и машины
Цилиндрическая оболочка:
(в точке М)
Установим соотношение между главными напряжениями и
,
, так как.
Полученный результат показывает, что при прочих равных условиях в 2 раза.Продольные швы нагружены больше всего!!!
Лекция 5.
Для аппаратов, изготовленных из труб или аппаратов, изготовленных из листовых обечаек диаметром менее или равным 400 мм в качестве расчётного применяется расчётный диаметр. Для аппаратов, изготовленных из труб или аппаратов, изготовленных из листовых обечаек диаметром более 400 мм в качестве расчётного применяется внутренний диаметр.
Преобразуем уравнение Лапласа применительно к цилиндрической оболочке:
Так как ,, где- коэффициент прочности сварного шва, то, взяв за основуIIIтеорию прочности (теорию пластичности), получим:
,
, где- коррозионная прибавка,S– полная исполнительная толщина стенки.
Сферическая оболочка:
Так как ,, то:
- в 2 раза меньше, чем для цилиндра.
Сферическая оболочка менее материалоёмка, чем цилиндрическая.
Эллиптические днища:
В – полюс (минимальная кривизна, опасная точка)
А – экватор (краевая зона)
Все нормализованные (принятые в ГОСТе) эллиптические днища геометрически подобны друг другу.
- внутренний радиус днища при вершине В.
Для точки В:
Так как ,, то:
Тороэллиптическое днище:
В последнее время не применяется в аппаратуре.
Предел прочности сварного шва - Справочник химика 21
В графе "Механические испытания" для сварного соединения указываются временное сопротивление (предел прочности) сварного Соединения при температуре 20°С [c.251]
Сплав 01201 имеет более низкий предел прочности сварного шва по сравнению с основным материалом, особенно при большой толщине (табл. 13). [c.131]
Сварные соединения прямошовных труб испытывают на растяжение. Предел прочности сварного соединения должен быть не ниже предела прочности основного металла. [c.69]
При сварке сплавов типа АМц в качестве присадочного материала часто применяют проволоку марки АК. Предел прочности сварного соединения из сплава АМц с присадкой проволоки АК, по сравнению с основным металлом, составляет около 95%. Причем предел прочности этого соединения при повышенной температуре может быть не ниже предела прочности основного металла. [c.217]
При испытании образцов на разрыв (растяжение) предел прочности сварного соединения должен быть не ниже нижнего предела прочности основного металла, из которого изготовлены стыкуемые трубы. [c.228]
При испытании образцов на разрыв (растяжение) предел прочности сварного соединения должен быть ке ниже нижнего [c.257]
При сварке газопроводов следует применять материалы и способы, обеспечивающие предел прочности сварного соединения не ниже нижнего предела прочности основного металла труб по государственному стандарту, угол загиба — не менее 120° для всех видов электродуговой сварки и не менее 100° для контактной и газовой сварки. [c.50]
При изготовлении и ремонте грузоподъемных машин допускается применение как электродуговой, так и газовой сварки. Расчетные сварные соединения основных элементов металлоконструкций должны выполняться с применением электродов по ГОСТ 9467—60 (табл. 449) или сварочной проволоки по ГОСТ 2246—60 (табл. 448), обеспечивающих предел прочности сварного соединения не иже нижнего предела прочности основного металла, установленного для даной марки стали ГОСТ или техническими условиями, а угол загиба не менее 100 . [c.992]
Соединение труб производится с помощью сварки. Применяемые методы сварки и материалы должны обеспечивать плотность сварного соединения и следующие механические свойства предел прочности сварного соединения должен быть не ниже нижнего предела прочности основного металла труб, а угол загиба сварного образца — не менее 120° для всех видов электродуговой сварки и не менее 100° для газовой сварки. При сварке труб предпочтение должно отдаваться электродуговой сварке. Газовую сварку следует применять только в тех случаях, когда по местным условиям не может быть применена электродуговая сварка. Фланцевые и резьбовые соединения обычно применяют только в местах установки задвижек, кранов, вентилей, муфт и другой арматуры, имеющей фланцевые или резьбовые присоединения. [c.401]
Листовой полистирол, как и винипласт, можно сваривать нагретым воздухом при температуре 220—250°. Предел прочности сварного [c.464]
Дополнительное легирование сплава хромом до 0,18% не изменило стойкости материала в морской воде. Испытания в искусственной морской воде привели за три месяца к уменьшению предела прочности сварных образцов на 34—38%. После шестилетних испытаний в море прочность аналогичных образцов уменьшилась лишь на 2,2—6,2% [59]. [c.32]
Простейшие механические испытания сварного соединения с целью получения таких его характеристик, как предел прочности, относительное удлинение, угол изгиба, производят прн помощи портативной машины с разрывным усилием 200 кН. [c.103]
При сооружении емкостей высокого давления, предназначенных для хранения СНГ, используют высокопрочные пластичные стали. В США к ним относятся стали марки Тип-1 , Тип-1-А , Тип-1-В и т.д. Прочность таких сталей на растяжение (разрыв) составляет около 82,74 МПа, что существенно превышает этот показатель у сталей обычных марок (44,8—48,3 МПа), применяемых в США и Великобритании. Предел прочности высокопрочных пластичных сталей также выше, что с учетом соответствующих коэффициентов запаса прочности дает возможность использовать этот показатель для расчета толщины стенок емкостей. Применение таких сталей позволяет сооружать емкости с меньшей толщиной стенок, а следовательно, более дешевые. К сожалению, стали данных марок обладают рядом недостатков с точки зрения требований, предъявляемых к сооружению емкостей для хранения СНГ. Поскольку они подвергаются закалке с последующим отпуском, необходимы особые режимы сварки для исключения насыщения водородом сварного шва и обязательная термообработка последнего по окончании сварки для снятия остаточного напряжения и предотвращения растрескивания шва. Эти меры предосторожности должны особо тщательно соблюдаться при сооружении емкостей, предназначенных для хранения и транспортировки аммиака. По перечисленным выше причинам некоторые европейские органы надзора отказываются от применения сталей марок Тип-1 , Тип-1-А для сооружения емкостей под СНГ, поскольку последние очень часто используются для хранения аммиака. [c.135]
Большие баллоны состоят из цилиндрической части с продольным сварным швом, верхнего и нижнего (донного) колпаков, привариваемых круговым швом. Колпаки имеют тороидальную или эллипсоидную (значительно реже сферическую) форму. Толщина стенок баллонов в среднем должна составлять 3—4 мм. Материал — сталь с содержанием углерода 0,2 % и пределом прочности на растяжение 448,2 МПа. [c.183]
Допускаемые напряжения на отдулинах рассчитываются как разность предела прочности в зоне сварного шва и эксплуатационных напряжений на отдулинах. Для температур свыше 700°С напряжения на отдулинах достигают 150-200 МПа [59, 60]. Поскольку в сварных швах происходит накопление усталостных повреждений за счет изменения конструктивной формы и наличия технологических дефектов, то для перехода от значений внешних нагрузок к локальным напряжениям необходимо иметь значения коэффициентов концентрации напряжений. Согласно методике [31, 59] [c.117]
НВ° /НВ - коэффициент механической неоднородности, НВ - предел прочности и твердости основного металла о , НВ - предел прочности и твердость металла сварного шва А = С/8 - относительное смещение кромок. [c.80]
Предел текучести стали зафиксирован около 270—290 МПа или в среднем 280 МПа. Предел прочности основного металла и сварного шва оказался выше 420 МПа, это указывает на то, что запас прочности по сравнению с рабочими напряжениями от эксплуатационной нагрузки без учета дополнительных напряжений от местных отклонений, неравномерной осадки и других равен примерно 3. [c.45]
Если сертификаты отсутствуют, то качество каждой трубы можно определить механическим испытанием и химическим анализом. Соединяют трубы элежтродуговой, контактной и газовой сварками, лричем газовой сваркой можно варить трубы диаметром до 150 мм и толщиной стенки до 5 мм. Все эти виды сварки обеспечивают предел -прочности сварного соединения не ниже предела -прочности металла трубы. [c.68]
Пределы прочности сварных соединений, полученных на сплаве маркн АМгбТ толщиной 9 мм, в зависимости от вида сварки следующие аргоно-ду-говая сварка — 32,2 кГ/мм" газовая сварка — 15,6 кГ1млА. [c.182]
Б. Присадочные материалы для ручной дуговой электросварки выбирают в соответствии с механическими свойствами свариваемой стали и ириицииами равнопрочности. Применительно к стандарту основной характеристикой электродов по маркировке является предел прочности сварного соединения и металла шва. [c.316]
Качество электродов характеризуется механическими свойствами сварного шва. По этим свойствам электроды разделяют на несколько типов Э34, Э42, Э50, Э50А и т. д. Числа 34, 42, 50 соответствуют пределу прочности сварного шва в кГ мм % а буква А указывает на повы- [c.40]
Качество электродов характеризуется механическими свойствами сварного шва. По этим свойствам электроды разделяют на несколько типов 334, Э42, Э50, Э50А и т. д. Числа 34, 42, 50 соответствуют пределу прочности сварного шва в кПмм , а буква А указывает на повышенные пластические свойства наплавленного металла, полученные благодаря применению электродов данного типа. Каждый тип электродов имеет несколько условных производственных марок. [c.50]
Авторы доклада представили материалы об аварии на металловедческую экспертизу профессору Штуттгартского технологического университета Зибелю. Он отметил, что цистерна была изготовлена с применением водно-газовой сварки, впоследствии вышедшей из употребления повреждение цистерны образовалось вдоль продольного сварного шва (около 80% всей его длины). И хотя прочность сварного шва обычно составляет не менее 90% прочности металла, не затронутого сваркой, имелись отдельные участки сварного шва, прочность которых была меньше указанной величины. Далее процитируем профессора Зибеля "Наличие таких слабых мест может служить объяснением разрыва стенок резервуара". В отчете [Stahl,194 )] следующим образом подытожены представленные заключения металловедческой экспертизы "Разрыв резервуара, очевидно, можно объяснить трещиной, образовавшейся в одной из точек на верхней части продольного шва. Это могло произойти в результате воздействия давления, которое находилось в нормальных пределах разрыв мог продолжаться вдоль шва, поскольку прочность его немного слабее, чем прочность самого материала. Механические испытания на прочность... не позволили точно определить, что произошло на самом деле". [c.320]
Следует высказать некоторые предостережения в отнощении высокопрочных (предел прочности на растяжение792,9—896,3МПа), закаленных с последующим отпуском сталей. Высокие прочностные свойства их позволяют сооружать емкости с более тонкими стенками. Однако такие стали имеют минимальное относительное удлинение при разрыве менее 16%, т. е. меньше того минимума, который установлен для тонкозернистых (мелкодисперсных) марок стали Европейскими правилами международных перевозок опасных грузов . Это указывает на повышенную чувствительность таких сталей на разрыв при изломе или после ударных воздействий. Кроме того, при их использовании необходимы повышенное внимание к технологии сварки и более трудоемкая процедура контроля сварных швов в процессе эксплуатации. Такие стали в большей степени подвержены коррозии, особенно при воздействии на них аммиака, каустической соды или сернистых соединений. По этим причинам в некоторых странах оговорены условия применения высокопрочных сталей для хранения СНГ. Вполне вероятно, что применение сталей этих типов может быть запрещено в новом варианте Европейских правил международных перевозок опасных грузов . [c.176]
При испытаниях этих образцов (при mf,3 4A) разрушающие напряжения были близки к пределу прочности основного металла (а 500 МПа, сталь 16ГС). Однако разрушение всех образцов происходили по сварному шву с инициацией разрушения в точке А. [c.55]
Наилуч1иие результаты сварки технического титана марки ВТ1 обеспечиваются автоматической сваркой под слоем флюса, В этом случае предел прочности и угол загиба сварных соединений равны прочности и углу загиба основного металла, а ударная вязкость несколько понижается (7,4 кГм/сл против 14 кГм/с.и для основного металла). Высокие показатели получены также при сварке сплава 0Т4, [c.195]
Основной в аппаратостроении является электрическая сварка металлов. Требования к механическим свойствам наплавленного металла для углеродистых и легированных сталей основаны на принципе равнопрочности основного металла и металла шва, т. е. предел прочности наплавленного металла должен быть не ниже нижнего предела прочности основного металла. Для углеродистых и низколегированных сталей, например для сталей 16ГС и 09Г2С, относительное удлинение при растяжении (65) принято не менее 18%, ударная вязкость (а ) не менее 8 кГ-м/см . Для сварных швов угол загиба должен быть не менее 100°, ударная вязкость не менее 6 кГ-м/см . [c.23]
Известен опыт использования в сварной аппаратуре улучшенных листовых сталей с пределом текучести до 70 кПмм- пределом прочности до 95 кПмм и с относительным удлинением до 18% [5, 125, 126]. Примерный состав стали (в %) 0,12—0,21С 0,95—1,30 Мп 0,20-0,35 81 0,3-0,7 Ш 0,4-0,65 Сг 0,2-0,3 Мо 0,03- [c.337]
Хром повыщает предел прочности и текучести и повышает устойчивость стали против, коррозии. Содержание более, 12% хрома делает сталь нержавеющей. Хром способствует повышению прокаливаемости низколегиро ван-ной стали, однако придает, ей склонность к образованию трещин в сварных швах. При сварке требуются предварительный подогрев и последующая термическая обработка для получения стабильной структуры. Стали с содержанием хрома более 12% и очень малым содержанием углерода относятся к феррит-ному классу, т. е. сохраняют структуру легированного феррита при температурах от комнатной до температуры плавления. Перекри- [c.32]
Для испытания на растяжение применяют плоский образец, в рабочую часть которого входит вся толщина сварного шва и достаточно большой участок околошовной зоны. В образец обязательно должна попасть околошов-ная зона, в которой за счет тепла металла шва в процессе сварки или после нее происходит перекристаллизация металла. Браковочным критерием служит предел прочности, который должен быть не меньше допустимого нижнего предела прочности основного металла. [c.142]
chem21.info
Прочность - сварочный шов - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Прочность - сварочный шов
Cтраница 1
Прочность сварочного шва зависит от его размеров и от качества наплавленного металла. [1]
Лучшие результаты по прочности сварочного шва были получены при использовании ролика, когда резонансная частота колебательной системы равна собственной частоте концентратора и преобразователя ( технологические зависимости - прочность сварных соединений от параметров режима сварки рассмотрены в гл. [2]
Отдельные поры практически не влияют на прочность сварочного шва, поэтому такой дефект исправляют путем вырубки и повторной заварки дефектного участка только в том случае, если шов должен быть не только прочным, но и герметичным. [3]
Несмотря на большие успехи сварки и достижения прочности сварочного шва, равной прочности основного металла изделия, заклепочные соединения еще широко применяются при изготовлении и монтаже технологических металлоконструкций, так как в отдельных случаях применение сварки затруднено. [4]
Непровары, особенно по кромкам и между слоями, являются самыми опасными, так как влияют на прочность сварочного шва. Обнаруженные участки с непроваром вырубают до основного металла, зачищают и заваривают вновь. [5]
Прочность на растяжение в сечении трубы, ослабленном проточкой под цементирующее кольцо, не проверяется, так как прочность этого сечения примерно на 10 % выше, чем прочность сварочного шва. [6]
Прочность на растяжение в сечении трубы, ослабленном проточкой под центрирующее кольцо, не проверяется, так как прочность этого сечения примерно на 10 % выше, чем прочность сварочного шва. [7]
Подогревная лента остается в сварочном шве. Прочность сварочного шва на растяжение равна или даже больше прочности полиэтиленовой оболочки. [8]
Электроды для сварки обозначают буквой Э с двухцифровым числом через дефис. Число показывает прочность сварочного шва на растяжение. Электроды для наплавки обозначают буквами ЭН и числом, которое указывает гарантированную твердость наплавленного материала. Каждому типу электродов соответствует несколько их марок, различающихся видом и составом покрытий. Для сварки и наплавки деталей применяют электроды с покрытиями. [9]
Технологические особенности электродуговой наплавки используют в целях ослабления нежелательных сопутствующих явлений, таких как окисление металла, поглощение азота, выгорание легирующих примесей и нагрев материала детали выше температуры фазовых превращений. Эти явления приводят к снижению прочности сварочного шва, нарушению термообработки материала, объемным, структурным и фазовым изменениям и короблению детали. Перемешивание материалов основы и покрытия ухудшает его свойства. [10]
На рис. 75 показано соединение винипластовых труб муфтой, приклеенной и приваренной по торцам. Сварка труб в стык не получила широкого распространения, так как прочность сварочного шва для винипласта составляет 65 - 85 % прочности основного материала. [12]
Непроваром ( рис. 115 г) называется местное несплавление основного металла с наплавленным, а также несплавление между собой слоев шва при многослойной сварке Непровар образуется из-за неправильной подготовки кромок под сварку, недостаточной мощности сварочного пламени, большой скорости сварки, плохой за-чисткп кромок перед сваркой от окалины, шлака, ржавчины, грязи и других загрязнений. Непровары, особенно по кромкам и между слоями, являются самыми опасными, так как влияют на прочность сварочного шва. Обнаруженные участки с непроваром вырубают до основного металла, зачищают и заваривают вновь. [13]
Взаимодействие расплавленного металла в столбе дуги и сварочной ванне с кислородом и азотом воздуха ухудшают химический состав металла. Неуправляемое охлаждение приводит к нежелательным объемным и структурным изменениям, что вызывает, в свою очередь, коробление детали, трещины, нарушение термообработки и снижение прочности сварочного шва. В жидких металлах растворяется водород, который приводит к хрупкости материала. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
сварные швы
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования šКузбасский государственный технический университетŸ
Кафедра сопротивления материалов
РАСЧЕТ СВАРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Методические указания к проведению практических и самостоятельных занятий по курсу šСопротивление материаловŸ для студентов технических специальностей
Составители М. Ю. Насонов С. А. Сидельников
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 7 от 1.04.2008 Рекомендованы к печати учебно-методическойкомиссией по специальностям 270102 и 270115 Протокол № 7 от 31.03.2008 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
1
1. ВВЕДЕНИЕ
Широкое применение при изготовлении металлических конструкций находит технология сварки.
При правильном выборе конструкции, материалов и технологии проведения сварочных работ создаваемые сварочные соединения по надежности не уступают заклепочным и болтовым соединениям.
Сварочные соединения подразделяются настыковые, на-
хлёсточные, соединения с накладками, угловые, тавровые.
Важнейшими элементами любого сварочного соединения являются сварные швы, которые подразделяютсяна стыковые
(лобовые, косые), угловые (лобовые, фланговые и комбинированные). Проверка надежности сварочных соединений в основном сводится к проверке прочности сварных швов.
2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Сварочное соединение состоит из четырех зон: сварного шва, околошовной зоны, зоны сплавления и основного металла. Наиболее слабым местом соединения является околошовная зона. Эта зона берется в расчет сварочного соединения, хотя и неправильно называется сварным швом.
Сварные швы в зависимости от способа соединения листов, в основном, подвергаются деформированию двух видов – растя- жению-сжатиюили сдвигу.
В зависимости от вида деформирования в них могут возникать внутренние усилия: продольная сила N или поперечная сила Q.
Соответственно, должны возникать нормальные напряженияэ или касательные напряжения τэ. Индекс "э" у напряжений показывает, что они появляются именно в сварных швах, т.е. напряжения сварочные, электродные.
Напряжения по сечениям сварных швов при растяжениисжатии и сдвиге считаются условно равномерно распределенными.
2
При расчете на прочность сварочных соединений используются специальные допускаемые напряжения: [σ]э и [τ]э. Они отличаются от допускаемых напряжений основного металла в меньшую сторону и получаются при испытаниях на растяжение и сжатие стандартных образцов со сварным швом. Разрушающие напряжения в сварочном соединении значительно ниже, чем при испытаниях образцов из основного металла, т.к. в сварочном соединении присутствуют все его зоны и в том числе ослабленная околошовная зона.
Также необходимо учитывать отличия результатов испытаний на растяжение и сжатие сварных швов, полученных с использованием некоторых металлических сердечников электродов. В этом случае допускаемые напряжения обозначаются особо: на растяжение [σ]э+, на сжатие[σ]э–.
Из всех сварочных соединений наиболее простым является стыковое, образованное путем заполнения зазора между торцами соединяемых листов расплавленным металлом электрода.
Самым опасным сечением стыкового соединения, с точки зрения расчета на прочность, является среднее сечение сварного шва (рис. 1, б, сечение I-I).Стыковой сварной шов работает на растяжение и поэтому в его среднем (расчетном) сечении возникает продольная сила N, равная внешней нагрузке Р и нормальные напряжения σэ.
При расчете на прочность используется геометрическая характеристика – площадь сечения стыкового сварного шва. Она
вычисляется по формуле |
|
Fшв швhшв, | (1) |
где шв – длина стыкового сварного шва; |
|
hшв – высота стыкового сварного шва. |
|
Длина стыкового сварного шва шв принимается равной ширине соединяемых листов, уменьшенной на 0,01 м (1 см) за счет непровара с каждой стороны, т.е. недоведения качественного сварного шва до ширины соединяемых листов. Неучёт непровара шва ослабляет сварочное соединение.
3
Высота стыкового сварного шва hшв принимается равной толщине соединяемых листов с пренебрежением наплавления металла сверх толщины листов, что не ослабляет сварочное соединение, а идет в запас его прочности.
= hшв
Р Р
I
b шв
I
Рис. 1. Сварочное стыковое соединение
Для усиления стыкового сварного шва возможно его создание в косом исполнении (рис.2). Длина такого шва увеличивается, в связи с чем прочность сварочного соединения возрастает.
Р Р
Рис. 2. Сварочное соединение косым стыковым швом
Также, возможно усиление сварочных соединений путем введения в него дополнительных сварных швов. Например, ис-
4
пользование угловых сварных швов при создании нахлёсточных соединений (рис. 3), значительно увеличивает общую длину сварных швов.
Р
Р
Р | шв | в |
|
| Р |
|
| ||||
|
| ||||
|
| ||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. Сварочное нахлёсточное соединение
В случае нахлёсточного соединения опасным (расчётным) сечением углового лобового сварного шва является биссекторное сечение, показанное на рис. 4, площадь которого определяется по формуле
F | шв | h | шв | соs45o |
| шв | с | (2) |
шв |
|
|
|
|
|
где с – наименьшая сторона расчётного сечения сварного шва
| Расчетное | с | |
а) Р/2 | сечение шва б) | h шв = | |
| Q | Р |
|
| α = 45о | э α = 45о | |
Р/2 |
| ||
|
| h шв = | |
|
|
| |
Рис. 4. Расчётное сечение углового лобового сварного шва (а) и его схематизация (б)
5
В опасном (расчётном) сечении возникают максимальные сдвигающие поперечные силы Q, а, следовательно, и максимальные касательные напряжения τэ.
Пример 1
Дано:
Сварочное стыковое соединение (рис.5), состоящее из двух листов, связанных одним лобовым швом.
Ширина листов b = 0,5 м (50 см), толщина = 0,02 м (2 см). Листы изготовлены из стали марки ВСт3сп5.
Сварной шов выполнен с применением электродов типа Э 48, марки УОНИ 13/48 с допускаемым напряжением на растяжение [ э]+ = 100 МПа, (1000 кг/см2).
Соединение нагружено растягивающей силой Р = 100 кН (10 т).
Задание.
Проверить стыковый лобовой сварной шов на прочность. Решение:
Определим по методу сечений внутреннее усилие при растяжении сварного шва – продольную силу N. Она равна внешней силе (рис. 5, в)
N = Р = 100 кН (10 т).
Определим длину стыкового сварного шва с учетом непроварашв b 0,01 0,5 0,01 0,49м (49 см).
Определим высоту стыкового лобового сварного шва без учета наплавления металла при сварке
hшв = = 0,02 м (2 см).
Определим площадь сечения стыкового лобового сварного шва
Fшв = ℓ hшв = 0,49·0,02 = 0,0098 м2 =98·10-4 м2 (98 cм2).
6
Определим нормальные напряжения в расчетном сечении стыкового лобового сварного шва
э N |
| 100 103 | 10 200000 н/м2 = | |
Fшв | 98 10 4 |
|
| |
= 10,2·106 Па = 10,2 МПа (102 кг/см2). | ||||
а) |
|
|
|
|
= hшв |
| Р | ||
Р |
|
|
| |
|
|
|
| |
б) |
|
| I |
|
| b |
| шв | Р |
Р |
|
|
| |
|
|
|
| |
|
|
| I | I-I |
в) |
|
| г) | |
|
|
| ||
| шв |
| шв b 0,01 | |
Р | N |
| ||
|
|
| ||
|
|
|
| hшв= |
Рис. 5. Определение внутренних усилий в сварочном стыковом соединении по методу сечений:
а) фронтальная проекция сварочного соединения; б) горизонтальная проекция сварочного соединения; в) оставшаяся часть соединения после рассечения; г) расчетное сечение сварного шва
Проверим прочность стыкового лобового сварного шва
σэ = 10,2 МПа <э = 100 МПа.
Вывод: условие прочности стыкового лобового сварного шва удовлетворяется.
7
Пример 2
Дано:
Сварочное стыковое соединение (рис. 6.), состоящее из двух листов, связанных косым сварным швом с углом наклона 45о .
Ширина листов b = 0,5 м (50 см), толщина = 0,02 м (2 см). Листы изготовлены из стали марки ВСт3сп5.
Сварной шов выполнен с применением электродов типа Э 48, марки УОНИ 13/48 с допускаемым напряжением на растяжение [ э]+ = 100 МПа, (1000 кг/см2).
Соединение нагружено растягивающей силой Р = 100 кН (10 т).
I
b
I
Рис. 6. Сварочное стыковое соединение косым сварным швом
Задание.
Проверить косой стыковый сварной шов на прочность. Решение:
Определим нормальные напряжения в расчетном сечении сварного шва
э cos 100 103 cos 45o 7191000 н/м2 = Fшв 98 10 4
= 7,19·106 Па = 7,19 МПа (72,9 кг/см2).
Проверим прочность косого стыкового сварного шва
8
σэ = 7,19 МПа <э = 100 МПа.
Вывод: напряжение в косом стыковом сварном шве меньше, чем напряжение в лобовом стыковом сварном шве (см.Пример 1).
Пример 3
Дано:
Сварочное нахлёсточное соединение (рис. 3), состоящее из двух листов, связанных двумя угловыми лобовыми сварными швами.
Толщина листов = 0,015 м(1,5 см), ширина листов b = 1,0 м (100 см).
Листы изготовлены из стали марки ВСт3сп5.
Сварные швы выполнены с применением электродов типа Э 48, марки УОНИ 13/48 с допускаемым напряжением на сдвиг [ э] = 80 МПа (800 кг/см2).
Нагрузка, действующая на сварочное соединение, Р = 200 кН (20 т).
Задание.
Проверить угловые лобовые сварные швы на прочность. Решение:
Из рис. 4, а видно, что в каждом из двух угловых лобовых швов возникают одинаковые внутренние сдвигающие усилия Q, равные половине внешней нагрузки Р.
Для расчетов на прочность необходимо знать геометрическую характеристику сечения. В данном случае это площадь расчетного сечения углового лобового шва. Вводятся упрощение за счет неучёта наплавления сварного шва (лишний наплавленный металл идет в запас прочности сварочного соединения). Из рис. 4, б видно, что наименьшая сторона (с) поперечного сечения сварного шва может быть найдена через высоту шва hшв, путем рассмотрения прямоугольного треугольника, схематично изображающего поперечное сечение сварного шва.
Определим внутреннее усилие, возникающее в угловом лобовом сварном шве
9
Q P 200 100 кН (10т).
22
Определим наименьшую сторону сечения углового лобового сварного шва
с = hшв sin45о = sin45о = 0,015·0,707 = 0,00106 м (1,06 см).
Определим длину углового лобового сварного шва, которая равняется ширине листа за вычетом 0,01 м (1 см) на непровар
шв = b – 0,01 = 1 – 0,01 = 0,99 м (99 см).
Площадь расчетного сечения углового лобового сварного шва равна
Fшв =шв с = 0,99·0,00106 = 0,00105 м2 ( 10,5 см2).
Определим касательные напряжения в угловых лобовых
сварных швах |
| ||||
э | Q |
| 100 103 |
| 9,53 106 н/м2 = 9,53 МПа (95,3кг/см2). |
Fшв |
| ||||
| 0,00105 |
| |||
Проверка прочности угловых лобовых сварных швов
э 9,53 МПа <э 80 МПа.
Вывод: условие прочности угловых лобовых сварных швов удовлетворяется.
Пример 4
Дано:
Сварочное нахлёсточное соединение, состоящее из двух листов с двумя фланговыми сварными швами (рис. 7). Толщина листов = 0,01 м (1см). Длина нахлёста b = 0,5 м (50см). Листы изготовлены из стали ВСт3сп5.
studfiles.net
|
В соответствии с государственным стандартом 15467-79 качество продукции определяется совокупностью свойств, которые обуславливают, насколько пригодна она для использования и позволяет применять ее в соответствии с ее предназначением. Качество сварочного соединения зависит от соответствия материала техническим условиям, а также состояния оборудования, соблюдения стандартов и правил при проведении сварочных работ. Обеспечить высокие технологические и эксплуатационные свойства металла шва можно при выполнении всех условий проведения работ. Если работа организована и проведена правильно, то высокие технологические и эксплуатационные свойства обеспечены. Обнаружение дефектов и поиск уязвимостей является сигналом для прекращения производства для смены технологии сварки, чтобы в дальнейшем производить сварочные швы высокого качества. Существуют следующие виды дефектов: подрез, наплыв, поры и трещины, внутренний непровар, шлаковые включения металла шва. В зависимости от того, нарушается ли целостность сварного соединения, различаются неразрушающие и разрушающие методы контроля. К неразрушаемым способам проверки качества относится осмотр продукции, контроль водонепроницаемости, контроль за обнаружением дефектов, выходящих наружу, а также поиск внутренних дефектов сварочного шва. Разрушающие методы проверки качества металла заключаются в испытании контрольных образцов для получения требуемых характеристик сварочного соединения. Дефекты сваривания различаются по причинам появления и по месту расположения. В зависимости от того, по каким причинам возник дефект, они делятся на две группы. К первой группе относят дефекты, которые связаны с металлургическими и тепловыми явлениями, которые происходят при образовании формировании и кристаллизации сварочной ванны, а также остывания металла шва. Ко второй группе дефектов швов относят дефекты, которые вызваны в основном нарушением сварочного режима, неправильной подготовкой к сварке, неисправностью сварочного оборудования, небрежностью сварщика или его низкой квалификацией. Дефекты по месту расположения разделяются на внешние и внутренние. Наплывы образовываются в результате натекания раскаленного металла на поверхность холодного, в результате чего сплавление не происходит. Наплывы могут быть местного значения, а также глобальными, то есть иметь протяженность вдоль всего шва. Причинами образования наплывов являются такие моменты, как большой сварочный ток, большой угол наклона при изготовлении свариваемых изделий. Прожогами являются сквозные отверстия в шве, которые образовываются при вытекании частей металла ванны. Причинами образования прожогов является большой зазор между свариваемыми кромками, а также чрезмерный сварочный ток и недостаточная скорость ведения электрода. В результате отклонения от технологии проведения сварочных работ появляются дефекты швы, поэтому нужно в точности следовать ГОСТам. Подробнее о расчетах прочности сварных соединений вы можете узнать на странице http://skmash.ru/str411.php
|
3g-svarka.ru
Предел - прочность - сварное соединение
Предел - прочность - сварное соединение
Cтраница 1
Предел прочности сварных соединений должен быть не ниже предела прочности основного металла. [1]
Предел прочности сварного соединения ( рис. 243, б) определяется испытанием на растяжение. [2]
Предел прочности сварного соединения определяется разупрочнением металла и протяженностью ослабленного участка. [3]
Предел прочности сварного соединения достигает 95 % предела прочности основного металла. [4]
Предел прочности сварных соединений ( см. табл. 2 и 3) увеличивается при снижении температуры от комнатной до 4 К, однако характер и скорость возрастания в определенной степени зависят от типа сплава. Например, скорость упрочнения сварных соединений сплавов 2219, 3003, 5454, 6061 и литейных сплавов была постоянной или возрастала при снижении температуры, но уменьшалась при температурах 77 К у сварных соединений сплава 5083, при этом предел прочности при 4 К незначительно отличался от значений, полученных при 77 К. [5]
Предел прочности сварных соединений материала небольшой толщины ( до 5 мм) при сварке в среде защитных газов присадочным материалом близкого к основному металлу состава и при старении по режиму, соответствующему режиму старения основного металла, составляет 0 9 - 1 0 от прочности основного материала. [6]
Допускается предел прочности сварного соединения ниже нижнего предела прочности основного металла. В этом случае расчет элемента должен производиться по пределу прочности не выше предела прочности сварного соединения. [7]
Определение предела прочности сварного соединения производится на образцах, изображенных на фиг. Для толщин s 10ч - 25 мм, 6 25 мм, &i30 мм, длиной / 100 мм, величина h зависит от конструкции испытательной машины. Технологическая проба на загиб под пуансоном выполняется на образцах типа, указанных на фиг. [8]
При сварке разнородных металлов предел прочности сварного соединения на разрыв обычно не ниже предела прочности менее качественного из свариваемых металлов. Прочность соединения деталей, свариваемых в на-гартованном или закаленно-отпущенном состоянии, равна их прочности в отожженном состоянии. [9]
Эти виды сварки обеспечивают предел прочности сварного соединения не ниже предела прочности металла трубы. [11]
КМц 3 - 1 предел прочности сварных соединений равен 14 - 17 кг. [12]
В табл. 29 приведен предел прочности сварных соединений образцов без проковки и с проковкой. [13]
Коэффициент К равен отношению пределов прочности сварного соединения и основного металла. [14]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
