Правильный расчет сварных соединений. Расчет сварного шва
1. Расчет сварных соединений встык
Для стыковых швов, расположенных перпендикулярно оси элемента при сжатии и растяжении
,откуда .
При действии на стыковое соединение изгибающего момента
, где - момент сопротивления шва.
При действии изгибающего момента и поперечных сил
,
где и- нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям;- напряжение от среза.
Для стыковых косых швов:
В направлении, перпендикулярном к шву
или ;
вдоль шва (срез)
или
Расчетное сопротивление стыковых швов определяют по пределу текучести или по временному сопротивлению стали соединяемых элементов независимо от вида сварки (табл. 9.1), например: при сжатии ; при растяжении и изгибе с визуальным контролем качества шва, а при физических методах контроля -; при сдвигеи т.д.
2. Расчет сварных соединений угловыми швами
Для угловых швов (фланговых и лобовых) расчет сварных соединений выполняется на срез (условный) по двум сечениям:
По металлу шва
или ;
по металлу границы сплавления
или .
При выполнении условия расчет сварного углового соединения выполняется по сечению металла шва.
При действии изгибающего момента на прямоугольный элемент, приваренный угловыми швами к конструкции, проверку нормальных напряжений в швах производят по формулам:
по металлу шва
;
или по металлу границы сплавления
,
где - число сварных швов;- расчетная длина одного шва;- коэффициенты, принимаемые по СНиП в зависимости от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки;- расчетное сопротивление сварных соединений угловыми швами при срезе соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления;- коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций возводимых в районах, для которыхприи- для всех сталей.
При действии на угловые швы изгиба и среза суммарные напряжения проверяют по формулам:
или ,
где ;.
15.Расчет сварных швов в соединениях, работающих на изгиб: соединение встык, соединение угловыми швами. Конструктивные требования к сварным соединениям
При действии момента в плоскости расположения швов их рассчитывают на срез по формулам:
по металлу шва , по металлу границы сплавления
где xиy- координаты точкиАсварного соединения, наиболее удаленные от центра тяжести;и- моменты инерции расчетного сечения сварного соединения по металлу шва относительно его главных осей“x”и“y”;и- то же, по металлу границы сплавления.
При расчете сварного соединения с угловыми швами на одновременное действие продольной силы, поперечной силы и моментадолжны выполняться условия и;
где и- напряжения в точке расчетного сечения сварного соединения соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления, определяемые по формуле.
Расчёт сварных швов работающих на изгиб
Расчёт сварных соединений с угловыми швами на действие моментов в плоскости расположения швов, следует производить в полярных координатах.
Расчёт сварных швов в соединениях работающих на изгиб, продольную и поперечную силы
Конструктивные требования к сварным соединениям
В конструкциях со сварными соединениями следует:
предусматривать применение высокопроизводительных механизированных способов сварки;
обеспечивать свободный доступ к местам выполнения сварных соединений с учетом выбранного способа и технологии сварки.
Разделку кромок под сварку следует принимать по ГОСТ.
Размеры и форму сварных угловых швов следует принимать с учетом следующих условий:
- катеты угловых швов должны быть не более, где- наименьшая толщина соединяемых элементов;
- катеты угловых швов следует принимать по расчету , но не менее указанных в табл. 38 СНиПII-23-81*;
- расчетная длина углового сварного шва ограничивается условием
(за исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении шва), но не менее 40 мм;
- размер нахлестки должен быть не менее , где- минимальная тощина наиболее тонкого из свариваемых элементов;
- соотношения размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило . Допускается принимать швы с неравными катетами при разных толщинах свариваемых элементов при соблюдении п. 12.8 а, б СНиПII-23-81*.
16.Болтовые соединения. Виды и размещение болтов. Соединения на обычных болтах. Особенности работы и расчета соединений на высокопрочных болтах.
Болты применяют главным образом для монтажных соединений конструкций. Болтовые и заклепочные соединения не рекомендуются в конструкциях из стали высокой прочности, так как эти соединения имеют меньшую прочность, чем основной металл.
Болты выпускают грубой (класс С), нормальной (класс В) и повышенной (класс А) точности, а также высокопрочные диаметром 1648 мм. Кроме того, изготовляют анкерные болты диаметром до 90 мм. В комплект болта также входят гайка и шайба. Для изготовления болтов применяют углеродистые и легированные стали. Отверстия в соединениях под болты грубой и нормальной точности сверлят или продавливают диаметром на 23 мм большим диаметра болта, а под болты повышенной точности сверлят диаметром большими на 0.3 мм.
Высокопрочные болты изготавливают из легированных сталей: 40Х, 40ХФА, 38ХС и т.д. Благодаря большой силе натяжения болта, контролируемой при завинчивании гаек специальным динамометрическим ключом, обеспечивается высокая плотность соединения.
Болты грубой, нормальной и повышенной точности по плоскостям сопряжений элементов работают на срез, по боковым поверхностям – на смятие соединяемых элементов, а при продольной силе, приложенной вдоль стержня заклепки или болта – на растяжение.
Расположение болтов – см. конспект.
studfiles.net
Расчет сварных соединений: основные параметры
Под сварными соединениями подразумевается технологическая операция, при которой получается неразъемное сочленение за счет возникновения межатомных связей расплавленного металла. Это происходит при нагревании применяемых деталей или их пластической деформации. В результате возникают сварные соединения, обеспечивающие высокую прочность. Для получения качественной сварки необходим предварительный расчет сварных соединений.
Процесс сварки подразумевает соединение различных деталей путем их нагревания или деформации.
Швы подобных сочленений делятся на две группы:
- рабочие;
- связующие.
Рабочие элементы подвергаются нагрузке механических внешних воздействий. Когда разрушается рабочий шов, возможно разрушение сварных соединений.
Связующие необходимы для одновременной состыковки нескольких деталей конструкции, которые подвергаются основной нагрузке. Деформация наплавленного металла такого сварочного шва происходит совместно с металлом тех деталей, которые объединяет этот шов. При разрушении связующего шва соединение остается в рабочем состоянии, так как всю основную нагрузку воспринимают только детали главного металла. Расчет на прочность делается только для рабочих швов.
Сварные соединения бывают:
Виды сварных соединений.
- стыковыми;
- нахлесточными;
- тавровыми;
- угловыми;
- торцевыми.
Положительные свойства сварных соединений:
- Получается равнопрочное соединение. Иными словами, когда правильно выполнены сварные соединения, у конструкции будут отсутствовать слабые места.
- Очень мало расходуется металла. Редко применяются специальные накладки.Очень удобно проводить соединение материалов.
- Элегантный внешний вид.
К недостаткам можно отнести:
- Не всегда удобно выполнять сварочные работы из-за недостатка места. В этом случае соединение болтами гораздо лучше.
- Не свариваются металлы, которые имеют высокую твердость. Во время сварки прочность таких материалов резко снижается, что влечет за собой потерю эффекта упрочнения.
- Сварочный шов является концентратором напряжения. В связи с этим, когда имеется высокая динамическая нагрузка, лучше воспользоваться болтовым или заклепочным соединением.
Конструктивные требования
Чертеж сварного шва и вводимые для него данные.
Когда проектируются сварные соединения, их конструкция должна предусматривать свободный доступ к соединению деталей. Должна соблюдаться технология изготовления.Для уменьшения сварочной деформации необходимо свести к минимуму проводимые работы при сборке конструкции. Для этого нужно использовать швы самой небольшой толщины, расчет которых был произведен с учетом конструктивных особенностей. Сварные элементы должны располагаться на большом расстоянии друг от друга, не должно появляться замкнутого контура, созданного ими же.
При выполнении сварных соединений балок не должно быть накладок. Если работа делается встык, применяется односторонняя сварка, используются подкладки, которые потом зачищаются и обрезаются.
Метод расчета: основные параметры
Стыковые соединения рассчитываются согласно установленной и стандартизованной системе подсчета. Способ проведения расчета подробно описан в специальных нормалях.
Рисунок 1.Формула расчета центрального сжатия стыкового соединения.
Центральное сжатие, а также процесс растяжения определяется по формуле на Рисунке 1:
- N — наивысшая нагрузка, которую воспринимает соединение;
- t — минимальная толщина свариваемых деталей;
- lw — максимальная длина всего сварочного шва, ее уменьшают на значение 2t;
- Rwy — сопротивление, определяющееся в соответствии с существующим пределом прочности, взамен «Rwy» разрешается применять «Rwu/γu»;
- Ry — сопротивление материала, согласно пределу текучести, определяется по таблицам;
- Ru — сопротивление металла согласно временному сопротивлению, значение берется по специальным таблицам;
- γс — коэффициент места работы и соответствующих условий, значения этого параметра указаны в стандартизованных таблицах.
Ry совместно с Ru при сварке не однотипных металлов берется по значению сопротивления металла, имеющего наименьшую прочность. В основном, расчетное сопротивление определяется по характеристикам материала соединяемых заготовок. Дело в том, что сварочный стык получает металл, который имеет более высокую прочность, чем металл сварных соединений. На сжатие сварочный стык не рассчитывается, потому что расчетное сопротивление в точности повторит значение самих деталей.
Когда имеется растяжение в сварочном шве, возникает сопротивление, при котором расчетный параметр будет ниже аналогичного показателя наименьшего из свариваемых элементов. В связи с этим шов всегда имеет уклон, позволяющий добиться соединения одинаковой прочности. Проварка в данном случае проводится на полную толщину материала.
Метод расчета сварных соединений конструкции с угловыми швами
Когда в конструкции встречаются угловые сварочные швы, которые подвергаются воздействию силы, направленной к центру тяжести, проводится специальный расчет относительно определенного сечения:
- металл шва;
- граница металла.
Рисунок 2. Формула расчета сварного шва на основании металла.
Обычно выбирается сечение, имеющее самую высокую опасность. На срез проводится основной расчет, базирующийся на формулах, указанных в нормализованных документах. Причем для расчетов приводятся формулы, каждая из которых может иметь место.Например, когда выполняется расчет на основании металла шва (находящегося на линии сплавления), используется формула на Рисунке 2:
N — самая высокая нагрузка, оказывающая максимально давление на соединение;Βf, совместно с βz — коэффициенты, которые берутся из таблицы.
Обычно:
βf — 0,7;βz — 1;причем марка стали значения не имеет.
kf — толщина сварочного шва, измеряемая по линии сплавления;lw — общая длина, заниженная на 10 мм;Rwf — сопротивление срезу, берется из соответствующих таблиц;Rwz — сопротивление на линии сплавления, значение определяется по таблице;с — коэффициент рабочих условий, определяется согласно табличным данным;γwf — 0,85 для шва, материал которого имеет нормативное сопротивление равное 4200 кгс/см²;γwz — 0,85 для любого вида стали;γwf и γwz берется из специальных нормативных таблиц.
Эти значения обязательно должны браться во внимание при проведении расчета.
Иногда сварные соединения сделаны фланговым швом.
Расчеты могут проводиться по сварочному материалу или по линии соединения. Угловые швы, на которые воздействует нагрузка, находящаяся под 90 градусов по направлению к шву, рассчитываются на основании сечения. Чтобы выполнить математические действия, используют несколько формул.
Когда касается материала шва: формула 3 на Рисунке 3.
Рисунок 3, 4. Формулы расчета материала шва и линии сплавления.
На основании линии сплавления: формула 3 на Рисунке 4.
- Wf — величина момента сопротивления;
- Wz — аналогичный момент, берется относительно материала.
Заметим, стыкования, имеющие угловые элементы, на которые действует нагрузка, направленная на местонахождения швов, рассчитываются на основании сечения. Подсчет ведется по соответствующим формулам.
Давление на материал: формула 5 на Рисунке 5.
Рисунок 5, 6. Формулы расчета давления на материал и нагрузки на линию сплавления.
Нагрузка на линию сплавления: формула 6 на Рисунке 6.
- Jfx совместно с Jfy — величина момента инерции, рассчитываемого сечения, относящегося к расположению главной оси;
- Jzx совместно с Jzy — аналогичный момент инерции, берущийся относительно линии сплавления.
В данном случае координатами шва будут значения горизонтали «х» и вертикали «у». Причем определяется значение самой удаленной точки имеющегося сварочного шва. Расстояние измеряется согласно нахождению центра тяжести. Берется наибольшее расстояние от основной оси данного сечения.
Из соответствующих таблиц определяются:
• момент инерции;• момент сопротивления.
За базу берется сечение проката. Когда сечение не стандартизовано, то момент требуется рассчитать эмпирическим путем. Наиболее простым может стать расчет сечения в специальной конструкторской программе «SCAD», которую можно запросто найти, используя интернет.
В основном данные подсчеты выполняются профессиональными работниками, так что никогда не стесняйтесь задавать им вопросы по поводу того, что непонятно. Удачи!
moyasvarka.ru
Расчет на прочность сварного шва. Какие показатели нужно учитывать?
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.
Содержание статьи
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.
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.
| Метод сварки | Допускаемые напряжения | ||
| При растяжении [σ’]р | При сжатии [σ’]еж | При сдвиге [τ’]ср | |
| Автоматическая, ручная электродами Э42А и Э50А | [σ]р | [σ]р | 0,65 [σ]р |
| Ручная электродами обычного качества | 0,9 [σ]р | [σ]р | 0,6 [σ]р |
| Контактная точечная | 0,5 [σ]р | ||
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 <δmin. В машиностроении общего назначения К, как правило, ≥ 3 мм.
Обратите внимание! Расчет на прочность сварных соединений углового типа должен производиться исключительно по касательным напряжениям.
Для этого необходимо узнать общее касательное напряжение. Чтобы узнать этот показатель надо определить самую нагруженную точку в данном сечении. После чего, показатели всех напряжений, находящихся в нем суммируются.
Для того, что найти коэффициент прочности сварного шва и узнать какую нагрузку он способен выдержать, надо иметь исходные данные. Однако, только этих сведений недостаточно. Важно рассчитать все верно и последовательно.
- На первом этапе нужно узнать все показатели, отличающие данное сварное соединение: форма, размер, положение в пространстве.
- После, опасное сечение — это сечение с наибольшим напряжением, нужно повернуть на плоскость, которая непосредственно контактирует со свариваемой деталью. После того, как вы его повернете, образуется новое расчетное сечение.
- На следующем этапе нужно определиться с местом положения центра масс на сечении, образовавшемся в результате поворота (расчетном сечении).
- Внешнюю приложенную нагрузку надо переместить в центр масс.
- Следующее, что необходимо сделать – это узнать показатели напряжения, образующегося в расчетном сечении под воздействием поперечной и нормальной силы, а также крутящего и изгибающего момента.
- Далее нужно найти самую нагруженную точку в сечении. Именно здесь надо суммировать все полученные нагрузки, оказывающие влияние на поверхность и в итоге вы узнаете общую итоговую нагрузку, которой будет подвергаться шов.
- Затем нужно произвести расчет допускаемого напряжения, которое будет воздействовать на шов.
- И заключительный этап состоит в сравнении допустимого напряжения и суммарного. Таким образом, вы получите размеры, которые максимально подходят для выбранной вами конструкции.
Подводя итог важно отметить, что производить расчет сварного шва на прочность обязательно нужно. Ведь верно высчитанные параметры обеспечат вам надежные соединения.
[Всего голосов: 0 Средний: 0/5]
svarkaed.ru
Расчет угловых сварных швов
Угловые швы располагают в углах, образованных гранями соединяемых элементов. Катетом шва называется размер наименьшего из его катетов.
Фланговые угловые швы
Под воздействием продольного усилия работают на срез. Поверхность среза располагается примерно по биссектрисе углового шва, имея высоту .
Расчетная площадь среза швов
где –расчетный катет углового сварного шва;
– расчетная длина шва (суммарная).
Коэффициент зависит от формы шва, глубины провара, способа сварки и принимается: от 0,7 до 1,15 по нормам проектирования.
Напряжения в угловых фланговых швах по металлу шва проверяют по формуле
или ;
по металлу границы сплавления:
где – расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва;
– расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления;
– суммарная расчетная длина швов;
– коэффициенты глубины провара;
– коэффициенты условий работы шва;
– коэффициент условий работы соединения конструкции.
Лобовые угловые швы
Находятся в более сложном напряженном состоянии, чем фланговые. Усилие круто перетекает через шов с одного соединяемого элемента на другой, линии силового потока резко искривляются, и поэтому в шве одновременно возникают напряжения от осевой силы, изгиба и среза. Швы разрушаются также по поверхности, проходящей примерно по биссектрисе шва. Из-за сложности напряженного состояния лобовые швы рассчитывают условно на срез по минимальной площади среза швов. Полученные напряжения сравнивают с расчетным сопротивлением углового шва, которое для угловых швов одинаково при всех видах силовых воздействий. Таким образом, расчетная формула проверки напряжений в лобовых угловых швах та же, что и для фланговых швов.
При действии изгибающего момента на прямоугольный элемент, прикрепленный угловыми швами, напряжения в швах определяют так же, как условные напряжения по поверхности среза.
где – расчетная длина одного шва.
Если элемент имеет непрямоугольное сечение, то момент сопротивления шва Wf в формуле определяют по очертанию соединяющего шва.
При действии сдвигающей силы на элемент, прикрепленный угловыми швами, напряжения на поверхности среза считаются распределенными равномерно, и формула проверки напряжений имеет вид:
где — суммарная расчетная длина сварных швов в соединении.
При совместном действии нескольких усилий в сварном соединении с угловыми швами напряжения в швах от отдельных усилии вычисляют по вышеприведенным формулам, после чего определяют результирующие напряжения. При этом если срезывающие напряжения в одном и том же сечении углового шва имеют одно направление, то их складывают арифметически; если напряжения взаимно перпендикулярны, то определяют равнодействующую этих напряжений.
Например, при действии на элемент одновременно изгибающего момента и сдвигающей силы результирующие напряжения будут:
Это обстоятельство не надо путать с приведенными напряжениями в стыковых швах.
Вопрос 25. Конструктивные требования к сварным соединениям.
Для обеспечения высокого качества и надежной работы сварных соединений они должны отвечать ряду требований, диктуемых возможностью и удобством производства сварки, возможным уменьшением сварочных напряжений и деформаций, полноценной работой сварных швов в различных видах соединений и т. д. Все эти требования должны учитываться при проектировании металлических конструкций.
Швы должны иметь наименьший катет и выполняться строго по расчету. Катет стыковых швов диктуется толщиной соединяемых, элементов и принимается равной меньшей из них (при разных их толщинах).
Наименьший катет угловых швов 4 мм, дальнейшая градация 5, 6, 7, 8, 10 мм и далее через 2 мм. Угловые швы толщиной свыше 20 мм имеют большие внутренние напряжения, и применять их не рекомендуется.
Катет угловых швов определяется расчетом.
Наибольший катет углового шва в зависимости от толщины соединяемых элементов может быть принята = 1,2t (t — наименьшая из толщин свариваемых элементов). Кромки прокатных профилей имеют с одной стороны закругления, поэтому наибольшая катет углового шва вдоль этих кромок принимается несколько меньшей, чем толщина пера или полки профиля. Наибольший катет углового шва вдоль обушка уголка может достигать 1,2 t (t— толщина полки уголка).
При ручной сварке за один проход может быть выполнен шов катетом до 8 мм. В поперечном сечении угловые швы должны иметь соотношение катетов шва 1:1. Чтобы уменьшить концентрации напряжений в конструкциях, воспринимающих динамические и вибрационные нагрузки или при статической нагрузке, но эксплуатируемых с расчетной температурой ниже –40°С , а также в любых конструкциях из высокопрочных сталей в лобовых угловых швах соотношение катетов принимают 1:1.5, при этом больший катет должен быть направлен вдоль усилия, воспринимаемого соединением.
Наименьшая расчетная длина углового шва должна быть не менее и не менее 40 мм из-за наличия непровара в начале и в конце шва. Наибольшая расчетная длина фланговых угловых швов должна быть не более , так как фактически напряжение в шве по длине распределяется неравномерно, то при очень длинных швах его крайние точки могут быть перенапряжены, а средняя часть не полностью включена в работу.
Это ограничение не распространяется на те фланговые швы, в которых усилия передаются по всей длине шва, например на поясные швы сварных балок.
Конструктивная длина шва, т.е. та длина, которая указывается на чертежах, принимается примерно на 10 мм больше расчетной длины (определенной по расчету), так как начало и конец шва могут иметь непровар и кратер, поэтому участки по 5 мм у концов шва в расчете учитывать не следует.
Если в конструкции применяются прерывистые швы, то для обеспечения надежной совместной работы соединяемых элементов расстояние между участками швов в свету должно быть не более 15t в сжатых элементах и не более 30t в растянутых и нерабочих элементах (t – наименьшая толщина соединяемых элементов).
Напуск в соединениях внахлестку должен быть не менее 5t наиболее тонкого из соединяемых элементов, иначе в швах могут образоваться трещины, вызванные сварочными деформациями.
При соединении встык листов различной толщины, если разница в толщинах не сталей превышает 4 мм и величина уступа не превышает 1/8 толщины более тонкого листа, стык может быть выполнен без скоса кромок для сталей (для более прочных соответственно 2 мм и 1/12).
В противном случае для плавного перехода усилий в стыке необходим односторонний или двусторонний скос кромок с уклоном не более 1/5.
Следует избегать пересечений сварных швов, близкого их расположения друг к другу и образования швами замкнутых контуров.
studfiles.net
Методика расчета сварного шва на срез
Сварка является самым распространенным методом соединения металлических деталей. Она применяется практически в любой сфере и благодаря этому сталкивается с различными нагрузками. Это могут быть как незначительные швы, на которых нет высокого уровня ответственности, то и достаточно сложные соединения в тяжеловесных сооружениях. Чтобы та или иная конструкция выдержала свой вес и прикрепленные к ней детали, совершается расчет сварного шва на срез. Данная процедура помогает определить, какие нагрузки сможет выдержать тот или иной шов. Она встречается не так часто в обычных областях, так как столь точные данные востребованы только при работе с большими сооружениями, которые должны обладать высокой прочностью.
Расчет сварного шва на срез проводится только при создании ответственных соединений, которые будут применяться в производстве. При обыкновенной сварке данный метод не применяется. Во время проектирования металлоконструкций подбираются не только материалы и особенности самой конструкции, но и способы ее соединения. Во время вычислений необходимо получить данные по каждому шву. Таким образом, просчет всей конструкции занимает достаточно долгое время, но если это применимо к серийно выпускаемым изделиям, то все вполне оправдано. Во время вычисления берутся основные параметры, которые определяют получаемую нагрузку и прочие сложности, с которыми придется столкнуться, а также основные параметры, отвечающие за качество шва. Здесь применяются как фактические, так и условные значения.
Сложность расчетов состоит в том, что необходимо не только просчитывать каждое соединение в отдельности, но и подставлять для получения данных разнообразные формулы. Ведь на каждый тип соединения необходимы свои данные. Так как меняются особенности их расположения, а соответственно и стойкости, к нагрузкам. Очень важным моментом является положение в пространстве и под каким углом будет происходит воздействие. Таким образом, для получения данных необходимо иметь полный проект будущего изделия, данные об используемых материалах и условий, в которых будет проходить эксплуатация.
Методика расчета
Швы рассчитываются по номинальному сечению входящих в них элементов без учета утолщения валика шва. Тут учитываются те же зависимости, которые используются для цельных элементов. Для создания нахлесточных соединений зачастую применяются угловые швы. Их разрушение проходит в том месте, где идет наименьшее сечение, которое совпадает с биссектрисой прямого угла. Толщина шва при расчетах должен определяться как К*синус 45 градусов.
Расчет шва по номинальному сечению
Все угловые соединения рассчитываются только по касательным напряжениям, которые располагаются по направлению к нагрузке. Случаются ситуации, когда необходимо проводить соединение с ассиметричными деталями. В таком случае, расчет сварных швов на срез производится по нагрузкам, которые будут возлагаться на каждый из швов металлоконструкции. К примеру, если уголок приваривается к листу, то через центр тяжести будет проходить равнодействующая нагрузка. Она будет распределяться по швам обратно-пропорционально. Чтобы соблюсти условия равнопрочности, швы стараются выполнять различной длины.
Формула расчета сварного шва на срез
Во время соединения в тавр, соединения, которые находятся под нагрузкой, соединения проходит расчет как консольное. Здесь требуется учитывать все особенности сварки тавровых соединений. Которые могут быть как одно, так и двухсторонними, не говоря уже о скосе кромок. При отсутствия скоса кромок шва, данные рассчитываются по касательным напряжениям.
Расчет сварного шва на срез при отсутствии скоса кромок шва
svarkaipayka.ru
Расчет на прочность сварных швов: таблица допустимых напряжений
Во время соединения отдельных деталей металлоконструкций часто используются сварные соединения, так как это самый простой, доступный и дешевый метод, который может предоставить качество достаточно высокого уровня. Но все равно, параметры каждого шва будут отличаться, в зависимости от металла, его толщины и условий проведения процедуры. Расчет на прочность сварных швов проводится для того, чтобы определить, какими характеристиками обладает или будет обладать соединение, выполненное с определенными параметрами.
Сварочный шов
Предварительными расчетами занимаются в то время, когда составляют проект. Это необходимо для рационального подбора материалов, которые бы смогли выдержать возлагаемые нагрузки и имели запас прочности. Перерасход металла на производстве не следует допускать, так что расчет сварного шва на прочность, позволяет определить количество и качество используемых материалов.
Чтобы узнать прочность сварного шва, требуется точно измерить все его параметры. Естественно, что небольшие отклонения вполне допустимы, так как невозможно сделать предельную точность даже при автоматической сварке, не говоря уже о том, когда все делается вручную. Они, как правило, не оказывают сильного влияния, но сварщику необходимо придерживаться заданных параметров.
Методика расчета соединений 
Расчет сварного шва на срез и на прочность проводятся индивидуально для каждого типа соединения.
Стыковые швы. При работе со стыковыми швами, одним из главных параметров для вычислений является номинальное сечение. При этом, наплывы металла, которые образуются во время сварки, не учитываются. Вычисление основывается на известных по данным сопротивления материалов зависимостей, возникающих в сплошных балках. Когда начинается одновременное воздействие касательных и нормальных напряжений, которые концентрируются в наиболее нагруженной точке на сечении, то эквивалентное напряжение можно будет рассчитать по четвертой теории прочности по следующей формуле:
При этом, условие прочности выглядит как: σЭ ≤ [σ’]P
Данные для этого значения определяются по таблице, приведенной ниже:
Метод сварки | Допускаемые напряжения | ||
При растяжении [σ’]р | При сжатии [σ’]еж | При сдвиге [τ’]ср | |
| Автоматическая, ручная электродами Э42А и Э50А | [σ]р | [σ]р | 0,65 [σ]р |
| Ручная электродами обычного качества | 0,9 [σ]р | [σ]р | 0,6 [σ]р |
| Контактная точечная | 0,5 [σ]р | ||
Угловые швы. Данный тип соединения чаще всего выполняется с нормальным поперечным сечением. Соотношение сторон при этом составляет 1:1, но бывают и исключения. Сторона сечения носит название катет сварного шва. Она обозначается на схемах как «К». Когда шов разрушается, то это происходит в наименьшем месте сечения, которое проходит через биссектрису прямого угла. Размер шва в данном сечении составляет βк. Вторым важным размером является длина шва. Это поможет определить, какую нагрузку выдерживает сварной шов. В случае, если сварка шла автоматически, полуавтоматически или же осуществлялась вручную, то значение β будет составлять 0,7. В таком случае шов будет прямоугольным равнобедренным треугольником.
Если сварка осуществлялась в полуавтоматическом режиме, но было несколько проходов, к примеру, 2 или 3, то β уже будет равняться 0,8. При условии многослойной сварки в автоматическом режиме значение возрастает до 0,9. Расчет на прочность сварных соединений углового типа проводятся условно по касательным напряжениям. Здесь требуется вычислить суммарное касательное напряжение. Для этого нужно определить самую нагруженную точку во взятом сечении. Далее следует сложить все имеющиеся в нем напряжения, чтобы определить общую сумму
После этого нужно определить, какое распределение имеют выбранные напряжения. Те, которые вызываются при помощи центральных сил, относятся к равномерно распределенным по сечению. Если напряжение вызвано центрально-поперечной силой и оказывает воздействие на швы малой длины, то оно не относится к данной категории и такие силы не учитываются при расчете. Те напряжения которые вызываются моментом, считают пропорциональными те расстояниям, которые отделяют их от центра масс. Также может быть принято расстояние до нейтральной линии, которая проходит через этот центр. Это актуально при воздействии момента в плоскости, которая находится перпендикулярно по отношению к стыку. В данном случае, условие прочности будет выглядеть следующим образом вид τ∑ ≤ [τ]ср, где [τ’]ср можно найти в таблице приведенной выше.
Допускаемые напряжения. Совокупность сил, что вызывает напряжение в сварных соединениях, имеют свой предел, который является безопасным для работы. Допускаемые напряжения на чертежах отмечаются при помощи штриха. Принятые нормы допускаются, так как не оказывают какого-либо серьезного негативного воздействия.
Порядок выполнения расчета сварных соединений
Чтобы определить. Сколько выдерживает сварной шов, необходимо не только знать исходные данные, но и провести расчеты в заданном порядке. Чтобы все прошло правильно, необходимо придерживаться следующего плана:
- Определяются основные параметры, которыми обладает сварное соединение. Это его размеры, форма и пространственное положение.
- Затем опасное сечение проворачивается на плоскость, которая соприкасается со свариваемой деталью, она еще называется плоскостью стыка деталей. Поворот необходим, если опасное сечение шва не сходится с плоскостью стыка на исследуемой детали. То сечение, которое образуется вследствие поворота, носит название расчетное.
- После этого приступают к поиску положения центра масс на расчетном сечении.
- Внешняя приложенная нагрузка переносится в центр масс, которые имеются на расчетном сечении.
- Далее необходимо определить напряжение, которое возникает в расчетном сечении при воздействии всех принятых силовых факторов. Сюда входит поперечная и нормальная сила, а также крутящий и изгибающий момент.
- После этого определяется наиболее нагруженная точка в сечении. В ней складываются все полученные нагрузки, воздействующие на поверхность, и определяется суммарная нагрузка, которая и будет максимумом, с которым придется столкнуться шву.
- Происходит расчет допускаемого напряжения, воздействующего на сварной шов.
- На завершающем этапе происходит сравнение допустимого напряжения и суммарного, максимального на сечении. Благодаря этому, можно найти те размеры, которые будут наиболее подходящими для работы данной металлоконструкции. Чтобы подтвердить данные, делается дополнительный проверочный расчет.
Не стоит забывать, что все эти данные остаются актуальными только если соблюдаются все правила выполнения сварных соединений.
svarkaipayka.ru
Расчет сварного шва как фактор планирования сварки
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
Прочность соединения определяется не только самим швом и соблюдением сварочных технологий, влияют также и другие факторы.
- 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
При сварочном соединении деталей используются два типа швов: угловые и стыковые, каждый из которых испытывает свои нагрузки. Но при проверке на прочность используют одни и те же способы. Кроме внешнего осмотра, в основном применяют такие методы.
- Физические.
- Химические.
- 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
Такие способы проверить качество сварного соединения чаще всего используют при контроле качества изделий в виде различных емкостей (например, цистерн).
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
Таким образом проверяют прочность соединения и какие нагрузки оно способно выдержать. Сварные швы могут проверять на разрыв, сжатие, давление и другие виды воздействия.
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.
Номинальное сечение вычисляют в зависимости от нагрузок, которые будет испытывать соединение во время эксплуатации. Расчет сварного шва на прочность проводят по соответствующим формулам.
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.
wikimetall.ru
