Коэффициент условий работы сварного шва

Пособие к СНиП II-23-81 Пособие по расчету и конструированию сварных соединений стальных конструкций

ордена трудового красного знамени
ц ентральный научно-исследовательский институт
строительных конструкций им. кучеренко
(цнииск им. кучеренко) госстроя ссср

Пособие
по расчету и конструированию
сварных соединений
стальных конструкций
(к главе СНиП II -23-8 1 )

Утверждено
приказом ЦНИИСК
им. Кучеренко
от 28. 11 .83 № 372/л

Москва Стройиздат 1984

Рассмотрены вопросы расчета и конструирования сварных соединений с угловыми швами, позволяю щ ими сократить расход основных видов ресурсов при сварке строительных стальных конструкций без ущерба для надежности и несущей способности соединений и конструкций в целом.

Даны примеры расчета соединений.

Для инженерно-технических работников проектных организаций и заводов-изготовителей строительных конструкций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие составлено к главе СНиП II-23-81. В Пособии приведен ряд новых решений, направленных на экономию основных видов ресурсов, расходуемых при выполнении сварочных работ. Основное внимание уделено рациональному проектированию сварных соединений с угловыми швами, которые составляют по массе наплавленного металла около 90 % от общего количества сварных швов. Поэтому наибольший эффект может быть получен от оптимизации размеров э тих швов.

Новые нормы проектирования дают возможность сократить удельный расход наплавленного металла в строительных стальных конструкциях на 3 5-4 0 % .

Текст из главы СНиП II-23-81 отмечен в Пособии вертикальной чертой , в скобках указаны соответствующие номера пунктов и таблиц главы СНиП.

Пособие разработано ЦНИИСК им. Кучеренко (канд. техн. наук В. М . Барышев, при участии инж. Ю .А. Новикова).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. При проектировании сварных соедине н ий следует:

принимать минимально необходимое количество и минимальные размеры сварных швов;

предусматривать применение высокопроизводительных механизированных способов сварки;

предусматривать применение эффективных сварочных материалов (электродов, электродных проволок, защитных газов, флюсов);

предусматривать такое расположение и размеры сварных швов , при которых максимально сокращалась бы необходимость кантовки конструкций при их изготовлении, а также уменьшились бы размеры соединяемых деталей;

обеспечивать свободный доступ к местам наложения швов и удобное пространственное положение с учетом выбранного способа и технологии сварки и принятого метода неразрушающего контроля шва.

1.2. Сокращение массы наплавленного металла при проектировании сварных соединений и элементов конструкций достигается путем повышения расчетных сопротивлений соединений с угловыми швами за счет применения эффективной технологии сварки и электродных материалов; соблюдения требований по назначению минимально допустимых катетов угловых швов, устанавливаемых в зависимости от наибольшей толщины свариваемых элементов, вида сварки и механических свойств стали; применения односторонних угловых швов в поясах сварных двутавров, при приварке ребер жесткости, диафрагм и других деталей, а также уменьшения количества деталей в элементах конструкций или их размеров (применения односторонних ребер жесткости, исключения фасонок в решетчатых конструкциях или уменьшения их размеров в связи с повышением расчетных сопротивлений соединений с угловыми швами и др.).

1.3. При проектировании сварных соединений следует учитывать, что увеличение сечений швов по сравнению с регламентированными в главе СНиП II-23-81 не только не повышает работоспособность конструкций, но в ряде случаев снижает ее.

2. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

2.1 (3.4). Расчетные сопротивления сварных соединений для различных видов соединений и напряженных состояний следует определять по формулам, приведенным в табл. 3 СНиП II-23-81.

2.2. Расчетные сопротивления сварных соединений, определенные по формулам, которые приведены в главе СНиП II-23-81 , обеспечиваются при соблюдении следующих условий:

подготовка материалов, сборка конструкций, сварка и контроль качества осуществляются в соответствии с требованиями главы СНиП III-18-75; сварочные материалы для стыковых соединений соответствуют прочности свариваемой стали и условиям эксплуатации конструкций и применяются в соответствии с табл. 1 прил. 1;

сварочные материалы для расчетных угловых швов применяются в соответствии с табл. 2 прил. 1 с учетом условий эксплуатации конструкций, указанных в табл. 1 прил. 1.

2.3. Расчетные сопротивления стыковых соединений , выполняемых всеми видами дуговой сварки, принимаются равными расчетным сопротивлениям стального проката при условии физического контроля качества швов в растянутых элементах и соблюдении требований п. 13.42 главы СНиП II-23-81 об обеспечении полного провара соединяемых элементов путем двухсторонней сварки, односторонней с подваркой корня шва или односторонней сварки на подкладке.

В случаях, когда в стыковых соединениях невозможно обеспечить полный провар элементов, рекомендуется принимать R_wy =0,7 R _у .

2.4. Несущая способность сварных соединений с угловыми швами зависит от ориентации шва относительно направления усилия, действующего на соединение. Однако учет этой зависимости существенно усложняет расчет соединения, в связи с чем расчетные сопротивления соед и нений с угловыми швами в главе СНиП II-23-81 приняты для наименее благоприятной ориентации (флангового шва) и независимыми от величины угла между продольной осью шва и направлением силового вектора, действующего на него.

2.5. Предельным состоянием для сварных соединений с угловыми швами является опасность разрушения. В связи с этим их расчетные сопротивления установлены по временному сопротивлению металла: для металла шва — в зависимости от нормативного сопротивления металла шва R _wf = f ( R_wun ); для металла границы сплавления — в зависимости от нормативного сопротивления основного металла R _wz = f ( R_un ).

Числовые значения расчетных сопротивлений сварных соединений с угловыми швами приведены в табл. 2 и 3 прил. 1.

3. РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

3.1. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение и сжатие следует проводить в соответствии с п. 11 .1 главы СНиП II-23-81.

3.2. С целью повышения эффективности использования наплавленного металла в соединениях с расчетными угловыми швами предусмотрено применение электродных материалов , обеспечивающих повышенные прочностные свойства металла шва. При этом возникает необходимость проверки прочности соединений по двум опасным сечениям: по металлу шва и по металлу границы сплавления.

3.3 ( 1 1.2). Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям:

по металлу границы сплавления

где l_w — расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм; β _f и β _z — коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 580 МП а (5900 кгс/см 2 ) по табл. 1 (34); с пределом текучести свыше 580 МПа (5900 кгс/см 2 ) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки β _f = 0,7 и β _z = 1; γ _wf и γ _wz — коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I ₁ , I ₂ , II ₂ и II ₃ , для которых γ _wf = 0 ,8 5 для металла шва с нормативным сопротивлением R_wun = 410 МПа (4200 кгс/см 2 ) и γ _wz = 0, 85 для всех сталей.

При сварке с использованием технологических приемов, направленных на повышение производительности наплавки, которые сопровождаются снижением глубины проплавления (например, сварка при удлиненном вылете электрода, при прямой полярности постоянного тока, с применением дополнительного присадочного материала и т.п.), значения коэффициентов рекомендуется принимать β _f = 0,7 и β _z = 1.

3. 4 ( 11.2). Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, в элементах из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см 2 ) следует применять электроды или сварочную проволоку согласно табл. 2 прил. 1 настоящего пособия, для которых расчетные сопротивления срезу по металлу шва R_wf должны быть более R_wz , а при ручной сварке не менее чем в 1,1 раза превышают расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления R_wz , но не превосходят значений R_wz β_z / β_f

в элементах из стали с пределом текучес т и свыше 285 МПа (2900 кгс/см 2 ) допускается применять электродные материалы, для которых выполняется условие

Вид сварки при диаметре сварочной проволоки d , мм

Значения коэффициентов β _f и β _z при катетах швов, мм

Справка по коэффициенту прочности сварных соединений

Общие сведения.

Обычно для обозначения коэффициент прочности сварных соединений используют греческую букву — φ. На сайт для обозначения в расчетах используется буква — f.

Расчетный коэффициент прочности φ представляет собой относительную величину, используемую в формулах для определения толщины стенки расчетной детали и учитывающую ослабление отверстиями и сварными соединениями.

Коэффициенты прочности определяется в процессе выполнения расчета на прочность согласно выбранной методики расчета. В разных методиках классификация коэффициентом прочности может быть своя и иметь свои нюансы.

Коэффициенты прочности сварных соединений по ГОСТ 32-388-2013 «Трубопроводы технологические. Нормы и методы расчета на прочность, вибрацию и сейсмические воздействия».

Виды коэффициентов прочности сварных соединений.

• • коэффициент прочности продольного сварного шва при растяжении (φ_y);
  • коэффициент прочности поперечного сварного шва при растяжении (φ_w);
  • коэффициент прочности поперечного сварного шва при изгибе (φ_bw);
  • коэффициент прочности элемента с угловым сварным швом (φ_L).

Значения коэффициентов прочности сварных соединений для стальных трубы.

Коэффициенты прочности продольного и поперечного сварного шва при растяжении.

Коэффициенты прочности при растяжении φ _y, φ _w для стыковых сварных соединений стальных трубопроводов при растяжении, выполненных любым допущенным способом (автоматической, полуавтоматической или ручной дуговой сваркой), обеспечивающим полный провар по всей длине стыкуемых элементов, при контроле шва радиографией или ультразвуком по всей длине шва принимают по таблице

Сталь и способ сварки

φ_y при расчетной температуре

φ _y при расчетной температуре с учетом уровня контроля

при выбор. контр. не менее 10%

при от-вии контр. или при выбор. контр. менее 10%

при выбор. контр. не менее 10%

при от-вии контр. или при выбор. контр. менее 10%

Углеродистая, низколегированная, марганцовистая, хромомолибденовая и аустенитная при любом способе сварки

Хромомолибденованадиевая и высокохромистая:

— при электрошлаковой сварке

— при электронно-лучевой сварке

— при ручной дуговой сварке, контактной стыковой сварке, автоматической стыковой сварке под флюсом

Примечание — При расчетной температуре от 510°С до 530°С значение коэффициента определяют линейным интерполированием между указанными значениями.

Коэффициенты прочности стыкового сварного соединения φ _y, φ _w контроль качества которых радиографией или ультразвуком допускается проводить не по всей длине каждого шва, рекомендуется принимать, умноженными на следующее значение:

• • при выборочном контроле не менее 10% длины данного шва — 0,8;
  • при отсутствии контроля или при выборочном контроле менее 10% длины данного шва — 0,7.

При наличии смещения кромок сварных труб коэффициенты прочности сварного соединения φ _y, φ _w должны быть уменьшены пропорционально смещению кромок. Например, при смещении кромок на 15% значение коэффициентов должно быть умножено на 0,85.

Коэффициент прочности поперечного сварного стыка стальных труб и деталей при изгибе.

Коэффициент прочности поперечного сварного стыка стальных труб и деталей при изгибе φ _bw определяют так же как коэффициенты на прочность продольных и поперечных сварных швов (см. выше), но не более значений, приведенных в таблице.

φ _bw для труб

Аустенитная хромоникелевая и высокохромистая

Хромомолибденованадиевая при расчетной температуре:

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 – R_wy = R_y.
• По временному сопротивлению – R_wu = R_u.

• По пределу текучести – R_wy = 0,85 R_y.
• При деформации сдвига – R_ws = R_s.
• Для угловых швов R_wf=0,55*(R_wun/γ_wm).

Здесь R_wy — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести, R_y — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести, R_wu — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению, изгибу по временному сопротивлению, R_u — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению, R_ws — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сдвигу, R_s — расчетное сопротивление стали сдвигу, R_wf — расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва, R_wun — нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению.

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

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/tl_w ≤ R_wyγ_c.

N – предельная нагрузка.

t – минимальная толщина заготовок.

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

γ_c – 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/(β_fk_fl_w) ≤ R_wfγ_wfγ_c, где коэффициент β_f берется равным 0,7, k_f – катет углового шва, l_w – 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;

W_f – момент силы сопротивления сечения по металлу;

W_z – момент силы сопротивления сечения по границе сплавления.

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

по границе сплавления:

J_fx и J_fy – моменты инерции сечения по металлу, взятые относительно главных осей этого сечения;

J_zx и J_zy – 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 τ_f, а в сечении по границе – τ_z, 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.

Особенности расчета сварных соединений

Среди всех видов соединений для металлов и неметаллов, сварное соединение считается самым прочным и надежным. Оно реализуется за счет молекулярного сцепления, которое возникает между материалами за счет воздействия высокой температуры. Чтобы создать надежную монолитную деталь, важно правильно произвести расчет сварных соединений.

Характеристика сварных соединений

Существует много видов сварки, но самой распространенной считается электрическая, которая разделяется на контактную и дуговую. Именно такими способами чаще всего выполняются соединений металлов. Чтобы они были максимально качественными, необходимо провести расчеты с учетом особенностей каждого вида соединения и рассчитать предельные усилия на металл.

Стыковые скрепления могут по шву разрушаться, при неправильной организации сварного шва на отрыв. «Правильным» швом считается тот, который имеет такую же прочность, как и материал, из которого выполнены детали. Чаще всего деформация и разлом металла происходит в зоне термического воздействия. Это участок, который прилегает по шву изделия. Все дело в том, что при воздействии высокой температуры, изделие теряет свои изначальные механические свойства. Для этого и необходимо производить расчеты, чтобы учитывать прочность элемента и нагрузку, которую он сможет выдержать.

Особенность угловых соединений и сечений зависит от качества металла. Основное вычисление производится по самому опасному (наименее прочному) сечению. Угловой шов осуществляется между двумя деталями, которые расположены по отношению друг к другу под углом 90 градусов. Чтобы просчитать прочность, нужны данные для вычисления – катет треугольника поперечного сечения (k) и периметр шва (L). Решение задачи осуществляется по следующей формуле:

A = k·sin45*L = 0,7k·L.

Для точечного шва необходимо учесть такие моменты:

• он производится исключительно на сварной плоской поверхности;
• важно, чтобы на все точки приходилась равномерная нагрузка;
• в формуле для углового шва допускается расхождение напряжений среза на 10-20%.

Формулы расчета различных сварных соединений

В силу того, что существует много разновидностей сцепления металла, для каждого из них индивидуально производится расчет сварных соединений. По расположению свариваемых деталей различают следующие типы:

• стыковые, в которых детали соединяются торцами по отношению друг к другу. То есть, в результате одна часть становится продолжением второй. Такое сцепление считается самым рациональным и при подаче усилий имеет наименьшую концентрацию напряжения. Они выполняются двумя способами – с прямым и с косым швом;
• угловые – это те, при которых детали во время варения располагаются под углом, то есть перпендикулярно друг к другу;
• нахлесточные соединения характеризуются положением деталей, при котором один элемент немного находит на второй. Такая технология часто применяется для сваривания деталей из металла, толщиной не более 5 миллиметров. Нахлест делается с целью укрепления будущего шва;
• тавровые скрепления немного похожи на угловые. Здесь тоже детали располагаются перпендикулярно, но при этом скрепляются именно торцами.

Каждое из них разделяется еще на несколько подвидов, в зависимости от которых и производится расчет сварных соединений. Все эти виды варятся угловыми (валиковыми) швами.

Для расчета сварных соединений применяются общепринятые формулы. В свободном доступе существует программа, позволяющая рассчитать любые виды стыков. Для этого достаточно ввести все необходимые параметры.

Основные параметры для расчета

Для совершения расчета сварного шва необходимо знать некоторые параметры, от которых будет зависеть показатель прочности полученного скрепления элементов.

Процесс растяжения и сжатия вычисляется по этой формуле:

Рассмотрим все показатели:

• Ус – это условия работы. Данный параметр является общепринятым и указывается в таблицах стандартных показателей для вычислений углового шва;
• Ru – это сопротивление, которое характеризуется качеством металла. Оно указано в специальных таблицах;
• Ry – сопротивление материала, согласно пределу текучести, определяется по таблицам;
• Rwy – сопротивление, определяющееся в соответствии с существующим пределом прочности, взамен «Rwy» разрешается применять «Rwu/γu»;
• N – это показатель максимальной нагрузки, которую может выдержать шов, и расчет напрямую от него зависит.
• t – толщина материала, из которого изготовлена свариваемая деталь;
• lw – максимальная продолжительность всего шва, ее уменьшают на значение 2t;

При варении деталей и конструкций из разного материала, Ry и Ru при сварке разных металлов определяется по металлу с наименьшей прочностью. Расчет сварного шва на срез определяется по заготовкам и ориентировка должна быть на материал с меньшей прочностью.

Расчетное сопротивление сварного элемента зависит от растяжения в сварочном шве. Из-за этого в самой дорожке всегда есть небольшой уклон, который позволяет качественно сцепить две детали разного металла.

Расчет для конструкции с угловыми швами

Для конструкции, в которой предусмотрены угловые швы, вычисление сварного шва на отрыв проводится немного по другой формуле, так как следует учесть силу, которая направлена к центру тяжести. При подсчете, следует выбирать сечение с высокой опасностью. Расчет сварного шва на срез производится по общепринятой стандартной формуле:

Каждое из представленных значений и параметров играет важную роль в качестве будущего скрепления, вне зависимости от типа металлов:

N – самая высокая нагрузка, оказывающая максимально давление на соединение;
Βf, совместно с βz – коэффициенты, которые берутся из таблицы.

βf – 0,7;
βz – 1;
причем, по определению, марка стали значения не имеет.

Rwf – этот показатель указывает на сопротивление срезу. Он берется из ГОСТовских 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;

kf – толщина будущего шва, измеряемая по линии сплавления;
lw – общая длина, заниженная на 10 мм.

Соединение внахлест

Это определенная технология выполнения шва, при которой один элемент накладывается на другой. Вычисление производится в зависимости от положения и типа шва, так как внахлест бывают лобовые, угловые и фланговые швы.

Рассчитывая прочность дорожки при скреплении металлических элементов внахлест, используется минимальная S сечения, которая проходит сквозь меньшую высоту условного треугольника шва (без учета наплыва). Для ручной сварки при равных катетах шва эта высота равняется 0,7k_f.

Необходимость расчета по сечению с меньшей расчетной площадью напрямую связана с использованием сварочных материалов и с прочностью, превышающей прочность основного материала соединяемых элементов.

При полуавтоматическом и автоматическом виде сварки провар в самом углу (при угловом шве внахлест) получается намного глубже, чем при варении ручным дуговым методом. За высоту, берется условный показатель β_f k_f или β_zk_f , примеры которого можно увидеть в таблице.

Ошибки при сварном соединении

Если произвести неправильный расчет угловых сварных швов, тогда при работе может возникнуть ряд ошибок и дефектов. Рассмотрим самые распространенные среди них:

• возникновение пор – это те области, в которые попадают газы, выделяющиеся во время плавления металлического изделия и электрода;
• подрезы – это канавы в детали, возникающие вдоль шва сбоку, на его границе;
• непровары – это области, где металл некачественно расплавился и при этом в соединении появляются некоторые пробелы;
• неметаллические включения являются одной из самых грубых ошибок. При этом в область шва попадают шлаки, которые не успевают выйти над швом. Если это допустить при работе с тонким металлом, то прочность соединения не будет качественной и это приведет к возникновению трещин в будущем;
• горячими трещинами называют дефект, при котором металл во время плавления дает трещину (межкристаллитное разрушение);
• холодные трещины возникают после остывания. Они появляются в результате окисления во время плавления. Именно из-за этого и нужны газы, которые надежно защищают расплавленную металлическую массу от попадания кислорода.

В завершение хочется отметить, что существует множество различных формул, по которым производится вычисление для создания качественного шва. Для этого используются различные параметры, в зависимости от вида шва, положения деталей, их площади, толщины и материала, из которого они выполнены. Кроме этого, следует учесть предельные усилия на деталь из внешней среды (это критическое усилие, которое воспринимает изделие в наклонном и пространственном сечениях элемента при определенной прочности материала).

Данное видео более детально описывает, как правильно произвести расчет сварного шва на срез:

Примеры расчета сварных соединений

Примеры расчета сварных соединений

1. Услуги проектирования
2. Расчет и конструирование сварных соединений
3. Примеры расчета сварных соединений

Примеры расчета сварных соединений

Расчет сварного соединения с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения шва

Консоль двутаврового профиля прикрепляется угловым швом путем обварки по периметру профиля. Размеры поперечного сечения показаны на рис. 1

Изгибающий момент $M = 75$ кНм. Материал консоли — листовая сталь марки 15ХСНД $R_ < yn >= 345$ МПа, $R_ < un >= 490$ МПа. Сварка выполняется полуавтоматом в углекислом газе проволокой диаметром 2 мм марки Св-08Г2С в нижнем положении $R_ < wf >= 215$ МПа, $beta _ < f >= 0,9$. Коэффициенты условий работы $gamma _ < wf >=gamma _ < c >= 1$.

Необходимо определить катет углового шва.

Решение

Сечение, по которому следует производить расчет сварного соединения для указанного сочетания стали, сварочной проволоки и способа сварки — по металлу шва. Расчет должен выполняться по формуле $M / W_ < f >leqslant R_ < wf >gamma _ < wf >gamma _ < c >$.

Момент сопротивления расчетного сечения периметра швов

где момент инерции расчетного сечения $ I_f approx beta _f left[ < frac < 2h_w^3 k_f > < 12 >+2b_f k_f left( < frac < h+k_f > < 2 >>right)^2+2(b_f -t_w )k_f left( < frac < h_w -k_f > < 2 >>right)^2 >right]; $ $y_ < max >=h / 2 + k_ < f >$.

Для углового шва $k_ < f >= 10$ мм:

$I_ < f >= 0,9 < < >2 cdot 24^ < 3 >cdot 1/12 + 2 cdot 18 cdot 1 [25,6 + 1) / 2]^ < 2 >+ 2 (18 — 0,6) 1 [(24 — 1) / 2]^ < 2 > < >> = 11946 см^ < 4 >$;

$y_ < max >= 25,6 / 2 + 1 = 13,8 см; W_ < f >= 11946,9 / 13,8 = 866 см^ < 3 >$.

Напряжение в шве:

$tau _ < f >=М / W_ < f >= 75 cdot 10^ < 3 >/ 866 = 86,6$ МПа;

$tau _ < f >/ R_ < wf >= 86,6 / 215 = 0,4$.

Таким образом, при $k_ < f >$ = 10 мм напряжение условного среза в соединении $tau _ < f >$ в 0,4 раза ниже расчетного сопротивления $R_ < wf >$. Следовательно, катет углового шва в соединении должен быть принят $k_ < f >$ = 4 мм.

Рис. 1. К примеру расчета сварного соединения с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов

$b_ < f >= 18 см; t_ < f >= 0,8 см; t_ < w >= 0,6 см; h_ < w >= 24 см; h = 25,6 см$

$l_ < 1 >= 30$ см; $l_ < 2 >= 20$ см

Проверка прочности соединения при $k_ < f >$ = 4 мм показывает правильность расчета:

$I_ < f >= 4764 см^ < 4 >; y_ < max >= 13,2 см; W_ < f >= 361 см^ < 3 >; tau _ < f >=M / W_ < f >= 75 cdot 10^ < 3 >/ 361 = 208 240$ МПа.

Таким образом, необходимо увеличить толщину $t$ элемента А или длину шва $l_ < w >$. Увеличение необходимо произвести пропорционально соотношению между расчетными сопротивлениями соединяемых элементов следующим образом:

$t^ < A >= 1,74tR^ < A >_ < y >/ R^ < mbox < Б >> _ < u >$ или $l^ < A >_ < w >= 1,74l_ < w >R^ < A >_ < y >/ R^ < mbox < Б >> _ < u >$, где $t^ < A >(l^ < A >_ < w >)$ — толщина < длина >элемента А, выбираемая из условия обеспечения прочности элемента Б по сечению $3-3$.

$t^ < A >= 1,74 cdot 20 cdot 355 / 480 = 26$ мм.

Далее:

Теорема Стокса

Вопросы прочности при разработке чертежей КМД

Тематическая подборка для проектирования строительных конструкций

Металлические конструкции. Вопросы и ответы

Соответствие конструктивного решения расчетной схеме

Железнодорожный транспорт и возможности монтажных организаций

Основные правила оформления деталировочных рабочих чертежей

Теорема Остроградского

Технологичность конструкций при монтаже

Свойства потока векторного поля

Чертеж трубопроводов

Поток векторного поля через поверхность

Общий план работы над чертежами КМД

Инвариантное определение дивергенции

Огравление $Rightarrow $