площадь таврового сварного шва

Расчет сварных соединений

Содержание:

Сварка — наиболее доступный, надежный и эффективный способ соединения отдельных деталей при создании металлоконструкций. При соблюдении сварочных технологий швы получаются прочными, а готовые изделия качественными. Но в зависимости от условий проведения сварки, толщины и вида свариваемого металла характеристики соединений могут быть разными. Определить насколько прочным и монолитным будет изделие поможет расчет сварных швов, проведенный перед процессом сваривания.

Выполненный в процессе составления проекта расчет сварных соединений позволяет выбрать правильно материал, которые будет обладать достаточным запасом прочности и сможет выдерживать возлагаемые на него нагрузки.

Методика расчета соединений

Различают несколько разновидностей сцеплений металла и для каждой из них расчет сварного шва проводится индивидуально. В зависимости от расположения свариваемых деталей соединения разделяются на:

• угловые, когда перпендикулярно одна к другой располагаются свариваемые детали. Для повышения прочности конструкции необходимо правильно определить предельные усилия на сварной угловой шов;
• стыковые. Здесь соединяются торцы деталей, при этом одна часть выступает продолжением второй. Такой способ сцепления сопровождается минимальными показателями концентрации напряжения и считается самым рациональным. Швы могут быть прямыми и косыми;
  
• нахлесточные, при которых элементы деталей немного накладываются один на другой. Как правило применяют такую технологию при сваривании металлов, толщина которых не превышает 5 мм, когда необходимо укрепить шов;
• тавровые. Внешне напоминают угловые. Скрепляемые элементы располагаются под прямым углом друг к другу, но соединяются торцами. При производстве металлоконструкций такие стыки применяются довольно часто. Им характерна простота исполнения, экономичность и высокая прочность. Для качественного выполнения такого типа соединений хорошим помощником будет методичка, расчет таврового сварного соединения по ней можно выполнить с безупречной точностью, и избежать возможных ошибок.

Как рассчитывают сечение сварного углового шва или других видов соединений? Существуют общепринятые формулы, по которым проводится расчет сварочных швов разных стыков. Также в свободном доступе в интернете есть специальная программа расчета сварных соединений, по которой при введении необходимых параметров можно получить требуемый результат.

Какие параметры потребуются для расчета

Чтобы с минимальной погрешностью провести расчет сварки, следует знать какие параметры влияют на прочность стыков. Для определения процесса сжатия и растяжения материала следует применять формулу:

При расчете потребуются следующие показатели:

• Yс — коэффициент преобладающих на рабочем месте условий. параметр общепринятый, указан в стандартизованных таблицах. Его просто необходимо вставить в формулу, по которой совершается расчет сварного углового шва;
• Rу — сопротивление свариваемого материала с учетом предела текучести. Определяется по стандартным таблицам;
• Ru — сопротивление металла в соответствии временного сопротивления. Значения для подставки в формулу нужно поискать в таблицах;
• N — максимально допустимая нагрузка, которую шов способен выдерживать;
• t — минимальная толщина материала свариваемых элементов;
• lw — наибольшая длина сварного соединения, при расчете ее уменьшают на 2t;
• Rwу — определяемое в зависимости от предела прочности сопротивление.

В случае, когда необходимо сварить в единую конструкцию разные по структуре металлы, показатели Ru и Ry берутся по материалу с наименьшей прочностью.

Так же если требуется провести расчет сварочного шва на срез, то показатели следует выбирать того материала, у которого прочность меньше.

При проектировании стальных конструкций основным требованием является обеспечение максимально возможной прочности стыка и неподвижности соединяемых им элементов. Согласно требований и с учетом расположения и размеров швов можно с точностью установить оптимальный их тип. Если для создания металлоконструкции требуется выполнить сразу несколько швов, то располагать их необходимо таким образом, чтобы на каждый из них равномерно распределялась нагрузка.

Определить такие параметры можно посредством математических вычислений. Если полученные результаты будут неудовлетворительными, то в конструкцию необходимо внести изменения и еще раз провести все расчеты с новыми параметрами.

Особенности расчетов для изделий с угловыми стыками

Определение длины сварного шва на отрыв проводится с учетом силы, направленной к центру тяжести. Сечение при подсчетах следует выбирать с высокой степенью опасности.

Расчет сварного шва на срез осуществляется по формуле:

Вне зависимости от типа металлов каждый из показателей влияет на прочность стыков:

• N — максимальная нагрузка, которая на стык оказывает давление;
• ßf, ßz — указаны в таблице и не зависят от марки стали. Как правило ßz равно 1, ßf — 0,7;
• Rwf — значение сопротивления срезу. Указано в таблицах ГОСТов;
• Rwz — существующее на линии стыка сопротивлению. Значения стандартные и берутся из таблицы;
• Ywf — составляет 0,85 для стыка, материалу которого свойственно сопротивление 4200 кгс/см²;
• Ywz — для всех марок стали составляет 0,85;
• с — коэффициент условий рабочей среды, стандартное значение из таблиц;
• kf — указывает на толщину создаваемого шва, измерять следует по линии сплавления;
• lw — исчисляется по общей длине стыка, уменьшенного на 10 миллиметров.

Вычислять значения можно по линии соединения или по свариваемому материалу. Расчет угловых сварных швов выполняется на основании сечения.

Чтобы понять, как правильно осуществить расчет сварных соединений и конструкций примеры и задачи можно посмотреть на специализированных сайтах в интернете.

Расчеты при нахлесточных стыках

Расчет сварочного шва, выполняемого внахлест выполняется с учетом типа и положения соединения, поскольку при такой технике стыки могут быть угловыми, лобовыми и фланговыми.

При сваривании металлических деталей внахлест определяется прочность линии скрепления и минимальная площадь сечения. Формула площади сварного шва подразумевает использование меньшей высоты треугольника условного стыка. При одинаковых размерах катетов этого треугольника для ручной сварки высота составляет 0,7.

При автоматической и полуавтоматической сварке глубина нагревания материала больше, поэтому за высоту принимаются указанные в типовых таблицах условные показатели.

Как рассчитать длину сварочных стыков от массы металла

Для определения длины соединения существует формула, обозначающая соотношение массы наплавки на протяженности одного метра спая.

Формула следующая: L = G/F × Y, в которой L обозначает протяженность сварочного шва, G — вес наплавляемого металла, F — площадь поперечного сечения, Y — удельный вес присадки.

Полученное значение следует умножить на определенные измерениями метры. Чтобы правильно провести исчисления целесообразно предварительно посмотреть пример, расчет длины сварного шва по которому выполнен в реальности.

Нужно понимать, что ни одна формула не способна обеспечить безупречно точного результата. Расходный материал следует покупать с запасом примерно 5-7%. Иногда удается немного сэкономить на присадке, но это под силу только опытным сварщикам, обладающим соответственными навыками.

Порядок проведения расчетов сварных стыков

Чтобы определить какие нагрузки способен выдерживать образуемый при сварке стык, необходимо правильно подобрать все необходимые данные для расчета сварного шва. Предотвратить ошибки при математических исчислениях можно, если при их выполнении придерживать следующего порядка:

1. Определить с минимальными погрешностями пространственное положение, форму и размеры, характерные сварочному соединению.
2. Далее на контактируемую со свариваемым элементом площадь повернуть следует опасное сечение (с наивысшим напряжением). Необходим поворот в случаях, когда на исследуемой конструкции плоскость стыка не соответствует его сечению. После поворота должно образоваться новое сечение, которое называют расчетным.
3. Дальнейшие действия состоят в поиске на образовавшемся вследствие поворота сечении центра масс.
4. Следующий этап — перемещение в центр масс внешней приложенной нагрузки.
5. Установить какое напряжение в расчетном сечении возникает в момент воздействия всех силовых нагрузок, в частности нормальной и поперечной усилий, изгибающего и крутящего моментов.
6. Когда известно напряжение необходимо найти в сечении точку, подвергающуюся наибольшим нагрузкам. В этой точке все воздействующие на поверхность нагрузки сочетаются одновременно, что позволяет установить суммарную. В итоге получается максимум, которому шов будет подвергаться.
7. Вычисляется максимально допустимое напряжение, которое будет оказывать силовое воздействие на полученный в результате сварки шов.
8. Завершающий этап состоит в сравнении максимальных показателей суммарного и допустимого напряжений. Это позволит получить расчетное сопротивление сварного шва и определить размеры, которые обеспечат полноценную и безопасную эксплуатацию создаваемой металлоконструкции. Для большей достоверности полученной информации рекомендовано провести дополнительный проверочный расчет.

Не нужно забывать о том, что актуальным расчет сварного шва на срез или прочность будет только в том случае, когда строго соблюдена технология создания соединений. В любом случае важно и нужно рассчитывать стыки, поскольку только с точность установленные параметры способны обеспечить прочные и долговечные сварочные соединения.

Дефекты сварных соединений при неправильных расчетах

В случае со сварочными металлоконструкциями следует понимать, что эффективная и безопасная их работа и расчет угловых сварных швов, стыковых, тавровых или нахлесточных непосредственно взаимосвязаны между собой. Если проигнорировать или же неправильно выполнить исчисления, то существенно повышаются риски образования дефектов и неточностей в готовом изделии.

Чаще всего возникают следующие браки:

• подрезы. Образуются по линии соединения или возле него канавки, приводящие к быстрому разрушению конструкции;
• поры. Визуально они практически незаметны, возникают вследствие проникновения газов, образующихся в процессе плавления электрода и металла;
• непровары. Участки, на которых недостаточно расплавился металл, в результате чего на варочном стыке возникли пробелы;
• сторонние включения. Одна из наиболее опасных ошибок, вследствие которой значительно понижается прочность соединения и со временем в нем возникают трещины;
• холодные и горячие трещины. Первые образуются после остывания конструкции из-за окисления в процессе плавления. Вторые возникают в процессе плавления металла при нарушении сварочной технологии, например, при неправильном выборе электродов.

Избежать всех этих дефектов можно если предварительно выполнить вычисления по существующим формулам. Это поможет создать качественные соединения, способные выдерживать критические нагрузки и усилия при эксплуатации конструкции.

Калькуляторы сварных швов

Существуют специализированные калькуляторы, с помощью которых без особых навыков несложно провести расчет длины сварного шва, определить оптимальные параметры угловых, точечных и стыковых соединений.

Проверить по калькулятору можно все существующие типовые стыки с прилагаемыми к ним нагрузкам с разными силовыми усилиями. Исчисления помогут выбрать подходящий к конкретной конструкции размер и тип стыкового соединения, а также безошибочно подобрать материал для сваривания. Расчеты позволяют установить необходимые геометрические значения сварочного шва и провести его проверку на прочность.

Не рекомендовано к точечным соединениям, стыкам с разделкой кромок и к электрозаклепкам прилагать усталостную нагрузку, поскольку расчет таких швов не поддерживается и результаты будут неточными. Также при вычислениях не учитываются изменения механических характеристик металлов, возникающие вследствие воздействий остаточных напряжений и температурных режимов.

Инструменты для контроля размеров сварных швов

Геометрические параметры сварочных соединений определяются с помощью специальных инструментов, позволяющих с минимальными погрешностями измерить основные показатели и характеристики, выполненных технологией сваривания конструкций.

К числу таких инструментов принадлежат типовые шаблоны, универсальные устройства и измерители, принцип действия которых состоит на замерах одного конкретного параметра.

У каждого профессионального сварщика должен быть в наличии набор измерительных инструментов для проведения замеров для предварительных расчетов перед процессом сваривания, а также определения качества шва готовой конструкции.

Интересное видео

Расчет площади поперечного сечения сварного шва

Для того чтобы правильно провести расчет площади поперечного сечения сварного шва, необходимо учитывать основные моменты, это учитывать как вид возможного соединения, так и выбор способа проведения сварочных работ. В качестве сварочных работ, выбирают ручную, дуговую, а также полуавтоматическую электрическую сварку. Научно доказано и проведено множество расчётов, где выведена специальная формула, предназначенная для определения истинных параметров показателей.

Формулы для проведения вычисления

В качестве расчёта используют значение действия осевой силы N, в свою очередь, проходящей через условный центр тяжести всего соединения.

. Из этой формулы следует:

В качестве рабочей формулы расчёта площади поперечного сечения сварного шва, используют вышеуказанные значения, при этом, каждое значение имеет свои данные:

• t- наименьшая известная расчётная толщина используемых соединяемых элементов;
• L_w – готовая расчётная размерная рабочая длина шва, которая равна полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине, если концы шва выведены за пределы стыка
• R_wy – расчётное сопротивление стыковых сварных соединений по пределу текучести (см. СНиП II-23-81*, прил.5);
• Y_c – коэффициент условия работы.

Это основная формула, используемая для проведения текущих расчётов.

Все обрабатываемые швы могут выполняться в двух режимах, как с разделкой, так и без применения разделок кромки, при этом есть основной технический регламент, который регулирует принцип проведения расчета площади наплавленного металла сварного шва, с известными готовыми данными ГОСТ 5264-80.

Основные критерии расчёта

Согласно техническому регламенту, при определении точных фактических данных, рекомендуется учитывать следующие факторы, влияющие на результат расчета площади поперечного сечения сварного шва углового соединения:

• Диаметр электрода. Рекомендуемый параметр диаметра колеблется от 1,6 до 10мм, при этом толщина свариваемых узлов в диапазоне 1,5- 24 мм.
• Площадь сечения. В этом случае используем для расчёта формулу F1 = 0,75 е · g , мм2(односторонний стыковочный шов); (F1 + F2) = 0,75 е · g + S · в, мм2- если имеются технологические зазоры. Для разделки и подварки рабочего корня шва используем формулу для вычисления F = F1 + F2 + F3 + 2F4.
• Глубина проплавления. Данный параметр имеет множество дополнительных параметров, которые отвечают на вопрос как рассчитывают сечение сварного углового шва, но основная формула вычисления выглядит следующим образом- h = (S – c), мм.
• Определение сварочного тока. Для этого параметра также используется собственная рабочая формула, которая выглядит так- Iсв = Fэл · j = (π · dэл2 / 4) · j , А. Значения формулы, π=3,14; j – допустимая по основным параметрам плотность рабочего тока, А/мм2;Fэл – вычислительный показатель площади поперечного сечения рекомендуемого электрода, мм2; dэл – известный для работы диаметр электрода, мм. Существует определенная таблица базы данных для вычислений.

Таблица: Допустимая величина показателя плотности тока в электроде при проведении процесса в ручной дуговой сварке.

Диаметр стержня электрода, ммДиаметр стержня электрода, ммДиаметр стержня электрода, ммДиаметр стержня электрода, ммДиаметр стержня электрода, мм234515,0-20,013,0-18,510,0-14,59,0-12,58,5-12,0Кислое, рутиловое14,0-20,013,5-19,011,5-15,010,0-13,5

• Параметр напряжения на дуге. Как правило, этот параметр рассчитывается в пределах 20-36 Вольт, для проведения ручной дуговой сварки, этот показатель не имеет чёткой регламентации.
• Скорость проведения сварки. Это важный момент ответа на вопрос, как рассчитывается сечение сварного углового шва. В качестве рабочей формулы используется – Vсв = Lн · Iсв / γ · Fн · 100, м/ч. Значение каждого параметра – Lн – коэффициент действующей на площадь наплавки, г/А час; (данные используются из специальной вычислительной таблицы);γ – фактическая рабочая плотность наплавленного металла за один известный по вычислению проход, г/см3 (7,8 г/см3 – для стали);Iсв – ведомая рабочая сила сварочного тока, А; Fн – известная табличная площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2.

Технические регламенты проведения расчётных операций

В качестве рабочей документации для осуществления задачи, как посчитать площадь сварного шва, используется регламент ГОСТ 14098-91. Для расчёта используется специальная программа прорисовки самой разделки (в интернете можно встретить такие программы), но если вы не знаете все тонкости управления программки, придётся использовать старый проверенный способ, это выполнение требований расчёта, исходя из ГОСТ:

• для стыковых соединений без учета режима разделок: ширина искомого валика (параметр е) умножается на известную вам величину толщины (S);
• для стыковых узлов, учитывающие разделки: ширина валика вычисления умножается на известную вам величину толщины изделия, а также умножаем на 0,7:
• для тавровых металлических конструкционных изделий и соединений, катет: ширина вычислительная для валика на известную вам толщину валика и полученный результат в данном случае делим на 2 и т.д.

Дополнительные особенности проведения расчётных операций

Специалистов знают, что площадь поперечного сечения сварного шва формула ГОСТ имеет разное значение, точнее отличительные схемы проведения вычисления, в зависимости от структуры применения варианта сварочного оборудования:

• Стандарты К3, С6,С14,С21,Н1,Т3,Т8,Т10 и т.д., таким образом единые для всех соединений выполняемые МП.
• Сварка соединений для защитных газов определяется исходя из положений регламента ГОСТ 14771.
• Для всех остальных групп металла и порядка строения конструкций используется рабочее положение ГОСТ14098.

Существуют определённые схемы расчёта, которые зависят от типа металла и способа проведения сварочных работ (выбор оборудования).

Программы для установки вычислений

Учитывая сложность данного вопроса, а также вероятность допуска технических ошибок, были разработаны специальные программы, позволяющие в режиме онлайн провести расчёты требуемых показателей для поперечного сечения шва. При разработке большого проекта, самостоятельно рассчитать все данные физически невозможно. Для этих целей к работе привлекают специалистов, или используют значения данных в программах, которые имеют официальное лицензирование соответствующих министерств и ведомств. Рекомендуется обратиться в проектные организации, которые помогут правильно провести подсчёты базы данных для выполнения сварочных работ.

Для сложных проектных решений разрабатывается специальная методика вычислений, которая подбирает несколько вариантов расчёта для одного и того же проекта. После изучения подробного описания, принимается решение о проведение правильных вычислений, которые обязательно должны пересекаться с данными регламентного требования действующих ГОСТ и СНиП. Если вы проводите самостоятельно вычисления, рекомендуется все же проверить данные с требованиями и техническими заданиями проектной документации эксплуатации конструкционной части установки. Воспользуйтесь помощью специалистов для определения правильного расчёта величины.

iSopromat.ru

Сварные соединения — наиболее совершенные и прочные среди неразъемных соединений. Они образуются под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в результате сильного местного нагрева до расплавления деталей в зоне их соединения или нагрева деталей до пластического состояния с применением механического усилия.

Основные недостатки сварочных соединений: наличие остаточных напряжений из-за неоднородного нагрева и охлаждения; возможность коробления деталей при сваривании (особенно тонкостенных); возможность существования скрытых дефектов (трещин, шлаковых включений, непроваров), снижающих прочность соединений.

Виды сварки весьма разнообразны. Наиболее широко распространена электрическая сварка. Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную. По виду используемого источника теплоты имеется также газовая сварка. По способу защиты материала в зоне сварки применяют сварку в аргоне, под флюсом, в вакууме и т.д. По степени механизации различают ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку.

В зависимости от расположения свариваемых деталей различают следующие виды соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.

а) Стыковые при различной подготовке кромок

б) Нахлесточные соединения (фланговые, лобовые, комбинированные)

а) Тавровые соединения

б) Угловые соединения

Стыковые швы на прочность рассчитывают по номинальному сечению соединяемых элементов без учета утолщения швов. Для расчета швов используются те же зависимости, что и для целых элементов.

Допускаемое напряжение в сварных швах отмечают штрихом.

Напряжения от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов

Напряжение от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов и растягивающей (или сжимающей) силы

Нахлесточные соединения, как правило, выполняют угловыми швами. Угловые швы по расположению относительно нагрузки разделяют на: поперечные или лобовые, расположенные перпендикулярно направлению силы; продольные или фланговые, расположенные параллельно направлению силы; косые, расположенные под углом к направлению силы; комбинированные, представляющие собой сочетание перечисленных швов.

Разрушение угловых швов происходит по наименьшему сечению, совпадающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная толщина шва k∙sin45°=0,7k. Угловой шов испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчитывают на срез.

L — общая длина шва.

Допускаемые напряжения зависят от величины допускаемого напряжения основного материала.

В зависимости от способа сварки, качества и марки электродов φ=0,8…1; φ₁=0,6…0,8.

Все угловые швы рассчитывают только по касательным напряжениям независимо от их расположения к направлению нагрузки. Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов.

Если соединяемая деталь асимметрична, то расчет прочности производят с учетом нагрузки, воспринимаемой каждым швом. Например, к листу приварен уголок, равнодействующая нагрузка проходит через центр тяжести поперечного сечения уголка и распределяется по швам обратно пропорционально плечам a₁ и а₂. Соблюдая условие равнопрочности, швы выполняют с различной длиной.

При нагружении соединения с лобовым швом моментом сил в плоскости стыка:

Соединения в тавр, нагруженные изгибающим моментом, рассчитывают как консольные, но с учетом особенностей сварки. В случае приварки балки без скоса кромок, сварные швы, как и все угловые, рассчитывают по касательным напряжениям. Расчетный момент сопротивления выражается через параметры опасных сечений сварных швов:

Если балка приварена со скосом кромок, то швы рассчитывают по нормальным напряжениям:

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

📸 Видео