Прочность сварного шва на разрыв таблица

Расчет швов на прочность

Прочность сварного шва на разрыв таблица

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

В сварных соединениях некоторые швы являются рабочими, а некоторые — связующими (рис. 51, 52). Рабочими называют­ся такие швы, которые воспринимают всю нагрузку от внеш­них усилий. При разрушении рабочего шва все сварное соедине-

Рис. 52. Швы связующие

ние должно также разрушиться. Связующими называются швы, которые служат для соединения двух или нескольких элемен­тов конструкции (например, полос), несущих основную нагрузку.

Наплавленный металл связующих швов деформируется вместе с ос­новным металлом элементов соединения, связанным данным швом.

Если связующий шов разрушится, то соединение может продолжать работать, так как нагрузка продолжает восприниматься работаю­щими элементами из основного металла. На прочность рассчиты­ваются только рабочие швы.

Прочность сварного соединения характеризуется величи­ной напряжений, возникающих в нем под влиянием действующих усилий. Чтобы соединение было прочным, фактические напряже­ния в нем при работе должны быть в несколько раз ниже тех, при которых металл шва разрушается. Принимаемые при расчете на­пряжения называются допускаемыми и обозначаются бук­вой R.

Величина допускаемых напряжений регламентируется соответ­ствующими нормами, принятыми для тех или иных конструкций, в зависимости от их назначения, применяемого металла, условий работы и пр.

Допускаемое напряжение всегда ниже предела упругости дан­ного материала. Отношение предела прочности аь к допускаемому напряжению R называется запасом прочности, т. е.

R ‘

Для строительных сварных конструкций из мало — и среднеугле­родистых сталей запас прочности принимается обычно трех-четырех — кратным.

При расчете на прочность стыковых швов пользуются формулой

N = R-S • /,

где N — действующее усилие, кгс;

R — допускаемое напряжение на растяжение в шве, кгс/см2; S — толщина металла в расчетном сечении, см;

I — длина шва, см.

Например, имеем: R = 1300 кгс/см2; S = 1 см; I — 20 см; такой шов может безопасно работать при наибольшем усилии на него, равном:

N = 1300-1 -20 = 26000 кг, или 26 т.

Прочность лобовых валиковых швов можно рассчитать по фор­муле

N = 0,7-h-Rl-l,

где h — высота катета шва, см;

/?х — допускаемое напряжение на срезывание в шве, кгс/см2; I — длина шва, см.

Прочность фланговых валиковых швов рассчитывается по фор­муле

N = 2-0,7. h-Rvl.

Таблица 16Механические свойства наплавленного металла

Механические свойства Показатели механических свойств при сварке
газовой дуговой элек­тродами с тол­стыми качест­венными по­крытиями автоматиче­ской дуговой под флюсом
Предел прочности, кгс/мм2 . . . Относительное удлинение, % . , Ударная вязкость, кгс-м/см2 . . Угол загиба, град 34—429—182-660—140 47—5016—248—12*140—180 47-5018—329—11140—180
* До 25—30 кгс-м/см2 для покрытия УОНИ-13/55.

На рис. 53 показаны схемы обозначений швов при расчете их на прочность по приведенным выше фор­мулам.

Пример. Рассчитать вали- ковый фланговый шов. Дей­ствующее усилие N = 10000 кгс; каТет шва h — 0,8 см; принимая допускаемое напря­жение на срезывание для стали = 1100 кгс/см2, оп­ределяем по формуле необ­ходимую длину шва, равную:

10000

/=

2-0,7-h-R, 2-0,7-0,8.1100 = 8,1 см, или 81 мм.

В табл.16 приводятся зна­чения механических свойств наплавленного металла, по­лучаемых при различных способах сварки малоугле­родистой стали.

В табл. 17 даны допу­скаемые напряжения в сталь­ных сварных строительных конструкциях.

в)Рис. 53. Схемы обозначений при расчете швов ка прочность:

а — стыкового, б—валикового лобового, в — валикового флангового

Таблица 17Допускаемые напряжения в стальных сварных строительных конструкциях

Величина допускаемых напряжений, кес/см‘
Виды напряжения при ручной дугооой при ручной сварке электродами Э-42 и ав­томатической под флюсом
сварке электродами Э-34 в конструкциях из стали Ст. 0 и Ст. 2 в конструкциях из стали Ст. 3
1 11 1 П 11
Растяжение. Сжатие. . . Срез…. 10001000800 100012501000 110012501000 125014501100 130014501100 145016001250
Примечание. I — при учете только основных нагрузок, И — при уче­те как основных,, так и дополнительных нагрузок (например от ветра).

Сварка – технологический процесс, используемый на многих производствах, для соединения деталей путем их нагрева и установления межатомных связей. Существует более ста видов сварки, которые классифицируются по различным признакам. Классификация по …

Лазерная гравировка и резка

Такая технология гравировки, резки и раскроя материала использует лазер высокого уровня мощности. Лазерный луч, который сфокусирован, двигается в графической программе по траектории отрисованного эскиза. Используются разные материалы: двухслойный пластик, органическое …

Как правильно выбрать сварочный кабель для своего апарата?

Как правильно выбрать сварочный кабель? На обеспечение бесперебойной работы сварочного оборудования, а также длительность его эксплуатационного срока зависит то, как правильно выбрать сварочный кабель. Необходимо, чтобы это было приспособление высокого …

Источник: https://msd.com.ua/svarka-i-rezka-metallov/raschet-shvov-na-prochnost/

Правильный расчет сварных соединений

  • Дата: 24-04-2015
  • 378
  • : 28
Читайте также  Что лучше сварочный трансформатор или инвертор

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 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:

  1. Получается равнопрочное соединение. Иными словами, когда правильно выполнены сварные соединения, у конструкции будут отсутствовать слабые места.
  2. Очень мало расходуется металла. Редко применяются специальные накладки.
    Очень удобно проводить соединение материалов.
  3. Элегантный внешний вид.

К недостаткам можно отнести:

  1. Не всегда удобно выполнять сварочные работы из-за недостатка места. В этом случае соединение болтами гораздо лучше.
  2. Не свариваются металлы, которые имеют высокую твердость. Во время сварки прочность таких материалов резко снижается, что влечет за собой потерю эффекта упрочнения.
  3. 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;

Читайте также  Как сварить регистры отопления своими руками

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!

Источник: https://moyasvarka.ru/process/raschet-svarnyx-soedinenii.html

Расчет на прочность сварных соединений

В конструкциях из металла зачастую необходимо соединить между собой отдельные детали, для того чтобы это осуществить прибегают к использованию сварных швов. Это один из самых простых и недорогих способов, отличающийся высоким качеством.

Параметры у каждого сварного соединения разные, все зависит от используемого металла, его толщины и т.д. Поэтому в каждом отдельном случае необходимо произвести индивидуальный расчет на прочность сварных соединений.

Эти вычисления помогут выявить характеристики сварного шва на данный момент.

Общие сведения

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

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

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

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

Расчет сварных швов на прочность

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

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

  • электрическая, которая в свою очередь подразделяется на дуговую и контактную,
  • газовая.

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».

Читайте также  Как правильно сварить ворота из профильной трубы

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

Источник: https://svarkaed.ru/svarka/shvy-i-soedineniya/raschet-na-prochnost-svarnyh-soedinenij.html

Методика расчета сварных соединений

Условные обозначения:

Р—нагрузка соединения;

L — общая длина рассчитываемого шва;

δ— толщина соединяемых деталей;

k — катет углового шва;

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

а — ширина шва при роликовой сварке.

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

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

Условие прочности шва (формула 1)

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

Угловые швы (рис. 2) рассчитывают на срез по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла; расчетная высота шва h = k cos 45° ~ 0,7k

рис. 3

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

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

По рис. 4, тип а

по рис. 4, типы б, в

рис. 5

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

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

или на отрыв, тогда

Шов, получаемый роликовой сваркой, рассчитывается на срез:

Расчет прочности швов, нагруженных перпендикулярно стыку свариваемых деталей

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

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

Здесь We = δh2/6 — момент сопротивления сварного шва; Fe = δh — площадь сечения шва

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

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

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

Wc = 2×0,7kh2/6 — момент сопротивления биссекторного сечения швов; Fc = 2×0,7kh — площадь сечения швов

Расчет прочности швов, нагруженных в плоскости стыка свариваемых деталей

рис. 8 Швы нагружены в плоскости стыка свариваемых деталей

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

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

Ipc = Iус + Izc, где Iус и Izc — осевые моменты инерции швов относительно осей y и z

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

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

где, Fe = 0,7 kL — общая площадь швов

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

где Fвс = 0,7 kh

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

Усилие в наиболее нагруженной точке от внешнего момента
или
геометрически суммируется с усилием, равным
обусловленным действие силы Р, т.е.
Условием прочности служит выражение

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

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

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

Допускаемые напряжения при расчете сварных швов

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

Смотри также:

Источник: http://razvitie-pu.ru/?page_id=1929

Понравилась статья? Поделить с друзьями: