какую нагрузку держит 1 см сварного шва

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:

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: σ_Э ≤ [σ’]_P

Для поиска данных этого параметра ниже представлена таблица.

При растяжении [σ’]рПри сжатии [σ’]ежПри сдвиге

[τ’]срАвтоматическая, ручная электродами Э42А и Э50А

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

Источник

Какую нагрузку выдерживает сварной шов?

Считаем, сколько может выдержать сварочный шов

Максимальная нагрузка шва после сварки электродами

Как известно на сварочный шов возлагаются большие надежды. При сварке различных конструкций, изделий рассчитывают нагрузку на шов и проводят тесты перед серийным выпуском. Тестируют на излом, сжатие, растяжение и усталость металла в различных температурных режимах. Создают условия в которых будет эксплуатация деталей конструкций. Что касается ремонта в различных погодных условиях то проводить различные опыты довольно затруднительно за отсутствие специального оборудования.

В таких случаях наша надежда опирается на умение варить и определенные знания в области электродов и свариваемых металлов. В различных справочниках по сварке можно найти информацию о швах. Так же существует ГОСТ 5264-80 где можно найти нужный нам стык. Это касается простых конструкций из стали, железоникелевых и никелевых сплавов. Трубы свариваются швом совсем по другому ГОСТ 16037-80.

Рассмотрим пример по конструкционной стали. Варить будем электродом МР-3 арсенал.

Максимальное допустимое значение нагрузки 430 МПа. При условии если правильно сварим. Металл возьмем из паспорта Ст3. Его характеристики.

Как видим максимальное значение 490 МПа нагрузки. Толщину возьмем 3мм и будем варить шов как на рисунке.

Теперь рассмотрим само соединение Т6.

Видим что катет превосходит толщину металла примерно на оду третью. Тем самым мы уравниваем максимальное значение нагрузки на шов. В данном примере 490МПа. На видео проведен тест такого соединения.

Практика показывает что сварка выдерживает куда более сильные нагрузки чем сама сталь. Бывает что перегревают свариваемое место и происходит ослабление структуры что приводит к излому. Так как пластичность шва берет на себя часть внутреннего напряжения, то старайтесь варить с отрывом на тонком металле. Сам лично не раз прожигал. Особенно когда кроме диаметра тройки нет ни чего. А варить приходилось сталь 1,5мм в толщину и то в труднодоступных местах.

Что касается трубопровода самое главное отсутствие дефектов в наплавленном металле. Иначе малейшая трещина со временем приводит к аварии. Техника проварки шва ведется непрерывно за исключением смены электродов. Бывают не поворотные стыки и приходится работать с зеркалом. Если трубы под давлением то нагрузка распространяется на стенки трубопровода. Так как структура металла в зоне свари не однородна. Такие места подвергаются растяжению (раздуваются). К примеру зимой часто происходят аварии на трубопроводе по водоснабжению и отоплению.

По этому на вопрос, сколько может выдержать сварочный шов после сварки электродами, мы разобрали на одном примере. Если хотим достичь хороших результатов и не боятся что сварка лопнет по шву то пользуйтесь ГОСТами. Несколько из них я упомянул ранее. Что же касается качества сварки в зимний период это отдельная тема и более сложные требования к техпроцессу.

А если хотите сами рассчитать сколько реально может выдержать шов я даю вам ссылочки на хорошую литературу.

Справочник сварщика стр 353 расчет сварочных соединений на прочность.

Расчет сварного шва на прочность

В сварных соединениях некоторые швы являются рабочими, а некоторые — связующими (рис. 60). Рабочими называются швы, воспринимающие нагрузку от внешних усилий. При разрушении рабочего шва может разрушиться и сварное соединение. Связующими называются швы, служащие для соединения нескольких элементов конструкции (например, полос), несущих основную нагрузку. Наплавленный металл связующих швов деформируется вместе с основным металлом элементов, связанных данным швом. Если связующий шов разрушится, то соединение может работать, так как нагрузка воспринимается элементами основного металла. На прочность рассчитываются только рабочие швы.

Прочность сварного соединения должна быть не ниже прочности основного металла.

Прочность сварного соединения характеризуется величиной фактических напряжений, возникающих в нем от действующих усилий. Чтобы соединение было прочным, фактические напряжения должны быть ниже тех, при которых металл шва разрушается. Принимаемые при расчете напряжения называются расчетными и обозначаются ст.

Расчетное напряжение, т. е. напряжение от расчетных усилий, не должно превышать расчетного сопротивления металла R. т. е. σ ≤ R

Величина расчетных сопротивлений (напряжений) регламентируется нормами, установленными для тех или иных конструкций, в зависимости от их назначения, применяемого металла, условий работы, методов контроля и пр.

Расчетное напряжение всегда ниже предела текучести данного металла. Отношение предела текучести σ_т к расчетному напряжению σ называется запасом прочности.

n_з = σ_т/σ

где n_з — запас прочности.

Для стальных изделий запас прочности по пределу текучести обычно равен n_з=1,2-1,6. Для металлов, не обладающих ясно выраженным пределом текучести, запас прочности определяют по отношению к временному сопротивлению разрыву o_в. В этом случае запас прочности составляет обычно n_з = 3 — 4.

— для обычных методов контроля швов (наружным осмотром и обмером) R_с св = 1800 кгс/см 2 ;

При сварке указанными способами угловых швов Ст3 и Ст4 для всех видов контроля принимают R_с св =1500 кгс/см 2 (при сжатии, растяжении и срезе).

Стыковые швы на прочность рассчитывают по формуле N = R_с св _*S_*l

где N — предельно допускаемое действующее расчетное усилие, кгс;

R_с св — расчетное сопротивление растяжению для металла шва, кгс/см 2 ;

S — толщина металла в расчетном сечении, см; l — длина шва, см.

Например, если R_с св = 1800 кгс/см 2 ; S = 1 см, l = 20 см, то такой шов может безопасно работать при наибольшем усилии, равном N = 1800_*1_*20 = 36000 кгс.

Прочность лобовых угловых швов рассчитывают по формуле N = 0,7_*K_*R_у св

где К — высота катета шва, см;

R_у св — расчетное сопротивление срезыванию в угловом шве, кгс/см 2 ;

Прочность фланковых угловых швов рассчитывается по формуле N = 2_*0,7_*К_*R_у св

На рисунке справа показаны обозначения при расчете швов на прочность.

Также следует отметить: по длине фланкового шва напряжения распределяются неравномерно и максимальное значение их приходится на конец шва состороны приложения усилия. Поэтому при расчете на прочность фланкового шва за расчетную принимают длину шва, равную не более 50 катетам.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.06.01 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

BullDozer-Postal › Блог › Немного про сварку. Часть третья. Мифы и факты.

Искренне прошу прошу прощения у моих читателей, которых заинтересовала тема «Немного про сварку» и, которые ждали новый мой текст о сварке и о сопутствующих вопросах.

— Засадосы в работе и в личной жизни, помешали (да, и всегда будут мешать) сделать новый пост.
Откладывая что то на завтра, я понимаю, что откладываю это навсегда … Так нельзя.
Сегодня постараюсь реабилитироваться. Ну, хоть как то ))

И так, поговорим о мифах про сварку.

Ну, наверняка, каждый из нас слышал какие то байки про сварочные работы, про сварщиков, про швы, про железо и про то, как это вообще всё загадочно ))
— Ничего тут загадочного нет! Сплошная физика и психология. А точнее — смесь физики и психологии. Как ни странно, в общем то.

Про «молоко от вредности», расскажу позже, в следующем посте )) Про технику безопасности.

Миф четвёртый — варить может каждый.
Да, в общем то, варить может каждый. Но, у кого то хорошо получится варить макароны и пельмени, а у кого то, хорошо получится варить металл. Причём, у обоих групп, результат будет зависеть лишь от практики. — Чем ни больше мы пробуем варить, тем лучше у нас будет получаться. Прямая зависимость ))

Миф пятый — апофеозом мастерства сварщика является сваривание двух бритвенных лезвий.
Я попробовал — какая то лажа получилась. Наверно, я хреновый сварщик.
Сами лезвия к железке (3мм) приварил, а вот между собой — не смог.

Миф седьмой — покупка сварочного аппарата, делает из вас автоматически сварщика.
— Нет. Как в прочем, как и покупка самогонного аппарата не делает из вас бутлегера, покупка кролика — фермера, покупка обручального кольца — жениха, покупка ружья — охотника и покупка стетоскопа — доктора.

Если у вас есть свои мифы о сварке, пишите в комментариях. Обсудим.

Стыковая сварка

Таблица 45.Наименьшие величины контрольных нагрузок в т, которые должны выдерживать образцы сварных стыковых соединений при испытании на растяжение.

Диаметр стержней в мм, по оси которых приложена контрольная растягивающая нагрузка

Наименьшие величины нагрузок при виде сварки и классе стали арматурных стержней

ванная в инвентарной медной форме

ванная многоэлектродная (с вытеканием шлака)

ванно-шовная со стальными подкладками или надкладками

дуговая одноэлектродная ванная или многослойная швами с желобчатой подкладкой или без подкладок

дуговая с накладками двумя фланговыми швами

дуговая с накладками четырьмя швами или внахлестку одним швом

дуговая внахлестку двумя швами

Примечания: 1. Дуговая сварка внахлестку одним швом осуществляется при стержнях диаметром до 40 мм включительно.

2. При приемочных испытаниях образцов тавровых соединений, выполненных дуговой сваркой, а также образцов нахлесточных соединений, выполненных контактной, точечной и дуговой сваркой, величины контрольных нагрузок должны приниматься как для случая испытания образцов стыковых соединений, выполненных контактной сваркой.

В случае разрушения хотя бы одного из трех пробных образцов при выбранном режиме сварки должно быть изготовлено и затем испытано на прочность удвоенное (6 шт.) количество пробных образцов. Если и в этом случае хотя бы один из образцов разрушится, следует изменить режим сварки, изготовить три пробных образца и вновь подвергнуть их внешнему осмотру и испытанию на прочность.

Периодический контроль качества сварных соединений в процессе их выполнения должен осуществляться путем внешнего осмотра, а также обмеров швов и соединений в целом согласно требованиям ГОСТ 10922—64. Технические требования к сварным соединениям установлены ГОСТ 10922—64 и приведены в настоящих Указаниях.

Для осмотра и обмеров должны быть выбраны худшие по внешнему виду соединения из числа выполненных.

Выбранное соединение должно быть тщательно очищено от загрязнений, ржавчины, шлака и брызг. Очистке подлежит как наплавленный, так и основной металл на участках не менее 10 мм от краев шва.

При обнаружении дефектов в сварных соединениях, а также при наличии отклонений размеров сварных швов от указанных в проекте или в настоящих Указаниях работы по сварке должны быть прерваны, а дефектные швы и соединения исправлены. Причины возникновения дефектов в соединениях и причины отклонения размеров швов от заданных необходимо выявить и устранить.

Перечень наиболее часто встречающихся дефектов, причины их возникновения и методы устранения, а также допустимые размеры и количество дефектов приведены в табл. 44.

Сварочные работы, прерванные в результате обнаружения дефектов в сварных соединениях, могут быть продолжены только после сварки не менее трех пробных образцов соединений и при условии надлежащего качества их.

Расчет на прочность сварного шва

Содержание:

Прочность сварных соединений — это возможность в определенных условиях выдерживать нагрузки, не разрушаясь от силовых воздействий. Нагрузки при этом учитываются не только рабочие, но и предельные.

Рабочие состоят из внешних нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации от собственного веса и образующихся при сваривании напряжений. К предельным относят те, которые образуются при текучести в основном сечении и в при этом возникают максимально допустимые деформации и повреждения. Чтобы стыки были надежными и качественными, то перед процессом сваривания необходимо выполнить расчет на прочность сварного шва.

От чего зависит прочность сварочного стыка

Чтобы правильно вычислить прочность сварного шва, необходимо знать какие факторы влияют на прочностные характеристики. Главное условие для создания прочных соединений — соблюдение сварочной технологии.

Но есть также ряд других факторов, от которых зависит насколько качественным будут стыки:

Каждый из этих параметров должен учитываться при планировании сварочных работ и от каждого из них зависит насколько точно будет произведен расчет на прочность сварных соединений.

Как рассчитать на прочность сварочные швы

В зависимости от того, как размещены при сваривании соединяющие элементы, выделяют разные типы швов: угловые, стыковые, тавровые, нахлесточные. На фото ниже можно посмотреть разные способы соединения между собой свариваемых деталей.

Для каждого вида соединений расчет сварных швов на прочность проводится индивидуально и с учетом разных параметров. Прочностные значения стыковых швов определяются по номинальному сечению проваренного участка, на котором отсутствуют наплывы. Для угловых соединений прочностные показатели определяет катет.

В любом случае прежде чем осуществлять расчет прочности сварного шва, необходимо вычислить площадь его поперечного сечения. Установить сечение можно при умножении длины и толщины сварочного соединения.

Определить допускаемое усилие в стыке при растяжении можно по формуле: Р = σp × S × I

При сжатии формула несколько другая: Р = σсж × S × I

Условные обозначения в формулах следующие:

Вычислить какой прочностью будет обладать нахлесточный шов можно по формуле: Р = τср × 0,7К × I, в которой:

Вычисляя несущие возможности стыкового шва необходимо ориентироваться на напряжение, которое является допустимым в самом опасном сечении (s), а также на напряжение, зависящее от предела текучести (HSЭ). Выдерживание соотношений этих двух показателей является обязательным и только при полном их соответствии элемент металлоконструкции будет удовлетворять все выдвигаемые к прочностным характеристикам требования.

Основная задача при подготовке к свариванию металлоконструкций — не превысить максимально допускаемые напряжения рассчитывая прочность сварного шва на разрыв, таблица коэффициентов которого есть на специализированных сайтах в интернете в свободном доступе.

Онлайн расчет прочности стыков

Проведение предварительных расчетов прочности перед свариванием металлоизделий позволяет предотвратить неточности и браки, приводящие к разрушению конструкций. Чтобы безошибочно провести расчет сварных швов на прочность примеры готовых вычислений могут послужить в качестве инструкций правильности выполнения всех действий. А исчислять прочностные свойства лучше всего в онлайн режиме, воспользовавшись специальными программами «Калькулятор прочности».

С помощью программы не составить сложности без погрешностей вычислить несущую способность швов по длине и катету, подобрать диаметр арматуры согласно требуемой на разрыв нагрузки, установить площадь поперечного сечения и рассчитать другие значения, от которых зависит прочность и надежность сварных конструкций.

Интересное видео

Поведение сварных конструкций при динамических нагрузках

Расчет на усталость производится при действии переменных (или вибрационных) нагрузок, характеризующихся большой повторяемостью (не менее 1000 раз). При этом расчет на выносливость сводится к определению прочности конструкций при действии таких переменных нагрузок. Для проведения расчета на выносливость необходимо знать соответствующее значение предела выносливости. Предел выносливости элемента конструкции — σ_r,k зависит от характеристики цикла изменения нагрузки, от свойств материала и от формы самого элемента. Значение предела выносливости определяется экспериментально. Рассмотрим некоторые общие понятия на примере действия вибрационной нагрузки на различные конструкции машиностроительного типа. В этом случае изменение величины нагрузки, происходящее от воздействия вращающихся частей машин, характеризуется определенной закономерностью, подобно той, которая показана на этом рисунке.

При действии переменной нагрузки разрушение элементов конструкций может произойти при нагружениях, меньших предела текучести. При этом наибольшая величина напряжений переменной нагрузки, вызывающей разрушение (σmax) будет зависеть от количества циклов нагрузки. Зависимость величины разрушающих напряжений от количества циклов выражается кривой линией, называемой кривой Веллера, показанная на рисунке справа. Эта зависимость показывает, что при некотором предельном значении напряжений разрушение не будет происходить даже при весьма большом количестве циклов. Это напряжение, определяемое для некоторого заданного количества циклов (называемого базой испытания), называется пределом выносливости (или пределом усталости).

В зависимости от характеристики цикла r, представляющей собой отношение минимального значения напряжений от вибрационной нагрузки к максимальному их значению , величина предела выносливости σ_mах меняется. Это изменение может быть выражено графиком, показанном на рисунке выше (б).

Обычно при повышении температуры пределы выносливости сталей понижаются. В агрессивных средах предел выносливости значительно уменьшается. Прочность деталей конструкций при переменных нагрузках зависит от концентрации напряжений.

Эффективным коэффициентом концентрации напряжений Кэ называется отношение предела выносливости гладкого образца к пределу выносливости образца при наличии концентратора; Кэ ≥ 1; причем, чем ближе Кэ к единице, тем лучше работает изделие. У хрупких материалов эффективный коэффициент концентрации Кэ близок к теоретическому, у пластичных — он значительно меньше.

Решающее влияние на усталостную прочность оказывает качество технологического процесса. При наличии технологических дефектов (шлаковых включений, пор, окислов, трещин, непроваров и т.д.) прочность сварных соединений при переменных нагрузках резко падает. Даже небольшой непровар корня шва образует надрез и концентрацию напряжений, что может существенно снижать прочность стыковых соединений при переменных нагрузках. Влияние непровара на уменьшение усталостной прочности зависит от рода материала. Очень чувствительны к непроварам сварные соединения из аустенитных сталей типа 12Х18Н9Т и титановых сплавов. Помимо концентраторов напряжений, вызванных непроварами, на понижение усталостной прочности оказывает влияние наличие пор и шлаковых включений. Большое влияние на предел выносливости оказывает очертание поверхности швов. У выпуклых стыковых швов он более низкий, чем у гладких; весьма хорошие результаты получаются при снятии усилений стыковых швов или при их обработке, обеспечивающей плавный переход от шва к основному металлу, Получить соединения с хорошей прочностью можно не только при сварке прокатных элементов, но и при сварке литых деталей или прокатных с литыми.

Прочность при переменных нагрузках тавровых соединений в значительной степени зависит от подготовки кромок. Экспериментально доказано, что предел выносливости таврового соединения, сваренного с подготовкой кромок, выше, чем того же соединения без подготовки кромок. Причиной этого является концентрация напряжений из-за непровара кромок. При сварке тавровых соединений на автоматах под флюсом глубина проплавления больше, чем при других видах сварки. Это обстоятельство улучшает работу соединений, подвергавшихся переменным нагрузкам.

Остаточные напряжения могут быть не только вредными, но и полезными. Если в зоне наибольших растягивающих напряжений от внешних нагрузок создать сжимающие остаточные напряжения, то последние будут способствовать повышению усталостной прочности сварных соединений. Благоприятные остаточные напряжения сжатия можно создать местной пластической деформацией. С этой целью сварные соединения иногда подвергают поверхностной механической обработке: прокатке роликами или, что является более простым и удобным, обдувкой дробью, обработке пневматическим молотком или пучком проволок ударными методами. При этом в поверхностных слоях металла происходит пластическая деформация, которая вызывает наклеп металла, сопровождающийся повышением σ_т и, кроме того, образуются остаточные напряжения сжатия. Чем выше коэффициент концентрации напряжений в сварном соединении, тем более эффективно применение поверхностной обработки швов.

Выносливость сварных соединений может быть увеличена предварительным их нагруженном при одновременном устранении вредных растягивающих остаточных напряжений в зоне концентраторов. Иногда считают полезным создание предварительных напряжений в тонкостенных конструкциях и подвержение их вибрации. При этом остаточные растягивающие напряжения уменьшаются на несколько десятков процентов, а сопротивление усталостным нагрузкам повышается.

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:

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: σ_Э ≤ [σ’]_P

Для поиска данных этого параметра ниже представлена таблица.

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 [Всего: 2 Средний: 3 /5]

Строительный справочник | материалы — конструкции — технологии

Вы здесь

Прочность сварных соединений

Прочность сварных соединений — это свойство, не разрушаясь, воспринимать определенные нагрузки в тех или иных заданных условиях. При этом учитывают как рабочие, так и предельные нагрузки. Под рабочими нагрузками понимают суммарные напряжения, возникающие от собственного веса, внешних нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации, и собственных напряжений, создающихся при сварке, сборке и т.д.

Предельными считаются нагрузки, когда наступает текучесть в основном сечении, возникшая под действием статических, повторно-переменных и динамических сил. При этом возникают максимально допустимые повреждения или деформации, за которыми следует потеря эксплуатационной способности конструкции. При расчете несущей способности сварочного шва ориентируются на допустимое напряжение в наиболее опасном сечении элемента «s» и допустимое напряжение, составляющее некоторую часть от предела текучести «нвэ». При этом обязательно должно выдерживаться соотношение: HSЭ i s. При таком соотношении элемент конструкции удовлетворяет требованиям прочности. Для большей уверенности применяют коэффициент запаса прочности «п», который гарантирует не наступление текучести и для низкоуглеродистых сталей лежит в пределах 1,35 — 1,50, a HSЭ = 160 Мпа.

Допустимое напряжение в наиболее опасном сечении «s» определяют по формуле:

Где F — площадь поперечного сечения элемента, а N — осевое усилие, прикладываемое к нему.

Говоря о прочности сварочного соединения, не следует забывать о его пористости и трещинах, оказывающих значительное влияние на этот показатель. Поры в сварочном шве возникают при выделении газов в процессе кристаллизации металла. Как правило, это азот, водород или окись углерода, получаемые в результате химических реакций. Но поры в сварочном шве могут возникать не только от газов. Это явление случается при повышенной тугоплавкости, вязкости и плотности шлаков, которые не покидают пределы сварочного шва.

Поры могут быть внутренними или наружными, располагаться по оси шва или на его границах, форма их может быть округлая, овальная или более сложная, а их размеры могут колебаться от нескольких микрон до нескольких миллиметров. Уменьшению пористости сварочного шва способствует предсварочная подготовка, которая заключается в тщательной зачистке сварного соединения от грязи, масел, ржавчины и прочих посторонних включений. Борются с пористостью при помощи правильно подобранных режимов сварки, защитными покрытиями и флюсами, вводимыми в сварочную ванну.

Трещины в массиве шва и околошовной зоны могут быть холодными и горячими. Горячие трещины (рис.1) возникают в процессе кристаллизации жидкой фазы металла.

Рис. 1 Наличие горячих трещин в сварных соединениях: 1 —2 —3 — поперечные трещины шва и зоны вокруг него в материале; 4 —5 — трещины продольные

Этому явлению способствуют линейные сокращения металла, возникающие в результате внутренних напряжений. Размеры и направление горячих трещин могут быть самыми различными и зависят от соответствия материала, электродов и режимов сварки.

Для определения этого соответствия сначала сваривают пробный образец, который подвергают тщательному анализу. Наличие трещин может определяться визуально под увеличением, а ответственные детали подвергают просветке или облучению.

Холодные трещины чаще всего имеют микроскопический характер и возникают при температурах не более 200°С. Причинами появления холодных трещин может быть хрупкость металла при быстром его охлаждении, остаточные напряжения в сварных соединениях или повышенное содержание водорода.

Коррозия сварных соединений снижает прочность шва и его долговечность. В связи с большими структурными изменениями сварных соединений они обладают большей коррозийной активностью по сравнению с основным металлом. Коррозия может быть общей и местной.

При общей коррозии поражается вся поверхность металла, что свидетельствует о его низкой коррозийной стойкости. Местная коррозия проявляется в наличии отдельных ржавых пятен, точек. Она может быть как поверхностная, так и межкристаллитная.

Наиболее опасна межкристаллитная коррозия, которая проникает вглубь зерен, не разрушая их. Наиболее характерные коррозийные разрушения сварного соединения показаны на рис.2.

Избежать этого опасного явления помогает правильный подбор материалов, сварочных электродов, применение защитных покрытий и замедлителей, которые наносят на поверхность металла или в коррозионную среду. Хорошие результаты дает применение сварочной проволоки с высокой коррозийной стойкостью. При сварке такой проволокой получается шов с большей коррозийной стойкостью, чем основной металл. На коррозийную активность сварочного шва оказывают влияние и выбранные режимы сварки.

Рис.2. Коррозионные разрушения при сварке: А — общая коррозия: 1 — равномерное распределение; 2 — шовная коррозия; 3 — интенсивная коррозия всего металла; 4 — ржавчина в зоне термического влияния; Б — местная коррозия: 1 — коррозия в термической зоне (межкристалитная); 2 — шовная коррозия; 3 — коррозия в зоне сплавления; 4 — точечная коррозия; В — усталость (коррозийное вытрескивание)

Понятие о расчете швов на прочность

При расчете сварных соединений на прочность в первую очередь необходимо знать площадь поперечного сечения сварного шва. Перемножая толщину сварного шва на его длину, получим площадь поперечного сечения сварного шва. При растяжении допускаемое усилие в сварном соединении определяется по следующей формуле:

Р = σр •S • l.

где l — длина шва; S — толщина соединяемых элементов; σр— допускаемое напряжение в сварном шве при растяжении; σсж — допускаемое напряжение в сварном шве при сжатии.

При расчете на прочность нахлесточного соединения применяют следующую расчетную формулу:

где P —допускаемое усилие: τcр—допускаемое напряжение наплавленного металла при срезе; К —длина катета; l — длина сварного шва.

Расчет прочности сварного шва

Как изначально сделать расчет сварного шва и какие факторы при этом учитывать? По всем этим пунктам постараемся разобраться в нашем материале.

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:

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

Все эти факторы учитываются и берутся в расчет при планировании работ, особенно с важными и ответственными конструкциями.

Определение прочности шва

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

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

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.

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.

Источник