какую нагрузку выдерживает сварной шов длиной 1 см

Как рассчитать прочность сварного шва

В производстве металлоконструкций самым надежным методом соединения между собой отдельных деталей является сварка. Прочность сцепления при этом обеспечивается межмолекулярным взаимодействием, возникающим под влиянием высокой температуры. Чтобы стыки (дорожки, швы) готового изделия получились качественными, перед началом работы должны быть правильно выполнены расчеты сварного шва. Точные вычисления нужны для выбора основных и расходных материалов, для понимания того, насколько надежной и монолитной будет конструкция.

Расчет сварного шва на срез производится по общепринятым стандартным формулам.

Какие параметры используются в расчете

В расчете на прочность сварных соединений необходим целый ряд показателей.

При этом учитывают следующие основные параметры:

Процесс растяжения и сжатия металла вычисляют по формуле:

.

Если при изготовлении изделия свариваются детали из разных металлов, то в формулах используются Ry и Ru для материала с наименьшей прочностью. Аналогично поступают при включении параметров в расчете шва на срез.

При расчете на прочность необходим ряд показателей.

Кроме названных числовых показателей на надежность соединения влияют:

Такие характеристики обязательно берутся во внимание, от каждой из них зависит точность расчета качества сцепления.

Коэффициент прочности шва

Это показатель φ, являющийся отношением между собой прочностей сварной дорожки и основного материала. Его значение нормировано и определяется способом сварки и конструкцией стыка. Он принимается на основании Правил Госгортехнадзора и отражается в приложениях ГОСТов Р52857.1-2007, 14249-89 и 34233.1-2017.

Таблица 1. Коэффициенты прочности сварочных швов

Коэффициент прочности для дорожек, паянных мягкими и твердыми припоями с использованием аппаратов из цветных металлов, составляет 0,7 для композиционной пайки, 1 – для однородной.

Используемые формулы

Есть много формул, по которым производят расчеты для создания качественных сварных дорожек. В них используются показатели, определяемые не только типом шва, но и видом и толщиной основного материала, площадью и расположением стыкуемых деталей, предельными нагрузками, эксплуатационной температурой изделия и др. Уравнения для отдельных разновидностей сварных швов различаются.

Есть много формул, по которым производят расчеты.

Расчет прочности швов на выпуклых поверхностях

В производстве сосудов – труб различных емкостей – применяются стыковые сварные соединения. Сюда относятся швы на выпуклых днищах (меридиональные и хордовые) и на обечайках (продольные). Принятые стандарты и методы расчета на прочность таких изделий отражены в ГОСТ 34233.11-2017. Расчет сварного соединения выпуклой поверхности зависит от ряда показателей – марки и толщины стали, из которой изготавливается сосуд, внутреннего и внешнего давления на стенки, типа нагрузки и т. д.

Уравнение расчета допускаемого напряжения (измеряется в МПа) на примере цилиндрической обечайки для сосуда, работающего при однократных статических нагрузках и выполненного из низколегированной или углеродистой стали:

Данная формула применима только для сосудов из пластичных материалов в условиях использования металлов.

Зависимость от типа сварочного шва

Существует несколько вариантов сцепления металлических элементов в единую конструкцию. По расположению соединяемых деталей различают следующие виды сварных швов:

Для каждого из названных типов расчет производится по индивидуальной формуле.

Прежде чем начинать вычисление прочности будущего сцепления, нужно рассчитать площадь его поперечного сечения. Для этого длину сварного соединения умножают на его толщину.

Соединение листов внахлест

Для расчета напряжения среза используют формулу:

,

Из выражения понятно, что полученное напряжение на срез должно получиться меньше максимально допустимого.

Значение нагрузки P таково:

.

При расчете учитывают минимальную площадь сечения сварной дорожки в поперечнике. Это связано с тем, что сварочные материалы по прочности могут превышать основной металл.

Угловые конструкции

Такие соединения рассчитываются на основании их поперечного сечения, причем наименьшего, т. е. в наиболее опасном месте дорожки. Показатель устойчивости простого углового шва на изгиб, когда он нагружен лишь моментом M, вычисляется так:

,

А напряжение простого углового соединения на срез запишется таким образом:

,

При расчете угловых сварных швов на срез применяется общепринятое выражение:

,

В определении длины сварочного сцепления на отрыв обязательно учитывают силу, направленную к центру тяжести. При этом площадь сечения выбирают в самом опасном месте дорожки, т. е. наименьшую.

Тавровые швы

Условие прочности сцепления втавр, выполненного встык и работающего на растяжение Р и момент M, выглядит так:

.

Формула для такого же, но не стыкового, а углового шва:

.

Тавровые швы могут быть односторонними и двусторонними.

Если тавровое соединение будет нагружено изгибом и крутящим моментом, то применяется уравнение:

.

Крутящая и изгибающая сила соответственно определяются следующими формулами:

.

Сварка на стыке

Расчет шва встык, который будет работать на сжатие либо на растяжение, выполняется по уравнению:

,

Допустимая действующая нагрузка P составит:

.

Стыковое сцепление, работающее на изгиб, рассчитывается по формуле:

,

Если напряжение шва возникает и от изгиба М, и от сжатия либо растяжения Р, то оно определяется уравнением:

.

Источник

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.

Источник

Проведение расчета на прочность сварных швов — правила и нормы оценивания

Главная / Техника сварки

Время на чтение: 3 мин

Сварочные соединения очень распространенная технология сваривания, её используют практически всюду, поскольку конструкции из метала зачастую слаживаются из элементов, которые нужно соединить.

Для этого было придумано множество видов сварки с пользованием разной оснастки как автомат, полуавтомата, ручная сварка, так же множество импортных и отечественных расходных материалов.

Такой способ элементарный и не требует больших затрат, при этом демонстрирует хорошие результаты.

Конечно загонять под стандарт сложно, поскольку каждый металл индивидуален, имеет свою толщину, и свойства, именно от этого зависит качество соединения.

Для роботы со сваркой конечно нужно иметь элементарные знания в физики и химии, в первую очередь это повлияет на вашу безопасность, а в таком деле как сварка это немало важно.

Но как мы уже говорили каждый металл особенный по своим химико-физическим свойствам. Для этого и был проработан способ индивидуального подсчета качества соединения для разных случаев.

Такие параметры сориентируют вас в уровне качества шва, что перед вами.

К общему сведению

Сварка обеспечивает самые качественный и неразрывные соединения, как это указывалось выше.

Суть этого процесса такая, происходит молекулярное сцепление, когда мы нагреваем два метала, до такой степени, что они начинают плавиться в тех местах, где мы должны их соединить. Мы можем сделать их пластичны с помощью механической силы.

У всего есть свои минусы, так например сварочные швы тоже не идеальны. Конечно при определенных методах они выходят практически идеальными если сварка в руках профессионала, а при каких-то методах сварки уж совсем неидеальна.

Иногда это происходить из-за быстрого и неравномерного нагревания и охлаждения, в деталях может оставаться небольшое напряжение.

Возможно и другие проблемы во время сваривания, такие как наплывы, не проваренные участки шва или же трещины.

При этом по неопытности может даже не удастся сварить два метала, которые по своей химии не возможно соединять, но для этого нужно иметь уже не большой опыт.

Конечно все эти недостатки значительно портит качество работы и иногда и делают ее совершенно бесполезной, и тогда жаль потраченного времени и расходных материалов. Но все же есть способы как с этим можно эффективно бороться.

Для того чтобы ваши соединения получались идеальными нужно все подсчитать предварительно ещё тогда, когда идет составление проекта.

Очень важно не допускать ошибок на этом этапе, позже вы дорого за них заплатите, вам придётся переделывать всю работу снова, при этом вы ещё можете испортить металл и сделать его более не пригодным к сварке.

Так что хорошо изучите свойства тех материалов, что вы будете использовать, будут ли они крепко соединяться, выдерживать нагрузки, до каких температур лучше всего нагревать и каким видом сварки пользоваться при работе с определенным видом металла.

Такие проектные работы много в чем полезны, если вы все это подсчитаете предварительно то в первую очередь будете ориентироваться в количестве необходимых расходных материалов, и даже сможете подсчитывать приблизительное врем работы, а это очень полезно на производстве или же когда вы имеете нанятого работника, который работает 8 часов.

Зависимость от типа сварочного шва

Существует несколько вариантов сцепления металлических элементов в единую конструкцию. По расположению соединяемых деталей различают следующие виды сварных швов:

Для каждого из названных типов расчет производится по индивидуальной формуле.

Прежде чем начинать вычисление прочности будущего сцепления, нужно рассчитать площадь его поперечного сечения. Для этого длину сварного соединения умножают на его толщину.

Соединение листов внахлест

Для расчета напряжения среза используют формулу:

При соединении внахлест разделка кромок не требуется.

Из выражения понятно, что полученное напряжение на срез должно получиться меньше максимально допустимого.

Значение нагрузки P таково:

При расчете учитывают минимальную площадь сечения сварной дорожки в поперечнике. Это связано с тем, что сварочные материалы по прочности могут превышать основной металл.

Угловые конструкции

Такие соединения рассчитываются на основании их поперечного сечения, причем наименьшего, т. е. в наиболее опасном месте дорожки. Показатель устойчивости простого углового шва на изгиб, когда он нагружен лишь моментом M, вычисляется так:

Угловые конструкции рассчитываются на основании их поперечного сечения.

А напряжение простого углового соединения на срез запишется таким образом:

При расчете угловых сварных швов на срез применяется общепринятое выражение:

В определении длины сварочного сцепления на отрыв обязательно учитывают силу, направленную к центру тяжести. При этом площадь сечения выбирают в самом опасном месте дорожки, т. е. наименьшую.

Тавровые швы

Условие прочности сцепления втавр, выполненного встык и работающего на растяжение Р и момент M, выглядит так:

Формула для такого же, но не стыкового, а углового шва:

Тавровые швы могут быть односторонними и двусторонними.

Если тавровое соединение будет нагружено изгибом и крутящим моментом, то применяется уравнение:

Крутящая и изгибающая сила соответственно определяются следующими формулами:

Сварка на стыке

Расчет шва встык, который будет работать на сжатие либо на растяжение, выполняется по уравнению:

Допустимая действующая нагрузка P составит:

Стыковое сцепление, работающее на изгиб, рассчитывается по формуле:

Если напряжение шва возникает и от изгиба М, и от сжатия либо растяжения Р, то оно определяется уравнением:

Как определить прочность сварочного шва?

Конечно сделать такой расчёт совсем нелегко, нужно использовать несколько формул, и потратить часок вашего времени, но что бы знать, что ваши сварочные швы будут иметь высокий коэффициент прочности, все же необходимо учитывать, как металл расположен, его форма, размеры, особенности.

Есть много способов сварки, с использованием разнообразной техники и расходных материалов, конечно каждый вид сварки дает разный результат, такие-то придуманы для работы в сложных зонах, а какие-то подойдут новичкам, но в наше время самыми популярными остаться такие виды сварки:

Ещё мы не можем пропустить сварку вручную и с помощью полуавтомата, но это уже не виды, а способы эксплуатации и разновидность техники.

Ещё часто это зависит от вида металла, что будем сваривать, для цветных металлов эффективны одни виды сварки, а для черных иные, и ещё огромное множество других свойств и факторов.

Наиболее частые это тавровые и стыковые, угловые и углы внахлёст. Для каждого вида шва подсчет их качества производиться отдельно поскольку и них совсем разные характеристики качества.

Швы на стыках

Что бы мы могли подсчитать коэффициент прочности шва, мы должны участь несколько параметров начиная с номинального сечения, не забывая что брать в расчет то число на сколько у нас увеличится шов не нужно.

Подсчёт начинается с информации о сопротивлении металлов, что появляется в сплошных балках.

Позже касательное нормальное напряжение начнет влиять на ваш шов, для эквивалентности напряжения в такой ситуации используйте формулу, что написана ниже.

Ситуация при котором соединение прочное опишем вот так: Э ≤ [’]P.

Что бы найти информацию по такому параметру ознакомитесь с таблицей внизу

Швы на углу

Если вам предстоит робота с угловым швом то скорей всего там будет поперечное сечение. Края относятся круг к другу как 1:1. Катет сварочного шва или же как пишется на схемах и в учебниках «К», запомните это обозначение.

Часто швы подвержены деформации и трещинам в области опасного сечения, попросту там, где тонкие участки, это наиболее непрочные зоны, что проходят через биссектрису угла. В случаи такого сечения размер можно посчитать по формуле *К.

Длинна шва-так же один из главных показателей. Именно он может обозначить так какую же нагрузку может выдержать данное соединение.

Методика расчета соединений

Расчет сварного шва на срез и на прочность проводятся индивидуально для каждого типа соединения.

Стыковые швы. При работе со стыковыми швами, одним из главных параметров для вычислений является номинальное сечение. При этом, наплывы металла, которые образуются во время сварки, не учитываются. Вычисление основывается на известных по данным сопротивления материалов зависимостей, возникающих в сплошных балках. Когда начинается одновременное воздействие касательных и нормальных напряжений, которые концентрируются в наиболее нагруженной точке на сечении, то эквивалентное напряжение можно будет рассчитать по четвертой теории прочности по следующей формуле:

При этом, условие прочности выглядит как: σЭ ≤ [σ’]P

Данные для этого значения определяются по таблице, приведенной ниже:

Разбор примера

Когда наша сварка проходит в ручном, полуавтоматическом или же автоматическом режиме, то показатель будет равен 0,7. Если все подсчитано правильно, то шов имеет форму равнобедренного треугольника.

Если же вы варим с помощью самого распространенного полуавтомата, но вы делали всё роботу в несколько этапов, тогда будет равняться 0,8.

В такой же ситуации, но при использовании автомата этот показатель будет 0,9, а если наш автомат имеет одно проводную сварку то показатель будет все 1,1.

Нужно учесть УЧТИТЕ! При подсчете прочности шва под углом нужно производить по касательным напряжениям.

Но для того, что додержатся этого условия нужно знать- это общее касательное напряжение. Для того чтобы выяснить такой показатель нужно определить точку на которую падает больше всего напряжения.

Что нужно знать?

Во время сварки прихватка полностью проваривается либо убираются механическим способом. По этому признаку их можно разделить на два вида:

Прихватка на угловом соединении

Последовательность выполнения швов различной длины:

Длина

Длина зависит от протяженности соединения деталей. Распространенными принято считать прихватки длиной 10-50 мм, либо вообще точечные на коротких соединениях.

Протяженность соединения меньше 10 мм применяется для закрепления деталей из тонкой стали, толщина которой не превышает 3 мм и в процессе сборки мелких деталей, а также для предварительного и временного закрепления конструкции. При сварке труб длина равняется 2-5 толщин металла.

Количество

Количество прихваток определяет шаг или по-другому промежуток, через который располагаются точки. Влияет на него толщина и жесткость деталей, а также габариты и конфигурация самого свариваемого изделия.

Соединение повело из-за отсутствия прихватки

Для разных материалов существуют свои стандарты. Например, для деталей из листового металла 0,5-4 мм шаг делается 30-60 мм (сварка плавлением) либо 50-150 мм (точечная сварка).

Количество зависит от размеров изделия. Труба диаметром 100 – 400 мм должна иметь 3-4 прихватки длиной 30-40 мм, в то время как при диаметре меньше 50 мм достаточно одной или двух длиной около 10 мм.

Сколько выдерживает?

Как и в случае со сварочным швом, на прочность влияет:

Поэтому, точно ответить на вопрос, какую нагрузку выдержит сварочная прихватка невозможно.

Стоит учитывать, что изначально прихватка рассчитана только на то, чтобы прихватить шов, а не нести нагрузку. Однако, несмотря на это она должна выдерживать достаточный вес для того, чтобы не лопнуть во время проведения основных сварочных работ.

Требования

Основные требования:

Источник