Як проводиться розрахунок зварних з’єднань для різних типів металів

Серед усіх видів з’єднань для металів і неметалів, зварене з’єднання вважається самим міцним і надійним. Воно реалізується за рахунок молекулярного зчеплення, яке виникає між матеріалами за рахунок впливу високої температури. Щоб створити надійну монолітну деталь, важливо правильно провести розрахунок зварних з’єднань.

Характеристика зварних з’єднань

Існує багато видів зварювання, але найпоширенішою вважається електрична, яка поділяється на контактну і дугову. Саме такими способами найчастіше виконуються з’єднань металів. Щоб вони були максимально якісними, необхідно провести розрахунки з урахуванням особливостей кожного виду з’єднання і розрахувати граничні зусилля на метал.

Стикові скріплення можуть по шву руйнуватися, при неправильній організації зварного шва на відрив. «Правильним» швом вважається той, який має таку ж міцність, як і матеріал, з якого виконані деталі. Найчастіше деформація і розлом металу відбувається в зоні термічного впливу. Це ділянка, яка прилягає по шву вироби. Вся справа в тому, що під впливом високої температури, виріб втрачає свої початкові механічні властивості. Для цього і необхідно проводити розрахунки, щоб враховувати міцність елемента і навантаження, яку він зможе витримати.

Особливість кутових з’єднань і перетинів залежить від якості металу. Основне обчислення проводиться по найнебезпечнішому (найменш міцному) перетину. Кутовий шов здійснюється між двома деталями, які розташовані по відношенню один до одного під кутом 90 градусів. Щоб прорахувати міцність, потрібні дані для обчислення – катет трикутника поперечного перерізу (k) і периметр шва (L). Рішення завдання здійснюється за такою формулою:

A = k · sin45 * L = 0,7k · L.

Для точкового шва необхідно врахувати такі моменти:

  • він проводиться виключно на зварений плоскій поверхні;
  • важливо, щоб на все точки припадала рівномірне навантаження;
  • у формулі для кутового шва допускається розбіжність напружень зрізу на 10-20%.

Формули розрахунку різних зварних з’єднань

В силу того, що існує багато різновидів зчеплення металу, для кожного з них індивідуально проводиться розрахунок зварних з’єднань. По розташуванню деталей, що зварюються розрізняють наступні типи:

  • стикові, в яких деталі з’єднуються торцями по відношенню один до одного. Тобто, в результаті одна частина стає продовженням другої. Таке зчеплення вважається самим раціональним і при подачі зусиль має найменшу концентрацію напруги. Вони виконуються двома способами – з прямим і з косим швом;
  • кутові – це ті, при яких деталі під час варіння розташовуються під кутом, тобто перпендикулярно один до одного;
  • нахлесточного з’єднання характеризуються становищем деталей, при якому один елемент трохи знаходить на другий. Така технологія часто застосовується для зварювання деталей з металу, товщиною не більше 5 міліметрів. Нахлест робиться з метою зміцнення майбутнього шва;
  • таврові скріплення трохи схожі на кутові. Тут теж деталі розташовуються перпендикулярно, але при цьому скріплюються саме торцями.

Кожне з них поділяється ще на кілька підвидів, залежно від яких і проводиться розрахунок зварних з’єднань. Всі ці види варяться кутовими (валиковими) швами.

Для розрахунку зварних з’єднань застосовуються загальноприйняті формули. У вільному доступі існує програма, що дозволяє розрахувати будь-які види стиків. Для цього достатньо ввести всі необхідні параметри.

Основні параметри для розрахунку

Для здійснення розрахунку зварного шва необхідно знати деякі параметри, від яких буде залежати показник міцності отриманого скріплення елементів.

Процес розтягування і стиснення обчислюється за цією формулою:

Розглянемо всі показники:

  • Ус – це умови роботи. Даний параметр є загальноприйнятим і вказується в таблицях стандартних показників для обчислень кутового шва;
  • Ru – це опір, яке характеризується якістю металу. Воно вказано в спеціальних таблицях;
  • Ry – опір матеріалу, відповідно до межі плинності, визначається за таблицями;
  • Rwy – опір, що визначається відповідно до існуючого межею міцності, натомість «Rwy» дозволяється застосовувати «Rwu /? U»;
  • N – це показник максимального навантаження, яке може витримати шов, і розрахунок безпосередньо від нього залежить.
  • t – товщина матеріалу, з якого виготовлена ??зварювана деталь;
  • lw – максимальна тривалість всього шва, її зменшують на значення 2t;

При варінні деталей і конструкцій з різного матеріалу, Ry і Ru при зварюванні різних металів визначається по металу з найменшою міцністю. Розрахунок зварного шва на зріз визначається по заготівлях і орієнтування повинна бути на матеріал з меншою міцністю.

Розрахунковий опір зварного елемента залежить від розтягування в зварювальному шві. Через це в самій доріжці завжди є невеликий ухил, який дозволяє якісно зчепити дві деталі різного металу.

Розрахунок для конструкції з кутовими швами

Для конструкції, в якій передбачені кутові шви, обчислення зварного шва на відрив проводиться трохи за іншою формулою, так як слід врахувати силу, яка спрямована до центру тяжіння. При підрахунку, слід вибирати переріз з високою небезпекою. Розрахунок зварного шва на зріз проводиться за загальноприйнятою стандартною формулою:

Кожне з представлених значень і параметрів грає важливу роль в якості майбутнього скріплення, незалежно від типу металів:

N – найвища навантаження, що надає максимально тиск на з’єднання;
? F, спільно з? Z – коефіцієнти, які беруться з таблиці.

Як правило:

?f – 0,7;
? Z – 1;
причому, за визначенням, марка стали значення не має.

Rwf – цей показник вказує на опір зрізу. Він береться з ГОСТІВСЬКА таблиць;

Rwz – опір на лінії сплавлення, значення визначається за таблицею;
с – коефіцієнт умов праці, визначається згідно табличних даних;
? Wf – 0,85 для шва, матеріал якого має нормативний опір дорівнює 4200 кгс / см ?;
? Wz – 0,85 для будь-якого виду стали;
? Wf і? Wz береться зі спеціальних нормативних таблиць;

kf – товщина майбутнього шва, яка вимірюється по лінії сплавлення;
lw – загальна довжина, занижена на 10 мм.

з’єднання внахлест

Це певна технологія виконання шва, при якій один елемент накладається на інший. Обчислення робиться в залежності від положення і типу шва, так як внахлест бувають лобові, кутові і флангові шви.

N / (? Z kf lw)? Rwz? Wz? C

Розраховуючи міцність доріжки при скріпленні металевих елементів внахлест, використовується мінімальна S перетину, яка проходить крізь меншу висоту умовного трикутника шва (без урахування напливу). Для ручного зварювання при рівних катетах шва ця висота дорівнює 0,7kf.

Необхідність розрахунку по перетину з меншою розрахунковою площею безпосередньо пов’язана з використанням зварювальних матеріалів і з міцністю, що перевищує міцність основного матеріалу, що з’єднуються.

При напівавтоматичному і автоматичному вигляді зварювання проварена в самому кутку (при кутовому шві внахлест) виходить набагато глибше, ніж при варінні ручним дуговим методом. За висоту, береться умовний показник? F kf або? Zkf, приклади якого можна побачити в таблиці.

Помилки при зварному з’єднанні

Якщо зробити неправильний розрахунок кутових зварних швів, тоді при роботі може виникнути ряд помилок і дефектів. Розглянемо найпоширеніші серед них:

  • виникнення пір – це ті області, в які потрапляють гази, що виділяються під час плавлення металевого виробу і електроду;
  • підрізи – це канави в деталі, що виникають уздовж шва збоку, на його кордоні;
  • непровари – це області, де метал неякісно розплавився і при цьому в з’єднанні з’являються деякі прогалини;
  • неметалеві включення є однією з найгрубіших помилок. При цьому в область шва потрапляють шлаки, які не встигають вийти над швом. Якщо це допустити при роботі з тонким металом, то міцність з’єднання не буде якісної і це призведе до виникнення тріщин в майбутньому;
  • гарячими тріщинами називають дефект, при якому метал під час плавлення дає тріщину (межкристаллитного руйнування);
  • холодні тріщини виникають після охолодження. Вони з’являються в результаті окислення під час плавлення. Саме через це і потрібні гази, які надійно захищають розплавлену металеву масу від попадання кисню.

На завершення хочеться відзначити, що існує безліч різних формул, за якими проводиться обчислення для створення якісного шва. Для цього використовуються різні параметри, в залежності від виду шва, положення деталей, їх площі, товщини і матеріалу, з якого вони виконані. Крім цього, слід врахувати граничні зусилля на деталь із зовнішнього середовища (це критичне зусилля, яке сприймає виріб в похилому і просторовому перетинах елемента при певній міцності матеріалу).

Дане відео більш детально описує, як правильно провести розрахунок зварного шва на зріз:

Ссылка на основную публикацию