Особенности и пример расчета углового шва по металлу

Угловой шов по металлу

Сварное соединение — технологическая операция, благодаря которой создается неразъемное соединение, возникающее за счет связей на уровне атомов расплавленного сплава. Сочленение деталей под воздействием высокой температуры – самый надежный метод среди всех существующих способов. Качество выполненной операции будет обеспечено на 100%, если провести предварительный расчет углового шва по металлу, когда создается именно такое соединение. Оно выполняется как при угловых, так и при нахлесточных или тавровых сочленениях, каждое из которых во время эксплуатации находится в сложном напряженном состоянии.

Расчет сварных соединений угловой формы

Сварные швы в углах обязательно рассчитываются на прочность независимо от деформационно-напряженного состояния, так как всегда на одном из катетов конструктивного элемента действуют касательные напряжения. Они возникают во время изгиба, сжатия и растяжения. На второй катет действуют напряжения, зависящие от положения сочленения и состояния конструктивного элемента. Они могут быть сжимающими, растягивающими, касательными или нормальными.

Сопротивление стали растяжению существенно меньше аналогичной характеристики на сдвиг или срез, когда действуют касательные напряжения. Поэтому именно они определяются с помощью вычислений на условный срез. В итоге обязан получиться меньший результат по сравнению с расчетным сопротивлением.

Стык разрушается по двум сечениям:

  • по металлу шва (на рисунке 1 позиция №1);
  • по границе, где происходит сплавление стали (позиция №2).

Расчетные плоскости швов угловой формы

В первом случае применяется формула: N/(βfkflw)≤Rwfywfyc

Во втором варианте необходимо использовать: N/(βzkflw)≤Rwzywzyc

В обозначенных выражениях участвуют следующие числовые величины:

  • N — действующая на стык наибольшая нагрузка на сжатие или растяжение (Н, кгс);
  • βf — коэффициент, не имеющий размерности и определяющийся по таблице СНиП II-23-81*, использующийся во время сварки деталей, изготовленных из стали, у которой предел текучести составляет максимум 530 МПа (если текучесть выше, тогда βf равен 0,7 независимо от методов сварки, толщины сварочной проволоки и расположения сочленения);
  • βz — безразмерный коэффициент, принимаемый по той же таблице, что и βf (он имеет постоянное значение, равное 1, если предел текучести превышает 530 МПа);
  • kf — толщина углового элемента, может измеряться в мм или см (размер принимается в зависимости от конструктивных требований);
  • lw —длина углового стыка, уменьшенная на 10 мм — размер непроваров;

Примечание! Произведение βf*kf*lw представляет собой площадь сечения.

  • Rwf и Rwz — сопротивления швов срезу по металлу самого элемента и границы сплавления;

Совет! Расчетные сопротивления берутся из таблицы 56, находящейся в СНиП II-23-8.

  • γс — безразмерный коэффициент условий проведения работы, принимаемый по измененному СНиП II-23-81*, смотреть необходимо таблицу 6;
  • γwf и γwz — коэффициенты, учитывающие условия работы углового стыка, равные всегда 1 за исключением конструкций, строящимся в холодных районах (γwz постоянно = 0,85 для любой стали и γwf=0,85, если сплав шва имеет нормальное сопротивление 410 МПа).

Совет! СНиП II-23-81* — документ, обязательный для исполнения. Поэтому γwf и γwz всегда учитываются при вычислениях. Хотя значения отсутствуют в СП 16.13330.2011.

Расчет 1 м сочленения

Металл прикрепляется горизонтальным стыком. Длина конструктивного элемента составляет 1 м. Максимальная действующая нагрузка на растяжение равна 1000 кН. Прикрепленный металл имеет марку 40X с минимальным пределом текучести 785 МПа. Сварка осуществляется полуавтоматом электродами Э85. Поэтому сопротивление срезу составляет 340 МПа. Значение, определяющее условную работу, равно 1 так же, как и γwf.

Сталь марки 40X

Необходимо рассчитать напряжение в сварном соединении двух деталей под углом, и определить катет.

Для решения проводится расчет сварного шва по металлу с использованием формулы N/(βfkflw)≤Rwfywfyc. В выражении kf принимается равным 10 мм.

Выполняется определение площади сечения βfkflw=0,7*10*(1000-10)=6930 мм2 = 6,9 м2.

Получаем, что N/(βfkflw) = 1000/6,9 = 145 МПа.

Вычисляем Rwfywfyc = 340*1*1 = 340 МПа.

Полученные результаты удовлетворяют условиям начальной формулы. Хотя итоговое напряжение превышает расчетное значение в 0,43 раза. Поэтому катет требуется выполнить в 6 мм.

Сварное соединение выдержит нагрузки после правильного расчета. Его всегда выполняют при проектировании металлических конструкций. Грамотные вычисления позволяют соблюсти технологии их изготовления. Они также способствуют экономии электродов, так как удается определить толщину катета сварочного сочленения.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *