Розрахунок на міцність зварних з’єднань

У конструкціях з металу частенько необхідно з’єднати між собою окремі деталі, для того, щоб це здійснити прибігають до використання зварних швів. Це один з найпростіших і недорожчих способів, що відрізняється високою якістю. Параметри у кожного зварного з’єднання різні, усе залежить від використовуваного металу, його товщини і так далі. Тому у кожному окремому випадку необхідно зробити індивідуальний розрахунок на міцність зварних з’єднань. Ці обчислення допоможуть виявити характеристики зварного шва на даний момент.

Загальні відомості

Як вже відзначалося, зварні шви є одними з найміцніших серед існуючих нероз’ємних з’єднань. Вони виникають в результаті дії сил молекулярного зчеплення, яке є результатом сильного нагріву до розплавлення деталей в місці їх зчеплення або нагріву деталей до пластичного стану, за допомогою механічного зусилля.

Первинний розрахунок зварних швів на міцність роблять на етапі складання проекту. Цьому моменту варто приділити особливу увагу, оскільки важливо вибрати матеріали, які будуть надійними і міцними і зможуть витримати певні навантаження.

Якщо зробити вірний розрахунок на міцність шва, що вийшов, то можна визначити необхідну кількість матеріалу, що витрачається.

Розрахунок зварних швів на міцність

Для того, щоб зробити розрахунок зварних з’єднань і вичислити коефіцієнт міцності зварного шва, потрібно зробити точний вимір усіх показників (форма, розмір, положення в просторі).

Здійснити зварювання можна різними способами. На сьогодні найбільшою популярністю користуються наступні види зварювання :

• електрична, яка у свою чергу підрозділяється на дугову і контактну,
• газова.

Також виділяються: ручне, напівавтоматичне, автоматичне зварювання.

Враховуючи той чинник, яким чином розміщуються елементи, які піддаються зварюванню, виділяються такі типи з’єднань : стикові, кутові, нахлесточные, таврові.

Для кожного з вищевикладених типів розрахунок на міцність проводиться індивідуально.

Стикові шви

Якщо необхідно вирахувати коефіцієнт міцності зварного шва, в першу чергу, треба звернути увагу на такий параметр як номінальний переріз, при цьому враховувати потовщення швів, що утворюються під час зварювання не треба. Обчислення робиться виходячи з даних про опір матеріалів, які утворюються в суцільних балках.

Умову міцності можна представити таким чином: σ_Э ≤ [σ’]_P

Для пошуку даних цього параметра нижче представлена таблиця.

Кутові шви

З’єднання кутових зварних швів найчастіше здійснюється з поперечним перерізом. Обидва краї співвідносяться один до одного 1:1. Оскільки сторона перерізу називається катет зварного шва, на усіх схемах і формулах вона має позначення “К”. Частенько шов деформується і руйнується в найменшому місці перерізу (небезпечний переріз), воно найбільш слабке, і проходить через бісектрису прямого кута. У такому перерізі габарити (розмір) шва визначаються як β*До. Ще один важливий показник-довжина шва (а). За допомогою цих показників можна упізнати яке навантаження здатний витримати зварний шов.

Розглянемо приклади.

Якщо процес зварювання здійснювався в автоматичному, напівавтоматичному або ручному режимі, то β дорівнюватиме 0,7. Таким чином, вийде шов у формі рівнобедреного трикутника. У разі, коли процес зварювання відбувався в напівавтоматичному режимі, але підхід був не один, а декілька (2 або 3), то β вже дорівнюватиме 0,8; для такого ж випадку, але при автоматичному режимі β=0,9, а для автоматичного однопрохідного зварювання – β=1,1. Потрібно приймати До δmin. У машинобудуванні загального призначення До, як правило, ≥ 3 мм.

Зверніть увагу! Розрахунок на міцність зварних з’єднань кутового типу повинен робитися виключно по дотичній напрузі.

Для цього необхідно упізнати загальну дотичну напругу. Щоб упізнати цей показник потрібно визначити саму навантажену точку в цьому перерізі. Після чого, показники усієї напруги, що знаходиться в нім підсумовуються.

Для того, що знайти коефіцієнт міцності зварного шв
а і упізнати яке навантаження він здатний витримати, потрібно мати початкові дані. Проте, тільки цих відомостей недостатньо. Важливо розрахувати усе вірно і послідовно.

• На першому етапі треба упізнати усі показники, що відрізняють це зварне з’єднання : форма, розмір, положення в просторі.
• Після, небезпечний переріз-це переріз з найбільшою напругою, треба повернути на площину, яка безпосередньо контактує із зварюваною деталлю. Після того, як ви його повернете, утворюється новий розрахунковий переріз.
• На наступному етапі треба визначитися з місцем положення центру мас на перерізі, що утворився в результаті повороту (розрахунковому перерізі).
• Зовнішнє прикладене навантаження потрібно перемістити в центр мас.
• Наступне, що необхідно зробити-це упізнати показники напруги, що утворюється в розрахунковому перерізі під впливом поперечної і нормальної сили, а також моменту, що крутить і вигинає.
• Далі треба знайти саму навантажену точку в перерізі. Саме тут потрібно підсумовувати усі отримані навантаження, що роблять вплив на поверхню і у результаті ви дізнаєтеся загальне підсумкове навантаження, якому піддаватиметься шов.
• Потім треба зробити розрахунок напруги, що допускається, яка впливатиме на шов.
• І завершальний етап полягає в порівнянні допустимої напруги і сумарного. Таким чином, ви отримаєте розміри, які максимально підходять для вибраної вами конструкції.

Підводячи підсумок важливо відмітити, що робити розрахунок зварного шва на міцність обов’язково треба. Адже вірно вирахувані параметри забезпечать вам надійні з’єднання.