Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 34
EMBED PBrush
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ТЕХНІКУМ ЗВАРЮВАННЯ
ТА ЕЛЕКТРОНІКИ ІМЕНІ Є. О. ПАТОНА
«РОЗРАХУНКИ З’ЄДНАНЬ КУТОВИМИ ШВАМИ НА РІЗНІ ВИДИ НАВАНТАЖЕННЯ: РОЗТЯГАННЯ, СТИСНЕННЯ, ЗРІЗ, ЗГИНАННЯ»
Методичні рекомендації до самостійної підготовки студентів
спеціальності 5.05050401 «Зварювальне виробництво»
до практичної роботи №2 з дисципліни «Зварні конструкції»
ДНІПРОПЕТРОВСЬК
2009
Методичні рекомендації призначені для самостійної роботи студентів спеціальності 5.05050401 «Зварювальне виробництво» як денної так і заочної форм навчання під час підготовки до практичних занять та виконання індивідуальних розрахункових завдань з дисципліни «Зварні конструкції».
В методичних рекомендаціях розглянуті теоретичні питання щодо особливостей структури та властивостей зварних з’єднань з кутовими швами, основні положення їх розрахунків та конструювання, визначені основні конструктивні вимоги при проектуванні.
В методичних рекомендаціях надані методичні вказівки щодо розрахунків зварних з’єднань з кутовими швами, наведені приклади їх проектування.
Методичні рекомендації містять індивідуальні розрахункові завдання та контрольні питання для самостійної роботи студентів.
Розглянуто на засіданні циклової комісії спецдисциплін спеціальності 5.05050401 „Зварювальне виробництво”
Протокол № 1 від _________________
Ухвалено методичною радою технікуму.
Протокол № __ від _______200__ р.
ЗМІСТ
ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
…………………………….......................4ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО КУТОВІ ШВИ Основні конструктивні вимоги при проектуванні зварних стикових з’єднань 18МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ЩОДО РІШЕННЯ ЗАДАЧ ....................................
20Розрахунки на міцність зварювального шва .........................................................
Розрахунки розмірів перерізу зварного шва ..........................................................
Розрахунки максимально допустимого навантаження, яке зможе витримати задане зварне з’єднання. .....................................................................
Приклад 1 ..................................................................................................
Приклад 2. ......................................................................................................
Приклад 3. ...............................................................................................................
Приклад 4 .......................................................................................................
Приклад 5 ................................................................................................................
Приклад 6 ...............................................................................................................
ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ .............................................................................
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ...........................................................................
ВИКОРИСТАННІ ДЖЕРЕЛА ......................................................................
Тема: Розрахунок з’єднань кутовими швами (кутових, таврових, внапуск) на різні види навантаження: розтягання, стиснення, зріз та згин.
Мета: : Придбати навички:
1. Використання нормативною та довідковою літературою
2. Виконання розрахунку типових зварних з’єднань кутовими швами при різних видах навантаження:
а) перевірка на міцність;
б) визначення розмірів перерізу зварного кутового шва;
в) визначення максимального навантаження, яке може витримувати зварне з’єднання з кутовими швами при заданих умовах.
З’єднання кутовими швами виконуються внапуск, за допомогою накладок, у тавр і кутом ( рис.1)
Рис 1 З’єднання кутовими швами
.а – внапуск; б – за допомогою накладок; в – у тавр; г – кутове.
Кутові шви можуть виконуватися за один чи декількома проходів, автоматичним, напівавтоматичним чи ручним зварюванням, що приводить до різної глибини проплавлення основного металу.
Кутові шви утворюються при наплавленні шва у куті, утвореного гранями елементів, що з’єднуються, розташованих в різних плоскостях. За формою вони близькі до трикутника.
При з’єднанні внапусток деталі, які зварюються, частково перекривають один одного (рис.1, а).
Таврове з’єднання уявляє собою кріплення торця одного елементу до поверхні другого, як правило, під прямим кутом (рис.1, в ).
Таврові з’єднання використовуються переважно для приварки згинальних елементів, але зустрічаються також в розтягнутих та стиснутих стиках. Його здійснюють двома кутовими швами без розділення кромок або зі скосом однієї або двох кромок. У першому випадку із-за неповного провару внаслідок зазору, який залишається між з’єднаними елементами, шви розраховуються на зріз.
Наявність зазору викликає концентрацію напружень, що негативно впливає на роботу з’єднання, особливо при змінних навантаженнях. Тому необхідно прагнути до провару на усю товщину таврового елементу, що ліквідує зазор. У цьому випадку утворюється єдиний шов, який розраховують як стиковий, тобто його товщину приймають рівної товщині елементу, що приварюється.
При кутовому з’єднанні кріпляться торці елементів, які знаходяться у взаємо перпендикулярних плоскостях. (рис. 1, г).
Кутові з’єднання також можуть бути виконані з розділенням кромок чи без них, але в більшості випадків є зв’язуючи, тобто не розрахункові.
Залежно від положення відносно напрямку дії зусилля кутові шви поділяються на флангові та лобові (рис.2). Кутові шви розташовані паралельно діючому основному зусиллю, називаються фланговими, а перпендикулярно зусиллю – лобовими.
Рис. 2 З’єднання на кутових швах:
а – флангових; б – лобових; в – переріз кутового шва і характер силових ліній.
Якщо у з’єднанні є різні види швів – стикові, кутові флангові, кутові лобові, то вони називаються комбінованими. (рис. 1, б)..
У зварних з’єднаннях кутовими швами концентрація напружень більш висока у зрівнянні зі стиковими швами, тому що вони характеризуються значними змінами форми шва.
В пружній стадії роботи розподіл зусиль між швами комбінованого з’єднання здійснюється неоднаково. Лобові шви будучи більш жорсткими, чим флангові, виявляються перенапруженими, а флангові – недонапружені. Але за рахунок пластичних деформацій зусилля в швах вирівнюються, розрахунок комбінованих з’єднань виконують по відомому з опору матеріалів принципу незалежності сил.
Робота флангових та лобових кутових швів неоднакова. Флангові шви працюють завжди на зріз і зруйнування флангового шва здійснюється від зрізу шва.
Рис.3 З’єднання на флангових швах:
а – план з’єднання; б – епюра нормальних напружень у перерізі А-А елемента І; в – епюра дотичних напружень у шві, переріз Б-Б .
Нерівномірність роботи шва по довжині заставляє обмежувати розрахункову довжину шва на довжину не менше 40мм. та не більше (за виключенням швів, в яких зусилля виникають на протязі шва, наприклад поясних швів у балках).
Таким чином флангові шви, сильно змінюючи силовий потік, викликають значну нерівномірність розподілу напружень в з’єднаннях. Руйнування шва звичайно починається від кінців, де діють найбільші напруження, до середини і може здійснюватися за наплавленим металом шва приблизно по бісектрисі кута (переріз А-А, рис.4);, або за основним металом на межі його сплавлення з металом шва (переріз Б-Б, рис.4) , особливо, якщо наплавлений метал міцніше основного. Навантаження будь – якого характеру завжди спричиняють зріз металу на одній з цих площин. ( рис. 4).
Рис. 4 Розрахункова схема кутового шва:
А-А– розрахунковий переріз за наплавленим металом;
Б-Б – розрахунковий переріз за основним металом на межі його сплавлення з металом шва
Щоб пом’якшити концентрації напружень на кінцях шва, а також винести зони непроплавлення та кратера за межі довжини шва, рекомендується заводити шви за торці з’єднуваних елементів на 15...20 мм. ( рис. 1, б )
Робота лобових швів складніша. Лобові шви зазнають одночасно зріз, розтягання (чи стиснення) та згин, які викликаються ексцентриситетом прикладених до шва сил. Однак експериментальні дослідження показують, що лобові шви руйнуються, як і флангові, від зрізу , причому міцність лобових швів навіть декілька вище, чим флангових при даному статичному навантаженні. Це дає можливість розраховувати флангові та лобові шви тільки на зріз, як на найбільш небезпечний стан зварного з’єднання.
Лобові шви передають зусилля, більш рівномірно по ширині елементу, але край нерівномірно по товщині шва, особливо велике напруження в корені шва (рис.5, б ). Їх робота пов’язана зі значними концентраціями напружень, зумовленими викривленням силових ліній при переході зусилля з одного елементу на другий та наявністю щілини між з’єднуваними елементами. Найкрутіше викривлення силових ліній спостерігається у корені шва біля щілини ( рис 2, в ).. Саме там концентрації напружень найбільші. Зі збільшенням глибини проплавлення концентрація напружень поблизу кореня шва може дещо зменшуватися. Але уникнути її повністю не вдається, оскільки основною причиною є наявність щілини між з’єднуваними елементами. Зменшення концентрацій напружень в з’єднаннях може бути досягнуто механічною обробкою поверхні шва та кінця накладки, з метою забезпечення плавного переходу від одного елементу до іншого для збільшенням пологості шва. (наприклад, шов з співвідношенням ), використанням увігнутого шва та збільшенням глибини проплавлення. Ці засоби зменшують концентрацію напружень в з’єднаннях (рис.5, в, г ).
Руйнування лобових швів від навантаження будь якого характеру, як і у флангових швах, відбувається по двом перерізам: за наплавленим металом або межею сплавлення основного металу з металом шва ( рис. 4 ). Обмеження на граничну розрахункову довжину лобового шва відсутнє, оскільки зусилля передається рівномірно всією довжиною шва ( шириною з’єднання ). Внаслідок значних концентрацій напружень у шві характер руйнування лобового шва крихкий.
Рис.5. З’єднання по лобових швах.
а – конструкція з’єднання; б – епюра дотичних напружень у перерізі шва;
в, г – пологий та увігнутий шви.
Розрахунки з’єднань внапусток ( з фланговими та лобовими швами) .
Через складність дійсної роботи кутових швів розрахунок їх носить умовний характер та добре підтверджений експериментальними даними. Вони розраховуються незалежно від орієнтації шва по відношенню до діючого зусилля (флангові чи лобові). Зусилля приймаються рівномірно розподіленими уздовж шва. При розрахунках кутових швів розглядається можливість руйнування шва від умовного зрізу по одному з двох перерізів: за наплавленим металом шва або за межею сплавлення основного металу з металом шва (рис.4).
Міцність перерізу за наплавленим металом шва залежить від властивостей зварювальних матеріалів ( - розрахунковий опір кутових зварних швів на зріз за наплавленим металом шва) та способу зварювання ( - коефіцієнт глибини проплавлення за наплавленим металом шва).
Міцність перерізу за межею сплавлення основного металу з металом шва залежить від властивостей основного металу ( - розрахунковий опір кутових зварних швів на зріз за межею сплавлення основного металу з металом шва) та способу зварювання ( - коефіцієнт глибини проплавлення за межею сплавлення основного металу з металом шва).
Значення коефіцієнтів та залежить від глибини проплавлення металу, що, в свою чергу, зумовлено способом зварювання та положенням елементів при зварюванні. Наприклад, автоматичне і напівавтоматичне зварювання виконують більшою силою струму, ніж ручне, тому глибина плавлення більша і значення коефіцієнтів відповідно вищі. Діапазон зміни коефіцієнтів: = 0,7....1,10, = 1,00...1,15. Конкретні числові значення приймають згідно зі СНиП ІІ-23-81* (табл. 34 ).
- розрахунковий опір кутових зварних швів на зріз за наплавленим металом шва визначається залежно від зварювальних матеріалів згідно зі СНиП ІІ-23-81* (табл. 51), або по формулі:
=0,55, ( 1 )
де - нормативний опір наплавленого металу шва, який залежить від типу електродів чи марки зварювального дроту;
- коефіцієнт надійності за матеріалом для наплавленого металу шва.
Зварювальні матеріали призначаються залежно від марки сталі (СНиП ІІ-23-81*, табл. 55 ).
- розрахунковий опір кутових зварних швів на зріз за межею сплавлення основного металу з металом шва визначається по формулі:
( 2 )
де - нормативний опір основного металу за тимчасовим опором визначається згідно (СНиП ІІ-23-81* ,табл. 51).
1 При розрахунках належить спочатку визначити небезпечний переріз-переріз за яким раніше може здійснитися руйнування шва (або, яка з двох перевірок – по наплавленому металу шва чи по межі сплавлення основного металу з металом шва – буде мати рішуче значення), для чого треба порівняти добутки та менший з них, буде визначати небезпечний переріз та мати рішуче значення.
2. Площа зрізу кутового шва залежить від розрахункової товщини шва та його довжини ( рис 4 ).
Площа зрізу становить:
для площини А-А
; ( 3 )
для площини Б-
, ( 4 )
де та – коефіцієнти глибини проплавлення, за допомогою яких здійснюється перехід від катета шва до ширини відповідної площини руйнування;
– розрахункова довжина шва.
Значення розрахункової довжини кутового шва обчислюють аналогічно стиковому з урахуванням непроплавлення і кратеру.
= b–2 ( 5 )
де b– геометрична довжина шва.
Розрахункова товщина шва залежить від способу виконання шва, його виду та пов’язана з катетом шва залежністю
( 6 )
.Основні формули за допомогою яких виконуються розрахунки зварних з’єднань з кутовими швами наведені у таблиці 1. Як флангові так і лобові зварні шви розраховують за середніми значеннями дотичних напружень зрізу у зазначених площинах А-А та Б-Б.
Таким чином, перевірка міцності з’єднання під дією осьової сили N виконується відповідно до формул 1, 2 (табл.1).
В з’єднаннях, працюючих на згин, кутові шви працюють також на зріз, але напруження зрізу у цьому випадку розподіляються уздовж шва нерівномірно, а відносно епюрі нормальних напружень при згинанні. В цьому випадку найбільші зрізуючи напруження в крайніх точках шва ( рис.3) і перевірка міцності здійснюється згідно формул 7, 8 (табл.1)
Якщо одночасно на кутовий шов діють згинальний момент M та осьова сила N напруження від осьової сили та від згинального моменту направлені перпендикулярно шву і повинні складатися з врахуванням їх знаків як алгебраїчна сума. Розрахунок на міцність таких швів виконується згідно формул 9, 10 ( табл..1 ).
В зварному шві, на який діє поперечна сила , яка розташована від осі шва на відстані виникають напруження зрізу від моменту пари сил які направленні перпендикулярно до осі шва. В цьому випадку найбільші сумарні зрізуючи напруження у шві повинні визначатися геометрично , тобто по правилу векторів згідно формул 11, 12( табл. 1 ).
Схеми таврових з’єднань та епюри дотичних напружень, які виникають у швах , зображені на рис.6.
Рис.6 Таврове з’єднання та епюри напружень у них:
а – від дії осьової сили N; б – від дії поперечної сили ; в – від дії згинального моменту M.
Під дією осьової сили N (рис 6, а ) робота таврового з’єднання аналогічна роботі з’єднання внапусток з лобовими швами, їх розрахунок виконують згідно формул1,2 (табл.1).
Під дією поперечної сили (рис.6, б ) – робота таврового з’єднання аналогічна роботі з’єднання внапусток з фланговими швами, їх розрахунок виконують згідно формул 13, 14 (табл.1).
Згинальний момент М зумовлює нерівномірний розподіл напружень ( рис.6, в ). Їхні найбільші значення визначаються по формулі:
( 7 )
де - момент опору перерізу шва шириною чи ( залежно за яким із перерізів ведуть розрахунок ) і висотою, що дорівнює розрахунковій довжині шва . У цьому випадку розрахунок ведеться згідно формул 7, 8 (табл. 1).
При поєднанні осьової - N та поперечної - Q сил виконують геометричне додавання дотичних напружень, зумовлених цими зусиллями ( відповідно ), тому що напрямки взаємо перпендикулярні. Звідси перевірка міцності має вигляд
; ( 8 )
. ( 9 )
При поєднанні осьової сили - N та згинального моменту – М виконують алгебраїчне додавання дотичних напружень, зумовлених цими зусиллями (відповідно ), тому що напрямки паралельні один одному Розрахунок ведеться згідно формул 9,10 (табл1).
При поєднанні згинального моменту – М та поперечної сили – Q виконують геометричне додавання дотичних напружень, зумовлених цими зусиллями ( відповідно ), тому що напрямки взаємоперпендикулярні. Розрахунок ведеться згідно формул 11, 12, 13, 14 ( табл..1 ).
При поєднанні осьової сили-N та поперечної сили – Q зі згинальним моментом – М виконують геометричне додавання дотичних напружень , зумовлених цими зусиллями ( відповідно). Необхідно враховувати, що напрямки паралельні, а - перпендикулярний до них. Звідси перевірка міцності має вигляд:
; ( 10)
. ( 11 )
Комбіновані з’єднання
З’єднання, що мають різні види швів називають комбінованими. Прикладом можуть бути з’єднання на лобових та флангових швах (рис.7, а). Хоча деформування цих швів різна (флангові є відносно пластичними, а лобові крихкими), в граничному стані, безпосередньо перед руйнуванням, напруження у них близькі й шви працюють спільно. Тому розрахунок виконують за сумарною площею швів обох видів, підставляючи в формули 1,2 (табл..1) загальну довжину швів з одного боку стику.
Рис.7 Комбіновані з’єднання
а-фланговими та лобовими швами; б-стиковими та кутовими швами;
в- схема оброблення стикового шва перед встановленням накладки.
В практиці трапляються поєднання стикових і кутових швів (рис.7, б ), хоча через підвищену трудомісткість таке поєднання невдале. Оброблення граней під стиковий шов, а також зачищення стикового шва до одного рівня з поверхнею з’єднуваних елементів ( інакше не можливо щільно вкласти накладки) вимагають значних витрат праці. Окрім цього накладки збільшують матеріаломісткість стику. При розрахунку спочатку визначають несучу здатність стикового шва:
(12)
Далі за різницею зусиль обчислюють зусилля у накладці:
(13)
де N- зусилля, що діє.
Визначають її розміри:
(14)
Та розраховують шви кріплення накладок.
Деяку особливість має розрахунок міцності швів, які прикріпляють кутник, який працює під діянням осьової сили . Так як центр ваги перерізу кутника находиться не посередині ширини елементу то шов розташований ближче до центру ваги, сприймає більше навантаження, ніж шов, розташований від нього дальше (рис. 8).
Вважається, що зусилля, які приходяться на шви, будуть обернено пропорційно відстаням їх від центру ваги перерізу та можуть бути отримані по формулам
та (15)
Рис. 8 До розрахунку зварних швів, які прикріпляють кутник до фасонки.
Відповідно довжина флангових швів та розподіляються так
та (16)
Значення величин та для різних кутників приймається по таблиці 2.
Таблиця2 Доля зусилля на зварні флангові шви на обушку та пері
|
Тип кутника |
Схема його кріплення |
Доля зусилля N |
|
|
на обушок |
на перо |
||
|
Рівнобокий кутник |
0,7 |
0,3 |
|
|
Нерівнобокий кутник, який приєднаний до фасонки широкою полицею |
0,65 |
0,35 |
|
|
Нерівнобокий кутник, який приєднаний до фасонки короткою полицею |
|
0,75 |
0,25 |
Перевірка міцності кутових швів полягає в порівнянні напружень, виникаючих під діянням прикладених до зварного з’єднання зусиль, з відповідними розрахунковими опорами та врахуванням умов роботи. При цьому порівнювати можливо як по напруженням виникаючим в металі шва, так і по напруженням в металі межі сплавлення.
Лобові шви (рис. 5) достатньо рівномірно передають зусилля по ширині з’єднання, однак у корені шва створюються значні концентрації напружень, тим більші, чим більше різниця по товщині елементів, що зварюються. Для того, щоб при розрахунках врахувати складний напружений стан, який створюється в лобових швах, їх незалежно від фактичної роботи розраховують на умовний зріз. При діянні на лобові шви осьової або поперечної сили їх міцність перевіряють на умовний зріз:
а) по металу шва
;
б) по межі сплавлення
де - розрахункова довжина шва, за яку приймається його фактична довжина зменшена на 10мм (по 5 мм на одну сторону). Якщо кінці швів виведенні за межі з’єднання, то за розрахункову довжину приймають повну довжину шва;
- кількість однакових швів у з’єднанні. Для двостороннього лобового шва для одностороннього . Використовуя формули (1, 2 табл. 1), можна виконати зворотній розрахунок, тобто взяти визначені значення розрахункових опорів, розраховувати величину катета зварних швів чи їх розрахункову довжину, або величину максимально допустимого зусилля:
(17)
(18)
(19)
При використанні в з’єднаннях флангових швів концентрація напружень виникає як по довжині швів так і по його перченому перерізу (див рис. 3). Однак, при розрахунках флангових швів коефіцієнт концентрації не враховують, тому що при переході до стану пластичної деформації напруження в швах вирівнюються.
Флангові шви, а також комбіновані з’єднання на діянні осьової або поперечної сили розраховуються по формулі (1, 2, 3, 4, 5, табл. 1). Якщо в з’єднанні, є не тільки флангові шви, а ще й лобові шви, за розрахункову довжину приймають суму всіх швів. В цьому випадку використовують принцип незалежності діяння сил, тобто діючу в з’єднаннях силу перерозподіляють між лобовими та фланговими швами пропорційно їх довжинам.
Розрахунок з’єднання на діяння згинального моменту в плоскості розташування (див. рис.9) виконують перевірочний розрахунок по металу шва або по металу межі сплавлення по формулі
(20)
або
(21)
де - моменти інерції розрахункового перерізу швів відносно половини осів з’єднання;
- відстань від центру ваги периметра шва до найбільш віддаленої точки шва (точка А): х та у – координати точки А відносно головних осей з’єднань.
Рис 9. Схема розрахунку кутового шва на діяння згинального моменту
При діянні моменту в площині, перпендикулярної площині розташування швів, напруження розраховуються по формулам:
( 22)
( 23)
де - моменти опору розрахункового перерізу по металу шва та по металу межі сплавлення відносно вісі у.
При одночасному діянні в зварному з’єднанні внапусток декілька зусиль, сумарне напруження визначають як суму векторів від кожного зусилля. Так, в з’єднаннях, які працюють на поперечне згинання (див. рис.10), розрахунок зварного шва на міцність виконують по формулам:
( 24)
( 25)
де - напруження від згинаючого моменту направлене перпендикулярно шву.
- напруження від поперечної сили направлене уздовж шва.
Рис. 10. До розрахунку кутових швів - з’єднання, які працюють на поперечне згинання
Розрахунок кутових швів таврових з’єднань виконують залежно від характеру провару елемента, який приварюється. (див. рис 11) У тому випадку, коли є місце неповного провару з’єднання (див. рис 11(а, б)) розрахунок виконують на зріз. В з’єднаннях з розділенням кромок, зварених двостороннім зварюванням (див. рис.11а), з врахуванням наявності двох швів, розрахунок виконують по формулам:
По металу шва
(26 )
по металу межі сплавлення
( 27)
де - глибина розділення кромок, яка приймається відповідно нормативних документів.
В тому випадку, коли забезпечується повний провар з’єднання (див. рис 11 в, г) товщина швів дорівнюється товщині елементу, який приварюється, тому розрахунок цих швів, виконується таким же чином, як стикових.
Рис. 11.До розрахунку кутових швів в таврових з’єднаннях:
а) з підготовкою кромок та неповним проваром; б) без підготовки кромок та неповним проваром; в) з підготовкою кромок та з повним проваром двостороннім швом; г) з підготовкою кромок та з повним проваром одностороннім швом.
Якщо на таврові з’єднання діє зусилля розтягання, при якому кутові шви працюють як лобові, то перевіряється додатково міцність основного металу у вказаному перерізі:
(28)
(29)
(30)
(31)
де - розрахунковий опір розтяганню в направленні товщині прокату;
- товщина приварює мого елементу;
- повна довжина шва.
Таврова з’єднання, працююче на згинання та складний опір, виконання з підготовкою кромок, забезпечуючи повний провар, розраховуються як стикові з’єднання (див. рис. 12а),
(32)
Рис. 12.Таврові шви працюючі на згинання
а) з неповним проваром; б) з повним проваром
Таврове з’єднання виконане двома кутовими швами без підготовки кромок, з залишающимся не проваром розраховується з умов, що шви працюють на зріз (див. рис.12 б),
(33)
де - момент опору відповідного перерізу
- площа відповідного перерізу.
Конструктивні вимоги до кутових швів
Для забезпечення високої якості та раціональної роботи зварних з’єднань вони повинні відповідати ряду вимог, які диктуються можливістю та зручністю виробництва зварювання, можливістю зменшення зварювальних напружень та деформацій, повноцінною роботою зварних швів в різних видах з’єднань. Розміри та форму зварних кутових швів приймають, дотримуючись таких найважливіших умов:
1 Максимальна товщина кутових швів з метою зменшення можливості перемогу зварювальних елементів, а також зниженню усаджувальних напружень та деформацій повинна бути не більше де - товщина більш тонкого елементу.
2 При зварюванні полок прокатних профілей уздовж країв, які мають закріплення, найбільшу товщину кутового шва приймають менше товщини полки, а саме:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 Мінімальну товщину кутових швів для зменшення впливу можливих не проварів необхідно приймати по таблиці 3.
Таблиця 3. Мінімальні катети кутових швів
|
Вид зварювання |
Межа текучості сталі, МПа |
Значення при товщині більш товстого із зварюваємих елементів, мм |
||||||
|
4-5 |
6-10 |
11-16 |
17-22 |
23-32 |
33-40 |
41-80 |
||
|
Ручне |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
12 |
||
|
Механізоване |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Приведені у таблиці розміри катетів гарантують відсутність в зварних з’єднаннях холодних тріщин.
Нерівнокатетні кутові шви використовують в стальних конструкціях, які підлягають динамічним діянням або працюють в умовах від’ємних температур нижче Для зменшення концентрації напружень при переході силового потоку з одного елемента на другий рекомендується пологі шви відношенням катетів . При цьому більший катет повинен бути розташований уздовж шва, який передає зусилля, а за товщину шва приймають менший катет. Більш плавного переходу силового потоку досягають також улаштуванням швів вгнутої форми.
При конструюванні зварних з’єднань, враховуючі конструктивні та технічні вимоги, властивості основних та зварювальних матеріалів, від напруженого стану шва, виконуються такі розрахунки:
Методичні вказівки щодо рішення задач
Приклад 1. Потрібно розрахувати стик двох листів із сталі ВСш3кп2 перерізом на розрахункове зусилля розтягнення.
Конструкція стику запроектована з двома накладними ромбічного типу зварювання ручне.
Порядок розрахунку
таким чином
та розраховуємо розрахунковий опір кутового шва зрізу по основному металу на межі сплавлення з металом шва.
,
для накладок товщиною приймаємо шви товщиною
Небезпечний переріз буде по металу шва, по ньому й ведемо розрахунки.
Приймаємо дві стикові накладки перерізом довжиною та з товщиною шва
Приклад 2. Розрахувати кріплення фланговими швами розтягнутого елементу з двох рівнобоких прокатних кутників до фасонки товщиною Розрахункове зусилля Матеріал кутників та фасонки – сталь марки ВСТ3сп5. Кутники відносяться до конструктивних елементів групи 2, фасонка – к елементам групи1. Зварювання автоматичне електродами Е42А. Умови експлуатації нормальні.
Порядок розрахунку
та розраховуємо розрахунковий опор кутового шва зрізу по основному металу по межі сплавлення з металом шва
,
де - товщина пера кутника.
Звідси
Небезпечний переріз буде по основному металу на межі сплавлення з металом шва по ньому й ведемо розрахунки.
де та визначаємо по таблиці 6. Для рівнобокого кутника а
Тоді
Приймаємо конструктивні довжини швів
Висновок: довжини швів, які задовольняють забезпеченню міцності, на обушку та на перу будуть
Приклад 3. Планка перерізом приварена вертикальними швами до полки двотавра більшої товщини. Перевірити міцність з’єднання, якщо до планки прикладена сила на відстані від вертикального шва. Конструкція відносяться до групи 5 та виконані із сталі марки ВСт3Гсп5-1. Зварювання ручне. Тип електроду Е42А. Умови експлуатації нормальні при температурі не нижче
Порядок розрахунку
та розраховуємо розрахунковий опір кутового шва зрізу по основному металу на межі сплавлення з металом шва
,
По таблиці 7 для товщини планки визначаємо катет шва
так як
Небезпечний переріз буде по металу шва по ньому й ведемо розрахунки.
а тому зварне з’єднання працює на сумісне діяння поперечної сили та згинаючого моменту і перевіряється по формулі
де
Тоді
Висновок: Міцність зварного шва, який кріпить планку до полки двотавра забезпечена.
Приклад 4. Комбіноване з’єднання внапусток з лобовими швами виконане з листів перерізом матеріал листів сталь ВСт3Гсп6. Конструкція експлуатується в нормальних умовах. Зварювання ручне виконується електродами типу Е-46. Коефіцієнт умови роботи Розрахувати з’єднання навантажене повздовжнім зусиллям рівним Визначити розміри накладок та перевірити на міцність.
Порядок розрахунку
Звідки
де - кількість лобових швів з однієї сторони.
де - розрахунковий опір основного металу.
- сумарна площа поперечного перерізу накладок.
Висновок: переріз накладок, що забезпечують їх міцність
Приклад 5. Розрахувати комбіноване з’єднання з фланговими швами до якого прикладена повздовжня сила Переріз основних листів накладок зазор між стикуємими листами матеріал основних листів та накладок - ВСт3пс5. Конструкція експлуатується в нормальних умовах. Зварювання ручне електродами типу Е-46. Коефіцієнт умови роботи
Порядок розрахунку
катет шва дорівнює товщині накладок
Геометрична довжина одного шва
довжина
Приймаємо
Висновок: Розміри накладок забезпечуючи міцність комбінованого з’єднання такі
Приклад 6. Розрахувати комбіноване з’єднання внапусток навантажені повздовжньою силою Переріз основних листів накладки зазор між листами, що стикуються матеріал основних листів та накладок - ВСт3пс6-1. Конструкція експлуатується в нормальних умовах. Зварювання ручне, виконують електродами типу Е-42. Коефіцієнт умови роботи
Порядок розрахунку
Висновок. Міцність накладок забезпечена.
де катет шва дорівнюємо товщині накладки
- розрахункова довжина одного лобового шва.
Тоді
Приймаємо довжину флангового шва
Висновок: Розміри накладок забезпечуючих міцність така
Приклад 7. Виконати перевіряючий розрахунок комбінованого з’єднання внапусток навантаженого моментом (чисте згинання). Основний метал з’єднання 09Г2С зварювання виконують електродами типу Е50А. Розміри поперечного перерізу елементу, що приварюється товщина основного елементу конструкції - Катети лобових та флангових швів однакові та дорівнюються довжина напуску Коефіцієнт умови роботи Зварювання ручне.
Порядок розрахунку
1.Виконуємо розрахункову схему
- розрахунковий опір зварного з’єднання по металу шва.
- розрахунковий опір основного металу на межі текучості.
де - площа перерізу кожного шва (двох флангових та одного лобового).
- координати центру ваги перерізу кожного шва відносно вибраних координат.
Тоді: для двох флангових швів
для лобового шва
Звідси
При відсутності лобового шва
де - момент інерції лобового шва відносно вісі
Відносно вісі
Висновок: Міцність зварного з’єднання забезпечена.
Приклад 8. Розрахувати довжину швів та перевірити на міцність таврове з’єднання вертикального ребра товщиною до полки зварного двотавра, товщина полиці двотавра Розрахункове навантаження прикладена до ребра на відстані від зварного шва. Конструкція виконана із сталі 16Г2АФ. Коефіцієнт умови роботи Зварювання механізовано порошковою проволокою марки ППАН8. Виконати розрахунки, якщо розділення кромок: а) забезпечують повний провар шва; б) не забезпечують повний провар шва.
Порядок розрахунку
а) При повному провару зварного шва таврове з’єднання розраховується як стикове з’єднання працюючи на згинання від діяння моменту
а також на зріз від діяння поперечних сил
при візуальному методі контролю
Звідси
Звідси
Звідси геометрична довжина шва
Приймаємо висоту ребра рівною
Висновок. Міцність шва забезпечена.
б) Таврове з’єднання виконано неповним проваром шва. Шов розраховується як кутовий на сумісне діяння згинального моменту та поперечної сили на зріз.
- нормативний опор по тимчасовому опору.
- розрахунковий опор кутового шва на зріз по металу шва.
- розрахунковий опор основного металу по межі сплавлення.
, - коефіцієнтів глибини проплавлення відповідно по металу шва та по основному металу на межі сплавлення.
Висновок: Найбільш небезпечний переріз буде по основному металу на межі сплавлення.
де катет шва
Висновок. Міцність шва забезпечена.
ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ
Задачі 1-25
Два сталевих листа з'єднанні внапусток. Розміри верхнього листа: ширина (в), товщина (t) . Перевіряти зварний шов на міцність, якщо з'єднання розтягаються силою (F), довжина флангових швів (lф).
Таблиця 9
|
№ варіанту |
Сила що розтягує, N кН |
Товщина металу, t мм |
Ширинаметалу, В мм |
Марка сталі |
Довжина, lф мм |
Спосіб зварювання |
|
|
105 |
5 |
200 |
15ХСНД |
100 |
Автоматичне |
|
|
95 |
6 |
250 |
14Г2 |
200 |
Напівавтоматичний |
|
|
110 |
7 |
300 |
09Г2С |
300 |
Ручне |
|
|
90 |
8 |
420 |
ВСт3кп2 |
320 |
Автоматичне |
|
|
120 |
9 |
470 |
14Г2АФ |
300 |
Напівавтоматичний |
|
|
100 |
10 |
170 |
10ХСНД |
150 |
Ручне |
|
|
80 |
12 |
220 |
16Г2АФ |
180 |
Автоматичне |
|
|
70 |
8 |
240 |
ВСт3пс6 |
200 |
Напівавтоматичний |
|
|
60 |
11 |
280 |
18пс |
210 |
Ручне |
|
|
50 |
6 |
320 |
18сп |
220 |
Автоматичне |
|
|
45 |
5 |
340 |
ВСт3сп5 |
240 |
Напівавтоматичний |
|
|
130 |
6 |
360 |
09Г2С |
250 |
Ручне |
|
|
110 |
12 |
380 |
14Г2 |
150 |
Автоматичне |
|
|
150 |
8 |
180 |
09Г2С |
140 |
Ручне |
|
|
90 |
4 |
200 |
14Г2АФ |
130 |
Автоматичне |
|
|
80 |
5 |
250 |
10ХСНД |
120 |
Ручне |
|
|
100 |
7 |
300 |
16Г2АФ |
100 |
Автоматичне |
|
|
120 |
8 |
420 |
ВСт3пс6 |
250 |
Ручне |
|
|
140 |
10 |
450 |
18пс |
270 |
Автоматичне |
|
|
50 |
12 |
220 |
18сп |
300 |
Ручне |
|
|
75 |
5 |
280 |
15ХСНД |
320 |
Автоматичне |
|
|
115 |
4 |
320 |
14Г2 |
340 |
Ручне |
|
|
140 |
6 |
380 |
09Г2С |
360 |
Автоматичне |
|
|
90 |
8 |
180 |
ВСт3кп2 |
200 |
Ручне |
|
|
130 |
10 |
200 |
14Г2АФ |
100 |
Автоматичне |
Задачі 26-50
Виконати перевірку швів, які прикріплюють, за допомогою таврового з'єднання, кронштейн до колони, на дію зосередженого симетричного навантаження на кронштейн, віддаленого на відстані (а) від грані колони. Довжина швів (h). Матеріал конструкції - сталь.
Таблиця 4
|
№ варіанту |
Навантаження, F, кН |
Катет швів, ,мм |
Відстань а, мм |
Довжина швів, h, мм |
Марка сталі |
Спосіб зварювання |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
100 |
10 |
200 |
400 |
ВСт3кп2 |
Ручне |
|
|
120 |
8 |
300 |
500 |
ВСт3пс6 |
Автоматичний |
|
|
180 |
6 |
400 |
600 |
ВСт3сп5 |
Ручне |
|
|
220 |
6 |
500 |
800 |
ВСт3кп2-1 |
Автоматичний |
|
|
160 |
8 |
200 |
800 |
ВСт3пс6-1 |
Ручне |
|
|
140 |
10 |
300 |
600 |
ВСт3пс6-2 |
Автоматичний |
|
|
90 |
4 |
400 |
500 |
ВСт3пс5-1 |
Ручне |
|
|
110 |
4 |
500 |
400 |
ВСт3Гпс5-1 |
Автоматичний |
|
|
130 |
6 |
200 |
400 |
ВСт3сп5-2 |
Ручне |
|
|
150 |
8 |
300 |
500 |
ВСт3Гпс5-2 |
Автоматичний |
|
|
210 |
10 |
400 |
600 |
09Г2гр1 |
Ручне |
|
|
170 |
4 |
500 |
700 |
09Г2гр2 |
Автоматичний |
|
|
190 |
6 |
200 |
800 |
09Г2Сгр1 |
Ручне |
|
|
230 |
8 |
300 |
800 |
09Г2Сгр2 |
Автоматичний |
|
|
250 |
10 |
400 |
700 |
09Г2С |
Ручне |
|
|
80 |
4 |
500 |
600 |
14Г2 |
Автоматичний |
|
|
230 |
6 |
200 |
500 |
15ХСНД |
Ручне |
|
|
250 |
8 |
300 |
700 |
14Г2АФ |
Автоматичний |
|
|
100 |
10 |
400 |
400 |
10ХСНД |
Ручне |
|
|
110 |
12 |
500 |
500 |
16Г2АФ |
Автоматичний |
|
|
180 |
4 |
200 |
600 |
09Г2С |
Ручне |
|
|
210 |
6 |
300 |
700 |
14Г2 |
Автоматичний |
|
|
170 |
8 |
400 |
800 |
15ХСНД |
Ручне |
|
|
150 |
10 |
500 |
700 |
10ХСНД |
Автоматичний |
|
|
100 |
12 |
200 |
500 |
14Г2АФ |
Ручне |
Задача 51-75
Стержень зварної ферми, що складається з двох кутників, прикріплено до косинки за допомогою флангових швів з катетом Кf. Зварювання напівавтоматичне. Матеріал - сталь. Визначити довжини ( та ) зварних швів.
Таблиця 2
|
№ варіанту |
Розмір кутника |
Матеріал |
N, кН |
Спосіб зварювання |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
50х5 |
18пс |
100 |
Ручне |
|
|
125х80х8 |
ВСт3пс6-1 |
90 |
Напівавтоматичний |
|
|
56х4 |
ВСт3пс5 |
85 |
Автоматичний |
|
|
70х45х5 |
ВСт3пс6-2 |
50 |
Ручне |
|
|
63х6 |
ВСт3Гпс5-2 |
70 |
Напівавтоматичний |
|
|
75х50х5 |
09Г2гр1 |
60 |
Автоматичний |
|
|
70х6 |
09Г2Сгр1 |
110 |
Ручне |
|
|
80х50х5 |
09Г2С |
140 |
Напівавтоматичний |
|
|
75х7 |
14Г2 |
50 |
Автоматичний |
|
|
90х56х6 |
15ХСНД |
45 |
Ручне |
|
|
80х6 |
10ХСНД |
80 |
Напівавтоматичний |
|
|
100х63х7 |
09Г2С |
75 |
Автоматичний |
|
|
90Х8 |
ВСт3пс6-1 |
115 |
Ручне |
|
|
110х70х8 |
18сп |
130 |
Напівавтоматичний |
|
|
100х10 |
ВСт3пс6-1 |
65 |
Автоматичний |
|
|
125х80х10 |
09Г2С |
150 |
Ручне |
|
|
80х6 |
09Г2Сгр1 |
60 |
Напівавтоматичний |
|
|
140х90х10 |
ВСт3Гпс5-2 |
170 |
Автоматичний |
|
|
100х10 |
18пс |
180 |
Ручне |
|
|
160х100х10 |
15ХСНД |
200 |
Напівавтоматичний |
|
|
125х12 |
10ХСНД |
160 |
Автоматичний |
|
|
70х45х5 |
09Г2С |
140 |
Ручне |
|
|
140х12 |
ВСт3Гпс5-2 |
150 |
Напівавтоматичний |
|
|
90х56х6 |
ВСт3пс5 |
100 |
Ручне |
|
|
75х8 |
18сп |
90 |
Автоматичний |
Питання для самоконтролю