Расчет на прочность сварных швов

Во время соединения отдельных деталей металлоконструкций часто используются сварные соединения, так как это самый простой, доступный и дешевый метод, который может предоставить качество достаточно высокого уровня. Но все равно, параметры каждого шва будут отличаться, в зависимости от металла, его толщины и условий проведения процедуры. Расчет на прочность сварных швов проводится для того, чтобы определить, какими характеристиками обладает или будет обладать соединение, выполненное с определенными параметрами.

Сварочный шов

Предварительными расчетами занимаются в то время, когда составляют проект. Это необходимо для рационального подбора материалов, которые бы смогли выдержать возлагаемые нагрузки и имели запас прочности. Перерасход металла на производстве не следует допускать, так что расчет сварного шва на прочность, позволяет определить количество и качество используемых материалов.

Чтобы узнать прочность сварного шва, требуется точно измерить все его параметры. Естественно, что небольшие отклонения вполне допустимы, так как невозможно сделать предельную точность даже при автоматической сварке, не говоря уже о том, когда все делается вручную. Они, как правило, не оказывают сильного влияния, но сварщику необходимо придерживаться заданных параметров.

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: σ_Э ≤ [σ’]_P

Данные для этого значения определяются по таблице, приведенной ниже:

Угловые швы. Данный тип соединения чаще всего выполняется с нормальным поперечным сечением. Соотношение сторон при этом составляет 1:1, но бывают и исключения. Сторона сечения носит название катет сварного шва. Она обозначается на схемах как «К». Когда шов разрушается, то это происходит в наименьшем месте сечения, которое проходит через биссектрису прямого угла. Размер шва в данном сечении составляет βк. Вторым важным размером является длина шва. Это поможет определить, какую нагрузку выдерживает сварной шов. В случае, если сварка шла автоматически, полуавтоматически или же осуществлялась вручную, то значение β будет составлять 0,7. В таком случае шов будет прямоугольным равнобедренным треугольником.

Если сварка осуществлялась в полуавтоматическом режиме, но было несколько проходов, к примеру, 2 или 3, то β уже будет равняться 0,8. При условии многослойной сварки в автоматическом режиме значение возрастает до 0,9. Расчет на прочность сварных соединений углового типа проводятся условно по касательным напряжениям. Здесь требуется вычислить суммарное касательное напряжение. Для этого нужно определить самую нагруженную точку во взятом сечении. Далее следует сложить все имеющиеся в нем напряжения, чтобы определить общую сумму

После этого нужно определить, какое распределение имеют выбранные напряжения. Те, которые вызываются при помощи центральных сил, относятся к равномерно распределенным по сечению. Если напряжение вызвано центрально-поперечной силой и оказывает воздействие на швы малой длины, то оно не относится к данной категории и такие силы не учитываются при расчете. Те напряжения которые вызываются моментом, считают пропорциональными те расстояниям, которые отделяют их от центра масс. Также может быть принято расстояние до нейтральной линии, которая проходит через этот центр. Это актуально при воздействии момента в плоскости, которая находится перпендикулярно по отношению к стыку. В данном случае, условие прочности будет выглядеть следующим образом вид τ_∑ ≤ [τ]_ср, где [τ’]_ср можно найти в таблице приведенной выше.

Допускаемые напряжения. Совокупность сил, что вызывает напряжение в сварных соединениях, имеют свой предел, который является безопасным для работы. Допускаемые напряжения на чертежах отмечаются при помощи штриха. Принятые нормы допускаются, так как не оказывают какого-либо серьезного негативного воздействия.

Порядок выполнения расчета сварных соединений

Чтобы определить. Сколько выдерживает сварной шов, необходимо не только знать исходные данные, но и провести расчеты в заданном порядке. Чтобы все прошло правильно, необходимо придерживаться следующего плана:

1. Определяются основные параметры, которыми обладает сварное соединение. Это его размеры, форма и пространственное положение.
2. Затем опасное сечение проворачивается на плоскость, которая соприкасается со свариваемой деталью, она еще называется плоскостью стыка деталей. Поворот необходим, если опасное сечение шва не сходится с плоскостью стыка на исследуемой детали. То сечение, которое образуется вследствие поворота, носит название расчетное.
3. После этого приступают к поиску положения центра масс на расчетном сечении.
4. Внешняя приложенная нагрузка переносится в центр масс, которые имеются на расчетном сечении.
5. Далее необходимо определить напряжение, которое возникает в расчетном сечении при воздействии всех принятых силовых факторов. Сюда входит поперечная и нормальная сила, а также крутящий и изгибающий момент.
6. После этого определяется наиболее нагруженная точка в сечении. В ней складываются все полученные нагрузки, воздействующие на поверхность, и определяется суммарная нагрузка, которая и будет максимумом, с которым придется столкнуться шву.
7. Происходит расчет допускаемого напряжения, воздействующего на сварной шов.
8. На завершающем этапе происходит сравнение допустимого напряжения и суммарного, максимального на сечении. Благодаря этому, можно найти те размеры, которые будут наиболее подходящими для работы данной металлоконструкции. Чтобы подтвердить данные, делается дополнительный проверочный расчет.

Не стоит забывать, что все эти данные остаются актуальными только если соблюдаются все правила выполнения сварных соединений.