Меню

Проектирование сварных конструкций основы расчета прочности и конструирования

Проектирование сварных конструкций: основы расчета прочности и конструирования

Производительность сварного производства зависит от качества проектной документации и организации труда. Все начинается с определения вида деталей и назначения параметров швов, определяющих прочность: длины, объема наплавленного металла. Каждое предприятие уникально, поэтому нормативных данных недостаточно, их необходимо рассчитывать.

Важный параметр для стыковых сплавов – сечение зоны проварки. Ее размеры и качество должны быть такими, чтобы они были способны выдерживать плановые нагрузки по изгибанию и растяжению. Учитывая многообразие методов сварки и защиты материала, расчеты желательно проводить для каждого спая. Это не только повысит качество, но и позволит снизить себестоимость за счет более рационального использования расходных материалов.

Нормы расхода электродов при сварке листового металла

Стыковая сварка – соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости и примыкающих друг к другу торцами. Работы могут проводиться вручную, на полуавтомате или автомате с использованием электричества или газа, с защитой газом или без защиты. Шов может быть короткий (до 25 см), средний (25-100 см), длинный (более 100 см), однослойный или многослойный, одно- или двухсторонний. По расположению в пространстве сочленения бывают горизонтальные, полувертикальные, вертикальные, потолочные.

Исходя из условий эксплуатации, спайка бывает связывающая или рассчитанная на определенные нагрузки. При расчетах нормы расхода электродов и других присадок при сварке листового металла необходимо учесть все эти особенности.

Присадочные материалы и их особенности перечислены в ГОСТ 2246-70. Выпускается 77 видов стальной проволоки с различным химическим составом. Она может использоваться не только для сварки и наплавки, но и для изготовления электродов. Особая разновидность – порошковая проволока. Это трубочка, наполненная шихтой. Доступна так же проволочная присадка для алюминия, титана, меди. Электроды поставляются плавящиеся и не плавящиеся (для поддержки горения).

Усталостная прочность сварных соединений

Усталостная (вибрационная) прочность зависит, как известно, от многих факторов: от действующих напряжений и характеристики цикла, от масштабного фактора, свойств материала и состояния его поверхности. Влияние этих факторов широко известно и здесь не рассматривается. Однако отметим, что сварное соединение имеет одну особенность, существенно влияющую на вибрационную прочность соединения: наличие концентрации напряжений в месте перехода металла шва в основной металл. В лаборатории сварки ЛКИ методом фотоупругости для образцов, имитирующих сварные соединения с различной формой шва, были установлены значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений. Коэффициенты концентрации напряжений изменяются в значительных пределах, и форма шва (в этом смысле) играет существенную роль. Действительные коэффициенты концентрации напряжений, которые называются эффективными коэффициентами концентрации (Kf), зависят не только от формы шва, но и от чувствительности металла к надрезу. Если знать величину предела усталости гладкого образца и эффективный коэффициент концентрации для различных типов сварных соединений, можно, не проводя испытаний, установить величину предела усталости данного соединения по формуле Б. Н. Дучинского.
Предел усталости сварных соединений нужно сравнивать не с пределом усталости гладкого образца, а с пределом усталости образца с заклепочным соединением, так как при отказе от сварки корпус корабля можно построить только при помощи клепки. Предел усталости сварных соединений всегда будет выше, чем у соответствующих клепаных соединений.

Вторая причина, по которой в судовых конструкциях не требуется повышать усталостную прочность сварных соединений специальными мерами (механической обработкой), заключается в том, что корпус судна не испытывает правильных знакопеременных длительных и регулярных нагрузок, какие существуют при проведении усталостных испытаний. Исключением являются конструкции корпуса в районе гребных винтов, машинные фундаменты и конструкции в районе установки неуравновешенных механизмов и т. п. Для этих районов пониженная усталостная прочность сварных соединений учитывается в расчете тем, что в качестве опасного напряжения принимается не предел текучести, а предел усталости и допускаемые напряжения берутся как некоторая часть от предела усталости.

Влияние остаточных сварочных напряжений и деформаций на статическую и усталостную прочность сварных конструкций

Влияние низких температур на прочность сварных соединений

Источник

Расчет сварных соединений

СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ПРЯМЫМ ШВОМ
(рис. 1, а).

Допускаемая сила для соединения при растяжении

Р2 = [σ’сж]·L·S ,
где,
[σ’p] и [σ’сж] — допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

При расчете прочности все виды подготовки кромок в стыковых соединениях принимают равноценными.

СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С КОСЫМ ШВОМ
(рис. 1, б).

Допускаемая сила для соединения при растяжении

расчет сварных соединений

То же при сжатии

расчет сварных соединений

При β = 45° — соединение равнопрочно целому сечению.

НАХЛЕСТОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
(рис. 2).

Соединения выполняют угловым швом. В зависимости от напряжения шва относительно направления шва относительно направления действующих сил угловые швы называют лобовыми (см. рис. 2, а), фланговыми (см. рис. 2. б), косыми (см. рис. 2. в) и комбинированными (см. рис. 2, г).

расчет сварных соединений

Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К — длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.
Минимальный катет углового шва Кmin принимают равным 3 мм, если толщина металла S >= 3 мм.

Допускаемая сила для соединения
где, [τср] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К — катет шва;
L — весь периметр угловых швов;
— для лобовых швов L = l; для фланговых L = 2l1;
— для косых L = l/sinβ;
— для комбинированных L = 2l1 + l.

СОЕДИНЕНИЕ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
(рис. 3).

расчет сварных соединений

Силы, передаваемые на швы 1 и 2, находят из уравнений статики

расчет сварных соединений

Необходимая длина швов

расчет сварных соединений
где,
[τ’ср] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К — катет шва.
Примечание: Допускается увеличение l2 до размера l1.

ТАВРОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Наиболее простое в технологическом отношении.

расчет сварных соединений

Допускаемая сила для растяжения

Р = 0,7 [τ’ср] KL ,
где,
[τ’ср] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К — катет шва, который не должен превышать 1,2S (S — наименьшая толщина свариваемых элементов).

Наиболее обеспечивающее лучшую передачу сил.

расчет сварных соединений

Допускаемая сила для растяжения

Р2 = [σ’сж]·L·S ,
где,
[σ’p] и [σ’сж] — допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

СОЕДИНЕНИЕ С НАКЛАДКАМИ

расчет сварных соединений

Сечение накладок, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 6)

расчет сварных соединений
где,
F — сечение основного металла; [σp] — допускаемое напряжение при растяжении основного металла; [σ’p] — допускаемое напряжение для сварного шва при растяжении.

Сечение накладки, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 7):

расчет сварных соединений
где,
[τ’cp] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ С ПРОРЕЗЯМИ

расчет сварных соединений

Применяют лишь в случаях, когда угловые швы недостаточны для скрепления.
Рекомендуется a = 2S , l = (10 ÷ 25)S.

Читайте также:  Русско турецкие размеры одежды таблица

Допускаемая сила, действующая на прорезь

Р = [τ’сp]·L·S ,
где,
[τ’сp] — допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ ПРОБОЧНОЕ

расчет сварных соединений

Применяют в изделиях, не несущих силовых нагрузок. Пробочную сварку можно применять для соединения листов толщиной от 15 мм.

Если пробочные соединения подвергаются действию срезывающих сил, то напряжение

расчет сварных соединений
где,
d — диаметр пробки;
i — число пробок в соединении.

СОЕДИНЕНИЕ СТЫКОВОЕ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА

расчет сварных соединений

При расчете прочности соединения (см. рис. 9), осуществленного стыковым швом, находящимся под действием изгибающего момента Ми и продольной силы Р, условие прочности

расчет сварных соединений
где,
W = Sh&sup2/6;
F = hS.

При расчете прочности соединения (см. рис. 10, а), осуществленного угловым швом, находящимся под действием изгибающего момента Ми и продольной силы Р, расчетные касательные напряжения в шве

расчет сварных соединений
где,
Wc = 0,7Kh&sup2/6;
Fc = 0,7Kh.

При расчете прочности соединений (см. рис. 10, б), состоящих из нескольких швов и работающих на изгиб, принимают (для приведенного графически случая), что изгибающий момент Ми уравновешивается парой сил в горизонтальных швах и моментом защемления вертикального шва

расчет сварных соединенийЕсли момент Ми и допускаемое напряжение τ заданы, то из полученного уравнения следует определить l и K, задавшись остальными геометрическими параметрами.

ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ

Допускаемые напряжения (табл. 1 и 2) для сварных швов принимают в зависимости:
а) от допускаемых напряжений, принятых для основного металла;
б) от характера действующих нагрузок.

В конструкциях из стали Ст5, подвергающихся воздействию переменных или знакопеременных нагрузок, допускаемые напряжения для основного металла понижают, умножая на коэффициент

расчет сварных соединений
где,
σmin и σmax — соответственно минимальное и максимальное напряжения, взятые каждое со своим знаком.

1. Допускаемые напряжения для сварных швов
в машиностроительных конструкциях при постоянной нагрузке

Сварка Для стыковых соединений При срезе [τ ‘ ср]
при растяжении [σ ‘ p] при сжатии [σ ‘ сж]
Ручная электродами:
Э42.
Э42 А.
0,9[σp]
p]
p]
p]
0,6[σp]
0,65[σp]
p] — допускаемое напряжение при растяжении для основного металла.

2. Допускаемые напряжения в МПа
для металлоконструкций промышленных сооружений
(подкрановые балки, стропильные фермы и т. п.)

Марка стали Учитываемые нагрузки
основные основные и дополнительные
вызывающие напряжения
растяжения,
сжатия, изгиба
среза смятия (торцового) растяжения,
сжатия, изгиба
среза смятия (торцового)
Подкрановые балки, стропильные фермы и т.п.
Ст2
Ст3
140
160
90
100
210
240
160
180
100
110
240
270
Металлоконструкции типа крановых ферм
Ст0 и Ст2
Ст3 и Ст4
Ст5
Низколеги- рованная
120
140
175
210
95
110
140
170
180
210
260
315
145
170
210
250
115
135
170
200
220
255
315
376

Для конструкций из низкоуглеродистых сталей при действии переменных нагрузок рекомендуется принимать коэффициент понижения допускаемых напряжений в основном металле

расчет сварных соединений
где,
ν — характеристика цикла, ν = Рmin / Pmax; Рmin и Pmax соответственно наименьшая и наибольшая по абсолютной величине силы в рассматриваемом соединении, взятые каждая со своим знаком;
Ks — эффективный коэффициент концентрации напряжений (табл. 3).

3. Эффективный коэффициент концентрации напряжения Ks

Расчетное сечение основного металла Кs
Вдали от сварных швов 1,00
В месте перехода к стыковому или лобовому шву
(металл обработан наждачным кругом)
1,00
В месте перехода к стыковому или лобовому шву
(металл обработан строганием)
1,10
В месте перехода к стыковому шву без механической обработки последнего 1,40
В месте перехода к лобовому шву без обработки последнего, но с плавным переходом при ручной сварке 2,00
В месте перехода к лобовому шву при наличии выпуклого валика и небольшого подреза 3,00
В месте перехода к продольным (фланговым) швам у концов последних 3,00

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Пример 1. Определить длину швов, прикрепляющих уголок 100x100x10 мм к косынке (рис. 11. а). Соединение конструируется равнопрочным целому элементу. Материал сталь Ст2. Электроды Э42.

В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [σp] = 140 МПа. Площадь профиля уголка 1920 мм&sup2 («Уголки стальные горячекатаные равнополочные» ГОСТ 8509-93).

Расчетная сила в уголке

Р = 140×1920 = 268 800 Н

В данном случае допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве

cp] = 140×0,6 = 84 МПа .

Требуемая длина швов (при К =10 мм) в нахлесточном соединении согласно расчету к рис. 11а.

расчет сварных соединений

Длина лобового шва l = 100 мм: требуемая длина обоих фланговых швов lфл = 458-100 = 358 мм. Так как для данного уголка е1 = 0,7l то длина шва 2 будет l2 — 0,7×358 = 250 мм, длина шва 1 будет l1 = 0,3×358 = 108 мм. Принимаем l2 = 270 мм, l1 = 130 мм.

Пример 2. Определить длину l швов, прикрепляющих швеллер №20а. нагруженный на конце моментом М = 2,4×10 7 Н·мм (рис. 11. б). Материал сталь Ст2. Электроды Э42.

расчет сварных соединений

В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [σp] = 140 МПа. Допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве

[τ’cp] = 140×0,6 = 84 МПа .

Момент сопротивления сечения швеллера W = 1,67 x 10 5 мм&sup3 (из ГОСТа)

&#963 = 2,4×10 7 / 1,67×10 5 = 144 МПа

Катет горизонтальных швов К1 = 10 мм, вертикального К2 = 7,5 мм. Из формулы 1 (см. выше) находим

Э55 и Э60 — для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву св. 500 до 600 МПа;

Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 — для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа;

Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2МГ, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ — для сварки легированных теплоустойчивых сталей.

Механические свойства металла шва,
наплавленного металла и сварного соединения при нормальной температуре (по ГОСТ 9467-75)

Типы электродов Металл шва или наплавленный металл Сварное соединение, выполненное электродами диаметром менее 3 мм
Временное сопротивление разрыву σв, МПа (кгс/мм&sup2) Относительное удлинение δ5, % Ударная вязкость KCU, Дж/см&sup2 (кгс·м/см&sup2) Временное сопротивление разрыву σв, МПа (кгс/мм&sup2) Угол загиба, градусы
не менее
Э38 380 (38) 14 28 (3) 380 (38) 60
Э42 420 (42) 18 78 (8) 420 (42) 150
Э46 460 (46) 18 78 (8) 460(46) 150
Э50 500 (50) 16 69 (7) 500 (50) 120
Э42А 420 (42) 22 148 (15) 420 (42) 180
Э46А 460 (46) 22 138 (14) 460 (46) 180
Э50А 500 (50) 20 129 (13) 500 (50) 150
Э55 550 (55) 20 118 (12) 550 (55) 150
Э60 600 (60) 18 98 (10) 600 (60) 120
Э70 700 (70) 14 59 (6)
Э85 850 (85) 12 49 (5)
Э100 1000 (100) 10 49 (5)
Э125 1250 (125) 8 38 (4)
Э150 1500 (150) 6 38 (4)
Читайте также:  Обувь Lacoste мужская и женская обувь Lacoste

ГОСТ 9467-75 предусматривает также типы электродов и механические свойства наплавленного металла или металла шва для легированных теплоустойчивых сталей.

Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки
поверхностных слоев с особыми свойствами (по ГОСТ 10051-75)

Тип Марка Твердость без термообработки
после наплавки HRC
Область применения
Э-10Г2
Э-11Г3
Э-12Г4
Э-15Г5
Э-30Г2ХМ
ОЗН-250У
O3H-300У
ОЗН-350У
ОЗН-400У
НР-70
22,0-30,0
29,5-37,0
36,5-42,0
41,5-45,5
32,5-42,5
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок (осей, валов автосцепок, железнодорожных крестовин, рельсов и др.)
Э-65Х11Н3
Э-65Х25Г13Н3
ОМГ-Н
ЦНИИН-4
27,0-35,0
25,0-37,0
Наплавка изношенных деталей из высокомарганцовистых сталей типов Г13 Г13Л
Э-95Х7Г5С
Э-30Х5В2Г2СМ
12АН/ЛИВТ
ТКЗ-Н
27,0-34,0
51,0-61,0
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием
Э-80Х4С
Э-320Х23С2ГТР
Э-320Х25С2ГР
Э-350Х26Г2Р2СТ
13КН/ЛИВТ
Т-620
Т-590
Х-5
57,0-63,0
56,0-63,0
58,0-64,0
59,0-64,0
Наплавка деталей, работающих в условиях преимущественно абразивного изнашивания
Э-300Х28Н4С4
Э-225Х10Г10С
Э-110Х14В13Ф2
Э-175Б8Х6СТ
ЦС-1
ЦН-11
ВСН-6
ЦН-16
49,0-55,5
41,5-51,5
51,0-56,5
53,0-58,5
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания ударными нагрузками

ГОСТ предусматривает также и другие химический состав, типы и марки электродов.

Сварочные материалы, применяемые для сварки стальных конструкций, должны обеспечивать механические свойства металла шва и сварного соединения (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, угол загиба, ударную вязкость) не менее нижнего предела свойств основного металла конструкции.

Свариваемые материалы и применяемые электроды:

— СтЗкп, СтЗкп, СтЗпс, Сталь 08кп, Сталь 10 — Э42, Э42А, Э46;
— Сталь 20 — Э42;
— Сталь 25Л — Э46;
— Сталь 35Л, Сталь 35, Сталь 45, Ст5кп, Ст5пс — Э50А;
— Сталь 20Х, Сталь 40X — Э85;
— Сталь 18ХГТ, Сталь 30ХГСА — Э100;
— АД1, АД1М, АМг6 — Присадочные прутки.

Подробную классификацию покрытых электродов и область применения смотри здесь.

Источник



Расчет площади поперечного сечения сварного шва

Автор: Игорь

Дата: 14.01.2018


9150

Для того чтобы правильно провести расчет площади поперечного сечения сварного шва, необходимо учитывать основные моменты, это учитывать как вид возможного соединения, так и выбор способа проведения сварочных работ. В качестве сварочных работ, выбирают ручную, дуговую, а также полуавтоматическую электрическую сварку. Научно доказано и проведено множество расчётов, где выведена специальная формула, предназначенная для определения истинных параметров показателей.

Формулы для проведения вычисления

В качестве расчёта используют значение действия осевой силы N, в свою очередь, проходящей через условный центр тяжести всего соединения.

. Из этой формулы следует:

В качестве рабочей формулы расчёта площади поперечного сечения сварного шва, используют вышеуказанные значения, при этом, каждое значение имеет свои данные:

  • t- наименьшая известная расчётная толщина используемых соединяемых элементов;
  • Lw – готовая расчётная размерная рабочая длина шва, которая равна полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине, если концы шва выведены за пределы стыка
  • Rwy – расчётное сопротивление стыковых сварных соединений по пределу текучести (см. СНиП II-23-81*, прил.5);
  • Yc – коэффициент условия работы.

Это основная формула, используемая для проведения текущих расчётов.

Все обрабатываемые швы могут выполняться в двух режимах, как с разделкой, так и без применения разделок кромки, при этом есть основной технический регламент, который регулирует принцип проведения расчета площади наплавленного металла сварного шва, с известными готовыми данными ГОСТ 5264-80.

Основные критерии расчёта

Согласно техническому регламенту, при определении точных фактических данных, рекомендуется учитывать следующие факторы, влияющие на результат расчета площади поперечного сечения сварного шва углового соединения:

  • Диаметр электрода. Рекомендуемый параметр диаметра колеблется от 1,6 до 10мм, при этом толщина свариваемых узлов в диапазоне 1,5- 24 мм.
  • Площадь сечения. В этом случае используем для расчёта формулу F1 = 0,75 е · g , мм2(односторонний стыковочный шов); (F1 + F2) = 0,75 е · g + S · в, мм2- если имеются технологические зазоры. Для разделки и подварки рабочего корня шва используем формулу для вычисления F = F1 + F2 + F3 + 2F4.
  • Глубина проплавления. Данный параметр имеет множество дополнительных параметров, которые отвечают на вопрос как рассчитывают сечение сварного углового шва, но основная формула вычисления выглядит следующим образом- h = (S – c), мм.
  • Определение сварочного тока. Для этого параметра также используется собственная рабочая формула, которая выглядит так- Iсв = Fэл · j = (π · dэл2 / 4) · j , А. Значения формулы, π=3,14; j – допустимая по основным параметрам плотность рабочего тока, А/мм2;Fэл – вычислительный показатель площади поперечного сечения рекомендуемого электрода, мм2; dэл – известный для работы диаметр электрода, мм. Существует определенная таблица базы данных для вычислений.

Таблица: Допустимая величина показателя плотности тока в электроде при проведении процесса в ручной дуговой сварке.

  • Параметр напряжения на дуге. Как правило, этот параметр рассчитывается в пределах 20-36 Вольт, для проведения ручной дуговой сварки, этот показатель не имеет чёткой регламентации.
  • Скорость проведения сварки. Это важный момент ответа на вопрос, как рассчитывается сечение сварного углового шва. В качестве рабочей формулы используется – Vсв = Lн · Iсв / γ · Fн · 100, м/ч. Значение каждого параметра – Lн – коэффициент действующей на площадь наплавки, г/А час; (данные используются из специальной вычислительной таблицы);γ – фактическая рабочая плотность наплавленного металла за один известный по вычислению проход, г/см3 (7,8 г/см3 – для стали);Iсв – ведомая рабочая сила сварочного тока, А; Fн – известная табличная площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2.

Технические регламенты проведения расчётных операций

В качестве рабочей документации для осуществления задачи, как посчитать площадь сварного шва, используется регламент ГОСТ 14098-91. Для расчёта используется специальная программа прорисовки самой разделки (в интернете можно встретить такие программы), но если вы не знаете все тонкости управления программки, придётся использовать старый проверенный способ, это выполнение требований расчёта, исходя из ГОСТ:

  • для стыковых соединений без учета режима разделок: ширина искомого валика (параметр е) умножается на известную вам величину толщины (S);
  • для стыковых узлов, учитывающие разделки: ширина валика вычисления умножается на известную вам величину толщины изделия, а также умножаем на 0,7:
  • для тавровых металлических конструкционных изделий и соединений, катет: ширина вычислительная для валика на известную вам толщину валика и полученный результат в данном случае делим на 2 и т.д.

Дополнительные особенности проведения расчётных операций

Специалистов знают, что площадь поперечного сечения сварного шва формула ГОСТ имеет разное значение, точнее отличительные схемы проведения вычисления, в зависимости от структуры применения варианта сварочного оборудования:

  • Стандарты К3, С6,С14,С21,Н1,Т3,Т8,Т10 и т.д., таким образом единые для всех соединений выполняемые МП.
  • Сварка соединений для защитных газов определяется исходя из положений регламента ГОСТ 14771.
  • Для всех остальных групп металла и порядка строения конструкций используется рабочее положение ГОСТ14098.
Читайте также:  Причины и характер загрязнения биосферы

Существуют определённые схемы расчёта, которые зависят от типа металла и способа проведения сварочных работ (выбор оборудования).

Программы для установки вычислений

Учитывая сложность данного вопроса, а также вероятность допуска технических ошибок, были разработаны специальные программы, позволяющие в режиме онлайн провести расчёты требуемых показателей для поперечного сечения шва. При разработке большого проекта, самостоятельно рассчитать все данные физически невозможно. Для этих целей к работе привлекают специалистов, или используют значения данных в программах, которые имеют официальное лицензирование соответствующих министерств и ведомств. Рекомендуется обратиться в проектные организации, которые помогут правильно провести подсчёты базы данных для выполнения сварочных работ.

Для сложных проектных решений разрабатывается специальная методика вычислений, которая подбирает несколько вариантов расчёта для одного и того же проекта. После изучения подробного описания, принимается решение о проведение правильных вычислений, которые обязательно должны пересекаться с данными регламентного требования действующих ГОСТ и СНиП. Если вы проводите самостоятельно вычисления, рекомендуется все же проверить данные с требованиями и техническими заданиями проектной документации эксплуатации конструкционной части установки. Воспользуйтесь помощью специалистов для определения правильного расчёта величины.

Источник

Как правильно произвести расчет сварного соединения

Прочность сварных соединений зависит от прочности применяемых материалов, их свариваемости, правильного выбора сварочных материалов (электродов) в соответствии с физико-химическими свойствами основного металла, от способа сварки и режимов сварки, а также от типа сварного соединения и его размеров.

При расчете сварного соединения на прочность учитывают, что его надежность определяется прочностью наиболее слабого элемента. Таким элементом часто является не только металл шва, но и прилегающая к нему зона термического влияния. Ее прочность иногда ниже прочности основного метала. Поэтому при конструировании сварных изделий учитывают расположение сварного соединения относительно действующих сил, тип соединения, вид сварки и сварочные материалы. Правильное сочетание всех этих факторов дает возможность обеспечить равнопрочность всего сварного изделия.

Расчет сварных швов на прочность сводится к определению напряжений, возникающих в соединении от нагрузок. При проектировании сварных конструкций используют два основных метода расчета: по допустимым напряжениям и по предельным состояниям.

Чтобы с минимальной погрешностью провести расчет сварки, следует знать какие параметры влияют на прочность стыков. Для определения процесса сжатия и растяжения материала следует применять формулу:

При расчете потребуются следующие показатели:

  • — коэффициент преобладающих на рабочем месте условий. параметр общепринятый, указан в стандартизованных таблицах. Его просто необходимо вставить в формулу, по которой совершается расчет сварного углового шва;
  • — сопротивление свариваемого материала с учетом предела текучести. Определяется по стандартным таблицам;
  • Ru — сопротивление металла в соответствии временного сопротивления. Значения для подставки в формулу нужно поискать в таблицах;
  • N — максимально допустимая нагрузка, которую шов способен выдерживать;
  • t — минимальная толщина материала свариваемых элементов;
  • lw — наибольшая длина сварного соединения, при расчете ее уменьшают на 2t;
  • Rwу — определяемое в зависимости от предела прочности сопротивление.

В случае, когда необходимо сварить в единую конструкцию разные по структуре металлы, показатели Ru и Ry берутся по материалу с наименьшей прочностью.

Так же если требуется провести расчет сварочного шва на срез, то показатели следует выбирать того материала, у которого прочность меньше.

При проектировании стальных конструкций основным требованием является обеспечение максимально возможной прочности стыка и неподвижности соединяемых им элементов. Согласно требований и с учетом расположения и размеров швов можно с точностью установить оптимальный их тип. Если для создания металлоконструкции требуется выполнить сразу несколько швов, то располагать их необходимо таким образом, чтобы на каждый из них равномерно распределялась нагрузка.

Определить такие параметры можно посредством математических вычислений. Если полученные результаты будут неудовлетворительными, то в конструкцию необходимо внести изменения и еще раз провести все расчеты с новыми параметрами.

Особенности расчетов для изделий с угловыми стыками

Определение длины сварного шва на отрыв проводится с учетом силы, направленной к центру тяжести. Сечение при подсчетах следует выбирать с высокой степенью опасности.

Расчет сварного шва на срез осуществляется по формуле:

Вне зависимости от типа металлов каждый из показателей влияет на прочность стыков:

  • N — максимальная нагрузка, которая на стык оказывает давление;
  • ßf, ßz — указаны в таблице и не зависят от марки стали. Как правило ßz равно 1, ßf — 0,7;
  • Rwf — значение сопротивления срезу. Указано в таблицах ГОСТов;
  • Rwz — существующее на линии стыка сопротивлению. Значения стандартные и берутся из таблицы;
  • Ywf — составляет 0,85 для стыка, материалу которого свойственно сопротивление 4200 кгс/см²;
  • Ywz — для всех марок стали составляет 0,85;
  • с — коэффициент условий рабочей среды, стандартное значение из таблиц;
  • kf — указывает на толщину создаваемого шва, измерять следует по линии сплавления;
  • lw — исчисляется по общей длине стыка, уменьшенного на 10 миллиметров.

Вычислять значения можно по линии соединения или по свариваемому материалу. Расчет угловых сварных швов выполняется на основании сечения.

Чтобы понять, как правильно осуществить расчет сварных соединений и конструкций примеры и задачи можно посмотреть на специализированных сайтах в интернете.

Расчет сварочного шва, выполняемого внахлест выполняется с учетом типа и положения соединения, поскольку при такой технике стыки могут быть угловыми, лобовыми и фланговыми.

При сваривании металлических деталей внахлест определяется прочность линии скрепления и минимальная площадь сечения. Формула площади сварного шва подразумевает использование меньшей высоты треугольника условного стыка. При одинаковых размерах катетов этого треугольника для ручной сварки высота составляет 0,7.

При автоматической и полуавтоматической сварке глубина нагревания материала больше, поэтому за высоту принимаются указанные в типовых таблицах условные показатели.

Как рассчитать длину сварочных стыков от массы металла

Для определения длины соединения существует формула, обозначающая соотношение массы наплавки на протяженности одного метра спая.

Формула следующая: L = G/F × Y , в которой L обозначает протяженность сварочного шва, G — вес наплавляемого металла, F — площадь поперечного сечения, Y — удельный вес присадки.

Полученное значение следует умножить на определенные измерениями метры. Чтобы правильно провести исчисления целесообразно предварительно посмотреть пример, расчет длины сварного шва по которому выполнен в реальности.

Нужно понимать, что ни одна формула не способна обеспечить безупречно точного результата. Расходный материал следует покупать с запасом примерно 5-7%. Иногда удается немного сэкономить на присадке, но это под силу только опытным сварщикам, обладающим соответственными навыками.

Источник