Как найти длину шва трубы

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

  •    Допускаемая сила для соединения при растяжении

Р1 = [σ'p]·L·S , то же при сжатии Р2 = [σ'сж]·L·S , где,

  1. [σ'p] и [σ'сж] – допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

  2.    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

Как найти длину шва трубы

  1.    То же при сжатии

Как найти длину шва трубы

  • 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).

Как найти длину шва трубы

   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). Как найти длину шва трубы

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

Как найти длину шва трубы

  •    Необходимая длина швов

Как найти длину шва трубы где,

  1. [τ'ср] – допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
  2. Примечание: Допускается увеличение l2 до размера l1.

К – катет шва. ТАВРОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

  •    Наиболее простое в технологическом отношении.

Как найти длину шва трубы

  1.    Допускаемая сила для растяжения

Р = 0,7 [τ'ср] KL, где,

  • [τ'ср] – допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
  •    Наиболее обеспечивающее лучшую передачу сил.

К – катет шва, который не должен превышать 1,2S (S – наименьшая толщина свариваемых элементов). Как найти длину шва трубы

  1.    Допускаемая сила для растяжения

Р1 = [σ'p]·L·S , то же при сжатии Р2 = [σ'сж]·L·S , где,

  • [σ'p] и [σ'сж] – допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

СОЕДИНЕНИЕ С НАКЛАДКАМИ Как найти длину шва трубы

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

Как найти длину шва трубы 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):

где,

  1. [τ'cp] – допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ С ПРОРЕЗЯМИ

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

   Допускаемая сила, действующая на прорезь

Р = [τ'сp]·L·S , где,

  • [τ'сp] – допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ ПРОБОЧНОЕ

   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

где, d – диаметр пробки;

  1. i – число пробок в соединении.

СОЕДИНЕНИЕ СТЫКОВОЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА

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

где, W = Sh²/6;

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

где,

Wc = 0,7Kh²/6;

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

Если 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

где,

  1. 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][σp]  [σp][σp]  0,6[σp]0,65[σp]
[σp] – 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.
Ст2Ст3 140160 90100 210240 160180 100110 240270
Металлоконструкции типа крановых ферм
Ст0 и Ст2Ст3 и Ст4Ст5Низколеги- рованная 120140175210 95110140170 180210260315 145170210250 115135170200 220255315376
  •    Для конструкций из низкоуглеродистых сталей при действии переменных нагрузок рекомендуется принимать коэффициент понижения допускаемых напряжений в основном металле

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 мм² (“Уголки стальные горячекатаные равнополочные” ГОСТ 8509-93).

   Расчетная сила в уголке

Р = 140×1920 = 268 800 Н

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

[τcp] = 140×0,6 = 84 МПа.

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

   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 = 2,4×107 Н·мм (рис. 11. б). Материал сталь Ст2. Электроды Э42.

   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 105 мм³ (из ГОСТа)
  •    Напряжение

σ = 2,4×107 / 1,67×105 = 144 МПа

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

  1.    Принимаем l = 200 мм. При этой длине шва напряжение при изгибе
  •    Полученная величина меньше допускаемой [τ'cp] = 84 МПа.

ЭЛЕКТРОДЫ

  1.    Размеры и общие технические требования на покрытые металлические электроды для ручной дуговой сварки сталей и наплавки поверхностных слоев из сталей и сплавов приведены в ГОСТ 9466-75 или кратко здесь.
  2.    Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей (по ГОСТ 9467-75):
  3.    Электроды изготовляют следующих типов:
  4.    Э38, Э42, Э46 и Э50 – для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа:
  5.    Э42А, Э46А и Э50А – для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;
  6.    Э55 и Э60 – для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву св. 500 до 600 МПа;
  7.    Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 – для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа;
  8.    Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2МГ, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ – для сварки легированных теплоустойчивых сталей.
Читайте также:  Сварка трубы без отрыва электрода

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/мм²) Относительное удлинение δ5, % Ударная вязкость KCU, Дж/см² (кгс·м/см²) Временное сопротивление разрыву σв, МПа (кгс/мм²) 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)
  •    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 термообработкипосле наплавки HRC Область применения
Э-10Г2Э-11Г3Э-12Г4Э-15Г5Э-30Г2ХМ ОЗН-250УO3H-300УОЗН-350УОЗН-400УНР-70 22,0-30,029,5-37,036,5-42,041,5-45,532,5-42,5 Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок (осей, валов автосцепок, железнодорожных крестовин, рельсов и др.)
Э-65Х11Н3Э-65Х25Г13Н3 ОМГ-Н ЦНИИН-4 27,0-35,025,0-37,0 Наплавка изношенных деталей из высокомарганцовистых сталей типов Г13 Г13Л
Э-95Х7Г5СЭ-30Х5В2Г2СМ 12АН/ЛИВТТКЗ-Н 27,0-34,051,0-61,0 Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием
Э-80Х4СЭ-320Х23С2ГТРЭ-320Х25С2ГРЭ-350Х26Г2Р2СТ 13КН/ЛИВТТ-620Т-590Х-5 57,0-63,056,0-63,058,0-64,059,0-64,0 Наплавка деталей, работающих в условиях преимущественно абразивного изнашивания
Э-300Х28Н4С4Э-225Х10Г10СЭ-110Х14В13Ф2Э-175Б8Х6СТ ЦС-1ЦН-11ВСН-6ЦН-16 49,0-55,541,5-51,551,0-56,553,0-58,5 Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания ударными нагрузками
  1.    ГОСТ предусматривает также и другие химический состав, типы и марки электродов.
  2.    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.
  3. Свариваемые материалы и применяемые электроды:
  4. – 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.
  5.    Подробную классификацию покрытых электродов и область применения смотри здесь.

Расчет сварных соединений

Сварка – наиболее доступный, надежный и эффективный способ соединения отдельных деталей при создании металлоконструкций. При соблюдении сварочных технологий швы получаются прочными, а готовые изделия качественными.

Но в зависимости от условий проведения сварки, толщины и вида свариваемого металла характеристики соединений могут быть разными.

Определить насколько прочным и монолитным будет изделие поможет расчет сварных швов, проведенный перед процессом сваривания.

Выполненный в процессе составления проекта расчет сварных соединений позволяет выбрать правильно материал, которые будет обладать достаточным запасом прочности и сможет выдерживать возлагаемые на него нагрузки.

Методика расчета соединений

Различают несколько разновидностей сцеплений металла и для каждой из них расчет сварного шва проводится индивидуально. В зависимости от расположения свариваемых деталей соединения разделяются на:

  • угловые, когда перпендикулярно одна к другой располагаются свариваемые детали. Для повышения прочности конструкции необходимо правильно определить предельные усилия на сварной угловой шов;
  • стыковые. Здесь соединяются торцы деталей, при этом одна часть выступает продолжением второй. Такой способ сцепления сопровождается минимальными показателями концентрации напряжения и считается самым рациональным. Швы могут быть прямыми и косыми;Как найти длину шва трубы
  • нахлесточные, при которых элементы деталей немного накладываются один на другой. Как правило применяют такую технологию при сваривании металлов, толщина которых не превышает 5 мм, когда необходимо укрепить шов;
  • тавровые. Внешне напоминают угловые. Скрепляемые элементы располагаются под прямым углом друг к другу, но соединяются торцами. При производстве металлоконструкций такие стыки применяются довольно часто. Им характерна простота исполнения, экономичность и высокая прочность. Для качественного выполнения такого типа соединений хорошим помощником будет методичка, расчет таврового сварного соединения по ней можно выполнить с безупречной точностью, и избежать возможных ошибок.

Как рассчитывают сечение сварного углового шва или других видов соединений? Существуют общепринятые формулы, по которым проводится расчет сварочных швов разных стыков. Также в свободном доступе в интернете есть специальная программа расчета сварных соединений, по которой при введении необходимых параметров можно получить требуемый результат.

Какие параметры потребуются для расчета

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:

Как найти длину шва трубы

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.

Как найти длину шва трубы

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:

Как найти длину шва трубы

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.

Читайте также:  Tim инструмент гидравлический для рех труб

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

Расчеты при нахлесточных стыках

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.

Как найти длину шва трубы

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.

Порядок проведения расчетов сварных стыков

Чтобы определить какие нагрузки способен выдерживать образуемый при сварке стык, необходимо правильно подобрать все необходимые данные для расчета сварного шва. Предотвратить ошибки при математических исчислениях можно, если при их выполнении придерживать следующего порядка:

  1. Определить с минимальными погрешностями пространственное положение, форму и размеры, характерные сварочному соединению.
  2. Далее на контактируемую со свариваемым элементом площадь повернуть следует опасное сечение (с наивысшим напряжением). Необходим поворот в случаях, когда на исследуемой конструкции плоскость стыка не соответствует его сечению. После поворота должно образоваться новое сечение, которое называют расчетным.
  3. Дальнейшие действия состоят в поиске на образовавшемся вследствие поворота сечении центра масс.
  4. Следующий этап – перемещение в центр масс внешней приложенной нагрузки.
  5. Установить какое напряжение в расчетном сечении возникает в момент воздействия всех силовых нагрузок, в частности нормальной и поперечной усилий, изгибающего и крутящего моментов.
  6. Когда известно напряжение необходимо найти в сечении точку, подвергающуюся наибольшим нагрузкам. В этой точке все воздействующие на поверхность нагрузки сочетаются одновременно, что позволяет установить суммарную. В итоге получается максимум, которому шов будет подвергаться.
  7. Вычисляется максимально допустимое напряжение, которое будет оказывать силовое воздействие на полученный в результате сварки шов.
  8. Завершающий этап состоит в сравнении максимальных показателей суммарного и допустимого напряжений. Это позволит получить расчетное сопротивление сварного шва и определить размеры, которые обеспечат полноценную и безопасную эксплуатацию создаваемой металлоконструкции. Для большей достоверности полученной информации рекомендовано провести дополнительный проверочный расчет.

Не нужно забывать о том, что актуальным расчет сварного шва на срез или прочность будет только в том случае, когда строго соблюдена технология создания соединений. В любом случае важно и нужно рассчитывать стыки, поскольку только с точность установленные параметры способны обеспечить прочные и долговечные сварочные соединения.

Дефекты сварных соединений при неправильных расчетах

В случае со сварочными металлоконструкциями следует понимать, что эффективная и безопасная их работа и расчет угловых сварных швов, стыковых, тавровых или нахлесточных непосредственно взаимосвязаны между собой. Если проигнорировать или же неправильно выполнить исчисления, то существенно повышаются риски образования дефектов и неточностей в готовом изделии.

Чаще всего возникают следующие браки:

  • подрезы. Образуются по линии соединения или возле него канавки, приводящие к быстрому разрушению конструкции;
  • поры. Визуально они практически незаметны, возникают вследствие проникновения газов, образующихся в процессе плавления электрода и металла;
  • непровары. Участки, на которых недостаточно расплавился металл, в результате чего на варочном стыке возникли пробелы;
  • сторонние включения. Одна из наиболее опасных ошибок, вследствие которой значительно понижается прочность соединения и со временем в нем возникают трещины;
  • холодные и горячие трещины. Первые образуются после остывания конструкции из-за окисления в процессе плавления. Вторые возникают в процессе плавления металла при нарушении сварочной технологии, например, при неправильном выборе электродов.

Избежать всех этих дефектов можно если предварительно выполнить вычисления по существующим формулам. Это поможет создать качественные соединения, способные выдерживать критические нагрузки и усилия при эксплуатации конструкции.

Калькуляторы сварных швов

Существуют специализированные калькуляторы, с помощью которых без особых навыков несложно провести расчет длины сварного шва, определить оптимальные параметры угловых, точечных и стыковых соединений.

Проверить по калькулятору можно все существующие типовые стыки с прилагаемыми к ним нагрузкам с разными силовыми усилиями. Исчисления помогут выбрать подходящий к конкретной конструкции размер и тип стыкового соединения, а также безошибочно подобрать материал для сваривания. Расчеты позволяют установить необходимые геометрические значения сварочного шва и провести его проверку на прочность.

Не рекомендовано к точечным соединениям, стыкам с разделкой кромок и к электрозаклепкам прилагать усталостную нагрузку, поскольку расчет таких швов не поддерживается и результаты будут неточными. Также при вычислениях не учитываются изменения механических характеристик металлов, возникающие вследствие воздействий остаточных напряжений и температурных режимов.

Инструменты для контроля размеров сварных швов

Геометрические параметры сварочных соединений определяются с помощью специальных инструментов, позволяющих с минимальными погрешностями измерить основные показатели и характеристики, выполненных технологией сваривания конструкций.

Как найти длину шва трубы

К числу таких инструментов принадлежат типовые шаблоны, универсальные устройства и измерители, принцип действия которых состоит на замерах одного конкретного параметра.

У каждого профессионального сварщика должен быть в наличии набор измерительных инструментов для проведения замеров для предварительных расчетов перед процессом сваривания, а также определения качества шва готовой конструкции.

Интересное видео

Методика расчета сварных соединений

Сварка является самым простым из всех существующих сегодня способов соединения металлических заготовок. Технология дает возможность получать прочные и надежные соединения.

Она востребована в создании металлоконструкций разного уровня сложности, в укладке трубопроводов, строительстве, машиностроении и других отраслях. Характеристики сварных соединений зависят от множества факторов.

Наиболее значимые из них: толщина заготовок, условия выполнения работ, расходные материалы, оборудование, состав металла. Чтобы предварительно определить, насколько прочным получится соединение, нужно расчет сварного шва.

Он делается, как правило, в процессе проектирования и позволяет правильно выбрать материалы для выполнения конкретного вида операций. Предварительные вычисления необходимы для того, чтобы добиться нужного запаса прочности конструкции. Таким образом достигается нужная степень надежности готовых изделий.

Методика расчета

Существуют разные варианты сцепления металла. Расчет сварных соединений для каждого из них выполняется отдельно. В зависимости от пространственного расположения свариваемых деталей различаются и сварные соединения. Соответственно они могут быть:

  • угловыми. Соединяемые заготовки одна по отношению к другой располагаются перпендикулярно. Чтобы конструкция получилась максимально прочной, следует определить предельные усилия, которые будут воздействовать на швы;
  • стыковыми. Заготовки располагаются в одной плоскости таким образом, что одна из них является продолжением другой. Свариваются торцы деталей. Такой вариант соединения принято считать оптимальным, так как он характеризуется минимальными показателями напряженности на стыке. Шов может быть косым или прямым;
  • внахлест. Плоскости соединяемых заготовок перекрывают одна другую. Такая технология лучше всего подходит для соединения деталей, толщина стенок которых не превышает 5 мм. Также метод используется в ситуациях, если требуется укрепить сварной шов;
  • тавровым сварочным швом. Внешним видом очень похожи на угловые. Детали по отношению одна к другой тоже располагаются под углом в 90 градусов, но соединяются торцами. Такие виды стыков достаточно востребованы и часто используются. Среди основных достоинств методы – простота исполнения, надежность и экономичность. К тому же, используя специально разработанные методические указания, по тавровому соединению несложно выполнить расчеты с безупречной точностью.

Итак, пришло время детально рассмотреть методику расчета сварного шва. Специалисты вывели специальные формулы, которые упрощают выполнение необходимых вычислений. Помимо этого, в сети Интернет есть специальные программы. Они находятся в свободном доступе. От пользователя требуется только ввести нужные параметры, чтобы получить точный результат.

Исходные параметры для вычислений

Чтобы при расчете погрешность исключить или хотя бы свести к минимуму, нужно определиться с параметрами, которые окажут влияние на прочность стыка. Процесс сжатия и растяжения металла рассчитывается при помощи формулы

Читайте также:  Как сделать меч из дерева своими руками

где:

  • Yс – коэффициент, отражающий условия, которые преобладают на рабочем месте. Данный показатель общепринят и отражен в справочных таблицах. Достаточно найти нужный показатель и подставить его в формулу;
  • Rу – индекс, обозначающий сопротивление металла с учетом предела его текучести. Отражен в справочных материалах сварщика;
  • Ru – еще один показатель сопротивления металла, который несложно найти в таблицах;
  • N – максимально допустимая нагрузка на сварочный шов;
  • T – наименьшая толщина стенок свариваемых заготовок;
  • Максимальная длина сварного стыка. При вычислениях данный параметр следует уменьшить на 2t;
  • Rwу – сопротивление, зависящее от предела прочности соединения.

Когда сваривать приходится разные металлы, то значения Ru и Ry берутся того материала, прочность которого меньше. точно так же поступают и в случаях, когда выполняются расчеты сварочного шва на срез.

Проектирование металлоконструкций осуществляется с учетом требований по безопасности сварного соединения, его способности выдерживать определенный уровень нагрузок стабильности соединенных с их помощью элементов.

В случаях, когда для создания металлоконструкции необходимо наложить несколько сварных соединений, то важно грамотно их расположить. Важно, чтобы нагрузка при сварке была распределена равномерно между всеми стыками.

Определить параметры можно путем математических вычислений. В случае, когда полученный результат будет неудовлетворительным, то в конструктив следует внести изменения и рассчитать снова.

Расчет изделий с угловым стыком

Определение допустимой длины сварного соединения на отрыв выполняется с учетом силы, направленной к центру тяжести. При подсчетах такого рода выбирается сечение с высокой степенью опасности. Показатели рассчитываются по формуле:

Каждый из показателей формулы влияет на прочностные характеристики шва, вне зависимости от вида свариваемых металлов. Условные обозначения:

  • N – максимальное значение силы, которая оказывает давление на стык;
  • ßf, ßz – коэффициенты, которые берутся в справочных таблицах и не зависят от типа свариваемых металлов. В большинстве своем ßz = 1, а ßf = 0,7;
  • Rwf – показатель, отражающий сопротивление срезу. Определен справочными материалами. Проще всего найти в таблицах ГОСТа;
  • Rwz – сопротивление по линии стыка. Значения берутся из справочной таблицы;
  • Ywf – коэффициент, зависящий от сопротивления материала. К примеру, если для металла этот показатель составляет 4200 кгс/см², то поправочный коэффициент составит 0,85;
  • С – еще один коэффициент, обозначающий условия рабочей среды. Как и большинство значений, определяется по справочным таблицам;
  • Kf – толщина сварного шва по линии сплавления;
  • Lw – общая длина стыка, уменьшенная на 10 мм.

Расчет стыков, выполненных внахлест

При вычислениях важно учесть пространственное положение и тип сварного соединения. Ведь при сваривании внахлест стыки могут быть и угловыми, и фланговыми, и лобовыми.

Расчеты дают возможность получить данные по минимально допустимой площади сечения и проектной прочности линии соприкосновения. При вычислении площади сварного соединения за основу принимается наименьшая высота условного треугольного стыка.

Для ручной сварки при условии, что катеты равны, данный коэффициент будет составлять 0,7.

Если сварочные работы выполняются автоматическими или полуавтоматическими аппаратами, то глубина прогрева материала будет большей. Поэтому показатели следует брать в справочных таблицах.

Длина сварочного шва в зависимости от массы металла

Длина сварного соединения определяется по формуле, определяющей соотношение массы наплава на один метр стыка: L = G/F × Y, где

  • L – длина самого шва;
  • G – вес наплава;
  • F – площадь сечения;
  • Y – удельный вес присадочного материала.

В результате вычислений будет получен коэффициент, который следует умножить на длину катета сварного шва.

Чтобы вычисления выполнять правильно, следует попрактиковаться. Важно понимать, что точный результат не дает возможности получить ни одна формула.

Поэтому приобретать расходные материалы желательно с небольшим запасом. Это примерно 5-7% от общего количества. Правда, иногда получается и сэкономить присадку.

Но такое случается нечасто и к тому же при условии, что у сварщика за плечами большой опыт выполнения аналогичной работы.

Порядок расчета сварных стыков

Чтобы вычислить нагрузку, которую сможет выдержать сварное соединение, следует внимательно отобрать исходные данные. Предотвратить или хотя бы минимизировать вероятность ошибки при вычислениях можно при условии соблюдения алгоритма работы:

  1. Максимально точно определить размеры, форму и пространственное расположение сварного соединения.
  2. Опасное сечение необходимо повернуть в сторону контактируемой со сварным стыком площади. Этот прием актуален в случаях, когда плоскость стыка на исследуемой конструкции не соответствует проектному сечению. После поворота образуется новое расчетное сечение с более благоприятными параметрами.
  3. После этого вычисляется новый центр масс, который образовался в результате поворота сечения.
  4. Следующим шагом станет перемещение внешней нагрузки в предопределенный центр масс.
  5. Настало время определить расчетное значение нагрузок, которые воздействуют на сечение. А именно – крутящего и изгибающего момента, усилий поперечной и продольной направленности.
  1. После того, как найден модуль напряжения, следует определить точку, на которую воздействуют самые высокие нагрузки. Именно в такой точке все внешние силы работают одновременно, что дает возможность определить их суммарное значение. Это тот максимум, который будет воздействовать на сечение.
  2. Определяется максимально допустимое усилие, которое может воздействовать на шов без каких-либо последствий: деформации, разрушения и т.п.
  3. На завершающем этапе сравниваются показатели допустимого и максимального фактического значений. В результате определяется расчетное сопротивление сварочного шва и его оптимальные размеры, которые необходимы для сопротивляемости нагрузкам.

Только так можно рассчитывать на полноценную и безопасную эксплуатацию будущей металлоконструкции. Для контроля можно выполнить проверочные расчеты. Желательно, чтобы ими занялся другой специалист, что повышает объективность полученного результата.

Прочность сварного шва будет достоверной и соответствующей расчетам только в том случае, если соблюдаются технология формирования соединений. Тем не менее стыки рассчитывать следует в любом случае. Только точно установленные параметры и векторы нагрузок обеспечивают прочное и надежное сварное соединение.

Дефекты, возникающие в результате неправильных расчетов

Прежде всего, нужно твердо усвоить, что теоретический расчет угловых, тавровых, нахлесточных или стыковых швов и практическая надежность, равно как и срок службы металлоконструкции являются звеньями одной цепи. Эти факторы тесно взаимосвязаны между собой.

К примеру, если вычисления сделать кое-как или же проигнорировать вовсе, то последствием подобного шага станет кратное увеличения риска образования дефектов сварного соединения. Как результат – снижение срока службы, надежности или функциональности металлоконструкции.

Наиболее часто возникают дефекты такого характера:

  • подрезы. Они представляют собой канавки, которые образуются по линии соединения или возле нее. Приводят к быстрому разрушению стыка;
  • поры. Визуально заметить их невозможно (кроме поверхностных). Образуются из-за проникновения газов, которые являются побочным продуктом плавления металла и электрода;
  • непровары. Результат недостаточного прогрева стали, вследствие чего на стыке образуются пробелы;
  • сторонние включения. Очень опасная ошибка, которая приводит к существенному снижению прочности сварного шва. Со временем в месте содержания примесей возникают трещины;
  • горячие или холодные трещины. первый тип дефекта образуется в результате нарушения технологии выполнения сварочных работ. Самый простой пример – неправильный подбор расходных материалов. Холодная трещина является результатом окисления металла и возникает после его остывания.

Вычисления по формулам помогают избежать брака в работе. Они позволяют создавать качественные сварные соединения, выдерживающие большие нагрузки во время эксплуатации металлических конструкций.

Калькуляторы сварочных швов

Необходимые расчеты можно выполнить, не имея на то каких-либо навыков.

Для этого существуют специализированные калькуляторы, позволяющие вычислить параметры стыковых, точечных или угловых соединений; рассчитать оптимальную длину сварного шва.

С помощью такого калькулятора несложно проверить все существующие сегодня стыки с разными силовыми нагрузками и направленностью прилагаемых усилий.

Математические расчеты помогут выбрать оптимальный для конкретной конструкции тип и размер сварного шва, точно определиться с металлом и расходными материалами. При помощи расчетов можно безошибочно определить геометрию сварного соединения и проверить степень его прочности.

Не рекомендуется для точечных соединений, электрозаклепок и стыков с разделкой кромок использовать значения усталостной нагрузки.

Расчет для таких видов швов не поддерживается и полученные результаты будут весьма приблизительными.

Еще следует иметь ввиду, что при вычислениях не принимаются во внимание изменения характеристик металлических заготовок, которые имеют место в результате изменения температуры и возникновения остаточных напряжений.

Контроль размеров сварных швов

Для контроля и определения фактических геометрических параметров сварных стыков применяются специальные инструменты. Они дают возможность точно измерить характеристики и показатели соединений, выполненных методом сваривания. Набор инструментария включает шаблоны и ряд измерителей, которые «заточены» под определение конкретного параметра.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector