Лабораторна робота № 7 Розрахункові зусилля в конструкціях з різного типу та виду зварних з’єднань сталей при ремонті

Мета роботи: Навчитися проектувати та розраховувати зусилля зварних з’єднань в залежності від товщини

Напруження в зварному шві встик, що працює на розтяг або стиск (табл. 6.2) визначаються за формулою

(7.1)

де - зусилля, сприймається зварним швом; - найменша товщина з'єднувальних деталей; - розрахункова довжина шва рівна при наявності вивідних планок ширині стикуючих деталей, при їх відсутності зменшується на 1 см.

Інші позначення наведено в табл. 7.1.

При візуальних способах контролю такий шов, не є рівно міцним з основним металом (табл. 7.1.) так як ( - розрахунковий). В цьому випадку шов не є рівноміцним (див. табл. 6.2), який є більш трудомістким через складність підгонки деталей і збільшення довжини шва.

Напруження в косому шві встик при розтягу або стиску рівні

(7.2)

В шві виникають зручні напруги, які перевіряються за формулою

(7.3)

Косі шви з закладення 1:2 рівноміцні з основним металом і не вимагають перевірки.

При дії на з’єднувальний зварний шов елементи згинаючого моменту М напруги в шві рівні:

(7.4)

Тут момент опору зварювального шва Wш дорівнює моменту опору основного перерізу. Якщо згинаючий момент діє на з'єднання спільно з нормальною силою, то напруги в стиковому шві перевіряються за формулою

(7.5)

Таблиця 7.1 Розрахунковий опір зварних з’єднань

Зварні з'єднання	Напружений стан	Позначен-ня	Розрахунок пружності в кгс/см2 зварних з'єднань в конструкціях з сталі класу
			С38/23	С44/29	С46/33	С52/40	С60/45	С70/60	С85/75
Встик Кутові шви Встик	Стиснення Розтягнення а)автоматична зварка; напівавтоматична и ручна зварка з фізичним контролем якості		2100 2100 (2600)	2600 2600 (3000)	2900 2900 (3100)	3400 3400	3800 3800	4400 4400	5300 5300
	б)напівавтоматична і ручна зварка		1800	2200	2500	-	-	-	-
	Зріз		1500	1800	200	2200	2400	2800	3400
	Зріз		1300	1500	1700	200	2300	2600	3100

Примітки: 1. В дужках вказані розрахункові опору розтягнення зварних з'єднань встик, експлуатація яких можлива і після досягнення металом межі плинності.

2. Зварні з'єднання всіх видів повинні піддаватися візуальному контролю якості швів (зовнішній огляд, вимірювання швів), а фізичний контроль якості шва (рентгено та гаммаграфія, ультразвукова дефектоскопія, магнітографічний спосіб) є доповненням до візуальному.

3. Для елементів зі сталі різних класів розрахунковий опір зварювального з'єднання встик приймається рівним розрахунковому опору з'єднання встик з менш міцної сталі.

4. Розрахункові опору зварних з'єднань встик встановлені для швів, виконаних двостороннього зварювання або односторонній з підваркою кореня шва.

5.При застосуванні в з’єднаннях елементах конструкцій прокату більш товстого, ніж зазначено в додатку V, розрахункові опору зварних з'єднань встановлюються у відповідності з розрахунковими опору основного металу.

При роботі з'єднання встик на зріз дотичних напруги в зварному шві рівні:

(7.6)

де Q - поперечна сила; I,S - момент інерції і статичний момент опору шва; - найменша з товщини поєднуються елементи.

При дії згинального моменту і поперечної сили на cтикові з'єднання напруги в шві перевіряються за формулою

(7.7)

де - нормальні напруги від вигину, що визначаються за формулою (7.4); - середнє дотичне напруження від зрізуючої сили Q, визначений з умови рівномірного розподілу напружень по перетину.

Кутові шви. Флангові кутові шви сприймають поздовжнє зусилля і працюють на зріз (табл. 6.2, б). Напруження по довжині шва розподіляються нерівномірно. Найбільші дотичних напруги виникають на початку і наприкінці шва, до середини шва напруги вирівнюються. Якщо зусилля не передається по всій довжині шва, то довжина шва не повинна перевищувати інакше шов повністю не включиться в роботу.

Відносно напруги в кутовому фланговому шві приймаються рівномірно розподіленими по довжині шва

(7.8)

де - товщина кутового шва, які приймаються рівною катетів вписаного рівнобедреного трикутника; - коефіцієнт, прийнятий рівним 1 для однопрохідного; 0,9 - для двох прохідної автоматичної зварки 0,85 - для однопрохідної, 0,8 - для двох і трьох прохідної напівавтоматичної зварок; 0,7 - для ручного зварювання, а також для богатопрохідної автоматичної і напівавтоматичної зварок; - розрахунковий опір кутового шва на зріз; - повна довжина шва, якщо його початок і кінець виводяться на підкладки в інших випадках; -1-10 мм.

При прикріплені кутовими швами несиметричних профілів зусилля між зварними швами розподіляється назад пропорційно відстані від центру ваги до зварювального шва. Так, при прикріплені рівно стикових кутів нерівно стильових малої чи великої полиць зварні шви на обушке сприймають 0,7; 0,75;0,65 чинного зусилля відповідно. Остання частина зусиль сприймається зварними швами у пера.

Лобові кутові шви сприймають повздовжнє зусилля і розраховуються умовно на зріз. В дійсності ці шви знаходяться в складному напруженому стані, працюючи на вигин, розтяг (стиск) і зріз у зв'язку з викривлення силового потоку в місці з'єднання.

Відносно напруги в лобовому шві перевіряються за формулою (6.8). При роботі з'єднання з кутовими швами на згині напруги по поверхні зрізу рівні:

(7.9)

Тут Wш - момент опору зварювального шва визначається за формулою, що з’єднує шов товщиною якого приймається рівною ( ).

Кутові шви при одночасній дії зрізаючих напружень у двох напрямках розраховується на рівно дію цих напружень

(7.10)

Комбіновані з’єднання. В комбінованому поєднанні є різні види швів (стикові, кутові), які працюють спільно (табл. 6.2, е). Умовно прийнято, що напруження в швах розподіляється рівномірно по поверхні зрізу

(7.11)

де - сумарна розрахункова довжина шва в з’єднанні.

В сполуках з стиковими швами і накладками напруги в стикових швах і в накладку приймається однаковими.

(7.12)

де - площа перерізу з’єднуваних деталей (площа стикового шва); - сумарна площа перерізу накладок в розглянутому перерізі.

В залежності від зусилля в накладки визначається довжина зварних кутових швів з формули (7.11)

(7.13)

При роботі зварного з'єднання на вібраційні навантаження розрахунковий опір зварювального шва помножується на коефіцієнт зниження напружень при вібраційному навантаженні .

Розрахункові опору зварних швів залежать від виду з'єднання, напруженого стану та класу сталі. Наведені в табл. 7.4 розрахункові опору зварних швів відповідають з'єднанням, виконаним дво-або односторонньої зварюванням з підваркою кореня шва. Якщо в сполуках встик підварку кореня шва здійснити неможливо, розрахункові опору знижуються на 30%.

При звичайних методах контролю, до яких відноситься зовнішній огляд 100% швів, несуча здатність зварного з'єднання при розтягу приймається рівною = 0,85 R, де R - розрахунковий опір основного металу.

Рівноміцність зварювального з'єднання з основним металом гарантується при фізичних методів контролю, до яких відносяться рентгено-і гамма-просвічування, ультразвукова дефектоскопія, магнітографічні способи та ін.

Для всіх конструкцій, за винятком тих, шви яких піддаються фізичним способів контролю, провадиться вибіркова перевірка якості швів ультразвуком або засвердленням.

В листових конструкціях, призначених для зберігання газу або рідини, контролюється щільність зварних швів гасом, вакуумом або хімічними методами. Якщо судини працюють під тиском, то крім щільності швів перевіряється їх міцність гідравлічним або повітряним тиском.

Застосування методів контролю зварних з'єднань має обумовлюватися в проекті.

Конструктивні вимоги. Проектуючи зварні з'єднання, необхідно забезпечувати можливість застосування механізованих способів зварювання. Застосування ручного зварювання повинно допускатися в основному при монтажі.

Катетів зварних швів призначаються рівними 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16 мм. Шви товщиною більше 8 мм є багато прохідним при ручній, більше 16 мм - при автоматичному і напівавтоматичному зварюванні. Слід застосовувати однопрохідну зварку, як менш трудомістку і більш якісну.

При зварюванні стикових швів електрошлаковою зваркою розмір шва не обмежується.

Найбільша товщина кутових швів не повинна перевищувати 1,2 меншою з товщин з’єднуваних елементів. При зварюванню прокатних профілів, що мають закруглені кромки, катетів зварних швів повинні прийматися у відповідності з табл.7.1.

Таблиця 7.1. Найменша товщина кутових швів вздовж кромок, що мають закруглення

Розположення шва	Товщина шва, мм
	4	6	8	10	12
У пера кутників при товщині полиці, мм	6	8	10	12	14
У полиць двотаврів	До № 14	№ 16-27	№ 30-40	№ 45	№ 50-60
У полок швелерів	До № 12	№ 14-27	№ 30	№ 36-40

При зварці в тавр (табл. 6,2, д) для забезпечення повного провару без обробки кромок катетів шва приймається рівним hш=0,8 б.

Мінімальна товщина шва, що задовольняє конструктивним і розрахунковим вимогам, приймається за табл. 7.2.

Таблиця 7.2. Мінімально можливі товщини швів

Товщина більш товстого з зварюваних елементів, мм	До 10	11-20	21-30	31-50	50
Катет шва для вуглецевих сталей	4	6	8	10	12
Катет шва для низколегованих сталей	6	8	10	12	-

Мінімальна довжина кутового шва повинна бути не менше 40 мм або hш. Довжина кутового шва повинна бути не більше 50hш. Якщо зусилля передається на всьому протязі шва, то його довжина не обмежується.

Застосування переривчастих швів допускається тільки при статичних навантаженнях для невідповідальних конструкцій (майданчики, настили, ребра в настілах, обшивки). Відстань між ними в стиснутих елементах повинно бути не більше 15 товщин найбільш тонкого елемента, а в розтягнутих - не більше 30.

Не допускається перетин зварних швів в конструкціях, що працюють на динамічні навантаження. Стики з накладками можуть використовуватися при статичних навантаженнях. В цьому випадку шви у накладок не доводяться до осі стику на 25 мм. При динамічних навантаженнях з'єднання листових деталей допускається тільки встик. Початок і кінець шва виводяться на підкладки.

Якщо різниця в товщині складає більше 4 мм або 1/8 товщини більш тонкого листа, то в товстому листі влаштовується скос з ухилом 1:5.

Відстань між паралельними швами має бути не менше 10 товщини основного елементу.

При статичних навантаженнях допускається будь-яка форма зварювального шва. При динамічних навантаженнях поверхня шва повинна бути ввігнутою зі співвідношенням катетів для лобових швів 1: 1,5, для флангових -1:1.

Вищевказані вимоги необхідно враховувати при конструюванні зварних з'єднань і вказувати на кресленні. Інші вимоги, що відносяться до конструюванню зварних з'єднань, наведені в розділах, присвячених розрахунку конструкцій.