15.2. Розрахунок зварних з’єднань

Критерієм роботоздатності зварних з’єднань є міцність, а загальною засадою проектування їх є умова рівноміцності шва і з’єднуваних деталей. За цією умовою залежно від розмірів та взаємного розміщення зварних елементів приймають розміри швів даного з’єднання.

Оскільки на практиці найчастіше розміри зварних швів та їхні типи визначаються залежно від форми та конструкції з’єднуваних деталей, то розрахунок цих з’єднань в основному виконують як перевірковий. Викладаючи методи розрахунку зварних з’єднань, зроблено припущення, що якість виконання швів задовольняє відповідні технічні норми

Розрахунок з’єднань впритик. Перевірковий розрахунок міц­ності зварних з’єднань із прямими та скісним швами:

на розтяг:

; (15.1)

на стиск:

; (15.2)

де – напруга розтягу у шві; – шві; F – сила навантаги у з’єднанні; , b – товщина та ширина з’єднуваних деталей відповідно; – допустимі напруги відповідно розтягу та стиску зварних з’єднань.

а б

в г

Рис. 15.6. Види кутових швів по відношенню до напрямку дії сили F

а б

в

ґ

Рис. 15.7. З’єднання контактним зварюванням:

а, б – розміщення точок; в – однозрізні точки;

г – двозрізні точки; ґ – швове (при ≤ 3 мм)

Якщо конструкція піддається дії змінних напруг, то допустимі напруги для основного металу множать на коефіцієнт ≤ 1, тобто

.

Рис. 15.8. Просторове розміщення зварних швів.

У конструкціях із маловуглецевих сталей:

. (15.3)

Якщо конструкція зі сталі Ст5, то

, (15.4)

де – ефективний коефіцієнт концентрації напруг;

або , де – мінімальні та – максимальні напруги, характеристики циклів змінних напруг у зварних з’єднаннях.

Верхні знаки у знаменнику формули (15.3) беруть для дотичних та нормальних напруг, якщо найбільшими за абсолютним значенням є напруги розтягу, а нижні – якщо напруги стиску. Якщо ж абсолютні значення нормальних напруг рівні, то можна брати або верхні або нижні знаки.

У разі одержання значень за формулами (15.3) чи (15.4) у розрахунках беруть . Таке може бути тоді, коли r > 0, а це означає, що для даного циклу напруг вирішального значеня набуває статична міцність, а не втома.

Практика експлуатації зварних з’єднань показує, що руйнування зварних з’єднань впритик за умови якісного виконання швів відбу­вається не по шву, а по перерізу з’єднуваних деталей в зоні термічного впливу, де в результаті нагрівання при зварюванні змінюються механічні властивості металу.

Розрахунок напусткових з’єднань. В цих з’єднаннях кутові (валикові) шви навантажені вісевими силами (рис. 15.6). Кутові фланґові (рис. 15.6, а) або лобові (мал. 15.6 б) шви розраховують на зріз за найменшим перерізом (найменшою площиною зрізу), який співпадає з бісектрисою прямого кута. Розрахункова висота шва h=а∙cos45^O ≈ 0,7∙a (рис. 15.3, а, в).

Умови міцності:

фланґових швів (рис. 15.6, а)

; (15.5)

лобових (рис. 15.6, б)

; (15.6)

комбінованих (рис. 15.6, в)

; (15.7)

де – розрахункова напруга зрізу у зварному шві; F – сила, яка навантажує з’єднання; а – катет кутового шва; l_ф, b – довжина флан­гового і лобового швів; – допустима напруга зрізу.