2.6 Розрахунок зварних швів на міцність.

При проектуванні зварної конструкції, що складається з основи, накладок, стінки та ребер, міцність їх визначається на підставі розрахунків, які зводяться до визначення напруг, що виникають в елементах виробу при навантаженні. Існують два методи розрахунків:

1. По допустимим напругам.

2. По передільному стану.

По напругах, що допускаються, умови міцності мають вигляд:

де - напруга в небезпечному перетині

- напруга, що допускається

де n – коефіцієнт запасу міцності;

- межа текучості сталі.

Для сталі 09Г2 напруга, що допускається, складає:

(довідник)

тоді:

n=

Спосіб розрахунку по напругах, що допускаються, простий, визначення і n проводиться спрощено, без точного урахування умов роботи. Більш точний розрахунок, що враховує умови роботи, однорідність металу і ін. дає розрахунок по граничному стану. При розрахунку умова міцності має вигляд:

Де: N – розрахункове зусилля, Н

F – площа поперечного перетину, м2

R – розрахунковий опір матеріалу, Н/м2

m – коефіцієнт умов роботи.

Для зварювання кутових швів зі сталі 09Г2 при всіх способах контролю

(довідник)

Максимальне зусилля N для кутових швів визначається по формулі:

Де: к – товщина металу, мм к = 15мм = 0,015м

l – довжина шва, м l = 8684,2мм = 8,684м

- розрахунковий опір, Н/м2 Rс=24×10⁷ н/м²

N = 24×10⁷ × 0,015 × 8,684 = 3126, 24 ×10⁴ Н

Висновок. Зварна конструкція, що складаються з основи, накладок, стіни, ребер повинна витримувати зусилля в кутових швах, таврового з'єднання

N=3126,24 ·10⁴ Н, при подальшому збільшенні навантаження конструкція руйнуватиметься.

2.8 Дефекти зварних швів.

Зварні шви металевих конструкцій, місткостей, трубопроводів, резервуарів і так далі повинні задовольняти вимогам, викладеним в ГОСТах, технічних умовах, правилах Госгортехнадзора і в робочих кресленнях.

Основними вимогами, які пред'являються до зварних швів являються, : забезпечення зварним швам необхідної міцності, пластичності, ударної в'язкості, опірності проти утворення тріщин та ін.

Для виконання вказаних вимог зварні шви не повинні мати: дефектів, які призводять до зниження міцності і руйнування конструкцій.

Дефектами в зварних швах називаються відхилення від норм передбачених технічними умовами, ГОСТами: геометричні розміри зварних швів (висоту і ширину), їх герметичність, механічна міцність і хімічний склад наплавленого металу. Дефекти по характеру розташування в зварних швах бувають: зовнішні і

внутрішні. Зовнішні дефекти розташовуються на поверхні шва, а внутрішні в центрі і корені шва.

Оскільки конструкція, згідно теми, виготовляється ручним дуговим зварюванням, то і дефекти які можуть утворюватися можуть бути зовнішні і внутрішні.

До зовнішніх дефектів відносяться нерівномірність шва по ширині, угнутість, посилення шва, нерівномірність величини посилення по усій довжині і підрізи.

До внутрішніх дефектів відносять непровари, пропалення, тріщини, газові пори, неметалеві (шлакові) включення.

Нерівномірність шва по ширині утворюється із-за недостатньої уважності електрозварника під час зварювання, із-за нерівномірних коливань електроду у поперек шва або переміщення уздовж зварюваних кромок.

Зайва угнутість шва утворюється від застосування великої величини зварювального струму при великій швидкості зварювання.

Неоднакова величина посилення по усій довжині шва залежить від нерівномірної швидкості переміщення електроду уздовж зварних кромок і від величини прихваток. Чим рівномірніше буде швидкість переміщення електроду і чим менше будуть прихватки, тим постійніша буде величина посилення по усій довжині шва.

Підрізом називається зменшення перерізу товщини основного металу в місці його переходу до посилення зварного шва. Підріз є дефектом, який утворюється при зварюванні в будь-якому положенні шва. Він зменшує поперечний переріз зварного з'єднання і викликає концентрацію напруги.

Причинами утворення дефектів є: неправильний кут нахилу електроду, великий струм, затримка електроду на кромках, велика довжина дуги і невідповідність діаметру електроду.

Пропалення утворюються через повну відсутність кромок зварюваного виробу і наявності великого проміжку між кромками, а також великої величини зварювального струму і нерівномірної швидкості зварювання.

Непроваром називається місцевий недостатній сплав основного металу з металом електроду, що розплавляється, і не сплав між окремими валиками. Не провар утворюється із-за неправильної підготовки кромок і зборки зварних елементів під зварювання - малий кут оброблення кромок, мала величина проміжку, велика величина притуплювання і зміщення кромок, недостатня величина зварювального струму, низька напруга на дузі, неправильний кут нахилу електроду, наявність бруду, окалини, шлаку і іржі на поверхні зварних кромок.

Тріщини виникають як в шві, так і в основному металі. Вони можуть бути холодними і гарячими. Тріщини охолодження металу, що утворюються потім, називаються холодними. По характеру розташування тріщини бувають поперечні і подовжні, розмірами від невидимих до декількох міліметрів завширшки і декількох сантиметрів в довжину.

На утворення тріщин впливають:

1. хімічний склад і структура основного металу ;

2. товщина зварюваного металу;

3. порушення технології і неправильний підбір режимів зварювання;

4. температура довкілля - чим нижче температура, тим більше вірогідність

утворення тріщин.

Газові пори бувають мікроскопічні до 2-3 мм діаметрі. Утворюються із-за поганого очищення кромок зварюваного виробу бруду, іржі, окалини, масла, вологи, великої довжини дуги і невідповідності полярності струму.

Неметалеві включення в зварному шві виникають з-за поганого очищення місць під зварювання, поганої якості електродів і неправильного режиму зварювання.

Ступінь впливу дефектів на міцність зварних конструкцій залежить від форми, розмірів, глибини залягання дефекту, а також температури, при якій конструкція працювала.