4.5. Розрахунок кутових швів. Геометричні характеристики швів

Кутові шви роблять у кутах, утворених гранями з'єднуваних елементів. Вони працюють в умовах складного напруженого стану (розтяг, стиск, згин, зріз). Але незалежно від фактичної роботи всі кутові шви умовно розраховуються тільки на зріз, так як основною деформацією в них є зсув.

Розрахунок ведуть по двом розрахунковим перерізам:

1. по металу шва (МШ) – площина зрізу проходить по металу шва;

2. п о металу межі сплавлення (ММС) - площина зрізу проходить по металу межі сплавлення.

П окажемо площину зрізу шва, по якій відбувається руйнування шва.

П лощина зрізу шва є прямокутник з розмірами:

Залежно від розрахункового перерізу площа шва рівна:

A_wf= _fk_f l_w (по МШ);

A_wz= _zk_f l_w (по ММС),

де індекс “f” означає, що характеристика відноситься до перерізу по МШ (крім k_f – однаково для обох перерізів);

“z” – до перерізу по ММС,

 - коефіцієнт глибини проплавлення шва, залежить від виду зварювання і встановлюється за СНиП;

k_f – катет кутового шва рівний катету вписаного прямокутного рівнобедреного трикутника;

 · k_f – товщина кутового шва;

l_w – розрахункова довжина шва, яку приймають меншою від дійсної довжини на 10 мм за рахунок непроварювання та кратеру на кінцях шва.

Розглянемо розрахунок кутових швів при різних напружених станах.

Р озрахунок кутових швів на осьову силу.

Умова міцності кутового шва:

N N

по МШ _wf =  =   R_wf _wf _c ;

A_wf _f k_f l_w

N N

по МMC _wz =  =   R_wz _wz _c ;

A_wz _z k_f l_w

де R_wf – розрахунковий опір кутового шва зрізу по МШ (табл.56 СНиП); залежить від типу електрода або марки зварювального дроту;

R_wz – розрахунковий опір кутового шва зрізу по ММС

R_wz =0,45R_un ;

R_un – межа міцності сталі з'єднуваних елементів;

_wf , _wz – коефіцієнти умов роботи шва (за СНиП);

_с – коефіцієнт умов роботи з'єднання (за СНиП);

l_w – розрахункова довжина шва; в даному випадку l_w = 2(а-10 мм).

Кутовий шов характеризується катетом k_f та розрахунковою довжиною l_w. Задача розрахунку полягає в обчисленні цих значень. Задаючись катетом k_f в межах k_f,_min  k_f  k_f,max, можна визначити необхідну розрахункову довжину:

N

l_w =  - по МШ ;

_f k_f R_wf _wf _c

N

l_w =  - по ММС .

_z k_f R_wz _wz _c

В результаті приймається більше значення l_w.

Якщо відома розрахункова довжина, то можна визначити необхідний катет:

N

k_f =  - по МШ ;

_f l_w R_wf _wf _c

N

k_f =  - по ММС .

_z l_w R_wz _wz _c

В результаті приймається більше значення k_f.

Практично дозволяється обмежуватися розрахунком швів лише по одному менш міцному перерізу (або по МШ, або по ММС). Для цього попередньо необхідно знайти добуток:

R_wf · _f i R_wz·_z .

Якщо R_wf _f < R_wz _z – розрахунок дозволяється виконувати тільки по МШ.

Якщо R_wz _z < R_wf _f – по ММС.

В інженерних розрахунках часто зустрічаються випадки прикріплення несиметричних профілів, наприклад кутиків до фасонки.

Прикріплення асиметричних профілів до фасонки повинно забезпечити співпадання рівнодіючої зусиль, що передаються швами, з нейтральною віссю профілів.

Для кутика площі перерізів швів біля обушка та біля пера повинні розподілятися обернено пропорційно відстаням від цих швів до осі кутика. Оскільки обушок знаходиться на меншій відстані від осі кутика, ніж перо, то площа перерізу шва біля обушка повинна бути більшою, ніж біля пера.

Таким чином, якщо в стержні з двох кутиків діє зусилля N, то шов біля обушка одного кутика сприймає зусилля N_c=L_с·N/2, а шов біля пера N_t=L_t·N/2,

де L_с i L_t – коефіцієнти перерозподілу зусилля відповідно на шов біля обушка та шов біля пера;

індекс “с” означає належність характеристик до шва біля обушка, а “t” – до шва біля пера.

b-z₀ z₀

L_c=  ; L_t=  .

b b

Враховуючи, що ці відношення для сортаментних кутиків практично постійні, можна прийняти:

- L_c= 0,7; L_t=0,3 (рівнобокі кутики);

- L_c=0,68; L_t=0,32 (нерівнобокі кутики, приєднані більшими полицями);

- L_c=0,75; L_t=0,25 (нерівнобокі кутики, приєднані меншими полицями).

Конструктивні вимоги до кутових швів.

Довжина кутового шва, отримана за розрахунком, називається розрахунковою. Вона повинна бути кратною 10мм.

Довжина шва, яка вказується на кресленнях металоконструкцій, називається конструктивною. Вона дорівнює розрахунковій +10мм на непроварювання і кратер.

Розрахункова довжина повинна задовольняти умові: l_{w, min}  l_w  l_{w, max} ,

де l_{w, min} = 40 мм або 4 k_f ;

l_{w, max} = 85 _f k_f .

Е пюра  вздовж кутового шва реально має вигляд:

Кінці шва перенапружені, середина недонапружена. При l_w > l_{w, max} середня частина шва виключається з роботи, а кінці шва втрачають міцність, що недопустимо. Це обмеження не стосується кутових швів, в яких зусилля діє по всій довжині (наприклад, поясні шви складених балок).

l_w,min введене для запобігання концентрації зварних напружень.

Катет кутового шва приймається кратним 1 мм і повинен бути:

k_{f, min}  k_f  k_{f, max} .

k_{f, min} – визначається за вимогами СНиП (табл.38);

k_f,max залежить від типу зварного з'єднання.

При з'єднаннях елементів впритул

k _f,max= 1,2 t_min ,

де t_min – менша із товщин з'єднуваних елементів (t₁ або t₂).

П ри напусткових з'єднаннях з обрізними кромками k_f,max обмежується товщиною елемента t: k_{f, max} = t.

У прокатних профілях:

Шов біля обушка – приклад з'єднання впритул, тоді k_{fс, max} = 1,2 t_min (де t_min – менша з товщин: t_а або t_р).

Шов біля пера – приклад напусткового з'єднання, при цьому:

t_a  6 мм k_{ft, max} = t_a – 1мм;

t_a = 7…16 мм k_{ft, max} = t_a – 2мм;

t_a > 16 мм k_{ft, max} = t_a – 4мм.

Це пов’язано з тим, що внутрішня кромка пера має певний радіус заокруглення і покласти шов на повну товщину t_a практично не вдається.