Розрахунок зварних з’єднань на міцність

Основною умовою при проектуванні зварних конструкцій деталей є забезпечення рівноміцності зварних швів та з’єднуваних елементів деталей. Згідно з цією умовою залежно від розмірів та взаємного розміщення зварних деталей встановлюють відповідні розміри швів для даного з’єднання.

У більшості випадків на практиці розміри зварних швів та тип їх визначаються за формою та конструкцією деталей. Тому розрахунок зварних з’єднань в основному виконують як перевірний. Надалі при викладенні методів розрахунків допускається, що якість виконання швів задовольняє відповідним технічним нормам.

Розрахунок стикового шва

Розрахунок стикового шва розглянемо на прикладі стикового з’єднання. Стикове з’єднання розраховують на міцність за номінальними напруженнями без урахування підсилення швів (місцевого наплавлення металу) і за тими самими умовами, що й для суцільних елементів деталей.

Якщо на прямий чи косий стиковий шов діє тільки зусилля, яке його розтягує або стискає (рис. 6), умова міцності має такий вигляд

Рисунок 6. Розрахункова схема для визначення розмірів стикового шва

;

де – напруження розтягу у шві; – осьова сила, що навантажує з’єднання; – товщина та ширина з’єднуваних елементів відповідно;

– припустиме напруження розтягу (стиску) матеріалу шва.

Концентрація напружень, що виникає при якісно виконаних стикових швах, у більшості випадків незначна . Для швів із знятим механічним способом підсиленням .

Якщо на стиковий шов діє тільки момент згину, умова міцності має такий вигляд

;

де – момент опору згину для прямокутного перерізу, якщо конструктор доцільно зорієнтував з’єднання відносно моменту згину (більша сторона b прямокутника – небезпечного перерізу шва лежить у площині дії моменту);

– припустиме напруження згину матеріалу шва.

Якщо на стиковий шов діє зусилля і момент згину, умова міцності набуває вигляду

;

«+ » – для зусилля розтягу; « – » – для зусилля стиску.

Розрахунок кутового шва

У напускних з’єднаннях кутові шви умовно розраховують на зріз за найменшим перерізом, який знаходиться на площині, що проходить по бісектрисі прямого кута у поперечному перерізі шва, де розрахункова висота кутового шва .

Р исунок 7. Розрахункова схема для визначення розмірів кутового шва

Для напускних з’єднань, навантажених відповідно із схемами (рис. 7 а – в) умову міцності швів записують у вигляді

;

де – розрахункове напруження зрізу;

– сила, що навантажує з’єднання;

– катет кутового шва; – довжина швів;

– припустиме напруження зрізу матеріалу шва.

Допустимі напруження для зварних з’єднань

Різноманітність факторів, що впливають на міцність зварних з’єднань, а також наближеність та умовність розрахункових формул обумовлюють потребу експериментального визначення допустимих напружень.

Норми допустимих напружень беруть з урахуванням конкретних якісних показників зварювання та характеру навантаження швів.

Допустимі напруження для зварних швів назначають у частках від допустимого напруження розтягу для основного металу у таблиці наведені дані для визначення допустимих напружень.

Таблиця. Допустимі напруження для зварних швів при статичному навантаженні

Вид технологічного процесу зварювання	Припустиме напруження у швах
	При розтягу	При стиску	При зрізі
Автоматичне під флюсом та ручне електродами Э42А та Э50А. Контактна стикова.
Ручне дугове електродами Э42 та Э50.
Контактна, точкова та шовна	–	–

Примітка. Припустиме напруження розтягу для основного металу

;

де – коефіцієнт запасу міцності, =1,35...1,60 для вуглецевих та =1,50...1,70 для низьколегованих сталей.