Работа сварного шва на растяжение

Работа сварного шва на растяжение thumbnail

Расчет сварных соединений, выполненных стыковым швом. Расчет стыкового шва, работающего на растяжение или сжатие, производится по уравнению:

image001_2_a259e76ecbb5fc9b3b94220c1ca0621c Расчет сварных соединений Задача,

где image002_4_c3aedcd14ec75688ed566041bb9d6742 Расчет сварных соединений Задача — длина шва, мм; s — толщина соединяемых элементов, мм; P — действующая нагрузка, Н; image003_4_ad94bea7f618a7dda10399f1f5888a3e Расчет сварных соединений Задача— допускаемое напряжение на растяжение или сжатие для сварного шва, Па.

Допустимая растягивающая или сжимающая сила:

image004_2_db43289352327f80ac5f1ac1686c3925 Расчет сварных соединений Задача

Расчет стыкового шва, работающего на изгиб осуществляется по формуле: image005_3_d626636a4e0d459c7c1b83e9a037006a Расчет сварных соединений Задача

где: М — изгибающий момент Н/мм; Wc – момент сопротивления расчетного сечения.

Напряжения, возникающие от изгибания момента М и растягивающей или сжимающей силы Р, определяются из выражения:

image006_4_4a33378a11c99217c86c809e362b3460 Расчет сварных соединений Задача
  

Расчет сварных соединений внахлестку. Сварные соединения внахлестку выполняются угловыми швами. Расчет угловых швов всех типов унифицирован и производится по единым формулам. Напряжение, среза определяется из уравнения

image010_4_23d51d0f469005bcc58cee51c537d374 Расчет сварных соединений Задача,

где Р — нагрузка, Н; image002_4_c3aedcd14ec75688ed566041bb9d6742 Расчет сварных соединений Задача — длина шва, мм; 0,7к — толщина шва в опасном сечении, см; image011_3_d8faf721206c8bf00a0cddb50f7801e5 Расчет сварных соединений Задача— допускаемое напряжение на срез для сварного шва, Па.

Допустимая (сдвигающая) нагрузка:

image012_3_ade6db330e5cf8fad47c07f52bb90887 Расчет сварных соединений Задача

При нагружении простого углового шва только моментом условие прочности шва на изгиб запишется так:

image013_4_71388179a719733e2c69f63737d88bad Расчет сварных соединений Задача,

где М — изгибающий момент, Н/мм; Wc — момент сопротивления опасного сечения шва.

При нагружении простого углового шва моментом М и продольной силой Р (рис 48, а) напряжение на срез составит

image014_4_f2e401e1d46ebbe70e1c9db4055e68c4 Расчет сварных соединений Задача,

где Fc = 0,7kl — площадь опасного сечения шва, мм2.

Комбинированные сварные швы применяются в том случае, селя про стой угловой шов (лобовой, косой, фланго вый) не обеспечивает необходимую прочность сварного соединения (рис. 49).

Условие прочности комбинированных швов, нагруженных моментом в плоскости стыка, при приближенном расчете выразится уравнением

image015_4_2438be35f3e3b311a672a4db073e2b23 Расчет сварных соединений Задача

 схемы угловых швов, комбинированного сварного шва 

а при уточненном расчете

image021_3_7a4fc15c6b89c9f74f84d8c588159668 Расчет сварных соединений Задача,

где ρmax — наибольший радиус от центра тяжести площади опасных сечений шва; image022_4_d2517527157e97edf3dea0b27d34d796 Расчет сварных соединений Задача — полярный момент инерции сечения шва.

Схема к расчету комбинированного сварного соединения при сложном нагружении

Рис.50. Схема к расчету комбинированного сварного соединения при сложном нагружении

Условие прочности комбинированных швов, нагруженных моментом М и сдвигающей силой Р в плоскости стыка (рис. 50), записывается следующим образом:

image024_4_18a6dab8cca7af9d1e49d8a1871816c1 Расчет сварных соединений Задача,

где image025_5_c1cbf6bb504921b6eefb04b8fd2132f1 Расчет сварных соединений Задача; image026_4_6fe3585b0a2f995404fb615838a0adb1 Расчет сварных соединений Задача

image027_5_07b820e40ab32e31f6a039d996346210 Расчет сварных соединений Задача,image028_4_339e5f0f2d2090e4e5606febe832ae4e Расчет сварных соединений Задача— длины флангового и лобового швов

Расчет пробочных, прорезных и проплавных соединений и соединений втавр. Прочность пробочных, прорезных и проплавных соединений, работающих обычно на срез, определяется формулой

image029_5_d76395be12a784c4a0035732fcabc9ac Расчет сварных соединений Задача

При выполнении соединений втавр без подготовки кромки соединяемых элементов допускаемая растягивающая нагрузка

image030_5_abb02ca3ee27ab627eb5fa211d0ce2a8 Расчет сварных соединений Задача

допускаемая сжимающая нагрузка

image031_3_deb71dc83395a29da9bb273f4ad0b972 Расчет сварных соединений Задача

При выполнении соединений с подготовкой кромок или автоматической сваркой с глубоким проплавом металла соединяемых элементов

image032_4_a68e1bb5fd95ba058e23282cedb67210 Расчет сварных соединений Задача

тавровое соединение

Рис. 51. Соединение в тавр Рис. 52. Схема к расчету таврового

без разделки кромок                       соединения

Условие прочности соединения втавр, выполненного стыковым швом при действии растягивающей силы Р и момента (рис. 51) запишется так:

image034_4_764590d18c193f1a8267fb79574986ea Расчет сварных соединений Задача

при выполнении угловым швом

image035_3_d500f5fa961f9cd2d6dc5ee646d2685d Расчет сварных соединений Задача

Условие прочности соединения втавр, нагруженного крутящим и изгибающим моментами (рис. 52)

image036_4_b50b8e976ce6bf9005db4e3b4d0110a5 Расчет сварных соединений Задача

image037_3_5c2f324e7e5928e5b2cc75863fee73ea Расчет сварных соединений Задачаimage038_4_97e63c0a4931c3f7908b2a4c35d286d5 Расчет сварных соединений Задача

Расчет соединений, выполненных контактной сваркой. При выполнении соединения стыковым швом расчетное сечение принимается равным сечению свариваемых элементов. При статической нагрузке стык принимают равнопрочным цельному металлу и поэтому на прочность не проверяется.

Читайте также:  Прочности при растяжении сопромат

Прочность соединений точечной сваркой, работающей в основном на срез (рис. 53),

image039_3_e29f0716ad3f1eb8dc76e5dae172cbcf Расчет сварных соединений Задача,

где z — число сварных точек; i — число плоскостей среза; d — диаметр сварной точки, мм.

Прочность соединений линейной сваркой (рис. 54)

image040_4_d19b4e46e7ce22482231d7f85104fb39 Расчет сварных соединений Задача,

где b — ширина линии сварки; image002_4_c3aedcd14ec75688ed566041bb9d6742 Расчет сварных соединений Задача — длина линии сварки, мм.

Прочность сварного шва встык оценивается коэффициентом прочности φ,

Соединение точечной сваркой

Рис.53 Соединение точечной сваркой

Соединение роликовой сваркой

Рис. 54 Соединение роликовой сваркой

т. е. отношением допускаемого напряжения сварного шва image043_4_6b6a5869921c6b06fec3c531417ecf82 Расчет сварных соединений Задача к допускаемому напряжению основного металла image044_4_20dadb8df9cbe16484a91cac600989dc Расчет сварных соединений Задача,

image045_4_acf474698022f1918900c3455f64d3d8 Расчет сварных соединений Задача

Расчетные значения коэффициентов прочности φ стыковых швов следующие:

— двусторонний, выполненный автоматической сваркой под слоем флюса — 1.00

— двусторонний, выполненный вручную с полным проваром — 0.95

— двусторонний, выполненный вручную с неполным проваром (в зависимости

— от относительной глубины провара) — 0.80

— односторонний на подкладке — 0.90

— односторонний без подварки и подкладок, продольный — 0.70

— односторонний без подварки и подкладок, поперечный (кольцевой) — 0.80

— внахлестку — 0.80

Расчету сварных котлов и других сосудов высокого давления. Расчет, сводится к определению толщины стенки s. Прочность сварных швов обеспечивается введением коэффициента прочности швов φ2

image046_3_dd082a0595995d3d1166c7fcc20a8f98 Расчет сварных соединений Задача,

D — диаметр сосуда, мм; р — давление в сосуде, Н/мм2; φ — коэффициент прочности шва; [σ]p — допускаемое напряжение растяжения, Н/мм2.

Выбор допускаемых напряжений. Допускаемые напряжения и сварных швах из мало — и среднеуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей при статической нагрузке можно выбрать по табл.7.1.

Допускаемое напряжение основного металла в металлических конструкциях выбирают с коэффициентом безопасности по отношению к пределу текучести: для низкоуглеродистых сталей при расчете по основным нагрузкам n=1,35 — 1,6, а по основным и дополнительным нагрузкам n=1,2 — 1,3; для низколегированных сталей соответственно 1,5 — 1,7 и 1,3 — 1,4. Нижние значения относятся к строительным и крановым конструкциям при легких режимах работы, верхние — к крановым конструкциям при тяжелых режимах.

Таблица 7.1. Допускаемые напряжения в швах сварных соединений

Вид сварки

Допускаемые напряжения на

растяжение image047_4_3b02a2962512826d10ecdd67cb714f30 Расчет сварных соединений Задача

сжатие image048_3_d00a8e822c5054b21cf3707cd0683691 Расчет сварных соединений Задача

срез image049_2_1533def04228fce5c28ef8e302087792 Расчет сварных соединений Задача

Автоматическая под флюсом и ручная электродами Э42А и Э50А. Контактная стыковая

image050_3_12d6828c13b4a22cbc22840a47ffe3c9 Расчет сварных соединений Задача  image050_3_12d6828c13b4a22cbc22840a47ffe3c9 Расчет сварных соединений Задача  image051_1_bc20882f03a5d95f8f6d7644b4bd1c58 Расчет сварных соединений Задача 

Ручная дуговая электродами Э42 и Э50. Газовая сварка

image052_4_6e7b60af06dd92f185ebf64f9960e998 Расчет сварных соединений Задача  image050_3_12d6828c13b4a22cbc22840a47ffe3c9 Расчет сварных соединений Задача  image053_4_51ddb5890b49f47337531615deaf8ae3 Расчет сварных соединений Задача 

Контактная точечная

image053_4_51ddb5890b49f47337531615deaf8ae3 Расчет сварных соединений Задача 

Допускаемые напряжения основного металла при переменных нагрузках определяются умножением допускаемых напряжений для основного металла при статических нагрузках на коэффициент:

image054_3_aca58d0f57b73e9b3781c438b22dfb47 Расчет сварных соединений Задача,

где r — характеристика цикла напряжений

image055_3_b74d70fd97c6de10eda0a78b50b3ac0b Расчет сварных соединений Задача;

где image056_3_abac06dbc88c10308daed28b3910f6cf Расчет сварных соединений Задача эффективный коэффициент концентрации напряжений (табл. 7.2, 7.3, 7.4).

Таблица 7.2. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений

Элементы соединений

 image057_3_51a7fca7992306641fb95f32493f735f Расчет сварных соединений Задача

низкоуглеродистая сталь

легированная сталь

Стыковые швы

1.4

1.8*

То же, двусторонние с плавными переходами

1,2

1.35*

То же, с механической обработкой

1

1*

Приварка ребра, перпендикулярного силе

1,5

2.2*

Лобовые швы (соединение с двумя накладками)

3.0

4,0*

То же, с отношением катетов швов 2:1

2,3

3,2*

Комбинированные фланговые и лобовые швы (соединение с двумя накладками)

2.5

3,5*

Связующие сварные точки

1.4

То же, рабочие

7.5

12**

Связующие роликовые швы

1,25

2***

То же, рабочие

5

7.5***

Читайте также:  Сколько дней дают больничный с растяжением связок

* Низколегированная сталь 15ХСНД.

** Сталь ЗОХГСА.

*** Сталь 1Х18Н9Т..

Таблица 7.3. Эффективный коэффициент концентрации image058_2_31fbb2704e24cfce9df1a667e05b62ad Расчет сварных соединений Задачадля расчета сварных швов и деталей в зоне сварки. Электродуговая сварка

Расчетный элемент

 image058_2_31fbb2704e24cfce9df1a667e05b62ad Расчет сварных соединений Задача

малоуглеродистая сталь Ст.3

низколегированная сталь 15ХСНА

Деталь в месте перехода

  

к стыковому шву

1,5

1,9

к лобовому шву

2,7

3,3

к фланговому шву

3,5

4,5

Стыковые швы с полным проваром корня:

1,2

1,4

Угловые швы:

  

лобовые

2,0

2,5

фланговые

3,5

4,5

Таблица 7.4. Эффективный коэффициент концентрации для расчета соединений контактной сваркой (для деталей и швов)

Марка стали

Состояние образца

Толщина, мм

При точках

Связующих

Рабочих

Сталь 10

Нормализованная

3+3

1,4(1,25)

7,5(5)

Сталь ЗОХГСА

Отпуск

1,5+1,5

1,35

12

Титановый сплав ВТ1

В состоянии поставки

1,5+1,5

2,0(1,3)

10(5)

Алюминиевый

сплав Д16Т

В состоянии поставки

1,5+1,5

2,0(1,3)

5(2,25)

Примечание. В скобках дан коэффициент для точечной и роликовой сварки.

Задача7.1. Определить допустимое усилие в сварном соединении внахлестку из листов сечением 200×8мм, если действует переменная растягивающая и сжимающая нагрузка с характеристикой цикла напряжений image059_2_62832d89b1fa12a3e34d97024f121c5d Расчет сварных соединений Задача. Материал листов — сталь Ст. 3. Электрод — Э42. Сварка — ручная.

Решение. Принимаем допускаемое напряжение на растяжение для листа из стали Ст. 3 [σ]р=157МПа.

Определяем допускаемое напряжение для листа с учетом переменности нагрузки

image060_2_817b9adff25d64ca0d483731005247a2 Расчет сварных соединений Задача

image061_2_9542da09ae94458ed610c5c1d70e2b0f Расчет сварных соединений Задача

табл. 7.3 для лобового шва image062_1_1fee4c77cd52daddde96da1f1d4e1774 Расчет сварных соединений Задача=2.

Допустимое напряжение на срез в сварном шве находим по табл.7.1.

image063_2_ec8d610b08a130afa9d2c9442beca99a Расчет сварных соединений Задача

Определяем длину лобового шва с одной стороны соединения с учетом непровара в начале и в конце шва. Принимаем image064_2_115735b6a7b440e8057e658452604808 Расчет сварных соединений Задача при ширине листа 200мм. Общая длина двустороннего лобового шва image065_2_70387b9270a2ce41cd77941f69f69c74 Расчет сварных соединений Задача

Определяем допустимое усилие на соединение внахлестку с двусторонним лобовым швом

image066_2_8829d64fc332528d0316297eb5c72844 Расчет сварных соединений Задача

Проверим напряжение в листах соединения

image067_2_3370e6e48f921b9f23cc92450498983b Расчет сварных соединений Задача

Как следует из расчета, основной металл соединения используется недостаточно. Для более полного использования основного металла вместо лобового шва целесообразно использовать косой угловой шов.

Определяем длину двустороннего косого шва, исходя из соображения, что напряжения image068_2_cfd1ff31959f0f297b6a4af5ef384383 Расчет сварных соединений Задача относятся как соответствующие им длины швов

image069_2_1bb3c54eb79de15ccb28d90721301732 Расчет сварных соединений Задача; image070_2_4c5b53d06c7e6991dfe6b0adeed26f6b Расчет сварных соединений Задача.

Определяем допустимое усилие, действующее на соединение внахлестку, при двустороннем косом шве длиной 470мм

image071_2_e8837a64e1a6b4f53a9af4045eab69b1 Расчет сварных соединений Задача

Проверим напряжение в листах соединения

image072_2_5ecfd73f78d1f27062c2029ab8c23a15 Расчет сварных соединений Задача

Применение косого шва позволяет получить соединение, в котором шов равнопрочен основному металлу.

Задача 7.2. Определить длину швов, крепящих уголок 80×80×8мм к косынке (рис.55). Соединение должно быть равнопрочным основному элементу. Косынка и уголок — из стали Ст.3. Сварка — автоматическая под слоем флюса. Нагрузка — статическая.

Решение. Принимаем допускаемое напряжение растяжения в косынкеimage068_2_cfd1ff31959f0f297b6a4af5ef384383 Расчет сварных соединений Задача= 157МПа (табл. 7.4).

Определяем допускаемое напряжение среза в шве (табл. 7.1) с учетом технологии сварки

image073_2_1fcb12cfeb64efdede793453267877da Расчет сварных соединений Задача

Схема сварного соединения

Рис. 55 Схема сварного соединения

Находим усилие, которое может передать уголок 80×80×8мм, имеющий сечение 12,3см2

image076_2_3eb52ac2f0e6cc51d9fb585562de1255 Расчет сварных соединений Задача

Общая длина комбинированного шва определяется из уравнений

Читайте также:  Испытание пластичной стали на растяжение

image077_2_fea45a4ae162c8339cef2de512064d83 Расчет сварных соединений Задача

Длина фланговых швов равна

image078_2_629cf5c710637239002d937ffef5ddb7 Расчет сварных соединений Задача

Определяем нагрузку, приходящуюся на фланговые швы,

image079_2_283bc6f5f1ac5e0e07781cccd902a4e8 Расчет сварных соединений Задача

Определяем нагрузку на каждый фланговый шов, пользуясь законом рычага,

image080_2_4599968d0a3a802fe68ece79c32eb322 Расчет сварных соединений Задача

image081_1_bed148a6724a1acd76c63f7b78337433 Расчет сварных соединений Задача

По ГОСТ 8509-57 а = 0,0227м b = 0,0573м

Находим длину каждого флангового шва:

image082_2_31294491877f0f2c682e02d9cf226ea0 Расчет сварных соединений Задача

image083_1_651204a19f22f9a73fb0ae0851b90c44 Расчет сварных соединений Задача

Учитывая дефекты шва (непровар в начале и кратер в конце), увеличиваем длину фланговых швов и принимаем image084_2_c29e83a9f35930dcc7c7cf4425002d31 Расчет сварных соединений Задачаimage085_2_59b87bed51640f1399e1f244c7962f4e Расчет сварных соединений Задача

Задача 7.3. Рассчитать кронштейн из листа s = 12мм и его крепление при помощи сварки (рис 50), если на него действует растягивающая статическая нагрузка Р=14715Н и изгибающий момент М=11772·104Нм. Материал листа – сталь Ст3. Сварка – ручная, электродом Э42.

Решение: По таблице 7.4 принимаем для листа image086_2_b08eee7ed2a1accea3c9687ab4d83e32 Расчет сварных соединений Задача

Учитывая только основную нагрузку (изгибающий момент), определяем ширину листа кронштейна

image087_2_8ed33cc8606cf1f6645d34a3f80a6cde Расчет сварных соединений Задача; image088_2 Расчет сварных соединений Задача,

откуда

image089_2_4abc7f0fdb56c6afc7491befe4fbd643 Расчет сварных соединений Задача

Принимаем b= 0,2м.

Проверяем прочность листа по суммарной нагрузке

image090_1_c6e72e9867cb87b9e732c06457df8951 Расчет сварных соединений Задача

image091_2 Расчет сварных соединений Задача

По таблице 7.1 определяем допускаемое напряжение среза на шов

image092_2_4de34bafae0064d090ae7706b94e9c35 Расчет сварных соединений Задача

Определяем размеры швов. Принимаем lл=b=,2м; image093_1_1add19482b3114f936fbdbd09ddc56c4 Расчет сварных соединений Задачам. Предварительно определяем длину флангового шва только по основной нагрузке М, пользуясь формулой,

image094_1_2075a4ac136d52f8a204269e22ff6deb Расчет сварных соединений Задача

отсюда

image095_1_4219d519abd6e3912c9b4ae7a065b27a Расчет сварных соединений Задача

image096_1_29a77d404dcc51d78c6fd5af3f942106 Расчет сварных соединений Задача

Принимаем image097_1_9689608ba2031068e502392df96da8a8 Расчет сварных соединений Задача. Длину шва при сварке, учитывая непровар в начале и кратер в конце, следует увеличить на 10 — 20мм

Проверяем прочность швов по суммарной нагрузке

image098_0_2e565d07de2e123973c20f3376275f24 Расчет сварных соединений Задача

image099_0_be1896ffbeb27c78702c34dab4011803 Расчет сварных соединений Задача

image100_0_5e3366856de3ccaac98d53e1aa76286c Расчет сварных соединений Задача

Суммарное напряжение среза

image101_0_a3ec69e6bf742f31582af91398f6221b Расчет сварных соединений Задача

image102_0_908d18b161ffefdbe39c651bb7a2fce4 Расчет сварных соединений Задача

Задача 7.4. Определить тип и размеры сварного шва, равнопрочного основному металлу, если сечение листов 400×10мм, нагрузка растягивающая статическая, материал — сталь Ст. 3, сварка — ручная, электродом Э42 (рис. 56).

Решение. Принимаем наиболее надежный тип шва — стыковой. При его недостаточности дополнительно используем лобовой шов.

По таблице 7.1 допускаемое напряжение на растяжение для листового материала image103_0_81fe3c4794ca84a256259883311ebea6 Расчет сварных соединений Задача=157МПа. Определяем максимальную нагрузку, которую может выдержать сварное соединение из условия равнопрочности основному металлу,

image104_0_f9a5179c24c753a776deb07f16306a4f Расчет сварных соединений Задача

Принимаем коэффициент прочности стыкового шва одностороннего без подкладки и подварки φ=0,7, тогда допускаемое напряжение на растяжение для шва

image105_0_35eb5d06928798385d1fdd89959a7458 Расчет сварных соединений Задача

Схема к расчету сварного соединения с накладкой

Рис. 56 Схема к расчету сварного соединения с накладкой

Нагрузка, которую может воспринять стыковой шов длиной, равной ширине основного листа, составит

image107_274487c90e0f1dbfd6ad471369ed986c Расчет сварных соединений Задача.

Учитывая непровар в начале и кратер в конце шва, длину сварного шва уменьшаем на 40мм. Тогда нагрузка, воспринимаемая стыковым швом

image108_0_ff844808c545a7577c9aaca598c51e4c Расчет сварных соединений Задача

Из приведенного расчета следует, что прочность стыкового шва недостаточна и поэтому необходимо поставить накладку с использованием лобового шва.

Нагрузка, которая должна быть воспринята лобовым швом

image109_0_67d6943924da4741248a2d7d53d53579 Расчет сварных соединений Задача

По таблице 7.1 допускаемое напряжение на срез для лобового шва, выполненного электродуговой сваркой вручную электродом Э42, равно

image110_0_24bddf396100f16f2b778a1bd8be848b Расчет сварных соединений Задача

Определяем необходимую длину лобового шва для передачи нагрузки Рл = 23·104Н при s = 0,01м

image111_0_cec91be1d9a369212243053fdb5d5b49 Расчет сварных соединений Задача

Как следует из расчета, необходимо установить одностороннюю накладку толщиной s = 10мм.

Задача 7.5. Сконструировать сварное соединение впритык для узла п. ч листового материала толщиной s=10мм, если нагрузка — статическая Р = 9,81·103Н, материал — сталь Ст.2, с использованием различных способов сварки.

Решение. По таблице 7.4 принимаем допускаемое напряжение на растяжение для листа

Работа сварного шва на растяжение