Розрахунок кутових зварних швів
Кутові шви розташовують в кутах, утворених гранями, що з'єднуються. Катетом шва називається розмір найменшого з його катетів.
Флангові кутові шви
Під впливом поздовжнього зусилля працюють на зріз. Поверхня зрізу розташовується приблизно по бісектрисі кутового шва, маючи висоту.
Розрахункова площа зрізу швів
де-розрахунковий катет кутового зварного шва;
- розрахункова довжина шва (сумарна).
Коефіцієнт залежить від форми шва, глибини провару, способу зварювання та приймається: від 0,7 до 1,15 за нормами проектування.
Напруження в кутових флангових швах по металу шва перевіряють за формулою
по металу кордону сплаву:
де - розрахунковий опір кутових швів зрізу по металу шва;
- розрахунковий опір кутових швів зрізу по металу кордону сплаву;
- сумарна розрахункова довжина швів;
- коефіцієнти глибини провару;
- коефіцієнти умов роботи шва;
- коефіцієнт умов роботи з'єднання конструкції.
Лобові кутові шви
Н аходітся в більш складному напруженому стані, ніж флангові. Зусилля круто перетікає через шов з одного з'єднується елемента на інший, лінії силового потоку різко викривляються, і тому в шві одночасно виникають напруги від осьової сили, вигину і зрізу. Шви руйнуються також по поверхні, що проходить приблизно по бісектрисі шва. Через складність напруженого стану лобові шви розраховують умовно на зріз по мінімальної площі зрізу швів. Отримані напруги порівнюють з розрахунковим опором кутового шва, яке для кутових швів однаково при всіх видах силових впливів. Таким чином, розрахункова формула перевірки напруг в лобових кутових швах та ж, що і для флангових швів.
При дії згинального моменту на прямокутний елемент, прикріплений кутовими швами, напруги в швах визначають так само, як умовні напруги по поверхні зрізу.
де - розрахункова довжина одного шва.
Якщо елемент має непрямокутних перетин, то момент опору шва Wf у формулі визначають за обрисами з'єднує шва.
При дії зрушує сили на елемент, прикріплений кутовими швами, напруги на поверхні зрізу вважаються розподіленими рівномірно, і формула перевірки напруг має вигляд:
де - сумарна розрахункова довжина зварних швів в з'єднанні.
При спільній дії декількох зусиль в зварному з'єднанні з кутовими швами напруги в швах від окремих зусиллі обчислюють за вищенаведеними формулами, після чого визначають результуючі напруги. При цьому якщо зрізувати напруги в одному і тому ж перерізі кутового шва мають один напрямок, то їх складають арифметично; якщо напруги взаємно перпендикулярні, то визначають рівнодіюча цих напруг.
Наприклад, при дії на елемент одночасно згинального моменту і зрушує сили результуючі напруги будуть:
Ця обставина не треба плутати з наведеними напругою в стикових швах.
Питання 25. Конструктивні вимоги до зварних з'єднань.
Для забезпечення високої якості і надійної роботи зварних з'єднань вони повинні відповідати ряду вимог, що диктуються можливістю і зручністю виробництва зварювання, можливим зменшенням зварювальних напруг і деформацій, повноцінною роботою зварних швів в різних видах з'єднань і т. Д. Всі ці вимоги повинні враховуватися при проектуванні металевих конструкцій.
Шви повинні мати найменший катет і виконуватися строго за розрахунком. Катет стикових швів диктується товщиною з'єднуються, елементів і приймається рівною меншій з них (при різних їх товщині).
Найменший катет кутових швів 4 мм. подальша градація 5, 6, 7, 8, 10 мм і далі через 2 мм. Кутові шви товщиною понад 20 мм мають великі внутрішні напруги, і застосовувати їх не рекомендується.
Катет кутових швів визначається розрахунком.
Найбільший катет кутового шва в залежності від товщини елементів, що сполучаються може бути прийнята = 1,2t (t - найменша з товщин зварюваних елементів). Краї прокатних профілів мають з одного боку заокруглень, тому найбільша катет кутового шва уздовж цих країв приймається дещо меншою, ніж товщина пера або полиці профілю. Найбільший катет кутового шва уздовж обушка куточка може досягати 1,2 t (t- товщина полиці куточка).
У разі ручного зварювання за один прохід може бути виконаний шов катетом до 8 мм. У поперечному перерізі кутові шви повинні мати співвідношення катетів шва 1: 1. Щоб зменшити концентрації напружень в конструкціях, що сприймають динамічні та вібраційні навантаження або при статичному навантаженні, але експлуатованих з розрахунковою температурою нижче -40 ° С. а також в будь-яких конструкціях з високоміцних сталей в лобових кутових швах співвідношення катетів приймають 1: 1.5, при цьому більший катет повинен бути спрямований уздовж зусилля, сприйманого з'єднанням.
Найменша розрахункова довжина кутового шва повинна бути не менше і не менше 40 мм через наявність непровару на початку і в кінці шва. Найбільша розрахункова довжина флангових кутових швів повинна бути не більше, так як фактично напруга в шві по довжині розподіляється нерівномірно, то при дуже довгих швах його крайні точки можуть бути перенапружені, а середня частина не повністю включена в роботу.
Це обмеження не поширюється на ті флангові шви, в яких зусилля передаються по всій довжині шва, наприклад на поясні шви зварних балок.
Конструктивна довжина шва, тобто та довжина, яка вказується на кресленнях, приймається приблизно на 10 мм більше розрахункової довжини (визначеної за розрахунком), так як початок і кінець шва можуть мати непровар і кратер, тому ділянки по 5 мм у кінців шва в розрахунку враховувати не слід.
Якщо в конструкції застосовуються переривчасті шви, то для забезпечення надійної спільної роботи елементів, що з'єднуються відстань між ділянками швів в світлі повинна бути не більше 15t в стиснутих елементах і не більше 30t в розтягнутих і неробочих елементах (t - найменша товщина з'єднувальних елементів).
Напуск в з'єднаннях внахлестку повинен бути не менше 5t найбільш тонкого з елементів, що з'єднуються, інакше в швах можуть утворитися тріщини, викликані зварювальними деформаціями.
При з'єднанні встик листів різної товщини, якщо різниця в товщині не став перевищує 4 мм і величина уступу не перевищує 1/8 товщини більш тонкого листа, стик може бути виконаний без скосу кромок для сталей (для більш міцних відповідно 2 мм і 1/12) .
В іншому випадку для плавного переходу зусиль в стику необхідний односторонній або двосторонній скіс кромок з ухилом не більше 1/5.
Слід уникати перетинів зварних швів, близького їх розташування один до одного і освіти швами замкнутих контурів.