на самую первую страницу Главная Карта сайта Машиностроение Чертежи Контакты
Оглавление


КОНТАКТЫ:
послать SMS на сотовый,
через любую почтовую программу   
написать письмо 
визитка, доступная на всех просторах интернета, включая  WAP-протокол: 
http://wap.copi.ru/6667 Internet-визитка
®
рекомендуется в браузере включить JavaScript




РЕКЛАМА:





Расчет сварных соединений

типовые расчеты по ЕСКД

СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ПРЯМЫМ ШВОМ
(рис. 1, а).

   Допускаемая сила для соединения при растяжении

Р1 = [σ'p]·L·S ,

то же при сжатии

Р2 = [σ'сж]·L·S ,

где,
[σ'p] и [σ'сж] - допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

   При расчете прочности все виды подготовки кромок в стыковых соединениях принимают равноценными.

СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С КОСЫМ ШВОМ
(рис. 1, б).

   Допускаемая сила для соединения при растяжении

расчет сварных соединений

   То же при сжатии

расчет сварных соединений

При β = 45° - соединение равнопрочно целому сечению.

НАХЛЕСТОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
(рис. 2).

   Соединения выполняют угловым швом. В зависимости от напряжения шва относительно направления шва относительно направления действующих сил угловые швы называют лобовыми (см. рис. 2, а), фланговыми (см. рис. 2. б), косыми (см. рис. 2. в) и комбинированными (см. рис. 2, г).

расчет сварных соединений

   Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К - длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.
   Минимальный катет углового шва Кmin принимают равным 3 мм, если толщина металла S >= 3 мм.

   Допускаемая сила для соединения
где, [τср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К - катет шва;
L - весь периметр угловых швов;
- для лобовых швов L = l; для фланговых L = 2l1;
- для косых L = l/sinβ;
- для комбинированных L = 2l1 + l.

СОЕДИНЕНИЕ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
(рис. 3).

расчет сварных соединений

   Силы, передаваемые на швы 1 и 2, находят из уравнений статики

расчет сварных соединений

   Необходимая длина швов

расчет сварных соединений

где,
[τ'ср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К - катет шва.
Примечание: Допускается увеличение l2 до размера l1.

ТАВРОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

   Наиболее простое в технологическом отношении.

расчет сварных соединений

   Допускаемая сила для растяжения

Р = 0,7 [τ'ср] KL
,
где,
[τ'ср] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
К - катет шва, который не должен превышать 1,2S (S - наименьшая толщина свариваемых элементов).

   Наиболее обеспечивающее лучшую передачу сил.

расчет сварных соединений

   Допускаемая сила для растяжения

Р1 = [σ'p]·L·S ,

то же при сжатии

Р2 = [σ'сж]·L·S ,

где,
[σ'p] и [σ'сж] - допускаемые напряжения для сварного шва соответственно при растяжении и сжатии.

СОЕДИНЕНИЕ С НАКЛАДКАМИ

расчет сварных соединений

   Сечение накладок, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 6)

расчет сварных соединений

где,
F - сечение основного металла; [σp] - допускаемое напряжение при растяжении основного металла; [σ'p] - допускаемое напряжение для сварного шва при растяжении.

   Сечение накладки, обеспечивающее равнопрочность целого сечения (см. рис. 7):

расчет сварных соединений

где,
[τ'cp] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ С ПРОРЕЗЯМИ

расчет сварных соединений

   Применяют лишь в случаях, когда угловые швы недостаточны для скрепления.
Рекомендуется a = 2S , l = (10 ÷ 25)S.

   Допускаемая сила, действующая на прорезь

Р = [τ'сp]·L·S ,

где,
[τ'сp] - допускаемое напряжение для сварного шва на срез.

СОЕДИНЕНИЕ ПРОБОЧНОЕ

расчет сварных соединений

   Применяют в изделиях, не несущих силовых нагрузок. Пробочную сварку можно применять для соединения листов толщиной от 15 мм.

   Если пробочные соединения подвергаются действию срезывающих сил, то напряжение

расчет сварных соединений

где,
d - диаметр пробки;
i - число пробок в соединении.

СОЕДИНЕНИЕ СТЫКОВОЕ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА

расчет сварных соединений

   При расчете прочности соединения (см. рис. 9), осуществленного стыковым швом, находящимся под действием изгибающего момента Ми и продольной силы Р, условие прочности

расчет сварных соединений

где,
W = Sh²/6;
F = hS.

   При расчете прочности соединения (см. рис. 10, а), осуществленного угловым швом, находящимся под действием изгибающего момента Ми и продольной силы Р, расчетные касательные напряжения в шве

расчет сварных соединений

где,
Wc = 0,7Kh²/6;
Fc = 0,7Kh.

   При расчете прочности соединений (см. рис. 10, б), состоящих из нескольких швов и работающих на изгиб, принимают (для приведенного графически случая), что изгибающий момент Ми уравновешивается парой сил в горизонтальных швах и моментом защемления вертикального шва

расчет сварных соединений
Если момент Ми и допускаемое напряжение τ заданы, то из полученного уравнения следует определить l и K, задавшись остальными геометрическими параметрами.

ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ

   Допускаемые напряжения (табл. 1 и 2) для сварных швов принимают в зависимости:
а) от допускаемых напряжений, принятых для основного металла;
б) от характера действующих нагрузок.

   В конструкциях из стали Ст5, подвергающихся воздействию переменных или знакопеременных нагрузок, допускаемые напряжения для основного металла понижают, умножая на коэффициент

расчет сварных соединений

где,
σmin и σmax - соответственно минимальное и максимальное напряжения, взятые каждое со своим знаком.

1. Допускаемые напряжения для сварных швов
в машиностроительных конструкциях при постоянной нагрузке

Сварка Для стыковых соединенийПри срезе [τ'ср]
при растяжении [σ'p]при сжатии [σ'сж]
Ручная электродами:
Э42...........
Э42 А.......
 
0,9[σp]
p]
 
p]
p]
 
0,6[σp]
0,65[σp]
p] - допускаемое напряжение при растяжении для основного металла.

2. Допускаемые напряжения в МПа
для металлоконструкций промышленных сооружений
(подкрановые балки, стропильные фермы и т. п.)

Марка стали Учитываемые нагрузки
основныеосновные и дополнительные
вызывающие напряжения
растяжения,
сжатия, изгиба
срезасмятия (торцового)растяжения,
сжатия, изгиба
срезасмятия (торцового)
Подкрановые балки, стропильные фермы и т.п.
Ст2
Ст3
140
160
90
100
210
240
160
180
100
110
240
270
Металлоконструкции типа крановых ферм
Ст0 и Ст2
Ст3 и Ст4
Ст5
Низколеги- рованная
120
140
175
210
95
110
140
170
180
210
260
315
145
170
210
250
115
135
170
200
220
255
315
376

   Для конструкций из низкоуглеродистых сталей при действии переменных нагрузок рекомендуется принимать коэффициент понижения допускаемых напряжений в основном металле

расчет сварных соединений

где,
ν - характеристика цикла, ν = Рmin / Pmax; Рmin и Pmax соответственно наименьшая и наибольшая по абсолютной величине силы в рассматриваемом соединении, взятые каждая со своим знаком;
Ks - эффективный коэффициент концентрации напряжений (табл. 3).

3. Эффективный коэффициент концентрации напряжения Ks

Расчетное сечение основного металлаКs
Вдали от сварных швов  1,00  
В месте перехода к стыковому или лобовому шву
(металл обработан наждачным кругом)
1,00
В месте перехода к стыковому или лобовому шву
(металл обработан строганием)
1,10
В месте перехода к стыковому шву без механической обработки последнего1,40
В месте перехода к лобовому шву без обработки последнего, но с плавным переходом при ручной сварке2,00
В месте перехода к лобовому шву при наличии выпуклого валика и небольшого подреза3,00
В месте перехода к продольным (фланговым) швам у концов последних3,00

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

   Пример 1. Определить длину швов, прикрепляющих уголок 100x100x10 мм к косынке (рис. 11. а). Соединение конструируется равнопрочным целому элементу. Материал сталь Ст2. Электроды Э42.

   В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [σp] = 140 МПа. Площадь профиля уголка 1920 мм² ("Уголки стальные горячекатаные равнополочные" ГОСТ 8509-93).

   Расчетная сила в уголке

Р = 140x1920 = 268 800 Н

   В данном случае допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве

cp] = 140x0,6 = 84 МПа
.

   Требуемая длина швов (при К =10 мм) в нахлесточном соединении согласно расчету к рис. 11а.

расчет сварных соединений

   Длина лобового шва l = 100 мм: требуемая длина обоих фланговых швов lфл = 458-100 = 358 мм. Так как для данного уголка е1 = 0,7l то длина шва 2 будет l2 - 0,7x358 = 250 мм, длина шва 1 будет l1 = 0,3x358 = 108 мм. Принимаем l2 = 270 мм, l1 = 130 мм.

   Пример 2. Определить длину l швов, прикрепляющих швеллер №20а. нагруженный на конце моментом М = 2,4x107 Н·мм (рис. 11. б). Материал сталь Ст2. Электроды Э42.

расчет сварных соединений

   В табл. 2 для стали Ст2 находим допускаемое напряжение [σp] = 140 МПа. Допускаемое напряжение при срезе, согласно табл. 1, в сварном шве

[τ'cp] = 140x0,6 = 84 МПа
.

   Момент сопротивления сечения швеллера W = 1,67 x 105 мм³ (из ГОСТа)

   Напряжение

σ = 2,4x107 / 1,67x105 = 144 МПа

   Катет горизонтальных швов К1 = 10 мм, вертикального К2 = 7,5 мм. Из формулы 1 (см. выше) находим

расчет сварных соединений

   Принимаем l = 200 мм. При этой длине шва напряжение при изгибе

расчет сварных соединений

   Полученная величина меньше допускаемой [τ'cp] = 84 МПа.

ЭЛЕКТРОДЫ

   Размеры и общие технические требования на покрытые металлические электроды для ручной дуговой сварки сталей и наплавки поверхностных слоев из сталей и сплавов приведены в ГОСТ 9466-75 или кратко здесь.

   Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей (по ГОСТ 9467-75):

   Электроды изготовляют следующих типов:

   Э38, Э42, Э46 и Э50 - для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа:

   Э42А, Э46А и Э50А - для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;

   Э55 и Э60 - для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву св. 500 до 600 МПа;

   Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 - для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа;

   Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2МГ, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ - для сварки легированных теплоустойчивых сталей.

Механические свойства металла шва,
наплавленного металла и сварного соединения при нормальной температуре (по ГОСТ 9467-75)

Типы электродовМеталл шва или наплавленный металлСварное соединение, выполненное электродами диаметром менее 3 мм
Временное сопротивление разрыву σв, МПа (кгс/мм²)Относительное удлинение δ5, %Ударная вязкость KCU, Дж/см² (кгс·м/см²)Временное сопротивление разрыву σв, МПа (кгс/мм²)Угол загиба, градусы
не менее
Э38380 (38)1428 (3)380 (38)60
Э42420 (42)1878 (8)420 (42)150
Э46460 (46)1878 (8)460(46)150
Э50500 (50)1669 (7)500 (50)120
Э42А420 (42)22148 (15)420 (42)180
Э46А460 (46)22138 (14)460 (46)180
Э50А500 (50)20129 (13)500 (50)150
Э55550 (55)20118 (12)550 (55)150
Э60600 (60)1898 (10)600 (60)120
Э70700 (70)1459 (6)--
Э85850 (85)1249 (5)--
Э1001000 (100)1049 (5)--
Э1251250 (125)838 (4)--
Э1501500 (150)638 (4)--

   ГОСТ 9467-75 предусматривает также типы электродов и механические свойства наплавленного металла или металла шва для легированных теплоустойчивых сталей.

Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки
поверхностных слоев с особыми свойствами (по ГОСТ 10051-75)

ТипМаркаТвердость без термообработки
после наплавки HRC
Область применения
Э-10Г2
Э-11Г3
Э-12Г4
Э-15Г5
Э-30Г2ХМ
ОЗН-250У
O3H-300У
ОЗН-350У
ОЗН-400У
НР-70
22,0-30,0
29,5-37,0
36,5-42,0
41,5-45,5
32,5-42,5
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок (осей, валов автосцепок, железнодорожных крестовин, рельсов и др.)
Э-65Х11Н3
Э-65Х25Г13Н3
ОМГ-Н
ЦНИИН-4
27,0-35,0
25,0-37,0
Наплавка изношенных деталей из высокомарганцовистых сталей типов Г13 Г13Л
Э-95Х7Г5С
Э-30Х5В2Г2СМ
12АН/ЛИВТ
ТКЗ-Н
27,0-34,0
51,0-61,0
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием
Э-80Х4С
Э-320Х23С2ГТР
Э-320Х25С2ГР
Э-350Х26Г2Р2СТ
13КН/ЛИВТ
Т-620
Т-590
Х-5
57,0-63,0
56,0-63,0
58,0-64,0
59,0-64,0
Наплавка деталей, работающих в условиях преимущественно абразивного изнашивания
Э-300Х28Н4С4
Э-225Х10Г10С
Э-110Х14В13Ф2
Э-175Б8Х6СТ
ЦС-1
ЦН-11
ВСН-6
ЦН-16
49,0-55,5
41,5-51,5
51,0-56,5
53,0-58,5
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания ударными нагрузками

   ГОСТ предусматривает также и другие химический состав, типы и марки электродов.

   Сварочные материалы, применяемые для сварки стальных конструкций, должны обеспечивать механические свойства металла шва и сварного соединения (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, угол загиба, ударную вязкость) не менее нижнего предела свойств основного металла конструкции.

Свариваемые материалы и применяемые электроды:

- СтЗкп, СтЗкп, СтЗпс, Сталь 08кп, Сталь 10 - Э42, Э42А, Э46;
- Сталь 20 - Э42;
- Сталь 25Л - Э46;
- Сталь 35Л, Сталь 35, Сталь 45, Ст5кп, Ст5пс - Э50А;
- Сталь 20Х, Сталь 40X - Э85;
- Сталь 18ХГТ, Сталь 30ХГСА - Э100;
- АД1, АД1М, АМг6 - Присадочные прутки.

   Подробную классификацию покрытых электродов и область применения смотри здесь.


Copyright  © 2013-2016,  АЛЪ-ПРО