Расчет сварных соединений с угловыми швами

Угловыми швами выполняют соединения внахлестку, впритык (тавровое) или в угол.

Угловые швы могут выполняться за один или несколько проходов автоматической, полуавтоматической и ручной сваркой, что приводит к различной глубине провара основного металла (рис. 5.4).

Рисунок – 5.4. Виды угловых швов

По очертанию угловые швы бывают нормальные (рис. 5.4а), выпуклые и вогнутые (рис. 5.4г, д). Иногда угловые швы выполняются с неравными катетами (рис. 5.4е).

(5.7)

где β – коэффициент для определения расчетной толщины углового шва, принимаемый равным:

1,1 – для однопроходной автоматической сварки (рис. 5.4б);

0,9 – для двух- и трехпроходной автоматической сварки и однопроходной механизированной сварки; (рис. 5.4в);

0,8 – для двух- и трехпроходной механизированной сварки;

0,7 – для ручной сварки (рис. 5.4а), а также для многопроходной автоматической и полуавтоматической сварки;

K – расчетный катет углового шва, равный катету вписанного равнобедренного прямоугольного треугольника (рис. 5.4в, г, д, е).

Иногда при расчетах прочности соединений с угловыми швами коэффициент β принимают равным 0,7 независимо от способа сварки. Это приводит к дополнительному запасу прочности соединения, но влечет за собой перерасход сварочных материалов.

В машиностроительных конструкциях расчет угловых швов при действии статических растягивающих, сжимающих или срезающих нагрузок рассчитывают по допускаемым напряжениям по формуле

(5.8)

Расчетная длина шва должна быть не менее 4h_р и не менее 30 мм, так как при меньшей длине невозможно обеспечить хороший провар.

Для соединений внахлестку, изображенных на рис. (рис. 5.5а, б), условие прочности будет иметь вид

. (5.9)

При этом необходимо учитывать, что для соединения с фланговыми швами (рис.5.5а) расчетная длина их l ограничивается величиной , за исключением соединений, в которых усилие распределяется по всей длине флангового шва равномерно (поясные швы балок).

Величина односторонней нахлестки с в соединении с лобовыми швами берется (рис. 5.5б).

При использовании в соединении внахлестку комбинированных угловых швов равных катетов (рис. 5.5в) условие прочности (5.9) сохраняется, но под длиной шва подразумевается длина периметра всех швов, т. е.

, (5.10)

где – длина периметра швов, м.

Рисунок 5.5 – Виды нахлесточных соединений

Некоторую особенность имеет расчет прочности швов, прикрепляющих уголок, который работает под действием продольной силы (рис. 5.5д). Так как центр тяжести (ц.т.) сечения уголка находится не посредине ширины элемента, то шов, расположенный ближе к центру тяжести, воспринимает большую нагрузку, чем шов, расположенный дальше от центра тяжести.

Считается, что усилия, приходящиеся на швы ( , и ), будут обратно пропорциональны расстояниям их от центра тяжести сечения и могут быть получены по формулам

и .

Соответственно длина фланговых швов l₁ и l₂ распределяется так:

и (5.11)

Значения величин и для разных уголков принимают по данным сортамента металлопроката.

Тавровые соединения, работающие на растяжение (рис.5.4ж, з), рассчитывают в зависимости от способа сварки. При ручной сварке (рис. 5.4ж) условие прочности соединения имеет вид

(5.12)

При автоматической сварке с полным проваром (рис. 5.4з) тавровое соединения рассчитывают как стыковое с полным проваром, а условие прочности будет такое:

(5.13)

Остановимся на методике расчета сварных соединений с угловыми швами по первому предельному состоянию.

Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис. 5.6): по металлу шва (сечение 1) и по металлу границы сплавления (сечение 2). В первом случае расчетное сопротивление металла шва устанавливают в зависимости от свойств применяемых сварочных материалов, во втором – по прочностным характеристикам основного металла (см. табл. А4). Условия прочности запишутся в таком виде:

по металлу шва (сечение 1)

; (5.14)

по металлу границы сплавления (сечение 2)

(5.15)

где l – расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

b_f и b_z – коэффициенты, зависящие от прочности стали, вида сварки, положения и величины катета;

и g_wz – коэффициенты условий работы шва.

1 – сечение по металлу шва; 2 – сечение по металлу границы сплавления

Рисунок 5.6 – Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

Значения коэффициентов b_f и b_z принимают при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 580 МПа – по табл. А18, а с пределом текучести свыше 530 МПа независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки b_f = 0,7 и b_z = 1.

Коэффициенты условий работы шва g_wf и g_wz , равны 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, для которых g_wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением R_wun = 410 МПа и g_wz = 0,85 – для всех сталей.

В расчетной практике встречается различные варианты соединений и схем их нагружения, поэтому рассмотреть подробно всевозможные случаи здесь не представляется возможным. В нормативных документах и обширной литературе рассматриваются разнообразные примеры расчета сварных соединений и конструкций [6, 11, 12].

Контрольные вопросы к лекции № 5

1.Какие основные типы сварных соединений применяют при электродуговой сварке?

2.Какова расчетная формула при расчете соединений встык, работающих на продольные силы?

3.Почему за расчетную толщину шва принимают толщину основного металла при расчете соединений встык с полным проваром?

4.Для чего при сварке встык предусматривают подкладки?

5.Какие швы называют угловыми?

6.Привести примеры соединений с угловыми швами.

7.Что называется лобовыми, фланговыми и косыми швами?

8.Почему расчет всех угловых швов производят на касательные напряжения?

9.Как проектируют комбинированное соединение с учетом заданного усилия и допускаемого напряжения в швах?

10. Как производят расчет прочности прикрепления уголка?

11. Какие типы швов применяют в соединениях втавр?

12. Как рассчитывают соединения втавр при продольно растягивающих и сжимающих силах?

13. Какие существуют типы угловых соединений, применяют ли угловые швы в рабочих соединениях?

14. Какие типы соединений применяют при контактной стыковой сварке?

15. Как рассчитывают точки в соединении, работающем па продольные силы?