24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет на прочность сварного шва

Расчет на прочность сварного шва

Содержание:

  1. От чего зависит прочность сварочного стыка
  2. Как рассчитать на прочность сварочные швы
  3. Интересное видео

Прочность сварных соединений — это возможность в определенных условиях выдерживать нагрузки, не разрушаясь от силовых воздействий. Нагрузки при этом учитываются не только рабочие, но и предельные.

Рабочие состоят из внешних нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации от собственного веса и образующихся при сваривании напряжений. К предельным относят те, которые образуются при текучести в основном сечении и в при этом возникают максимально допустимые деформации и повреждения. Чтобы стыки были надежными и качественными, то перед процессом сваривания необходимо выполнить расчет на прочность сварного шва.

Общие сведения

Как уже отмечалось, сварные швы являются одними из самых прочных среди существующих неразъемных соединений. Они возникают в результате воздействия сил молекулярного сцепления, которое является результатом сильного нагрева до расплавления деталей в месте их сцепления или нагрева деталей до пластического состояния, посредством механического усилия.

Несмотря на прочность и надежность сварного шва, у подобного соединения выделяется и ряд недочетов: из-за того, что нагревается и охлаждается соединение неравномерно, может наблюдаться остаточное напряжение. Помимо этого, в процессе сварки могут образовываться некоторые дефекты, например, трещины или непровары. Все это негативно сказывается на прочности сварных соединений.

Первоначальный расчет сварных швов на прочность производят на этапе составления проекта. Этому моменту стоит уделить особое внимание, поскольку важно выбрать материалы, которые будут надежными и прочными и смогут выдержать определенные нагрузки.

Если произвести верный расчет на прочность получившегося шва, то можно определить необходимое количество расходуемого материала.

Расчетные сопротивления сварных соединений

Для разных соединений, а также разных напряженных состояний определены формулы расчета сопротивлений. Они приведены в виде таблицы. Согласно данным из этой таблицы, Для стыковых сварных соединений при сжатии, растяжении и изгибе определены следующие формулы расчета сопротивлений.

  • По пределу текучести – Rwy = Ry.
  • По временному сопротивлению – Rwu = Ru.

  • По пределу текучести – Rwy = 0,85 Ry.
  • При деформации сдвига – Rws = Rs.
  • Для угловых швов Rwf=0,55*(Rwunwm).

Здесь Rwy — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести, Ry — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести, Rwu — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению, изгибу по временному сопротивлению, Ru — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению, Rws — расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сдвигу, Rs — расчетное сопротивление стали сдвигу, Rwf — расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва, Rwun — нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению.

Для швов, полученных в режиме ручной дуговой сварки, Rwun принимает значение временного сопротивления разрыва и определяется ГОСТом. Для автоматической и полуавтоматической сварки эти значения берутся из таблицы настоящего СНиП. Коэффициент надежности γwm равен 1,25 или 1,35, в зависимости от показателя Rwun.

Разбор примера

Когда наша сварка проходит в ручном, полуавтоматическом или же автоматическом режиме, то показатель будет равен 0,7. Если все подсчитано правильно, то шов имеет форму равнобедренного треугольника.

Если же вы варим с помощью самого распространенного полуавтомата, но вы делали всё роботу в несколько этапов, тогда будет равняться 0,8.

Читать еще:  Техника сварки угловых швов в вертикальном положении

В такой же ситуации, но при использовании автомата этот показатель будет 0,9, а если наш автомат имеет одно проводную сварку то показатель будет все 1,1.

Нужно учесть УЧТИТЕ! При подсчете прочности шва под углом нужно производить по касательным напряжениям.

Но для того, что додержатся этого условия нужно знать- это общее касательное напряжение. Для того чтобы выяснить такой показатель нужно определить точку на которую падает больше всего напряжения.

Далее берете показатели всех напряжений, что в нем находиться и прибавляете друг к другу.

Но без изначальных, стартовых данных вам не удастся посчитать коэффициент прочности сварочного шва, и узнать о том какую же нагрузку он способен вынести. Но даже этой информации будет маловато.

Так что ваши расчеты должны быть поэтапно и последовательны. Приступим:

Этап номер один, на нем мы должны знать все показатели, особенные данные сварочного шва, как размещение, форма, габариты. На втором этапе речь пойдет про опасное сечение. Опасное сечение-это тот участок сечения, где наибольшее напряжение.

Возьмите и поверните его на поверхность, которая соприкасается с тем элементом который нужно приварить. Когда вы это сделаете появиться новое расчётное сечение.

Далее мы должны определить, где находиться середина масс на сечении, которая изменилась, когда вы её повернули.

Это будет расчётное сечение. На этом этапе нужно взять ту приложенную нагрузку что образовалась внешне и переместить в центр массы.

Далее нам нужно сделать следующее, выяснить какое у нас напряжение, которое образуется в расчетном сечении под влиянием поперечной и нормальной силы, а ещё крутящего и изгибающего момента.

На этом этапе вы должны найти в сечении точку что наиболее нагружена. Когда вы знаете этот показательно то прибавьте все известные ранее вам показатели нагрузки.

Они влияют на металл и в конце вы получаете цифру, что показывает общую сумму нагрузки, которая будет влиять на шов.

Далее произведёте расчеты по тому, какую наибольшую нагрузку можно прикладывать к соединению, если вы этого не подсчитаете, то ваш сварка может просто сгореть или же работать не на полную мощность, а это украдет у вас ценное время.

И в конце сравните допустимое напряжение и общее. Этот расчёт позволит вам получить размеры, что наилучшие подойдут для вашего изделия.

Какие свойства определяют при испытании сварных соединений

В разработанных методиках, утвержденных стандартом, указывается несколько способов испытания сварных швов для определения механических свойств диффузного слоя образцов. Кусочки термически соединенного металла подвергают воздействию разнонаправленных усилий. Определяют, под какой силой возникает деформация по шву. Учитываются:

  • трещины;
  • надрывы;
  • изменения первоначальной формы, линейных размеров.

Отдельно определяются технологически значимые свойства, влияющие на несущую способность, герметичность соединений.

Пластичность

Эксперименты на статическое растяжение определяют податливость диффузного слоя и зоны термического влияния к изменению первоначальной формы под воздействием удлиняющих усилий. От пластичности зависит способность к штамповке с вытягиванием. Показатель удлинения определяется методом измерения образцов до нагрузки и после нее. Расчеты производятся по отношении величины удлинения к первоначальным размерам. Каждую из прочностных характеристик стоит рассмотреть подробно. От каждой из них зависит качество сварки.

Читать еще:  Как правильно варить вертикальный шов инвертором?

Прочность

Для сварных опорных конструкций, испытывающих разнонаправленные напряжения, показатель прочности важен, от него зависит целостность сооружения. Прочностные характеристики определяются:

  • на изгиб, усилия прикладываются до момента критической деформации образца;
  • на усталость, количество циклов с различными нагрузками до разрушения.

Методика определение прочности на изгиб предусматривает три способа исследований:

  • искривление тонкой заготовки вокруг стандартной оправки до параллельности сторон U-образно изогнутого образца;
  • искривление под заданным углом;
  • двухсторонний изгиб до состояния сплющивания сторон.

Ударная вязкость

Динамические исследования на ударный изгиб проводятся с высокой скоростью изменения нагрузки. Соединение проверяется на хрупкость от удара, склонность к деформации или растрескивание. Для исследований готовят образцы с надрезанным шовным валиком. В месте надреза концентрируется напряжение при ударе копром маятникового типа. На основании показаний испытаний рассчитывается ударная вязкость, определяется как отношение работы по отталкиванию концентратора к площади сечения целого образца, до нанесения разреза. Для удобства проведения исследований на маятниковый копер наносится измерительная шкала.

Твердость

Применяются три способа:

  • разработанный Роквеллом предусматривает вылавливание в металл жестких калиброванных образцов: стального шарика, прошедшего процедуру закалки, или алмазного конуса.
  • Шкала Веклера разработана на основе аналогичных испытаний с использованием алмазной пирамидки;
  • способ Бринелля основан на использовании стального шарика большой плотности и твердости.

На твердость стыковое соединение проверяют в двух направлениях:

  • по продольной оси;
  • от центра шва, направляясь к основному металлу сварной заготовки.

По Роквелу определяют твердость швов на тонком металле, листовой стали. По Бринелю и Векслеру – все остальные. Твердость металла зависит от пластичности. Чем тверже получается диффузный слой, тем меньше будет изгибаться. Это говорит о низкой пластичности сварного соединения.

Что влияет на прочность соединения

  • Качество самого материала, используемого для сборки изделия. Шов может быть правильно выполненным, а вот окружающий металл не всегда отвечает требуемым характеристиками.
  • Расходные материалы, используемые при сварочных работах, также важны, как и соблюдение остальных требований. Электроды или присадки плохого качества не сформируют правильное соединение с достаточными прочностными параметрами (изменения в структуре самого металла: хрупкость, ломкость и прочие.).
  • Оборудование, которое используют для сварки, должно отвечать требуемой технологии (например, аргонодуговая сварка) и мощности.
  • Режимы сварки (полярность, сила тока) определяют качество провара и надежность соединения деталей.
  • Подготовка самых заготовок для сварки не менее важна. Даже форма кромок на стыках повлияет на форму и качество шва.

Все эти факторы учитываются и берутся в расчет при планировании работ, особенно с важными и ответственными конструкциями.

Испытания на статический изгиб

Технологические испытания на статический изгиб служит для определения способности металла воспринимать заданный по форме и размерам загиб. Аналогичные испытания проводят и на сварных соединениях.

Испытанию на загиб подвергают образцы из листового и фасонного (пруток, квадрат, уголок, швеллер и др.) металла. Для листового металла ширина образца (b) принимается равной двойной толщине(2•t), но не менее 10 мм. Радиус оправки указывается в технических условиях.

Различают три вида изгиба:

— загиб до определенного угла;
— загиб вокруг оправки до параллельности сторон;
— загиб вплотную до соприкосновения сторон (сплющивание).

Отсутствие в образце трещин, надрывов, расслоений или излома является признаком того, что образец выдержал испытание.

Гидравлическое испытание сварных соединений

При данном способе проверки качества сварных швов, используется жидкость, чаще всего, это вода. Для нагнетания воды в трубопровод или какое-либо другое сварное изделие, используется специальный гидравлический пресс или насос. Вода накачивается в трубопровод, с достаточно большим давлением, примерно в несколько раз превышающее рабочее давление в сосуде.

Читать еще:  Как сделать красивый шов полуавтоматом?

Важным нюансом при этом считается время выдержки давления, оно должно быть не менее 5 минут. При этом сварные швы должны обязательно выдержать давление воды, через них не должна просачиваться жидкость. В противном случае, это говорит о низком качестве сварного соединения.

Разрушающие метод контроля сварных швов:

Тестирование кислотой сварного шва.

Этот метод требует удаления небольших образцов из сварного соединения. Эти образцы затем полируют в поперечном сечении и травят, используя кислотную смесь, в зависимости от используемого основного материала. Кислотное травление обеспечивает четкое изображение внутренней структуры сварного шва.

Проверка вытравленного образца выявляет глубину проникновения. Также мы получаем доказательства (если таковые имеются) об отсутствия полного сваривания, недостаточного проникновения корней, внутренней пористости и растрескивания. Они определяются на линии слияния (которая является переходом между сварным швом и основным материалом).

Для этого типа контроля необходим денная часть сварного шва, метод травления также успешно применяется в анализе отказов. Такие отказы могут возникнуть из-за проблемы сварки, также этим методом определяется места где появляются трещины.

Испытание на разрыв углового шва.

Этот тип испытаний включает в себя разрыв образца сварного шва, сваренного только, с одной стороны. Образец имеет нагрузку, приложенную к его не сваренной стороне. Испытание происходит, обычно в прессе. Нагрузка на элемент увеличивается до тех пор, пока сварной шов не разрушится. Разрушенный образец затем проверяется на предмет наличия и степень разрыва сварочных швов.

Испытания на разрыв углового сварного шва дают хорошее представление о неоднородностях по всей длине испытуемого сварного шва. Этот тип проверки сварного шва позволяет обнаружить такие элементы, как отсутствие плавления, внутренняя пористость и шлаковые включения в сварной шов.

Хотя испытание на разрыв углового сварного шва часто используется само по себе, оно также может использоваться в сочетании с испытанием на травление, поскольку эти два метода дополняют друг друга, предоставляя информацию о сходных характеристиках, но с разной степенью детализации.

Испытание на поперечное натяжение.

Испытание на поперечное натяжение проверяет конструкционную стойкость, вытягивая образец до разрушения. В испытании определяются характеристики и определяя исследуемой шва.

Управляемый тест на изгиб.

Это метод испытаний, который включает изгиб образца до указанного радиуса изгиба. Различные виды испытаний на изгиб используются для оценки пластичности и прочности сварных соединений. Испытания на управляемый изгиб обычно проводятся поперек оси сварного шва.

Такие испытания проводятся в специальных машинах. Испытания на изгиб поверхности выполняются при растяжении поверхности сварного шва, а испытания на изгиб корня – при растяжении корня сварного шва.

Образцы для испытания на боковой изгиб обычно вырезают из сварного соединения и сгибают с поперечным сечением сварного шва для теста на растяжение.

Направленное испытание на изгиб

Этот метод контроля чаще всего используется в сварочных процедурах и квалификационных испытаниях сварщика. Этот тип испытаний особенно хорош при обнаружении дефектов плавления, которые часто открываются на поверхности сварного шва.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector