Pevnost svarových spojů je schopnost odolávat zatížení za určitých podmínek, aniž by byly zničeny silou. V tomto případě se bere v úvahu nejen pracovní zatížení, ale také maximální zatížení.
Pracovníci se skládají z vnějších zátěží, které vznikají při provozu od jejich vlastní hmotnosti a napětí vznikajících při svařování. Mezi omezující patří ty, které vznikají při průtažnosti v hlavním úseku a v tomto případě dochází k maximálním přípustným deformacím a poškození. Aby byly spoje spolehlivé a vysoce kvalitní, je nutné před procesem svařování provést výpočet pevnosti svaru.
Co určuje pevnost svarového spoje
Chcete-li správně vypočítat pevnost svaru, musíte vědět, jaké faktory ovlivňují pevnostní charakteristiky. Hlavní podmínkou pro vytvoření pevných spojů je dodržení technologie svařování.
O tom, jak kvalitní budou spoje, ale rozhoduje i řada dalších faktorů:
- kvalita použitých materiálů. Koeficient pevnosti svaru přímo závisí na tom, jak dobře je vybrán okolní kov a jaké vlastnosti má;
- Spotřební materiál. Nesprávně zvolená aditiva nebo elektrody nejsou schopny vytvořit spolehlivé spojení;
- svářecí zařízení musí splňovat požadovaný výkon a technologii svařování;
- spolehlivost a kvalita průvaru závisí na způsobu svařování, zejména na síle a polaritě proudu;
- kvalita obrobku. Na okrajových spojích by neměly být žádné vady nebo vměstky, protože to narušuje tvar a pevnost švu.
Každý z těchto parametrů je třeba vzít v úvahu při plánování svářečských prací a každý z nich určuje, jak přesně bude proveden výpočet na pevnost svarových spojů.
Jak vypočítat pevnost svarových švů
V závislosti na tom, jak jsou spojovací prvky umístěny během svařování, se rozlišují různé typy švů: rohové, tupé, tee, lap. Na fotografii níže můžete vidět různé způsoby spojení dílů, které mají být svařeny dohromady.
Pro každý typ spoje se výpočet svarů pro pevnost provádí individuálně a s přihlédnutím k různým parametrům. Hodnoty pevnosti tupých svarů jsou určeny jmenovitým průřezem svařované plochy, na které nejsou žádné průhyby. U rohových spojů jsou indikátory síly určeny nohou.
V každém případě je před výpočtem pevnosti svaru nutné vypočítat jeho plochu průřezu. Průřez můžete nastavit vynásobením délky a tloušťky svarového spoje.
Přípustnou tahovou sílu ve spoji lze určit podle vzorce: Р = σp × S × I
Při kompresi se vzorec mírně liší: P = σco x S x I
Konvence ve vzorcích jsou následující:
- S – tloušťka prvků, které jsou spojeny svařovací technikou;
- I – délka svarového spoje;
- σp – dovolené napětí v tahu;
- σco – dovolené tlakové napětí.
Jakou pevnost bude mít překrývající se šev, můžete vypočítat pomocí vzorce: P = τav × 0,7 K × I, kde:
- Р – přípustné možné úsilí;
- τav – indikátor dovoleného napětí kovu uloženého v řezu;
- К – délka nohy, která je uvedena ve vzorci s koeficientem 0,7;
- I – délka připojovací spáry.
Při výpočtu únosnosti tupého svaru je třeba se zaměřit na napětí, které je přípustné v nejnebezpečnějším úseku (úsecích), a také na napětí závislé na meze kluzu (HSE). Zachování poměru těchto dvou ukazatelů je povinné a pouze pokud jsou plně v souladu, prvek kovové konstrukce splní všechny požadavky kladené na pevnostní charakteristiky.
Hlavním úkolem při přípravě na svařování kovových konstrukcí je nepřekročit maximální přípustná napětí při výpočtu pevnosti v tahu svaru, jehož tabulka koeficientů je k dispozici na specializovaných stránkách na internetu ve veřejné doméně.
Online výpočet pevnosti spoje
Provádění předběžných výpočtů pevnosti před svařováním kovových výrobků pomáhá předcházet nepřesnostem a vadám, které vedou ke zničení konstrukcí. Aby bylo možné přesně provést výpočet svarů na pevnost, mohou příklady hotových výpočtů sloužit jako pokyny pro správné provedení všech akcí. A nejlepší je vypočítat pevnostní vlastnosti online pomocí speciálních programů “Strength Calculator”.
Pomocí programu není obtížné bez chyb vypočítat únosnost švů po délce a rameni, vybrat průměr výztuže podle požadovaného tahového zatížení, nastavit plochu průřezu a vypočítat další hodnoty, které určit pevnost a spolehlivost svařovaných konstrukcí.
Zajímavé video
Podle SP 16.13330.2011 „Ocelové konstrukce“ z tabulky 4 vyplývá: svary „s koutovými svary“, návrhová charakteristika odolnosti svaru – pro svarový kov a pro kov tavné hranice; podmíněný řez; Rwf = 0,55 * Rwun / Ywm = 0,55 * 410 / 1,25 = 180,4 MPa * Yc = 180,4 * 1,1 ,198,44 MPa – pro svarový kov.
Rwz = 0,45 * Run = 0,45 * 360 = 162 MPa * 1,1 = 178,2 MPa – podél hranice roztavení kovu.
Pro výpočet bereme nejmenší hodnotu – 178,2 MPa.
Hodnoty koeficientů spolehlivosti pro svarový kov Ywm by měly být brány:
Ywm = 1,25 – při Rwun ≤ 490 N/mm2 (4900 kg/cm2)
Ywm = 1,35 – při Rwun ≥ 590 N/mm2 (5900 kg/cm2)
Tabulka 3 – koeficienty provozních podmínek Yс
Vezmeme bod 6, konstrukční prvky z oceli s mezí kluzu do 440 MPa, nesoucí statické zatížení, při výpočtu pevnosti v úseku zeslabeném otvory pro šrouby (kromě třecích spojů) – Yc = 1,10
Tabulka 4 – návrhová odolnost pro ocel
K destrukci koutového svaru může dojít ve dvou rovinách: podél svarového kovu, podél tavné hranice, proto se výpočet koutových svarů provádí pro tyto dva úseky.
Mnoho zajímavostí v knize “Příklady výpočtu kovových konstrukcí” od A.P.Mandrikova, viz odkaz.
Obr. 2 – řez koutovými svary, A.P. Mandrikov
Obrázek ukazuje řez podél hranice tavení, pro kov, svarové rameno Kf, bezrozměrný koeficient Bz, Bf
Obr. 3 – smykový a ohybový koutový svar
T-kový svar považujeme za koutový svar.
Při ohybových a střižných koutových svarech, viz obrázek 3, se celková napětí kontrolují podle vzorce (Mandrikov A.P.):
Gf= (τwf ^2 + Gwf ^2)^0,5 ≤ Rwf *Ywf*Yc – pro svarový kov
Gz = (τwz ^2 + Gwz ^2)^0,5 ≤ Rwz *Ywz*Yc – pro kov hranice fúze
kde τwf = N / (Bf*Rf) * ∑Lw;
τwz = N / (Bz*Rf) * ∑Lw;
Gwf = M/Ww = 3*N*L/(Bf*Rf)*Lw^2;
Gwz = M / Ww = 3*N*L / (Bz*Rf) * Lw^2
Svarové rameno Rf musí být minimálně 4 mm. a ne více než 1,2 násobek menší tloušťky svařovaných prvků. Odhadovaná délka švu není menší než 4*Rf, ale ne menší než 40 mm.
Uvažujme příklad, podle obrázku 3 je poměr L poměr = 150 mm.
Zatížení N = 500 kg. = 5000 N.
Délka švu Lšev u2d Osamělý šev – XNUMX * t (tloušťka nejmenší části, která se má svařit) uXNUMXd
= 100 – 2*6 = 88 mm. Celková délka švu = 88 * 2 (počet švů) = 176 mm.
τwf u5000d N / (Bf * Rf) * ∑Lw u0,7d 6 N / (176 * 6,76 mm) * 2 mm. = XNUMX N/mmXNUMX;
τwz = N / (Bz*Rf) * ∑Lw = 5000 N / (1,0*6 mm.) * 176 mm. = 4,73 N/mm2;
Gwf = M / Ww = 3*N*L / (Bf*Rf) * Lw^2 = 3 * 5000 N * 150 mm. / (0,7 * 6) * 176 mm.^2 =
2250000 N*mm. / 130099,2 mm3 = 17,29 N*mm2;
Gwz u3d M / Ww u2d 3 * N * L / (Bz * Rf) * Lw ^ 5000 u150d 1,0 * 6 N * 176 mm. / (2 * XNUMX) * XNUMX mm.^XNUMX =
2250000 N*mm. / 185856 mm3 = 12,11 N*mm2;
Rwf *Ywf*Yc = 180,4 * 1,0 * 1,1 = 198,44 N/mm2
Rwz *Ywz*Yc = 162 * 1,0 * 1,1 = 178,2 N/mm2
Rwz = 0,45 * Chod = 0,45 * 360 = 162 N/mm2
Ywf a Ywz – koeficienty práce svaru rovné 1,0
Podle SP 16.13330.2011 „Ocelové konstrukce“, článek 14.1.17, výpočet svarových spojů s koutovými svary působením momentu M v rovině kolmé k rovině svarů by měl být proveden na smyku (podmíněné) v jedné ze dvou částí:
pro svarový kov M / (Wf * Rwf * Yc) u750000d 43366,4 / 180,4 * 1,1 * 0,0871 u1d XNUMX ≤ XNUMX;
pro svarový kov М / (Wz*Rwz*Yc) = 750000 / 61952*180,4*1,1 = 0,0610 ≤ 1;
Wf a Wz jsou momenty odporu vypočtených úseků svarového spoje pro svarový kov a pro kov na hranici tavení.
Wf = 2 * (Bf*Kf*Lw^2) / 6 = Bf*Kf*Lw^2 / 3 = 0,7*6 mm.*176 mm.^2 / 3 = 43366,4 mm3
Wz = 2 * (Bz*Kf*Lw^2) / 6 = Bz*Kf*Lw^2 / 3 = 1,0*6 mm.*176 mm.^2 / 3 = 61952 mm3
M = N * Lrel = 5000 N * 150 mm. = 750000 XNUMX N*mm.
Definujme maximální zatížení na 40 mm. oboustranný (20mm na stranu), koutový svar, noha 6mm. – 290 kg.
Článek je uveden pro informaci.
Co se stalo ve výpočetním programu. Bodové napětí – 925 MPa. Ve svaru – v zelené zóně 123 MPa, ve žlutém sektoru – 178 MPa, v červeném sektoru – 500 – 600 MPa. Na kov – 500 – 600 MPa. Viz obrázek 4 a 5.
