РАСЧЕТ НАХЛЕСТОЧНОГО СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Исходные данные:

Длины участков сварного шва:

a = 200 мм
b = 300 мм
c = 100 мм

Длина привариваемой пластины:
Временное сопротивление стали соединяемых элементов:

L = 1 000 мм
R_un = 3670 кг/см²

Катет сварного шва:
Тип сварки:
Тип электрода:
Коэффициент условий работы сварного шва:

Нагрузки на сварное соединение:

Растягивающая сила:
Срезающая сила:
Изгибающий момент:

k_f = 6 мм
Ручная
Э42, Э42А
γ_c = 1.0

P = 3 300 кг
V = 2 450 кг
M = 10 000 кг*см

Длины участков сварного шва:

a = 200 мм;
b = 300 мм;
c = 100 мм;

Длина привариваемой пластины:

L = 1 000 мм;

Временное сопротивление стали соединяемых элементов:

R_un = 3670 кг/см²;

Катет сварного шва:

k_f = 6 мм;

Тип электрода:

Э42, Э42А;

Коэффициент условий работы сварного шва:

γ_c = 1.0.

Нагрузки на сварное соединение:

Растягивающая сила:

P = 3 300 кг;

Срезающая сила:

V = 2 450 кг;

Изгибающий момент:

M = 10 000 кг*см.

Требуется:

Выполнить проверочный расчет сварного соединения на прочность при заданных нагрузках.

Порядок расчета:

Расчет внутренних напряжений в сварном шве, возникающих под действием заданных нагрузок;

Расчет коэффициентов использования несущей способности сварного соединения.

Расчет внутренних напряжений в сварном шве

Коэффициенты расчетной ширины сварного шва для ручной сварки
(таблица 39, СП 16.13330.2017):

\[\beta_f = 0.7,\qquad\beta_z = 1.0\]

Расчетная ширина сварного шва:

по металлу шва:

\[\beta_f k_f = 0.7 \times 6 = 4.2\ \text{мм}\]

по металлу границы сплавления:

\[\beta_z k_f = 1.0 \times 6 = 6\ \text{мм}\]

Расчетная длина сварного шва (п. 14.1.16, СП 16.13330.2017):

по металлу шва:

\[L_{wf} = a + b + c + 2 \beta_f k_f - 10=\]

\[= 200 + 300 + 100 + 2 \times 4.2 - 10= 598.4\ \text{мм}\]

\[= 200 + 300 + 100 + 2 \times 4.2 - 10=\]

\[= 598.4\ \text{мм}\]

по металлу границы сплавления:

\[L_{wz} = a + b + c + 2 \beta_z k_f - 10=\]

\[= 200 + 300 + 100 + 2 \times 6 - 10= 602\ \text{мм}\]

\[= 200 + 300 + 100 + 2 \times 6 - 10=\]

\[= 602\ \text{мм}\]

Расстояние от центра тяжести сечения сварного шва до наиболее удаленной точки сечения (см. Рисунок 1):

по металлу шва:

\[r_f = 226.6\ \text{мм}= 22.66\ \text{см}\]

по металлу границы сплавления:

\[r_z = 227.88\ \text{мм}= 22.79\ \text{см}\]

а) Сечение по металлу шва

б) Сечение по металлу границы сплавления

Рисунок 1. Параметры расчетных сечений сварного шва

Угол между осью x и прямой, соединяющей центр тяжести расчетного сечения сварного шва и наиболее удаленную точку сечения (см. Рисунок 1):

сечение по металлу шва: \[\alpha_f = 18^\circ\]

сечение по металлу границы сплавления: \[\alpha_z = 18^\circ\]

Расстояние от центра тяжести сечения сварного шва до левой грани привариваемой пластины (см. Рисунок 1):

по металлу шва:

\[x_f = 79.52\ \text{мм}= 7.95\ \text{см}\]

по металлу границы сплавления:

\[x_z = 78.72\ \text{мм}= 7.87\ \text{см}\]

Площадь расчетного сечения сварного шва:

по металлу шва:

\[F_f = \beta_f k_f L_{wf}=\]

\[= 4.2 \times 598.4= 2\,513.28\ \text{мм}^2= 25.13\ \text{см}^2\]

\[= 4.2 \times 598.4= 2\,513.28\ \text{мм}^2=\]

\[= 25.13\ \text{см}^2\]

по металлу границы сплавления:

\[F_z = \beta_z k_f L_{wz}=\]

\[= 6 \times 602= 3\,612\ \text{мм}^2= 36.12\ \text{см}^2\]

\[= 6 \times 602= 3\,612\ \text{мм}^2=\]

\[= 36.12\ \text{см}^2\]

Моменты инерции расчетного сечения сварного шва:

по металлу шва:

\[I_{x,f} = 1 \, 731.88\ \text{см}^4,\qquad I_{y,f} = 2 \, 125.25\ \text{см}^4\]

по металлу границы сплавления:

\[I_{x,z} = 2 \, 536.66\ \text{см}^4,\qquad I_{y,z} = 3 \, 069.22\ \text{см}^4\]

Максимальные напряжения среза в сварном шве:

от силы P по металлу шва:

\[\tau_{Pf} = \frac{P}{F_f}= \frac{3\,300}{25.13}= 131.3\ \text{кг/см}^2\]

от силы P по металлу границы сплавления:

\[\tau_{Pz} = \frac{P}{F_z}= \frac{3\,300}{36.12}= 91.36\ \text{кг/см}^2\]

от силы V по металлу шва:

\[\tau_{Vf} = \frac{V}{F_f}= \frac{2\,450}{25.13}= 97.48\ \text{кг/см}^2\]

от силы V по металлу границы сплавления:

\[\tau_{Vz} = \frac{V}{F_z}= \frac{2\,450}{36.12}= 67.83\ \text{кг/см}^2\]

от момента M по металлу шва:

\[\tau_{Mf} =\frac{M r_f}{I_{xf} + I_{yf}}=\frac{10\,000 \times 22.66}{1\,731.88 + 2\,125.25}=\]

\[= 58.75\ \text{кг/см}^2\]

от момента M по металлу границы сплавления:

\[\tau_{Mz} =\frac{M r_z}{I_{xz} + I_{yz}}=\frac{10\,000 \times 22.79}{2\,536.66 + 3\,069.22}=\]

\[= 40.65\ \text{кг/см}^2\]

от момента, вызываемого силой V по металлу шва:

\[\tau_{MVf} =\frac{V (L - x_f) r_f}{I_{xf} + I_{yf}}=\]

\[=\frac{2\,450 \times (100 - 7.95) \times 22.66}{1\,731.88 + 2\,125.25}= 1\,324.82\ \text{кг/см}^2\]

\[=\frac{2\,450 \times (100 - 7.95) \times 22.66}{1\,731.88 + 2\,125.25}=\]

\[= 1\,324.82\ \text{кг/см}^2\]

от момента, вызываемого силой V по металлу границы сплавления:

\[\tau_{MVz} =\frac{V (L - x_z) r_z}{I_{xz} + I_{yz}}=\]

\[=\frac{2\,450 \times (100 - 7.87) \times 22.79}{2\,536.66 + 3\,069.22}= 917.53\ \text{кг/см}^2\]

\[=\frac{2\,450 \times (100 - 7.87) \times 22.79}{2\,536.66 + 3\,069.22}=\]

\[= 917.53\ \text{кг/см}^2\]

Суммарные напряжения среза по металлу шва:

\[\tau_{\max,f} =\sqrt{\left[\tau_{Pf} + (\tau_{Mf} + \tau_{MVf}) \sin \alpha_f\right]^2+
\left[\tau_{Vf} + (\tau_{Mf} + \tau_{MVf}) \cos \alpha_f\right]^2}= 1\,518.95\ \text{кг/см}^2\]

\[\tau_{\max,f} =\sqrt{\left[\tau_{Pf} + (\tau_{Mf} + \tau_{MVf}) \sin \alpha_f\right]^2+}\]

\[\overline{+[\tau_{Vf} + (\tau_{Mf} + \tau_{MVf}) \cos \alpha_f]^2}=\]

\[= 1\,518.95\ \text{кг/см}^2\]

Суммарные напряжения среза по металлу границы сплавления:

\[\tau_{\max,z} =\sqrt{\left[\tau_{Pz} + (\tau_{Mz} + \tau_{MVz}) \sin \alpha_z\right]^2+
\left[\tau_{Vz} + (\tau_{Mz} + \tau_{MVz}) \cos \alpha_z\right]^2}= 1\,052.39\ \text{кг/см}^2\]

\[\tau_{\max,z} =\sqrt{\left[\tau_{Pz} + (\tau_{Mz} + \tau_{MVz}) \sin \alpha_z\right]^2+}\]

\[\overline{+[\tau_{Vz} + (\tau_{Mz} + \tau_{MVz}) \cos \alpha_z]^2}=\]

\[= 1\,052.39\ \text{кг/см}^2\]

Расчетное сопротивление сварного шва срезу (условному) по металлу шва для электродов Э42, Э42А (таблица Г.2, СП 16.13330.2017):

\[R_{wf} = 180\ \text{Н/мм}^2 = 1\,834.86\ \text{кг/см}^2\]

Расчетное сопротивление сварного шва срезу (условному) по металлу границы сплавления (Таблица 4, СП 16.13330.2017):

\[R_{wz} = 0.45 R_{un} = 0.45 \times 3\,670 = 1\,651.5\ \text{кг/см}^2\]

\[R_{wz} = 0.45 R_{un} =\]

\[= 0.45 \times 3\,670 = 1\,651.5\ \text{кг/см}^2\]

Расчет коэффициентов использования несущей способности сварного соединения

Коэффициенты использования несущей способности показывают насколько эффективно используется несущая способность сварного шва при действии заданных нагрузок.

Коэффициенты использования рассчитываются путем деления значений внутренних напряжений, возникающих в сварном шве под действием нагрузки, на расчетную прочность сварного шва.

Если по результатам расчета, коэффициент использования оказывается меньше 1.0, то прочность сварного шва обеспечена.

Если коэффициент использования равен 1.0, то шов работает на пределе возможностей.

Если коэффициент использования больше 1.0, то прочность шва не обеспечена. Шов может разрушиться при расчетной нагрузке, необходимо увеличить его размер (катет) или изменить марку стали/электродов.

Коэффициенты использования несущей способности заданного сварного шва:

по металлу шва:

\[\eta_f =\frac{\tau_{\max,f}}{R_{wf} \gamma_c}=\frac{1\,518.95}{1\,834.86 \times 1.0}= 0.83\]

по металлу границы сплавления:

\[\eta_z =\frac{\tau_{\max,z}}{R_{wz} \gamma_c}=\frac{1\,052.39}{1\,651.5 \times 1.0}= 0.64\]

Вывод:

Несущая способность сварного соединения при действии заданных нагрузок обеспечена, поскольку все рассчитанные коэффициенты использования несущей способности сварного шва меньше 1.0.

Перейти в калькулятор расчета сварных швов

Вернуться наверх