Расчет соединений с угловыми швами

Передача усилия с одного элемента на другой происходит неравномерно как по длине шва, так и по поперечному сечению соединения. Однако при статическом нагружении перед разрушением напряжения выравниваются за счет пластической работы перенапряженных (концевых) участков шва.

Лобовые швы обладают бóльшей жесткостью и прочностью, чем фланговые, в запас прочности они рассчитываются, как фланговые. При одновременном использовании лобовых и фланговых швов (в комбинированных соединениях) напряжения в швах выравниваются в результате развития пластических деформаций, расчет комбинированных соединений производится по суммарной площади швов. В основу расчета принимается допущение о равномерном распределении напряжений среза.

Сварные соединения, выполненные угловыми швами, при действии силы N, проходящей через центр тяжести соединения, рассчитываются на срез (условный) по одному из двух сечений (рис. 3.8):

при β_fR_wf /(β_zR_wz) ≤ 1 по металлу шва (сечение 1-1)

при β_fR_wf /(β_zR_wz) > 1 по металлу границы сплавления (сечение 2-2)

где l_w – расчетная длина швов в сварном соединении, равная суммарной длине всех его участков за вычетом по 1 см на каждом непрерывном участке шва (учитываются дефекты сварки из-за непровара в начале сварного шва и кратера в конце шва);

β_f; β_z – коэффициенты для расчета углового шва соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, учитывающие глубину проплавления при сварке и принимаемые по табл. 3.5.

Рис. 3.8. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

Расчет по металлу шва производится по минимальной площади сечения шва, проходящей через меньшую высоту условного треугольника шва (без учета наплыва). Для ручной сварки при равных катетах шва эта высота равняется 0,7 k_f.

Необходимость расчета сварного шва по металлу границы сплавления (по сечению с большей расчетной площадью) вызвана применением сварочных материалов с прочностью, превышающей прочность основного материала соединяемых элементов (несущую способность соединения определяет менее прочный основной металл).

При автоматической и механизированной сварке провар в углу (корне) шва глубже, чем при ручной сварке. При работе шва на срез включается в работу часть основного материала, при этом условная высота треугольного сечения шва принимается равной β_fk_f или β_zk_f.

Катет углового шва k_f должен удовлетворять требованиям расчета. Минимальное значение катета шва k_f принимается в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов (при относительно малой толщины шва больше скорость охлаждения металла соединения, приводящая к охрупчиванию металла шва и повышению его склонности к образованию трещин), способа сварки, марки стали и вида соединения (см. табл. 3.3).

Таблица 3.5

Значения коэффициентов b_f и b_z

Вид сварки при диаметре сварочной проволоки сплошного сечения d, мм	Положение шва	Коэффи-циент	Значение коэффициентов bf и bz при нормальных режимах сварки и катетах швов, мм
3–8	9–12	14–16	Св. 16
Автоматическая при d = 3–5	В лодочку	bf	1,1	0,7
bz	1,15	1,0
Нижнее	bf	1,1	0,9	0,7
bz	1,15	1,05	1,0
Автоматическая и механизированная при d = 1,4–2	В лодочку	bf	0,9	0,8	0,7
bz	1,05	1,0
Нижнее, горизонтальное, вертикальное	bf	0,9	0,8	0,7
bz	1,05	1,0
Ручная и механизированная при d < 1,4 или порошковой проволокой	В лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное	bf	0,7
bz	1,0

При возможности обеспечения большей глубины провара (от 5 мм и более) в тавровом двустороннем, а также в нахлесточном и угловом соединениях катет шва допускается принимать меньше указанного в табл. 3.3, но не менее 4 мм, при этом дополнительным контролем должно быть установлено отсутствие дефектов, в том числе технологических трещин.

В нахлесточных соединениях обычно катет шва принимается не больше меньшей из толщин соединяемых деталей, в тавровых соединениях k_f не должен превышать 1,2 t, где t – наименьшая из толщин соединяемых элементов. При сварке вдоль кромок фасонного проката толщиной t, имеющих скругление, катет углового шва, как правило, не должен превышать 0,9 t. При статических и динамических нагрузках рекомендуется k_f, _max принимать по табл. 3.6.

Расчетная длина углового сварного шва должна быть не менее 4 k_f и не менее 40 мм. При работе более коротких швов сильно сказывается неучитываемое расчетом влияние эксцентриситета е и возникающего при этом дополнительного изгибающего момента (см. рис.3.4, а). Длина нахлеста листов в соединениях должна быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов (см. рис. 3.4, б).

Из-за большой концентрации напряжений в начале и конце шва возможно достижение предельного состояния в наиболее напряженных точках раньше, чем выровняются напряжения по всей длине шва. Поэтому максимальная длина флангового шва принимается l_{w ,max} ≤ 85 β_fk_f, за исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении швов, например, в поясных швах составных балок, где длина шва не ограничивается.

Таблица 3.6

Максимальные катеты швов k_f,_max у скруглений