Výpočet a návrh svarových spojů – technické charakteristiky

Tupé klouby. Pro pohodlí přenosu silových toků jsou tupé spoje nejdokonalejší, protože prakticky neexistují žádné odchylky těchto toků, a proto nedochází k téměř žádné koncentraci napětí.

Proto ze všech svarových spojů fungují tupé spoje lépe při dynamickém zatížení. Tyto spoje jsou navíc ekonomické z hlediska spotřeby materiálu. Hlavní nevýhodou tupých spojů je nutnost velmi přesně řezat spojované prvky a často řezat hrany.

Ruční svařování na tupo lze provádět bez speciálního opracování hran s tloušťkou t spojovaných prvků do 8 mm as automatickým svařováním – do t = 20 mm (obrázek níže). Když jsou prvky tlustší, okraje jsou řezány (zkoseny pod úhlem) pro snadné svařování a pro zajištění úplného proniknutí. Zkosení lze vyrobit pouze na jedné straně (švy ve tvaru V a U, obrázky níže) nebo na obou stranách (švy ve tvaru X a K, obrázky níže). Jednostranné svařování je z hlediska provedení práce jednodušší, umožňuje kontrolu průvaru kořene svaru (kde je nejvíce vad) a následné vyztužení z kořenové strany (reverzní svařování). Při jednostranném svařování však v důsledku smršťování švů dochází ke zkroucení svařovaných prvků.

Drážkování okrajů tupých svarových spojů

Při oboustranném svařování (svary ve tvaru X a K) je objem svaru menší, a proto je nižší spotřeba deponovaného kovu. Tento faktor, stejně jako symetrie umístění švu, má příznivý vliv na deformace smršťováním. Nevýhodou oboustranného svařování je obtížná kontrola kvality průvaru střední části (kořen svaru) a zvýšená náročnost výroby, jelikož je nutné svařovat z obou stran, na což má výrobek být otočen. Na začátku a na konci svaru je svarový kov nekvalitní. Aby se tato nevýhoda odstranila, svařování by mělo začínat a končit na speciálních podložkách – olověných proužcích, které dočasně prodlužují švy (obrázek níže). Na konci svařování se tyto pásy spolu s počátečními a konečnými úseky švu odříznou a konce švů a přilehlé oblasti se očistí.

V případě spojování plechů různých tlouštěk tupým švem je přechod z větší tloušťky na menší možný díky vhodnému provedení vnějšího povrchu švu (obrázek níže) pouze v případě, že rozdíl v tloušťkách není žádný. více než 4 mm a velikost výstupku ve spoji nepřesahuje 1/8 tloušťky tenčího plechu.

Montáž tupých svarů do plechů různých tlouštěk

Při větším rozdílu tlouštěk a při dynamickém zatížení by měly být u silnějšího plechu opatřeny úkosy se sklonem až 1:5 (obrázek níže). Za vypočtenou tloušťku tupého svaru se považuje tloušťka spojovaných prvků, a pokud je jejich tloušťka jiná, pak tloušťka tenčího prvku (bez zohlednění nanesené housenky nahoře). Designová délka švu l_wvezměte v úvahu jeho skutečnou délku mínus 2 t, s přihlédnutím k nedostatečnému průniku na začátku a na konci švu. Pokud bylo svařování zahájeno a dokončeno na olověných páscích, pak se délka svaru nezkracuje.

Napětí ve švu se kontroluje pomocí vzorce

kde N je návrhová síla; R_wy — návrhová odolnost tupého svarového spoje vůči tahu nebo tlaku.

Vypočtené pevnosti v tahu svarových spojů vyrobených ručním nebo poloautomatickým svařováním s konvenčními metodami sledování kvality svaru jsou nižší než vypočtené odpory spojovaného základního kovu, a proto přímý spoj vyrobený takovým svařováním bude nesmí mít stejnou pevnost jako základní kov. Pro získání spoje stejné pevnosti se používá šikmý šev, který je vyroben se sklonem 2:1 (viz obrázek níže).

Když na spoj působí ohybový moment M, normálová napětí ve švu

kde W w = tl 2 _w / 6 – moment odporu švu.

U tupých svarových spojů pracujících současně v ohybu a smyku se redukovaná napětí kontrolují pomocí vzorce

kde σ_w — normální ohybová napětí; tw = Q/(tl_w) je průměrné smykové napětí od smykové síly, stanovené z podmínky rovnoměrného rozložení podél tupého svaru.

Kloubový spoj. Toto spojení je provedeno s nebo bez překrytí pomocí koutových svarů. V závislosti na umístění švů ve vztahu ke směru přenášené síly se rozlišují boční švy (obrázek níže), umístěné rovnoběžně se silou, a čelní švy, umístěné kolmo na sílu.

Spojení s bočními švy (a), směr toku silových vedení a rozložení napětí (b)

Jednoduchost přeplátovaného spoje, který nevyžaduje přesné lícování a zakončování hran, ale pouze čištění, odjehlování a rovnání, je důvodem širokého použití tohoto typu svarového spoje. Jeho nevýhodou je silné zkreslení toku síly při přenosu síly z jednoho prvku na druhý as tím související koncentrace napětí způsobená současnou činností švu pro střih a ohýbání.

Při spojování pomocí bočních švů dochází k nerovnoměrnému přenosu síly jak po délce švu, tak po průřezu spoje (obrázek výše). Po délce je přenos sil nejintenzivnější na koncích švů, kde je rozdíl napětí ve spojovaných prvcích největší. Před prasknutím švu se však vlivem plastické práce přepjatých úseků (počáteční a koncová) napětí vyrovnají. To umožnilo založit výpočet na předpokladu rovnoměrného rozložení smykových napětí na minimální ploše průřezu svaru. K porušení svaru může dojít jak podél svarového kovu (obrázek níže), tak podél základního kovu na hranici jeho svaru se svarovým kovem (obrázek níže), zejména pokud je nanesený kov pevnější než základní kov.

Přední švy (obrázek níže) přenášejí síly rovnoměrněji po šířce než boční švy. V důsledku prudké změny směru toku siločar (obrázek níže) se však velká napětí koncentrují u kořene švu (obrázek níže); V důsledku toho dochází k lomu švu při malých protaženích (ε = 3-4 %), tj. je křehký.

Spojení předními švy

Nerovnoměrné rozložení napětí vede ke snížení kvality spoje. Proto bez ohledu na typ práce (tlak, tah, smyk) je výpočet čelních švů podmíněně založen na řezání podél minimální plochy průřezu švu. Při provádění přeplátovaných spojů s předními švy by měla být délka překrytí nastavena na alespoň pětinásobek tloušťky tenčího prvku (viz obrázek níže). Tím se snižuje účinek dodatečného ohybového momentu.

Normální koutový svar má v průřezu tvar pravoúhlého rovnoramenného trojúhelníku se zakřivenou přeponou (obrázek níže).

Obvyklý přítok konvexního svaru je 0,1 velikosti jeho ramene k_f. V konstrukcích, které přímo nesou dynamická zatížení, se za účelem snížení koncentrace napětí v rohových čelních svarech používají ploché švy s poměrem ramen 1:1,5 (obrázek níže) nebo konkávní švy (obrázek níže).

Průřezy koutových svarů

a – normální konvexní; b—šikmé konvexní; c – konkávní

Minimální svar ramene u konstrukcí pracujících při statickém zatížení je 3 mm pro automatické a poloautomatické svařování, 4 mm pro ruční svařování a 6 mm pro dynamické zatížení. Švy jsou odstupňovány po 1 mm. Navíc nejmenší rameno jednoprůchodových koutových svarů je omezeno v závislosti na tloušťce tlustšího svařovaného prvku. Níže uvedená tabulka ukazuje minimální hodnoty koutových svarů pro hlavní skupiny konstrukcí. K lze vzít největší hodnotu ramena koutového svaru v závislosti na tloušťce spojovaných prvků_f = 1,2t, kde t je nejmenší tloušťka svařovaných prvků.

Kvůli vysoké koncentraci napětí na začátku a na konci svaru musí být délka koutového svaru minimálně 40 mm nebo 4k_f (při dynamickém zatížení 60 mm nebo 6k_f). Maximální délka bočních švů je rovněž omezena a neměla by překročit 85 β_fk_f (β_f– součinitel hloubky průvaru koutových svarů, převzat z níže uvedené tabulky), protože skutečná napětí po délce švu jsou rozložena nerovnoměrně a u dlouhých švů jsou jeho krajní části vystaveny nadměrnému namáhání a střední části podpětí oproti vypočtené hodnotě . Toto omezení se nevztahuje na švy, ve kterých se síla vyskytuje po celé délce, například na pasové švy nosníků.

Minimální hodnoty kf pro koutové svary

Mez kluzu svařované oceli, MPa

Co je to svarová noha, jak ji správně vypočítat a zkontrolovat.

Při svařování kritických struktur je velká pozornost věnována rameni svaru. V továrnách a podnicích je tento parametr kontrolován samostatně a výrobek může být považován za nevhodný a odeslán k přepracování, což bude mít za následek ztrátu času a finančních nákladů. Zde se podíváme na to, co je švová noha, jak ji správně vypočítat a zkontrolovat.

• V jakých švech je noha?
• Co je to svařovací noha
• Výběr nohou
• Výpočet švové nohy
• Důsledky nesprávných výpočtů nohou
• Co ovlivňuje nohu svaru
• Kontrola kvality švu

V jakých švech je noha?

Geometrie svarových spojů závisí na způsobu spojení obou stran k sobě. Při přivařování plechů k sobě (na vodorovném, svislém, stropním povrchu) se na spoji vytvoří housenka. Pro posouzení kvality švu se měří jeho výška a šířka a hloubka průniku se sleduje pomocí destruktivního testování nebo rentgenového záření. Katet tu není.

Noha se nachází pouze na rohu a T-spojkách. Na poloze dílů v prostoru nezáleží. U koutového svaru je určení jeho výšky poměrně obtížné, protože neexistuje žádná rovina, ze které by se dalo odrazit. Pro posouzení kvality takových spojů se proto měří šířka švu, nohavic a hloubka průniku (pomocí destruktivních a nedestruktivních zkušebních metod).

Co je to svařovací noha

Švová noha – to jsou dvě strany trojúhelníku rozbíhající se z pravého úhlu. Ve skutečnosti má noha zde stejnou definici jako ve školní geometrii. V ideálním případě by byl takový trojúhelník rovnoramenný, na každou stranu by pak dopadala stejná část uloženého kovu. To zajišťuje nejlepší retenci dílů a pevnost spoje.

Koncept svarové nohy je použitelný pro všechny typy svařování. Jisté nohy lze dosáhnout při připojení pomocí potažené svařovací elektrody (MMA), poloautomatického hořáku (MIG/MAG), netavitelné wolframové tyče a argonového svařovacího hořáku (TIG). Vzhledem k tomu, že v rohu a T-spojce jsou vždy dvě nohy (na svislém a spodním povrchu obrobku), při měření se pro usnadnění někdy označují jako K1 a K2. V dobrém švu jsou K1 a K2 stejné.

Výběr nohou

Povrch svaru v rohových spojích je:

1. Konvexní — váleček vyčnívá ven a někdy přesahuje délku samotné nohy. Navenek takový svar vypadá mohutně, ale zvýšené množství usazeného kovu vede k tvorbě vnitřních pnutí. Z tohoto důvodu je výrobek náchylný k deformaci, zejména pokud jsou jeho stěny 2-3 mm.
2. Konkávní — povrch švu je zakřivený dovnitř a nachází se pod výškou nohy. Abyste dosáhli tohoto tvaru, musíte zvýšit proud a rychleji pohybovat elektrodou nebo hořákem. U poloautomatického stroje se vyplatí zvýšit indukčnost, aby se proces oddělování kapek stal hladším. To zvyšuje hloubku průniku a podporuje konkávní svarový povrch.
3. Rovnoy – mezi stranami rohového spoje je téměř rovná, šikmá rovina plochy švu. To se stává méně často, ale stále je to možné. Tato možnost je výhodnější pro mechanické opracování spojů – nestačí očistit usazený kov a zařízení brusky okamžitě zachytí celý povrch.

V každém případě noha znamená délku (na vodorovné části obrobku) a výšku (na svislé části obrobku) strany trojúhelníku, počínaje kořenem švu. Jinými slovy, toto je vzdálenost od okraje (vnějšího okraje) švu k povrchu jiného dílu.

Zdá se, že čím více nohou, tím lépe, ale není tomu tak. Velké rameno svaru vytváří napětí ve spoji a vede k převrácení konstrukce. Zahřívací plocha dílu se zvětšuje. Výrobek může způsobit vážné poškození. Velká noha vždy znamená nadměrnou spotřebu materiálu (elektrody, svařovací nebo přídavný drát) a časovou prodlevu. Vytvoření vysokovýškového svaru vyžaduje dlouhé držení oblouku na jednom místě, což vede k vyhoření legujících prvků a rychlejší korozi. Proto by měla být noha správně vypočtena pro každý návrh.

Výpočet švové nohy

Vzhledem k tomu, že koutový svar je v průřezu podobný trojúhelníku, můžete zjistit výšku a délku jeho stran pomocí geometrického vzorce, pomocí matematických schopností. Výpočet se provádí pomocí vzorce:

T=S*cos45º

Uvedené složky jsou dešifrovány takto:

T – velikost švu, kterou se snažíme vypočítat

S — šířka válečku (v geometrii — přepona trojúhelníku)

cos45º – jedná se o standardní hodnotu s koeficientem 0.7

Spočítejme si nohu svaru v praxi. Máme například rohový spoj o šířce perlinky 5 mm. Tuto hodnotu dosadíme do vzorce a dostaneme 5*0.7=3.5 mm. To znamená, že délka švu je 3.5 mm. Tento vzorec platí, když svarový kov leží rovnoměrně na každé straně koutového spoje.

Experimentálně byly stanoveny optimální parametry svarového švu pro každou tloušťku kovu. Pokud je dodržíte, získáte pevné spojení bez plýtvání výplňovým materiálem. Charakteristiky svaru uvádíme v tabulce.

Tloušťka obrobku, mm	Typ připojení	Minimální délka švu, mm
4-5	T-tyč s oboustranným prostupem	4
6-10	T-tyč s oboustranným prostupem	4-5
11-16	T-tyč s oboustranným prostupem	4-6
17-22	T-tyč s oboustranným prostupem	5-7
23-32	T-tyč s oboustranným prostupem	6-8
4-5	Tvar T s jednostranným prostupem nebo rohový s jednostranným prostupem	5
6-10	Tvar T s jednostranným prostupem nebo rohový s jednostranným prostupem	6
11-16	Tvar T s jednostranným prostupem nebo rohový s jednostranným prostupem	7
17-22	Tvar T s jednostranným prostupem nebo rohový s jednostranným prostupem	8
23-32	Tvar T s jednostranným prostupem nebo rohový s jednostranným prostupem	9

Jak vidíte, velikost nohy se pohybuje od 30 do 100% tloušťky součásti – čím tenčí je obrobek, tím blíže je velikost nohy k jeho průřezu. Při svařování dílů s různými tloušťkami se noha vybírá podle většího ukazatele. Pokud například svařujete obrobky o průřezu 5 a 10 mm s průvarem pouze na jedné straně, rameno svaru by mělo být 6 mm (vzato z výpočtu, jako by dvě strany měly tloušťku 10 mm). Pokud se zaměříte na tenkou stranu, získáte slabé vyztužení na tlustém kovu a spojení bude nespolehlivé. Ale v tomto případě je důležité zvolit správnou intenzitu proudu a vařit s určitou obloukovou technikou.

Důsledky nesprávných výpočtů nohou

Negativní důsledky velké nohy jsme již zvažovali. Druhou častou chybou je příliš malá léga švu. Po stranách je pak málo usazeného kovu, což snižuje pevnost spoje. Pokud se zlomí nebo vibruje, konstrukce nemusí vydržet zatížení a šev praskne. Malá noha sice šetří spotřební materiál, ale je přijatelná pouze pro nepodstatná připojení (grilování, stůl atd.).

Další chybou svářečů je asymetrická noha. Nejčastěji je spodní okraj švu příliš široký a horní okraj příliš krátký. K tomu dochází, když je technika nesprávná nebo je zvolen režim svařování, protože roztavený kov stéká dolů vlivem gravitace. Šev vypadá široký, ale jen mírně přesahuje na svislou stranu, takže slabě drží a není určen pro vážné zatížení.

Co ovlivňuje nohu svaru

Vznik svarového ramene rohových a T spojů je ovlivněn řadou faktorů:

1. Směrovost hořáku nebo elektrody. Pokud svařujete koutové svary, zatímco držíte elektrodu nebo hořák pod úhlem 45º, tekutý kov bude pod vlivem gravitace stékat dolů na spodní polici a snižovat vertikální nohu. Zkušení svářeči v tomto případě změní úhel o 20-30º a nasměrují konec elektrody na svislou plochu. Takto můžete změnit výšku nohy a dosáhnout rovnostranného trojúhelníku v průřezu švu.
2. Poloha produktu v prostoru. Jednotný šev na rohovém spoji je snazší dosáhnout umístěním výrobku „do lodi“. Potom je povrch svarové lázně hladký, kov nikam neteče a pokrývá obě spojované strany stejně.
3. Rychlost oblouku. Při rychlém provedení se šev ukáže jako úzký a noha je často malá. Svařování se zpožděním vede ke zvýšení výšky švu a růstu nohy. Rychlost svařování musí být zvolena na hrubém obrobku po vyzkoušení různých možností a teprve potom přejít ke svařování kritického produktu.
4. Síla proudu. Nízká proudová síla usnadňuje aplikaci přídavného kovu shora, bez hlubokého pronikání. Noha se ukáže být velká, ale kvalita spojení je špatná. Příliš vysoký svařovací proud vede k hlubokému průniku, ale zvyšuje tekutost kovu a podporuje podříznutí na svislé straně, což je také vada.
5. Indukčnost. Určuje přenosovou rychlost kapky roztaveného kovu při poloautomatickém svařování. Správné nastavení pomáhá díl dobře zahřát, aplikovat úhledný šev a omezit rozstřikování.
6. Charakteristika přídavného kovu. Pokud má jádro spotřební elektrody nebo drát poloautomatického stroje vysokoteplotní přísady, pak se svarová lázeň stává tlustší, což vede k růstu nohy. Nízkoteplotní slitiny tečou rychleji a snižují výšku svarového ramene.

Kontrola kvality švu

V továrnách a jiných podnicích, kde se svařují kritické konstrukce, jsou na výsledné švy kladeny přísné požadavky. Neměly by obsahovat podříznutí, póry, nedostatek penetrace, praskliny nebo prověšení. Svářeči často dostávají přímé pokyny, která noha je požadována (například všechny svary musí mít 6 nebo 8 mm nohu). Nedodržení bude mít za následek zpomalení výroby, důtky a peněžní sankce.

Po svařování je třeba zkontrolovat kvalitu švu, včetně nohy. Aby se předešlo neustálým výpočtům, existují univerzální zařízení a nástroje. Zvažme všechny existující metody.

Ševová noha se měří velmi rychle pomocí posuvného měřítka. Nástroj s výřezy se opírá o stěnu výrobku a druhý konec je nasměrován na hranici švu. To ukazuje nohu jedné strany. Otočením třmenu a jeho přiložením k jiné stěně získáme druhou nohu.

Druhým způsobem kontroly nohy je použití standardní šablony. Jedná se o sadu destiček s výřezy na konci. Tvar výřezu má různé šířky a čáry přepony. Vedle každého konce je vyryta značka s hodnotou nohy. Střídavým přikládáním konců šablony na vytvořený šev vyberte nejvhodnější šířku a výšku povrchu. Po nalezení odpovídajícího se získá hodnota jeho nohy.

Zbývající parametry švu se kontrolují pomocí:

1. rentgenové záření;
2. ultrazvukové vyšetření;
3. hydraulický tlak;
4. roztok amoniaku, petrolej;
5. vnější vizuální kontrola;
6. tlak vzduchu;
7. magnetografická metoda;
8. kapilární regulace.

Můžete přesně určit rameno svaru na obrobku odříznutím okraje spoje, abyste získali přístup k jeho průřezu. Nakreslením přímky podél vnějších rovin stran je snadné změřit okraje výsledného trojúhelníku.

Mezi další metody destruktivního testování prokazující kvalitu spojení (metody se nevztahují na kontrolu nohy) patří:

1. vrtání švů;
2. kompresní tlak na stranách;
3. tlak na oddělení stran;
4. kroucení stran.

Pochopíte-li, co je svařovací noha, znáte její optimální parametry v závislosti na tloušťce kovu, budete moci provádět vysoce kvalitní spojení. Po svaření můžete nohu zkontrolovat na svislé a spodní straně, abyste zajistili shodu.

Odpovědi na otázky: co ovlivňuje svarovou nohu?
Jakou šablonu si mám vybrat pro měření švu?
Skrýt Další podrobnosti

Většina svářečů používá šablonu UShS-2, která obsahuje 3 desky se dvěma zářezy na každé. Umožňuje měřit nohu v rozsahu od 4 do 14 mm.

Je možné zkontrolovat nohu švu pomocí zařízení Usherov-Marshak?
Skrýt Další podrobnosti

I když některé návody k nástroji říkají, že je to možné, takovou funkci nemá. Zobrazuje výšku housenky koutového svaru, ale nejedná se o nohu.

Jak je na výkresech svařování uvedena velikost nohy?
Skrýt Další podrobnosti

Na výkresech pro svářeče je hodnota nohy označena kresbou rovnoramenného trojúhelníku ležícího na levé straně. Vedle je napsáno číslo udávající počet milimetrů.

Jak dosáhnout hluboké penetrace s malou nohou?
Skrýt Další podrobnosti

Někdy při svařování tlustého kovu 5-10 mm prostě není místo pro vysokou nohu (další tuhé konstrukční prvky jsou umístěny poblíž nebo se svařování provádí úzkým montážním otvorem, který omezuje úhel instalace elektrody). Poté byste měli na okrajích vytvořit hloubkovou drážku ve tvaru V nebo ponechat mezi stranami mezeru 2-3 mm, aby roztavený kov mohl proudit do spoje.

Jak souvisí mez kluzu oceli a svarového ramene?
Skrýt Další podrobnosti

Čím vyšší je mez kluzu svařovaného kovu, tím větší by mělo být svarové rameno. Obvykle se dělí hodnoty do 400 MPa a 400-500 MPa.