Примеры расчета сварных швов

Задача Определить оптимальную форму и размеры листа узла фермы (рис. 1), к которому привариваются два неравнобоких уголка из стали Ст. З, [σ]р = 160 Н/мм2. Сварка выполнена вручную электродом Э42А. Сварное соединение должно быть равнопрочно стержням

рис1

Решение Допускаемое значение растягивающего усилия для каждого стержня

[Р] = Fуг [σ]р = 559•160 = 89,5• 103 Н
Здесь Fуг = 5,59 см2 (ГОСТ 8510—93)

Размеры листа определяются углом наклона стержней и длиной фланговых швов (lф1, lф2)
Примем величину катета шва k равной толщине полки уголка (k = 5 мм).
Допускаемое усилие для лобового шва
[РЛ]=0,7klЛ [τ']ср = 0,7•5•70•104 = 25,5•103 Н

Допускаемое напряжение среза (см. табл.страницы «расчет сварных швов»)
[τ']ср = 0,65 [σ]р = 0,65•160 = 104 Н/мм2
Усилие, воспринимаемое фланговыми швами
Рф = [Р] – [Рл] = 89,5 – 25,5 = 64,0 кН

Это усилие распределяется между фланговыми швами обратно пропорционально расстояниям от них до продольной оси уголка. Воспользовавшись уравнением статики, найдем

ф=ла1

Длины фланговых швов для каждого из уголков
ф-ла2
Следовательно, конструкция шва может быть выполнена так, как показано на рис 1

Задача Проверить прочность сварных швов соединения, изображенного на рис. 2. Сварка выполнена вручную электродом Э42А. Материал соединяемых деталей сталь Ст. 3 ([σ]р = 160 Н/мм2)

рис2

Решение Рассмотрим сечение, образованное сварными швами (рис. 2.) и вычислим для него необходимые геометрические характеристики.
Координата центра тяжести периметра швов вычисляется по формуле

ф-ла 3

После подстановки числовых значений получаем

ф-ла 4

Осевые моменты инерции

ф-ла 5

Полярный момент инерции сечения швов

lp =l y + lz = 106 + 8660 = 8766 см4

Расчетный момент инерции

lpc = 0,7 lp = 0,7 x 8766 = 6150 см4

Расчетный момент М = 30х103х1040 = 31,2х106 Н мм

Максимальное касательное напряжение от момента в точке А, наиболее удаленной от центра тяжести периметра швов, вычислим по способу полярного момента инерции:

ф-ла 6

Напряжение от силы в вертикальном шве

ф-ла 7

Напряжение от момента в точке В

Ф-ЛА 8

Величина результирующего напряжения в точке ВВсум = 40 Н/мм2 получена геометрическим сложением напряжений тQ и тВМ графическим методом.
Напряжение от момента в опасной точке А, вычисленное по способу осевого момента инерции,

ф-ла 9

несколько ниже напряжения, вычисленного по первому способу.

Прочность сварного соединения достаточна, так как

ф-ла 10