Руйнування різних типів зварних швів

Стикові шви. Залежно від того, як взаємно орієнтовані стиковий шов і зусилля, стиковий шов може руйнуватися під впливом нормальних (рис. 1.29, а, г) дотичних (рис. 1.29, б) та одночасної дії цих напружень (рис. 1.29, в).

Рис. 1.29 Напружений стан стикових швів під впливом нормальних (а, г), дотичних (б) та одночасної дії цих напружень (в).

Вважається, що руйнування стикового шва проходить по поздовжній осі шва. Площа руйнування (рис. 1.30) має форму прямокутника з геометричними характеристиками:

Рис. 1.30 Площа руйнування стикового шва.

де - L_ш – довжина шва, δ-товщина.

Кутові шви. Кутові шви використовуються в основному для створення зварних з’єднань внакладку і таврових з’єднань.

Основними факторами, що впливають на міцність кутового шва слід виділити два – орієнтацію шва відносно напрямку зусилля, що діє на зварне з’єднання і властивості ( міцність ) металу шва.

В залежності від орієнтації шва відносно напрямку зусилля, діючого на зварне з’єднання, розглядають зварні з’єднання з лобовим швом (зусилля перпендикулярно осі шва, (рис.1.31, а) і з’єднання з фланговими швами (зусилля вздовж осі шва (рис. 1.31, б).

Рис.1. 31 З’єднання з лобовими (а) і фланговими (б ) швами

Розглянемо напружений стан кутових швів відповідно навантажень.

Фланговий шов. Щоб оцінити напружений стан кутового флангового шва розглянемо шляхи можливого його руйнування. Аналізуючи силову ситуацію, що утворюється в металі зварного шва (рис.1.32), визначаємо два можливих перерізів ймовірного руйнування: по площинах 1, 3 ( F1 = F3 =Kl_ш ) і по площині 2, яка проходить через бісектрису прямого кута шва ( F2 = hl_ш, h = K sin 45° = 0,7К, тому F2 = 0,7Kl_ш ).

Рис.1.32 Напружений стан флангового шва.

Розглянемо напружений стан кутових швів відповідно навантажень.

В обох випадках на площинах руйнування утворюються дотичні напруження .

Визначимо напруження на відповідних площинах:

Порівнюючи значення напружень визначаємо, що найбільша ймовірність руйнування флангового шва буде мати місце по перерізу 2, оскільки τ₂ > τ_1.

Лобовий шов. В лобовому шві внаслідок дії сили існує три перерізи ймовірного руйнування F1 , F2 , F3 (рис.1.33,а )

В перерізі F1 діють нормальні напруження (рис.1.33, б)

Приймаючи σ=[σ]^зв, підрахуємо максимальне значення руйнуючої сили для цього перерізу:

В перерізі 3 діють тільки дотичні напруження

Максимальне значення руйнуючої сили для цього перерізу:

Рис. 1.33 Напружений стан лобового шва.

а) - схема навантаження; б) - схема діючих напружень

В перерізі 2 одночасно діють нормальні і дотичні напруження

;

Для кута 45° значення sin і cos однакові тому:

Визначимо максимальну допустиму інтенсивність напружень якщо одночасно діють нормальні і дотичні напруження

Знайдемо максимальне значення руйнуючої сили:

Розділивши чисельник і знаменник на 1,4 отримаємо

або приймаючи, що [τ]^зв =0,7 [σ]^зв і h=0,7К отримуємо

Порівнюючи максимальні значення руйнуючих сил (Р₂^мах<Р₃^мах< Р₁^мах ), зробимо висновок , що найбільша ймовірність руйнування кутового флангового шва буде мати місце по перерізу F2 від напруження τ₂.

У випадку, коли кутовий шов працює одночасно як лобовий і фланговий (рис.1.34) його руйнування буде внаслідок дії двох компонентів напруженого стану та , тобто від дії відповідної суми цих напружень:

Рис.1.34 Напружений стан кутового шва

Отже, на основі аналізу напруженого стану кутових швів прийняли:

1) при проведенні розрахунків на міцність кутових швів вважати, що їх руйнування має місце по площині , яка проходить через бісектрису прямого кута шва. Площа руйнування Fр = h l_ш. Оскільки площа руйнування залежить від глибини проварювання кутового шва h (h2>h1) (рис.1.35.) то в загальному вигляді замість параметру 0,7К записують параметр βК, де β - коефіцієнт в залежності від глибини проварювання (β=0,7…0,9),

Рис. 1.35 Геометричні параметри кутового шва

2) при проведенні розрахунків на міцність кутових швів вважати, що флангові кутові шви руйнуються внаслідок дії дотичних напружень, а руйнування лобових кутових швів відбувається внаслідок нормальних і дотичних напружень, але представляти (для уніфікації форми запису) умову міцності через дотичні напруження .

Рис. 1.36 Площа руйнування кутового шва

Площа руйнування кутового шва має форму прямокутника з геометричними характеристиками (рис. 1.36.).

Точкові шви. В залежності від навантаження точкові шви можуть руйнуватися внаслідок дотичних напружень від зсуву або кручення, нормальних напружень від відриву, а також від одночасної дії нормальних і дотичних напружень ( рис. 1.37.). Точки в зварному з'єднанні варто розташовувати таким чином, щоб вони сприймали переважно зусилля зрізу, а не відриву. На рис.1.37, б показана нераціональна конструкція (точки в ній працюють на відрив); на рис.1.37, а — раціональна.

Рис. 1.37. Руйнування точкового з’єднання.

Площа руйнування однієї точки у вигляді круга діаметром d т має такі геометричні характеристики :

З'єднання при шовному зварюванні. Шовне контактне зварювання допускає можливість з'єднання елементів від дуже малих товщин до сумарної товщини 4...6мм. сталей і кольорових сплавів. При шовному зварюванні між елементами що з'єднуються, утвориться шов шляхом постановки ряду точок, що частково перекриваються.(рис.1.38.)

Рис.1.38 Переріз шовного з’єднання

Оскільки елементи, що зварюються шовним зварюванням, мають малі товщини, вплив згинаючого моменту незначний і його при розрахунку міцності не враховують.

Напруження у швах (рис.1.39) при шовному зварюванні визначають за умовою зрізу площі прямокутної форми з геометричними характеристиками:

Рис. 1.39 Напруження у швах при шовному зварюванні