2.7 Розрахунок зварних швів на міцність.

При проектуванні зварної конструкції, що складається з фланця, труби, муфти міцність їх визначається на підставі розрахунків, які зводяться до визначення напруг, що виникають в елементах виробу при навантаженні. Існують два методи розрахунків:

1.По допустимим напругам.

2.По передільному стану.

По напругах, що допускаються, умова міцності маює вигляд:

де - напруга в небезпечному перетині

- напруга, що допускається

де n – коефіцієнт запасу міцності;

- межа текучості сталі.

Для сталі10 напруга, що допускається, складає:

(довідник)

тоді:

n=

Спосіб розрахунку по напругах, що допускаються, простий, визначення і n проводиться спрощено, без точного урахування умов роботи. Більш точний розрахунок, що враховує умови роботи, однорідність металу і ін. дає розрахунок по граничному стану. При розрахунку умова міцності має вигляд:

Де: N – розрахункове зусилля, Н

F – площа поперечного перетину, м2

R – розрахунковий опір матеріалу, Н/м2

m – коефіцієнт умов роботи.

Для зварки кільцевих кутових швів із сталі10 при всіх способах контролю

(довідник)

Максимальне зусилля N для кутових швів визначається по формулі:

де k – катет шва, мм

l – довжина шва, м

- розрахунковий опір, Н/м2

0.7 – коефіцієнт, який показує, що розрахунок ведеться на руйнування шва.

Оскільки ми приварюємо фланець, муфту до труби, то довжина шва складає:

L=2 R=2 · 3,14· 30 = 188,4 мм = 0,189 м

k= 4 мм=0,04м

N=0,7·0,04· 0,189 ·18·10⁷= 95,26 ·10⁴ Н

Висновок: Зварне з'єднання, що складається з муфти, фланця та труби, повинно витримувати зусилля в кільцевому з'єднанні N=95,26·10⁴ Н, при подальшому збільшенні навантаження конструкція руйнуватиметься.

2.8 Дефекти зварних швів.

Зварні шви сталевих конструкцій повинні задовольняти вимогам ГОСТу, технічних умов, правилам Держ. огляду. Основною вимогою, яка пред'являється до зварних швів, є забезпечення зварним швом необхідної міцності до руйнування конструкції.

Дефектами зварних швів називаються відхилення від норм, передбачених технічними умовами і ГОСТами: геометричні розміри зварних швів (висота, ширина), їх герметичність і сплошність, механічна міцність і хімічний склад наплавленого металу. Дефекти по характеру розташування в зварних швах бувають: зовнішні і внутрішні. Зовнішні дефекти розташовуються на поверхні шва, а внутрішні – в центрі і корені шва.

Оскільки зварний кожух виготовляємо ручним дуговим та газовим зварюванням, то дефекти можуть бути зовнішні й внутрішній.

До зовнішніх дефектів відносяться нерівномірність шва по ширині, угнутість, посилення шва, нерівномірність величини посилення по всій довжині, підрізи.

До внутрішніх дефектів відносять непровари и, прожогі, тріщини, газові пори і неметалічні (шлакові) включення.

Нерівномірність шва по ширині утворюється через недостатню уважність електрозварника під час зварки, через нерівномірні коливання електроду упоперек шва або переміщенням уподовж зварюваних кромок.

Зайва угнутість шва утворюється від застосування великої величини зварювального струму при великій швидкості зварки.

Неоднакова величина посилення по всій довжині шва залежить від нерівномірної швидкості переміщення електроду уздовж зварювальних кромок і від величини прихваток. Чим равномерно буде швидкість переміщення електроду і чим будуть меншими прихватки, тим постоянно буде величина посилення по всій довжині шва.

Підрізом називається зменшення перетину товщини основного металу в місці його переходу до посилення зварного шва. Підріз є дефектом, який утворюється при зварюванні в будь-якому положенні шва. Він зменшує поперечний перетин зварного з'єднання і викликає концентрацію напруг. Причинами утворення дефектів є неправильний кут нахилу електроду, великий струм, затримка електроду на кромках, велика довжина дуги і невідповідність діаметра електроду.

Прожоги утворюються через повну відсутність притуплення кромок зварюваного виробу і наявності великого зазору між кромками, а так само великої величини зварювального струму і нерівномірної швидкості зварки.

Непроваром називається місцевий недостатній сплав основного металу з розплавленим металом електроду і несплав між окремими валами. Непровар утворюється через неправильну підготовку кромок і збірку зварюваних елементів під зварку – малий кут оброблення кромок, мала величина зазору, велика величина притуплення і зсув кромок, недостатня величина зварювального струму і низька напруга на дузі, неправильний кут нахилу електроду, наявність бруду, окалини, шлаку і іржі на поверхні зварюваних кромок.

Тріщини виникають як в шві, так і в основному металі. Вони можуть бути холодними і гарячими. Тріщини, що утворилися в процесі зварки, називаються гарячими. Тріщини, що утворилися після охолоджування металу, називаються холодними. По характеру розташування тріщини поперечні і подовжні, розмірами від невидимих до декількох міліметрів завширшки і декількох сантиметрів в довжину.

На утворення тріщин впливають:

• Хімічний склад і структура основного металу. Чим вище в зварюваній сталі зміст вуглецю, марганцю, кремнію, тим більше вірогідність утворення тріщин.

• Товщина зварюваного металу. Велика товщина сприяє утворенню тріщин.

• Технологія і режими зварки.

1.Температура навколишнього середовища. Чим нижче температура тим більше вірогідність утворення тріщин.

Газові пори бувають самих різних розмірів, від мікроскопічних до 2.3 мм в діаметрі. Утворюються газові пори через погане очищення кромок зварного з'єднання від бруду, іржі, окалини, масла, вологи, великої довжини дуги і невідповідності полярності струму.

Неметалеві (шлакові) включення в зварному шві виникають через погане очищення місць під зварку, поганої якості електродів і неправильного режиму зварки.

Ступінь впливу дефектів на міцність зварних конструкцій залежить від форми, розмірів, глибини залягання дефекту, а також температури, при якій конструкція працює.