Меню

Коэффициент прочности продольного сварного шва трубы

Коэффициенты прочности сварных швов

Все коэффициенты прочности сварных соединений принимаются в соответствии с нормами и могут быть выбраны автоматически при нажатии кнопки .

Коэффициент прочности продольного шва на давление, Wl

Коэффициент зависит от расчетной температуры, типа сварки и объема контроля качества сварки .

Также используется для проверки поперечного шва на растяжение-сжатие.

Для норм ASME B31.1 и DL/T 5366-2014: См. 102.4.3. Коэффициент Wl уже включен в свойства сталей приложения А и соответственно учтен в базе данных материалов СТАРТ-ПРОФ. Если используются стандартные материалы, то данный коэффициент следует принимать равным 1. Если используется нестандартный материал, введенный пользователем, то следует задавать Wl в соответствии с таблицей 102.4.3.

Коэффициент прочности поперечного шва на изгиб, Wc

Коэффициент зависит от расчетной температуры, типа стали и способа изготовления трубы .

Коэффициент прочности сварного соединения для тройников и врезок

Коэффициент прочности для тройников (врезок) принимается равным минимальному из следующих трех значений:

Коэффициент прочности продольного сварного шва магистрали

Коэффициент прочности продольного сварного шва ответвления

Коэффициент эффективности продольного сварного шва, E

ASME B31.1: Table 102.4.3 (E factor). Not used for wall thickness check because already included in allowable stress in database. Expansion and sustained allowable stresses Sc and Sh are divided by E

ASME B31.3: Table 302.3.4 (Ej factor). Used for wall thickness check only

ASME B31.4: Table 403.2.1-1 (E factor). Used for wall thickness check only

ASME B31.5: Not used for wall thickness check because already included in allowable stress in database. Expansion and sustained allowable stresses Sc and Sh are divided by E

ASME B31.8: Table 841.1.7-1 (E factor). Used for wall thickness check only

ASME B31.9: Table 902.4.3. Used for wall thickness check only

EN 13480, EN 13941: «Joint Coefficient, Z» p. 4.5

BS PD 8010: «weld joint factor, e», 6.4.3.1

CSA Z662: «Joint Factor, J» 4.3.5.1

DL/T 5366: Table 6.1.2-2. Used for wall thickness check only

GB 50251: ( j factor). Used for wall thickness check only

GB 50253: Used for wall thickness check only

GB 50316: Table 3.2.5 (Ej factor). Used for wall thickness check only

GB/T 20801: Table 3,4 ( F factor). Used for wall thickness check only

Источник

Как рассчитать прочность сварного шва

В производстве металлоконструкций самым надежным методом соединения между собой отдельных деталей является сварка. Прочность сцепления при этом обеспечивается межмолекулярным взаимодействием, возникающим под влиянием высокой температуры. Чтобы стыки (дорожки, швы) готового изделия получились качественными, перед началом работы должны быть правильно выполнены расчеты сварного шва. Точные вычисления нужны для выбора основных и расходных материалов, для понимания того, насколько надежной и монолитной будет конструкция.

Читайте также:  Гидравлический расчет с подбором труб

Расчет сварного шва на срез производится по общепринятым стандартным формулам.

Какие параметры используются в расчете

В расчете на прочность сварных соединений необходим целый ряд показателей.

При этом учитывают следующие основные параметры:

  • Ry – сопротивление материала изделия с учетом предела текучести; это постоянная величина для каждого металла;
  • Ru – сопротивление материала в соответствии с временным сопротивлением; стандартный табличный показатель;
  • Rwy – сопротивление с учетом предела текучести;
  • N – предельно допустимая нагрузка, которую может выдержать сцепление;
  • t – минимальная толщина соединяемых деталей;
  • lw – максимальная длина сварного стыка, при вычислении ее уменьшают на 2t;
  • gс – коэффициент условий, которые преобладают на рабочем месте; стандартизированный параметр, присутствует в общепринятых таблицах, в частности, в методичках для сварщиков.

Процесс растяжения и сжатия металла вычисляют по формуле:

.

Если при изготовлении изделия свариваются детали из разных металлов, то в формулах используются Ry и Ru для материала с наименьшей прочностью. Аналогично поступают при включении параметров в расчете шва на срез.

При расчете на прочность необходим ряд показателей.

Кроме названных числовых показателей на надежность соединения влияют:

  • качество материала изделия;
  • правильно подобранные расходные материалы (присадки, электроды);
  • режим сварки, в т. ч. полярность и сила тока;
  • тщательность обработки заготовок – на кромке стыков не должно быть никаких деформаций и посторонних вкраплений;
  • соответствие сварного аппарата требуемой технологии сварки и мощности.

Такие характеристики обязательно берутся во внимание, от каждой из них зависит точность расчета качества сцепления.

Коэффициент прочности шва

Это показатель φ, являющийся отношением между собой прочностей сварной дорожки и основного материала. Его значение нормировано и определяется способом сварки и конструкцией стыка. Он принимается на основании Правил Госгортехнадзора и отражается в приложениях ГОСТов Р52857.1-2007, 14249-89 и 34233.1-2017.

Таблица 1. Коэффициенты прочности сварочных швов

Тип сварного соединения Значение φ
Контролируемый участок от общей протяженности шва:
100% 10-50 %
Стыковое одностороннее, выполненное ручной сваркой 0,9 0,65
Тавровое, с конструктивно предусмотренным зазором между деталями 0,8 0,65
Встык одностороннее, производимое с подкладкой из флюса или керамики, автоматической или полуавтоматической сваркой 0,9 0,8
Втавр или встык со сплошным двусторонним проваром, выполняемый автоматикой или полуавтоматикой 1,0 0,9
Стыковое с подвариванием корня шва или тавровый со сплошным проваром с 2 сторон, выполненные ручной сваркой 1,0 0,9
Одностороннее встык, во время сварки имеет со стороны корня шва металлическую подкладку, прилегающую к основному материалу по всей длине шва 0,9 0,8
Читайте также:  Алюминиевая труба ад31т1 40х3 мм

Коэффициент прочности для дорожек, паянных мягкими и твердыми припоями с использованием аппаратов из цветных металлов, составляет 0,7 для композиционной пайки, 1 – для однородной.

Используемые формулы

Есть много формул, по которым производят расчеты для создания качественных сварных дорожек. В них используются показатели, определяемые не только типом шва, но и видом и толщиной основного материала, площадью и расположением стыкуемых деталей, предельными нагрузками, эксплуатационной температурой изделия и др. Уравнения для отдельных разновидностей сварных швов различаются.

Есть много формул, по которым производят расчеты.

Расчет прочности швов на выпуклых поверхностях

В производстве сосудов – труб различных емкостей – применяются стыковые сварные соединения. Сюда относятся швы на выпуклых днищах (меридиональные и хордовые) и на обечайках (продольные). Принятые стандарты и методы расчета на прочность таких изделий отражены в ГОСТ 34233.11-2017. Расчет сварного соединения выпуклой поверхности зависит от ряда показателей – марки и толщины стали, из которой изготавливается сосуд, внутреннего и внешнего давления на стенки, типа нагрузки и т. д.

Уравнение расчета допускаемого напряжения (измеряется в МПа) на примере цилиндрической обечайки для сосуда, работающего при однократных статических нагрузках и выполненного из низколегированной или углеродистой стали:

Данная формула применима только для сосудов из пластичных материалов в условиях использования металлов.

Зависимость от типа сварочного шва

Существует несколько вариантов сцепления металлических элементов в единую конструкцию. По расположению соединяемых деталей различают следующие виды сварных швов:

  1. Стыковой – наиболее рациональный, т. к. концентрация напряжения в шве при таком методе минимальна. Свариваются торцы деталей, в результате одна часть изделия продолжает другую.
  2. Угловой – соединяемые элементы располагаются перпендикулярно друг другу. Прочность здесь во многом зависит от верно рассчитанного предельного усилия.
  3. Тавровый – похож на угловой с той лишь разницей, что детали свариваются торцами. Такая дорожка прочная, экономичная и простая в выполнении.
  4. Нахлесточный – края сцепляемых деталей несколько находят друг на друга. Такой тип позволяет укрепить соединение и применяется там, где нужно сварить металл толщиной не более 5 мм.

Для каждого из названных типов расчет производится по индивидуальной формуле.

Прежде чем начинать вычисление прочности будущего сцепления, нужно рассчитать площадь его поперечного сечения. Для этого длину сварного соединения умножают на его толщину.

Соединение листов внахлест

Для расчета напряжения среза используют формулу:

,

  • P – нагрузка на шов, Н;
  • [τ]’ср – допускаемое напряжение на срез, Па;
  • 0,7k – толщина шва в наиболее опасном сечении, см;
  • l – длина сварной дорожки, мм.

При соединении внахлест разделка кромок не требуется.

Из выражения понятно, что полученное напряжение на срез должно получиться меньше максимально допустимого.

Значение нагрузки P таково:

Читайте также:  Как правильно резать металлическую трубу болгаркой

.

При расчете учитывают минимальную площадь сечения сварной дорожки в поперечнике. Это связано с тем, что сварочные материалы по прочности могут превышать основной металл.

Угловые конструкции

Такие соединения рассчитываются на основании их поперечного сечения, причем наименьшего, т. е. в наиболее опасном месте дорожки. Показатель устойчивости простого углового шва на изгиб, когда он нагружен лишь моментом M, вычисляется так:

,

  • Wc – момент сопротивления опасного сечения дорожки (шва);
  • M – изгибающий момент.

А напряжение простого углового соединения на срез запишется таким образом:

,

  • M – нагружающий момент на срез;
  • Fc = 0,7kl – площадь сечения дорожки в опасном месте, мм²;
  • P – допустимая нагрузка на дорожку.

При расчете угловых сварных швов на срез применяется общепринятое выражение:

,

  • N – максимальная нагрузка, давящая на линию сцепления;
  • с – коэффициент условий рабочей среды, значение указано в стандартизированных таблицах;
  • ßf, ßz – постоянные величины, не зависящие от марки металла, ßz = 1, ßf = 0,7;
  • Rwf – сопротивление срезу, табличная величина для разных материалов;
  • Rwz – сопротивление на линии стыка; стандартные, постоянные табличные величины;
  • kf – толщина дорожки, измеряется по линии сплавления;
  • Ywf – для стыка материала с сопротивлением 4200 кгс/см² составляет 0,85;
  • Ywz – 0,85 для всех марок стали;
  • lw – общая длина стыка, уменьшенная на 10 мм.

В определении длины сварочного сцепления на отрыв обязательно учитывают силу, направленную к центру тяжести. При этом площадь сечения выбирают в самом опасном месте дорожки, т. е. наименьшую.

Тавровые швы

Условие прочности сцепления втавр, выполненного встык и работающего на растяжение Р и момент M, выглядит так:

.

Формула для такого же, но не стыкового, а углового шва:

.

Тавровые швы могут быть односторонними и двусторонними.

Если тавровое соединение будет нагружено изгибом и крутящим моментом, то применяется уравнение:

.

Крутящая и изгибающая сила соответственно определяются следующими формулами:

.

Сварка на стыке

Расчет шва встык, который будет работать на сжатие либо на растяжение, выполняется по уравнению:

,

  • l – длина сварочной дорожки, мм;
  • P – нагрузка, действующая на стык, Н;
  • s – толщина соединяемых деталей, мм;
  • [σ]’ р1сж1 – допускаемое для сцепления напряжение на растяжение либо сжатие, Па.

Допустимая действующая нагрузка P составит:

.

Стыковое сцепление, работающее на изгиб, рассчитывается по формуле:

,

  • М – это изгибающий момент, Н/мм;
  • Wc – момент сопротивления расчетного сечения.

Если напряжение шва возникает и от изгиба М, и от сжатия либо растяжения Р, то оно определяется уравнением:

.

Источник

Adblock
detector