Расчет длины сварных швов

Расчет длины сварных швов

Производительность сварного производства зависит от качества проектной документации и организации труда. Все начинается с определения вида деталей и назначения параметров швов, определяющих прочность: длины, объема наплавленного металла. Каждое предприятие уникально, поэтому нормативных данных недостаточно, их необходимо рассчитывать.

Важный параметр для стыковых сплавов – сечение зоны проварки. Ее размеры и качество должны быть такими, чтобы они были способны выдерживать плановые нагрузки по изгибанию и растяжению. Учитывая многообразие методов сварки и защиты материала, расчеты желательно проводить для каждого спая. Это не только повысит качество, но и позволит снизить себестоимость за счет более рационального использования расходных материалов.

  1. Нормы расхода электродов при сварке листового металла
  2. Расчет массы электродов от веса наплавленного металла
  3. Расчет длины сварных швов от массы наплавки

Характеристика сварных соединений

Существует много видов сварки, но самой распространенной считается электрическая, которая разделяется на контактную и дуговую. Именно такими способами чаще всего выполняются соединений металлов. Чтобы они были максимально качественными, необходимо провести расчеты с учетом особенностей каждого вида соединения и рассчитать предельные усилия на металл.

Стыковые скрепления могут по шву разрушаться, при неправильной организации сварного шва на отрыв. «Правильным» швом считается тот, который имеет такую же прочность, как и материал, из которого выполнены детали. Чаще всего деформация и разлом металла происходит в зоне термического воздействия. Это участок, который прилегает по шву изделия. Все дело в том, что при воздействии высокой температуры, изделие теряет свои изначальные механические свойства. Для этого и необходимо производить расчеты, чтобы учитывать прочность элемента и нагрузку, которую он сможет выдержать.

Особенность угловых соединений и сечений зависит от качества металла. Основное вычисление производится по самому опасному (наименее прочному) сечению. Угловой шов осуществляется между двумя деталями, которые расположены по отношению друг к другу под углом 90 градусов. Чтобы просчитать прочность, нужны данные для вычисления – катет треугольника поперечного сечения (k) и периметр шва (L). Решение задачи осуществляется по следующей формуле:

A = k·sin45*L = 0,7k·L.

Для точечного шва необходимо учесть такие моменты:

  • он производится исключительно на сварной плоской поверхности;
  • важно, чтобы на все точки приходилась равномерная нагрузка;
  • в формуле для углового шва допускается расхождение напряжений среза на 10-20%.

Как оценить работу сварщика

Перед тем, как приступить непосредственно к расчетам, нужно ознакомиться с вариантами оценки стоимости работ. Важно понимать, что кроме математического подхода есть и другие способы определение стоимости. Эти знания востребованы среди разных категорий специалистов: как среди домашних мастеров, так и среди начальников производственных участков, которые самостоятельно определяют стоимость услуг.

Единого реестра всех существующих методов нет. Но стоит обратить внимание на основные, которые наиболее часто востребованы на практике.

Визуальная оценка

Наиболее простой и быстрый способ определения стоимости работ – «на глаз». Это относительный метод и результат во многом зависит от мастера, точнее от его видения процесса. Но он самый простой и не требует никаких специальных знаний, кроме понимания способа реализации задачи. Чаще всего данный метод используется специалистами для того, чтобы посчитать стоимость изготовления простых конструкций.

В этом случае специалист учитывает стоимость материалов и оценивает свой вклад в проект. Окончательная стоимость в некоторой степени зависит от платежеспособности заказчика. Если он выглядит состоятельным человеком, то велика вероятность того, что цена будет несколько завышенной.

Другой вариант представляет собой симбиоз визуальной оценки и расчета. Его принцип прост: стоимость работы равна стоимости материалов. Сварщик примерно оценивает количество и цену металла, необходимого для работы. Дальше результат умножается на 2, и сумма предъявляется заказчику как окончательная за готовую конструкцию. Достаточно примитивный, но в то же время востребованный среди разных категорий специалистов метод.

Математический расчет

Наиболее распространенный способ определения стоимости. Основан ан использовании специальной формулы. Чаще всего смета рассчитывается оператором ПК, который используется специально разработанный алгоритм (программу).

Отдельного внимания заслуживает достаточно простой и весьма точный способ, дающий специалисту возможность самостоятельно определить цену за свои услуги. Он заключается в том, чтобы разбить процесс на множество простых операций, которые легко оцениваются. В самом начале необходимо определить сумму затрат на материалы, в том числе и расходные. Пусть это будут основные расходы.

Полученный результат суммируется и записывается. После этого определяется сложность сварочных работ и определяется цена услуг. Следует учесть также время, потраченное на выполнение работ. Все это можно назвать накладными расходами.

Теперь пришло время суммировать основные и накладные расходы, чтобы определиться с окончательной стоимостью проекта. В некоторых случаях целесообразно к полученному результату прибавить плановую прибыль, как это делается на предприятиях.

Формула для расчета

В данной формуле:

  • tраб – истраченное на выполнение работы время;
  • – обозначает количество времени, потраченное на дорогу к объекту (месту выполнения работы) и обратно (пункт не является обязательным для расчета);
  • СТ – ставка за час работы;
  • Змат – сумма, потраченная на расходные материалы;
  • Зд – стоимость бензина или другого топлива, билета или услуг перевозчика, расходованная на прибытие к месту работы (объекту) – не является обязательным пунктом для расчета;
  • Ао – сумма расходов, связанная с амортизацией (износом) сварочного аппарата и вспомогательного оборудования (оснастки).

Такой метод расчета позволяет довольно точно рассчитать стоимость готовой металлоконструкции. Он может использоваться как на производстве, так и сварщиками-любителями. Однако следует иметь ввиду, что это не самая подробная и точная формула расчета. Для технологически сложных операций есть более сложные алгоритмы вычислений, позволяющие учесть все нюансы и все виды издержек.

Теоретическая база

Произвести расчет сварных соединений – это значит определить границы предельно допустимой нагрузки, исходя из технических свойств материала и самого шва. Для стыковых соединений нагрузки центрального сжатия и растяжения рассчитываются по формуле: N/tlw ≤ Rwyγc.

N – предельная нагрузка.

t – минимальная толщина заготовок.

lw – расчетная длина шва. Чтобы определить расчетную длину необходимо общую длину шва уменьшить на величину 2t.

γc – коэффициент условий работы. Параметр указан в отдельной таблице СНиП II-23-81.

Угловые швы испытывают продольные и поперечные нагрузки. Расчет производится на два среза, один из которых представляет собой сечение по металлу, а другой – по границе сплавления. В первом случае необходимо пользоваться формулой:

N/(βfkflw) ≤ Rwfγwfγc, где коэффициент βf берется равным 0,7, kf – катет углового шва, lw – расчетная длина, коэффициенты условий работы γ равны единице, кроме некоторых климатических районов, где он составляет 0,85. Более точные значения коэффициентов при различных параметрах катетов швов берутся из таблицы:

В сечении по границе сплавления:

M – рассчитываемый момент;

Wf – момент силы сопротивления сечения по металлу;

Wz – момент силы сопротивления сечения по границе сплавления.

Момент сил, действующих в плоскости шва, определяется следующим образом:

Читайте также  Покраска деревянных лестниц

по границе сплавления:

Jfx и Jfy – моменты инерции сечения по металлу, взятые относительно главных осей этого сечения;

Jzx и Jzy – моменты инерции по границе сплавления;

x и y – координаты точки шва, которая максимально удалена от его центра тяжести.

Можно рассчитать результирующее действие продольных и поперечных сил, а также момент этой результирующей. Если геометрическую сумму напряжений в сечении по металлу обозначить, как τf, а в сечении по границе – τz, то необходимые условия расчета будут выглядеть следующим образом:

Для сварных стыковых соединений определено соотношение, согласно которому оцениваются нормальные напряжения в сварном шве. Но так как эта формула приведена для распределения нагрузки на балку, то величины напряжений по плоскостям балки следует заменить на нормальные напряжения в зоне шва по взаимно перпендикулярным направлениям. Получится следующее выражение:

Осталось рассмотреть еще одно соединение – тавровое. В ситуации, когда разделка кромок подразумевает неполный провар, расчет продольной нагрузки производится следующим образом:

Формулы приведены соответственно для двух сечений. Величина h показывает глубину разделки кромок.

Нормативные документы

Основными документом, регламентирующими геометрию сварочных швов является ГОСТ 5264-80, по которому и рассчитываются главные геометрические характеристики, с использованием математических формул. Размеры сечения и длинны по ГОСТ 5264-80 зависят от вида соединения, толщины деталей конструкции, геометрии обработки торцевых кромок. Кроме того при расчете геометрических параметров сварочных соединений учитываются и другие нормативные документы: СНиП II-23-81, инструкции и технические регламенты. Среди всех геометрических характеристик сварных швов основными являются минимальная длина, ширина, глубина, размер катета и некоторые другие.

Поперечные сечения угловых швов

а — нормальный выпуклый; б— пологий выпуклый; в — вогнутый

Минимальный катет-шва в конструкциях, работающих на ста­тическую нагрузку, при автоматической и полуавтоматической сварке — 3 мм, при ручной сварке — 4 мм, а при динамических нагрузках — 6 мм. Швы имеют градацию через 1 мм. Кроме того, наименьший катет однопроходных угловых швов ограничен в зави­симости от толщины более толстого из свариваемых элементов. В таблице ниже приведены минимальные значения катетов угловых швов для основных групп конструкций. Наибольшее значение катета уг­лового шва в зависимости от толщины соединяемых элементов мо­жет быть принято kf = 1,2t, где t — наименьшая из толщин сварива­емых элементов.

Из-за большой концентрации напряжений в начале и конце шва длина углового шва должна быть не менее 40 мм или 4kf (при дина­мических нагрузках 60 мм или 6kf). Наибольшая длина фланговых швов также ограничена и не должна превышать 85 βfkff— коэф­фициент глубины проплавления угловых швов, принимаемый по таблице ниже), так как фактические напряжения по длине шва распреде­лены неравномерно и при длинных швах его крайние участки ис­пытывают перенапряжение, а средние — недонапряжения против расчетного значения. Это ограничение не распространяется на та­кие швы, у которых усилие возникает по всей длине, например на поясные швы балок.

Что влияет на прочность соединения

  • Качество самого материала, используемого для сборки изделия. Шов может быть правильно выполненным, а вот окружающий металл не всегда отвечает требуемым характеристиками.
  • Расходные материалы, используемые при сварочных работах, также важны, как и соблюдение остальных требований. Электроды или присадки плохого качества не сформируют правильное соединение с достаточными прочностными параметрами (изменения в структуре самого металла: хрупкость, ломкость и прочие.).
  • Оборудование, которое используют для сварки, должно отвечать требуемой технологии (например, аргонодуговая сварка) и мощности.
  • Режимы сварки (полярность, сила тока) определяют качество провара и надежность соединения деталей.
  • Подготовка самых заготовок для сварки не менее важна. Даже форма кромок на стыках повлияет на форму и качество шва.

Все эти факторы учитываются и берутся в расчет при планировании работ, особенно с важными и ответственными конструкциями.

Как рассчитать расход сварочной проволоки.

Для того, чтобы рассчитать количество сварочной проволоки, которое потребуется для изготовления сварной конструкции, необходимо учесть следующие параметры:

  • Если применяется полуавтоматический метод сварки, то количество сварочной проволоки зависит от следующих факторов:
  1. характеристик подвергаемого сварке металла
  2. диаметра сварочной проволоки
  3. особенностей и технических характеристик самого сварочного оборудования
  4. присутствия или отсутствия защитного газа.
  • Расчет расхода сварочной проволоки можно произвести, исходя из массы всей сварной конструкции – как правило, максимальное количество проволоки равняется 1,5% массы сварной конструкции.
  • Также массу проволоки можно определить, исходя из массы наплавляемого металла. При этом методе расчета учитывается, что требуемая масса проволоки превышает вес наплавляемого металла на 2-6%.

Метод расчета сварных соединений конструкции с угловыми швами

Когда в конструкции встречаются угловые сварочные швы, которые подвергаются воздействию силы, направленной к центру тяжести, проводится специальный расчет относительно определенного сечения:

  • металл шва;
  • граница металла.

Рисунок 2. Формула расчета сварного шва на основании металла.

Обычно выбирается сечение, имеющее самую высокую опасность. На срез проводится основной расчет, базирующийся на формулах, указанных в нормализованных документах. Причем для расчетов приводятся формулы, каждая из которых может иметь место.
Например, когда выполняется расчет на основании металла шва (находящегося на линии сплавления), используется формула на Рисунке 2:

N – самая высокая нагрузка, оказывающая максимально давление на соединение;
Βf, совместно с βz – коэффициенты, которые берутся из таблицы.

βf – 0,7;
βz – 1;
причем марка стали значения не имеет.

kf – толщина сварочного шва, измеряемая по линии сплавления;
lw – общая длина, заниженная на 10 мм;
Rwf – сопротивление срезу, берется из соответствующих таблиц;
Rwz – сопротивление на линии сплавления, значение определяется по таблице;
с – коэффициент рабочих условий, определяется согласно табличным данным;
γwf – 0,85 для шва, материал которого имеет нормативное сопротивление равное 4200 кгс/см²;
γwz – 0,85 для любого вида стали;
γwf и γwz берется из специальных нормативных таблиц.

Эти значения обязательно должны браться во внимание при проведении расчета.

Иногда сварные соединения сделаны фланговым швом.

Расчеты могут проводиться по сварочному материалу или по линии соединения. Угловые швы, на которые воздействует нагрузка, находящаяся под 90 градусов по направлению к шву, рассчитываются на основании сечения. Чтобы выполнить математические действия, используют несколько формул.

Когда касается материала шва: формула 3 на Рисунке 3.

Рисунок 3, 4. Формулы расчета материала шва и линии сплавления.

На основании линии сплавления: формула 3 на Рисунке 4.

  • Wf – величина момента сопротивления;
  • Wz – аналогичный момент, берется относительно материала.

Заметим, стыкования, имеющие угловые элементы, на которые действует нагрузка, направленная на местонахождения швов, рассчитываются на основании сечения. Подсчет ведется по соответствующим формулам.

Давление на материал: формула 5 на Рисунке 5.

Рисунок 5, 6. Формулы расчета давления на материал и нагрузки на линию сплавления.

Нагрузка на линию сплавления: формула 6 на Рисунке 6.

  • Jfx совместно с Jfy – величина момента инерции, рассчитываемого сечения, относящегося к расположению главной оси;
  • Jzx совместно с Jzy – аналогичный момент инерции, берущийся относительно линии сплавления.
Читайте также  Буржуйка из трубы

В данном случае координатами шва будут значения горизонтали «х» и вертикали «у». Причем определяется значение самой удаленной точки имеющегося сварочного шва. Расстояние измеряется согласно нахождению центра тяжести. Берется наибольшее расстояние от основной оси данного сечения.

Из соответствующих таблиц определяются:

• момент инерции;
• момент сопротивления.

За базу берется сечение проката. Когда сечение не стандартизовано, то момент требуется рассчитать эмпирическим путем. Наиболее простым может стать расчет сечения в специальной конструкторской программе «SCAD», которую можно запросто найти, используя интернет.

В основном данные подсчеты выполняются профессиональными работниками, так что никогда не стесняйтесь задавать им вопросы по поводу того, что непонятно. Удачи!