Как узнать ширину сварочного шва

Обновлено: 09.01.2025

Закристаллизовавшийся отрезок расплавленного металла, образовавшийся в месте соединения двух металлических деталей или конструкций – это классический сварочный шов, который имеет определенные геометрические размеры как в сечении, так и по длине. Они зависят от типа соединения, метода выполнения сварки, геометрии разделки торцевых кромок соединяемых изделий и некоторых других факторов. Эти элементы сваренных деталей делятся на два вида: стыковые и угловые. Их не следует путать с типами сварочных соединений, которые классифицируются как стыковые, угловые, тавровые и внахлест.

Во всех таких конструкциях присутствуют рабочие швы, на которые действуют основные нагрузки соединения. От правильного расчета этих элементов соединения зависит прочность всей конструкции в целом. На качество сварки влияет множество факторов, в том числе и геометрические характеристики, такие как ширина, длина, вогнутость, выпуклость и другие особенности стыковки деталей. Для соединенных под прямым углом деталей, основным геометрическим параметром является размер катета сварного шва, от которого зависит прочность сварки.

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.

Геометрические характеристики

Как уже было сказано выше, геометрия швов зависит от вида соединения. Основные геометрические размеры сечений стыковых и угловых сварочных швов представлены на следующем рисунке:

где S – толщина деталей;
е – ширина сварного шва;
g – выпуклость;
m – вогнутость;
h – глубина проплавления;
t – толщина сварного шва;
b – зазор в соединении;
k – катет углового шва;
p – высота;
a – толщина.

На геометрические размеры влияет тип соединения и толщина свариваемых изделий. Эти показатели приведены в следующей таблице.

Таблица с типами сварных соединений

Из представленной информации понятно, что все геометрические размеры сварных швов и соединяемых деталей связаны между собой. Особняком стоит длина этих элементов сварных конструкций. Она зависит только от нагрузки на соединение и совершенно не зависит от геометрии сечения шва. Минимальная длина сварного шва должна обеспечивать прочность соединения, при превышении максимального значения общей нагрузки на 20%. Часто проварка изделий осуществляется по всей длине контакта, но во многих случаях сварка выполняется короткими отрезками, обеспечивающими необходимую прочность соединения. Для строительных конструкций расчет длины сварного шва по СНиП II-23-81 осуществляется исходя из этих критерий.

Расчет геометрии стыкового шва

Методика проверки швов для этого вида полностью расписана в следующих нормативных документах: СНиП II-23-81 п.11.1 и СП 16.13330.2011 п.14.1.14. В этих документах представлены разные способы расчета, но все они являются производными от следующей математической формулы:

Формула расчета геометрии стыкового шва

где N – максимальная сила растяжения или сжатия;
t – минимальная толщина свариваемых деталей;
lw – длина шва;
Rwy – сопротивление нагрузке;
γс – табличный коэффициент.

При таком виде соединения оно проваривается на всю длину контакта, следовательно длина шва равна длине стыков свариваемых деталей, уменьшенной на 2t, удвоенную толщину металла. Ширина шва зависит от формы разделки кромок и толщины деталей. Схемы расчетных варианты соединений встык показаны на следующих рисунках.

Схемы расчетных варианты соединений встык

Если в ходе сварочных работ используются материалы в соответствии с приложением 2 СНиП II-23-81 в расчет не производится, только осуществляется визуальный контроль качества выполненных соединений.

Расчет геометрии углового шва

Расчет геометрических размеров угловых сварных швов при воздействии нагрузки, проходящей по оси центра тяжести производится по выбранному сечению, наиболее опасному в этом соединении. Это может быть расчет по сечению металла шва или границ сплавления материалов. На ниже приведенном рисунке представлены оба сечения.

Схема геометрии углового шва

В таком виде сварных соединений действуют напряжения различного характера, но доминирующей нагрузкой является срезающая сила. Проверка угловых сварных швов производится по следующим формулам.

Формула расчета по металлу шва

Формула расчета по границе сплавления

где N – максимальная сила растяжения или сжатия; βf и βz – табличные коэффициенты для стали; kf – длина катета сварного шва; lw – длина; Rwf – расчетное сопротивление на срез; Rwz – то же но в зоне сплавления; γс – табличный коэффициент условий эксплуатации; γwf и γwz – то же, но для разных условий эксплуатации.

Главной геометрической характеристикой всех угловых швов является размер их катета, т. е. толщина по границам сплавления. Размер катета зависит от толщины деталей, материала и способа сварки. Выбрать значение этого геометрического параметра можно в нижеприведенной таблице.

Таблица минимальных катетов углового шва

«Примечания:
Для стальных конструкций с предельными характеристиками текучести материала выше 590 Н/кв.мм или толщине соединяемых деталей свыше 80 мм, значение минимального размера катета следует брать в специальных ТУ.
Для конструкций четвертой группы, размер катета углового шва следует сокращать на 1 мм для деталей с толщиной не более 40 мм и уменьшать на 2 мм для деталей толще 40 мм.»

Инструменты для контроля размеров швов

Измеритель геометрических параметров сварных швов – это специализированный инструмент, с помощью которого можно произвести замер основных характеристик этих элементов сваренных конструкций. Среди всего разнообразия таких измерительных инструментов можно выделить следующие группы изделий: шаблоны, универсальные измерители и устройства, специализированные на замере одного параметра. В набор профессионального сварщика состоит из нескольких таких инструментов, позволяющих произвести замер как подготовленных к сварке деталей, так и самого сварного шва.

Заключение

Выше представленная информация актуальна для соединений, выполненных с использованием ручной электродуговой сварки. Размеры сварного шва при полуавтоматической сварке рассчитываются по другим методикам. Следует заметить, что все геометрические размеры сварных швов жестко завязаны на толщину свариваемых деталей и максимальную нагрузку, которую должна выдержать вся конструкция!

Что такое катет сварочного шва и как его определить

Качество сварного шва определяется несколькими характеристиками, среди которых: наличие полостей внутри, ширина, толщина, степень выпуклости и другие. Критерии и параметры отличаются в зависимости от вида сварочного шва. Для прямоугольного стыка одним из основных параметров является катет. Он характеризует прочность соединения и площадь прогрева металла в процессе сваривания.

Виды швов

Сварочный шов образуется в месте стыка двух металлических заготовок в результате расплава металла под воздействием высокой температуры. В зависимости от способа соединения заготовок сварочный шов может быть стыковым или угловым. Соединение деталей осуществляется в одной плоскости. Они расположены торцевой частью стык-в-стык по отношению друг к другу. Во втором случае детали располагаются под углом одна относительно другой.

Помимо уже перечисленных способов соединения может быть еще тавровое. Это случай, когда элементы в месте соединения образуют букву Т: один торцевой частью примыкает к фронтальной стороне иного. При таком способе соединения угол может быть не только прямым, но и острым (тупым) в любой плоскости – по горизонтали, вертикали или смещенный. Шов при любом расположении заготовок формируется между бортами примыканий.

Способ размещения заготовок внахлест лучше всего подходит для сваривания листовых материалов. Наиболее взвешенный вариант для тонких листов железа. В этом случае кратно уменьшается вероятность прожига металла. Свариваться металлы могут с одной или же с обеих сторон.

Каждый из выше рассмотренных способов соединения металлических заготовок имеет очень важную характеристику – катет сварного шва. Это – кратчайшее расстояние от одной детали до углового соединения второй. Другими словами, это сторона равнобедренного треугольника наибольшего размера, который можно вписать в поперечный разрез двух сваренных между собой заготовок. Это очень важная характеристика, которая информирует о качестве сварного шва.

Данный критерий оказывает прямое влияние на такие показатели:

прочность соединения;
результат расчета при соединении изделий с разной толщиной;
вероятность деформации кромок деталей из-за нагрева.

Что такое катет сварочного шва

Основные геометрические параметры катета прописаны в нормативных документах, которые являются руководством к действию для любого мало-мальски компетентного сварщика, включая и любителей. Здесь же описаны нормативные положения, которые служат основой для математического расчета геометрических характеристик. Геометрические параметры сварного шва напрямую зависят от типа соединения. Вид и размер соединяемых элементов определяют стыковое сечение.

На производственных предприятиях все вычисления проводятся на основе специальных формул. Для работы на частном участке вполне достаточно ранее приготовленных шаблонов. Наиболее практичным считается универсальный шаблон, который состоит из скрепленных между собой пластинок. Выбор делается опытным путем: сопряжения поочередно прикладываются к поверхности изделий до тех пор, пока не будет найден вариант с наиболее плотным прилеганием.

При изготовлении металлических конструкций, от которых не требуется особо высокая прочность, минимальный размер шва определяется в зависимости от толщины заготовки. Сделать это можно «на глаз». Обычно контакт соответствует толщине стенок заготовки. К примеру, при сварке изделий толщиной 6 мм, катет также равняется шести миллиметрам. Если требуются более точные вычисления, то нужно воспользоваться соответствующей формулой.

Проще всего определить нужные параметры можно при помощи таблицы:

По завершению расчетов, на аппарате выставляются оптимальные значения силы тока и величины напряжения. После этого можно приступать непосредственно к сварке.

Помимо прочностных характеристик катет может влиять и на геометрию соединения:

если одна сторона излишне вытянута, то это говорит о том, что на нее наложен расплав, а другая сторона соединена плохо. Подобные дефекты могут возникать из-за смещения дуги в одну из сторон. Важно добиться равномерности сторон катета;
плоский и растянутый расплав свидетельствует о браке, который мог возникнуть из-за слишком короткой дуги;
при катетах очень малой длины на стыках образуются аномально большие выпуклости. Это результат работы с чрезмерно длинной дугой. Брак обусловлен наплавом на поверхности, который быстро разрушается при механическом воздействии.

Как выбрать катет шва

От того, насколько грамотно будет выбран катет, зависит надежность готовой конструкции. Это обусловлено величиной площади соединения. Если катет выбран грамотно, то нагрузка на сварное соединение будет распределяться равномерно по всей площади соединения. Готовое изделие может выдерживать большие механические нагрузки, сильные удары и т.д.

Но не стоит воспринимать большой шов как безусловный показатель надежности. Слишком много – не всегда хорошо. Важно точно просчитать «золотую серединку». Большой наплав может вызвать перенапряжение металлической заготовки, что в свою очередь приведет к снижению ее прочностных характеристик или деформации. В любом из этих случаев использовать деталь в работе нецелесообразно: она или не подойдет, или быстро выйдет из строя.

Как рассчитать катет шва? Он выбирается в соответствии с материалами и поставленными задачами. Это во многом определяет результат работы. Чтобы безошибочно определиться с катетом сварного шва, необходимо четко понимать, какие свойства для него критичный в данной конкретной ситуации. Прежде всего, следует обратить внимание на форму. Она должна быть симметричной по всей длине, а состав – однородным. Для определения этих показателей вполне достаточно обыкновенного визуального контроля.

Хороший шов имеет одинаковую высоту по всей площади стыка. Одинаковой должна быть и ширина. Только при таких условиях механическая нагрузка будет распределяться равномерно, а соединение прослужит максимально долго.

Другим не менее важным показателем является однородность расплава. Как правило заготовки, которые отличаются по составу материалов, между собой свариваются довольно плохо. Чтобы получить хороший результат, нужно правильно подобрать электроды. Важно, чтобы контактирующие плоскости были правильно расположены между собой, а также иметь достаточно большую площадь соприкосновения.

Глубина провара – это еще один значимый критерий. Заготовки должны быть хорошо сварены по всей длине, иначе они не смогут эффективно противостоять нагрузкам. Чтобы придать соединению максимально возможную прочность, профессионалы рассчитывают все его параметры. Они зависят от вида свариваемых элементов. Для получение взвешенного результата нужно учитывать все параметры используемых материалов: длину, ширину и толщину. Прочностные характеристики в наибольшей степени зависят от длины и толщины.

Главным критерием расчета катета сварного шва, который в наибольшей степени влияет на его выбор, является длина, поскольку именно от нее в основном зависит прочность. Следует учесть, что при сваривании очень длинных заготовок не исключена деформация кромок материалов. Исключить появление дефектов, которые могут образовываться в процессе сварочных работ, помогут шаблоны. В подавляющем большинстве случаев для получения высококачественного сварного шва достаточно использовать универсальный шаблон.

Как измерить катет шва

Измерения позволяют контролировать качество работ в процессе их выполнения или по завершению. Они дают возможность объективно оценить полученный результат и определить на каком этапе были допущены ошибки.

Размер стыков определяется на основании геометрических формул. Для получения результата необходимо просчитать катет равностороннего треугольника максимального размера, который можно вписать в сечение соединенных элементов.

Расчеты можно выполнить по-разному. При выборе варианта учитывается способ сварки. К примеру, если выполняется внахлест, а соединяются два металлических листа толщиной 4 мм, то катет тоже будет такой же примерно толщины. В остальных случаях размер катета составляет примерно 40% от толщины металла.

Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими сварочными столами собственного производства от компании VTM.

Заключение

Катет является очень важной характеристикой сварного шва. Его значение во многом определяет основные параметры полученного соединения. Надежность, долговечность и качество зависят от этого критерия напрямую.

Очень часто достаточно соблюдать простое правило, которое гласит, что катет сварного шва равен толщине металла. Но оно применимо только к тем конструкциям, для которых не требуется высокая прочность и надежность.

Методика расчета сварных соединений

Сварка является самым простым из всех существующих сегодня способов соединения металлических заготовок. Технология дает возможность получать прочные и надежные соединения. Она востребована в создании металлоконструкций разного уровня сложности, в укладке трубопроводов, строительстве, машиностроении и других отраслях. Характеристики сварных соединений зависят от множества факторов. Наиболее значимые из них: толщина заготовок, условия выполнения работ, расходные материалы, оборудование, состав металла. Чтобы предварительно определить, насколько прочным получится соединение, нужно расчет сварного шва.

Он делается, как правило, в процессе проектирования и позволяет правильно выбрать материалы для выполнения конкретного вида операций. Предварительные вычисления необходимы для того, чтобы добиться нужного запаса прочности конструкции. Таким образом достигается нужная степень надежности готовых изделий.

Методика расчета

Существуют разные варианты сцепления металла. Расчет сварных соединений для каждого из них выполняется отдельно. В зависимости от пространственного расположения свариваемых деталей различаются и сварные соединения. Соответственно они могут быть:

угловыми. Соединяемые заготовки одна по отношению к другой располагаются перпендикулярно. Чтобы конструкция получилась максимально прочной, следует определить предельные усилия, которые будут воздействовать на швы;
стыковыми. Заготовки располагаются в одной плоскости таким образом, что одна из них является продолжением другой. Свариваются торцы деталей. Такой вариант соединения принято считать оптимальным, так как он характеризуется минимальными показателями напряженности на стыке. Шов может быть косым или прямым;
внахлест. Плоскости соединяемых заготовок перекрывают одна другую. Такая технология лучше всего подходит для соединения деталей, толщина стенок которых не превышает 5 мм. Также метод используется в ситуациях, если требуется укрепить сварной шов;
тавровым сварочным швом. Внешним видом очень похожи на угловые. Детали по отношению одна к другой тоже располагаются под углом в 90 градусов, но соединяются торцами. Такие виды стыков достаточно востребованы и часто используются. Среди основных достоинств методы – простота исполнения, надежность и экономичность. К тому же, используя специально разработанные методические указания, по тавровому соединению несложно выполнить расчеты с безупречной точностью.

Итак, пришло время детально рассмотреть методику расчета сварного шва. Специалисты вывели специальные формулы, которые упрощают выполнение необходимых вычислений. Помимо этого, в сети Интернет есть специальные программы. Они находятся в свободном доступе. От пользователя требуется только ввести нужные параметры, чтобы получить точный результат.

Исходные параметры для вычислений

Чтобы при расчете погрешность исключить или хотя бы свести к минимуму, нужно определиться с параметрами, которые окажут влияние на прочность стыка. Процесс сжатия и растяжения металла рассчитывается при помощи формулы

Yс – коэффициент, отражающий условия, которые преобладают на рабочем месте. Данный показатель общепринят и отражен в справочных таблицах. Достаточно найти нужный показатель и подставить его в формулу;
Rу – индекс, обозначающий сопротивление металла с учетом предела его текучести. Отражен в справочных материалах сварщика;
Ru – еще один показатель сопротивления металла, который несложно найти в таблицах;
N – максимально допустимая нагрузка на сварочный шов;
T – наименьшая толщина стенок свариваемых заготовок;
Максимальная длина сварного стыка. При вычислениях данный параметр следует уменьшить на 2t;
Rwу – сопротивление, зависящее от предела прочности соединения.

Когда сваривать приходится разные металлы, то значения Ru и Ry берутся того материала, прочность которого меньше. точно так же поступают и в случаях, когда выполняются расчеты сварочного шва на срез.

Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими верстаками собственного производства от компании VTM.

Проектирование металлоконструкций осуществляется с учетом требований по безопасности сварного соединения, его способности выдерживать определенный уровень нагрузок стабильности соединенных с их помощью элементов. В случаях, когда для создания металлоконструкции необходимо наложить несколько сварных соединений, то важно грамотно их расположить. Важно, чтобы нагрузка при сварке была распределена равномерно между всеми стыками.

Определить параметры можно путем математических вычислений. В случае, когда полученный результат будет неудовлетворительным, то в конструктив следует внести изменения и рассчитать снова.

Расчет изделий с угловым стыком

Определение допустимой длины сварного соединения на отрыв выполняется с учетом силы, направленной к центру тяжести. При подсчетах такого рода выбирается сечение с высокой степенью опасности. Показатели рассчитываются по формуле:

Каждый из показателей формулы влияет на прочностные характеристики шва, вне зависимости от вида свариваемых металлов. Условные обозначения:

N – максимальное значение силы, которая оказывает давление на стык;
ßf, ßz – коэффициенты, которые берутся в справочных таблицах и не зависят от типа свариваемых металлов. В большинстве своем ßz = 1, а ßf = 0,7;
Rwf – показатель, отражающий сопротивление срезу. Определен справочными материалами. Проще всего найти в таблицах ГОСТа;
Rwz – сопротивление по линии стыка. Значения берутся из справочной таблицы;
Ywf – коэффициент, зависящий от сопротивления материала. К примеру, если для металла этот показатель составляет 4200 кгс/см², то поправочный коэффициент составит 0,85;
С – еще один коэффициент, обозначающий условия рабочей среды. Как и большинство значений, определяется по справочным таблицам;
Kf – толщина сварного шва по линии сплавления;
Lw – общая длина стыка, уменьшенная на 10 мм.

Расчет стыков, выполненных внахлест

При вычислениях важно учесть пространственное положение и тип сварного соединения. Ведь при сваривании внахлест стыки могут быть и угловыми, и фланговыми, и лобовыми. Расчеты дают возможность получить данные по минимально допустимой площади сечения и проектной прочности линии соприкосновения. При вычислении площади сварного соединения за основу принимается наименьшая высота условного треугольного стыка. Для ручной сварки при условии, что катеты равны, данный коэффициент будет составлять 0,7.

Если сварочные работы выполняются автоматическими или полуавтоматическими аппаратами, то глубина прогрева материала будет большей. Поэтому показатели следует брать в справочных таблицах.

Длина сварочного шва в зависимости от массы металла

Длина сварного соединения определяется по формуле, определяющей соотношение массы наплава на один метр стыка: L = G/F × Y, где

L – длина самого шва;
G – вес наплава;
F – площадь сечения;
Y – удельный вес присадочного материала.

В результате вычислений будет получен коэффициент, который следует умножить на длину катета сварного шва.

Чтобы вычисления выполнять правильно, следует попрактиковаться. Важно понимать, что точный результат не дает возможности получить ни одна формула. Поэтому приобретать расходные материалы желательно с небольшим запасом. Это примерно 5-7% от общего количества. Правда, иногда получается и сэкономить присадку. Но такое случается нечасто и к тому же при условии, что у сварщика за плечами большой опыт выполнения аналогичной работы.

Порядок расчета сварных стыков

Чтобы вычислить нагрузку, которую сможет выдержать сварное соединение, следует внимательно отобрать исходные данные. Предотвратить или хотя бы минимизировать вероятность ошибки при вычислениях можно при условии соблюдения алгоритма работы:

Максимально точно определить размеры, форму и пространственное расположение сварного соединения.
Опасное сечение необходимо повернуть в сторону контактируемой со сварным стыком площади. Этот прием актуален в случаях, когда плоскость стыка на исследуемой конструкции не соответствует проектному сечению. После поворота образуется новое расчетное сечение с более благоприятными параметрами.
После этого вычисляется новый центр масс, который образовался в результате поворота сечения.
Следующим шагом станет перемещение внешней нагрузки в предопределенный центр масс.
Настало время определить расчетное значение нагрузок, которые воздействуют на сечение. А именно – крутящего и изгибающего момента, усилий поперечной и продольной направленности.

После того, как найден модуль напряжения, следует определить точку, на которую воздействуют самые высокие нагрузки. Именно в такой точке все внешние силы работают одновременно, что дает возможность определить их суммарное значение. Это тот максимум, который будет воздействовать на сечение.
Определяется максимально допустимое усилие, которое может воздействовать на шов без каких-либо последствий: деформации, разрушения и т.п.
На завершающем этапе сравниваются показатели допустимого и максимального фактического значений. В результате определяется расчетное сопротивление сварочного шва и его оптимальные размеры, которые необходимы для сопротивляемости нагрузкам.

Только так можно рассчитывать на полноценную и безопасную эксплуатацию будущей металлоконструкции. Для контроля можно выполнить проверочные расчеты. Желательно, чтобы ими занялся другой специалист, что повышает объективность полученного результата.

Прочность сварного шва будет достоверной и соответствующей расчетам только в том случае, если соблюдаются технология формирования соединений. Тем не менее стыки рассчитывать следует в любом случае. Только точно установленные параметры и векторы нагрузок обеспечивают прочное и надежное сварное соединение.

Дефекты, возникающие в результате неправильных расчетов

Прежде всего, нужно твердо усвоить, что теоретический расчет угловых, тавровых, нахлесточных или стыковых швов и практическая надежность, равно как и срок службы металлоконструкции являются звеньями одной цепи. Эти факторы тесно взаимосвязаны между собой. К примеру, если вычисления сделать кое-как или же проигнорировать вовсе, то последствием подобного шага станет кратное увеличения риска образования дефектов сварного соединения. Как результат – снижение срока службы, надежности или функциональности металлоконструкции.

Наиболее часто возникают дефекты такого характера:

подрезы. Они представляют собой канавки, которые образуются по линии соединения или возле нее. Приводят к быстрому разрушению стыка;
поры. Визуально заметить их невозможно (кроме поверхностных). Образуются из-за проникновения газов, которые являются побочным продуктом плавления металла и электрода;
непровары. Результат недостаточного прогрева стали, вследствие чего на стыке образуются пробелы;
сторонние включения. Очень опасная ошибка, которая приводит к существенному снижению прочности сварного шва. Со временем в месте содержания примесей возникают трещины;
горячие или холодные трещины. первый тип дефекта образуется в результате нарушения технологии выполнения сварочных работ. Самый простой пример – неправильный подбор расходных материалов. Холодная трещина является результатом окисления металла и возникает после его остывания.

Вычисления по формулам помогают избежать брака в работе. Они позволяют создавать качественные сварные соединения, выдерживающие большие нагрузки во время эксплуатации металлических конструкций.

Калькуляторы сварочных швов

Необходимые расчеты можно выполнить, не имея на то каких-либо навыков. Для этого существуют специализированные калькуляторы, позволяющие вычислить параметры стыковых, точечных или угловых соединений; рассчитать оптимальную длину сварного шва. С помощью такого калькулятора несложно проверить все существующие сегодня стыки с разными силовыми нагрузками и направленностью прилагаемых усилий.

Математические расчеты помогут выбрать оптимальный для конкретной конструкции тип и размер сварного шва, точно определиться с металлом и расходными материалами. При помощи расчетов можно безошибочно определить геометрию сварного соединения и проверить степень его прочности.

Не рекомендуется для точечных соединений, электрозаклепок и стыков с разделкой кромок использовать значения усталостной нагрузки. Расчет для таких видов швов не поддерживается и полученные результаты будут весьма приблизительными. Еще следует иметь ввиду, что при вычислениях не принимаются во внимание изменения характеристик металлических заготовок, которые имеют место в результате изменения температуры и возникновения остаточных напряжений.

Контроль размеров сварных швов

Для контроля и определения фактических геометрических параметров сварных стыков применяются специальные инструменты. Они дают возможность точно измерить характеристики и показатели соединений, выполненных методом сваривания. Набор инструментария включает шаблоны и ряд измерителей, которые «заточены» под определение конкретного параметра.

Расчет сварных соединений

Сварка - наиболее доступный, надежный и эффективный способ соединения отдельных деталей при создании металлоконструкций. При соблюдении сварочных технологий швы получаются прочными, а готовые изделия качественными. Но в зависимости от условий проведения сварки, толщины и вида свариваемого металла характеристики соединений могут быть разными. Определить насколько прочным и монолитным будет изделие поможет расчет сварных швов, проведенный перед процессом сваривания.

Выполненный в процессе составления проекта расчет сварных соединений позволяет выбрать правильно материал, которые будет обладать достаточным запасом прочности и сможет выдерживать возлагаемые на него нагрузки.

Методика расчета соединений

Различают несколько разновидностей сцеплений металла и для каждой из них расчет сварного шва проводится индивидуально. В зависимости от расположения свариваемых деталей соединения разделяются на:

угловые, когда перпендикулярно одна к другой располагаются свариваемые детали. Для повышения прочности конструкции необходимо правильно определить предельные усилия на сварной угловой шов;
стыковые. Здесь соединяются торцы деталей, при этом одна часть выступает продолжением второй. Такой способ сцепления сопровождается минимальными показателями концентрации напряжения и считается самым рациональным. Швы могут быть прямыми и косыми;
нахлесточные, при которых элементы деталей немного накладываются один на другой. Как правило применяют такую технологию при сваривании металлов, толщина которых не превышает 5 мм, когда необходимо укрепить шов;
тавровые. Внешне напоминают угловые. Скрепляемые элементы располагаются под прямым углом друг к другу, но соединяются торцами. При производстве металлоконструкций такие стыки применяются довольно часто. Им характерна простота исполнения, экономичность и высокая прочность. Для качественного выполнения такого типа соединений хорошим помощником будет методичка, расчет таврового сварного соединения по ней можно выполнить с безупречной точностью, и избежать возможных ошибок.

Как рассчитывают сечение сварного углового шва или других видов соединений? Существуют общепринятые формулы, по которым проводится расчет сварочных швов разных стыков. Также в свободном доступе в интернете есть специальная программа расчета сварных соединений, по которой при введении необходимых параметров можно получить требуемый результат.

Какие параметры потребуются для расчета

Чтобы с минимальной погрешностью провести расчет сварки, следует знать какие параметры влияют на прочность стыков. Для определения процесса сжатия и растяжения материала следует применять формулу:

При расчете потребуются следующие показатели:

Yс - коэффициент преобладающих на рабочем месте условий. параметр общепринятый, указан в стандартизованных таблицах. Его просто необходимо вставить в формулу, по которой совершается расчет сварного углового шва;
Rу - сопротивление свариваемого материала с учетом предела текучести. Определяется по стандартным таблицам;
Ru - сопротивление металла в соответствии временного сопротивления. Значения для подставки в формулу нужно поискать в таблицах;
N - максимально допустимая нагрузка, которую шов способен выдерживать;
t - минимальная толщина материала свариваемых элементов;
lw - наибольшая длина сварного соединения, при расчете ее уменьшают на 2t;
Rwу - определяемое в зависимости от предела прочности сопротивление.

В случае, когда необходимо сварить в единую конструкцию разные по структуре металлы, показатели Ru и Ry берутся по материалу с наименьшей прочностью.

Так же если требуется провести расчет сварочного шва на срез, то показатели следует выбирать того материала, у которого прочность меньше.

При проектировании стальных конструкций основным требованием является обеспечение максимально возможной прочности стыка и неподвижности соединяемых им элементов. Согласно требований и с учетом расположения и размеров швов можно с точностью установить оптимальный их тип. Если для создания металлоконструкции требуется выполнить сразу несколько швов, то располагать их необходимо таким образом, чтобы на каждый из них равномерно распределялась нагрузка.

Определить такие параметры можно посредством математических вычислений. Если полученные результаты будут неудовлетворительными, то в конструкцию необходимо внести изменения и еще раз провести все расчеты с новыми параметрами.

Особенности расчетов для изделий с угловыми стыками

Определение длины сварного шва на отрыв проводится с учетом силы, направленной к центру тяжести. Сечение при подсчетах следует выбирать с высокой степенью опасности.

Расчет сварного шва на срез осуществляется по формуле:

Вне зависимости от типа металлов каждый из показателей влияет на прочность стыков:

N - максимальная нагрузка, которая на стык оказывает давление;
ßf, ßz - указаны в таблице и не зависят от марки стали. Как правило ßz равно 1, ßf - 0,7;
Rwf - значение сопротивления срезу. Указано в таблицах ГОСТов;
Rwz - существующее на линии стыка сопротивлению. Значения стандартные и берутся из таблицы;
Ywf - составляет 0,85 для стыка, материалу которого свойственно сопротивление 4200 кгс/см²;
Ywz - для всех марок стали составляет 0,85;
с - коэффициент условий рабочей среды, стандартное значение из таблиц;
kf - указывает на толщину создаваемого шва, измерять следует по линии сплавления;
lw - исчисляется по общей длине стыка, уменьшенного на 10 миллиметров.

Вычислять значения можно по линии соединения или по свариваемому материалу. Расчет угловых сварных швов выполняется на основании сечения.

Чтобы понять, как правильно осуществить расчет сварных соединений и конструкций примеры и задачи можно посмотреть на специализированных сайтах в интернете.

Расчеты при нахлесточных стыках

Расчет сварочного шва, выполняемого внахлест выполняется с учетом типа и положения соединения, поскольку при такой технике стыки могут быть угловыми, лобовыми и фланговыми.

При сваривании металлических деталей внахлест определяется прочность линии скрепления и минимальная площадь сечения. Формула площади сварного шва подразумевает использование меньшей высоты треугольника условного стыка. При одинаковых размерах катетов этого треугольника для ручной сварки высота составляет 0,7.

При автоматической и полуавтоматической сварке глубина нагревания материала больше, поэтому за высоту принимаются указанные в типовых таблицах условные показатели.

Как рассчитать длину сварочных стыков от массы металла

Для определения длины соединения существует формула, обозначающая соотношение массы наплавки на протяженности одного метра спая.

Формула следующая: L = G/F × Y, в которой L обозначает протяженность сварочного шва, G - вес наплавляемого металла, F - площадь поперечного сечения, Y - удельный вес присадки.

Полученное значение следует умножить на определенные измерениями метры. Чтобы правильно провести исчисления целесообразно предварительно посмотреть пример, расчет длины сварного шва по которому выполнен в реальности.

Нужно понимать, что ни одна формула не способна обеспечить безупречно точного результата. Расходный материал следует покупать с запасом примерно 5-7%. Иногда удается немного сэкономить на присадке, но это под силу только опытным сварщикам, обладающим соответственными навыками.

Порядок проведения расчетов сварных стыков

Чтобы определить какие нагрузки способен выдерживать образуемый при сварке стык, необходимо правильно подобрать все необходимые данные для расчета сварного шва. Предотвратить ошибки при математических исчислениях можно, если при их выполнении придерживать следующего порядка:

Определить с минимальными погрешностями пространственное положение, форму и размеры, характерные сварочному соединению.
Далее на контактируемую со свариваемым элементом площадь повернуть следует опасное сечение (с наивысшим напряжением). Необходим поворот в случаях, когда на исследуемой конструкции плоскость стыка не соответствует его сечению. После поворота должно образоваться новое сечение, которое называют расчетным.
Дальнейшие действия состоят в поиске на образовавшемся вследствие поворота сечении центра масс.
Следующий этап - перемещение в центр масс внешней приложенной нагрузки.
Установить какое напряжение в расчетном сечении возникает в момент воздействия всех силовых нагрузок, в частности нормальной и поперечной усилий, изгибающего и крутящего моментов.
Когда известно напряжение необходимо найти в сечении точку, подвергающуюся наибольшим нагрузкам. В этой точке все воздействующие на поверхность нагрузки сочетаются одновременно, что позволяет установить суммарную. В итоге получается максимум, которому шов будет подвергаться.
Вычисляется максимально допустимое напряжение, которое будет оказывать силовое воздействие на полученный в результате сварки шов.
Завершающий этап состоит в сравнении максимальных показателей суммарного и допустимого напряжений. Это позволит получить расчетное сопротивление сварного шва и определить размеры, которые обеспечат полноценную и безопасную эксплуатацию создаваемой металлоконструкции. Для большей достоверности полученной информации рекомендовано провести дополнительный проверочный расчет.

Не нужно забывать о том, что актуальным расчет сварного шва на срез или прочность будет только в том случае, когда строго соблюдена технология создания соединений. В любом случае важно и нужно рассчитывать стыки, поскольку только с точность установленные параметры способны обеспечить прочные и долговечные сварочные соединения.

Дефекты сварных соединений при неправильных расчетах

В случае со сварочными металлоконструкциями следует понимать, что эффективная и безопасная их работа и расчет угловых сварных швов, стыковых, тавровых или нахлесточных непосредственно взаимосвязаны между собой. Если проигнорировать или же неправильно выполнить исчисления, то существенно повышаются риски образования дефектов и неточностей в готовом изделии.

Чаще всего возникают следующие браки:

подрезы. Образуются по линии соединения или возле него канавки, приводящие к быстрому разрушению конструкции;
поры. Визуально они практически незаметны, возникают вследствие проникновения газов, образующихся в процессе плавления электрода и металла;
непровары. Участки, на которых недостаточно расплавился металл, в результате чего на варочном стыке возникли пробелы;
сторонние включения. Одна из наиболее опасных ошибок, вследствие которой значительно понижается прочность соединения и со временем в нем возникают трещины;
холодные и горячие трещины. Первые образуются после остывания конструкции из-за окисления в процессе плавления. Вторые возникают в процессе плавления металла при нарушении сварочной технологии, например, при неправильном выборе электродов.

Избежать всех этих дефектов можно если предварительно выполнить вычисления по существующим формулам. Это поможет создать качественные соединения, способные выдерживать критические нагрузки и усилия при эксплуатации конструкции.

Калькуляторы сварных швов

Существуют специализированные калькуляторы, с помощью которых без особых навыков несложно провести расчет длины сварного шва, определить оптимальные параметры угловых, точечных и стыковых соединений.

Проверить по калькулятору можно все существующие типовые стыки с прилагаемыми к ним нагрузкам с разными силовыми усилиями. Исчисления помогут выбрать подходящий к конкретной конструкции размер и тип стыкового соединения, а также безошибочно подобрать материал для сваривания. Расчеты позволяют установить необходимые геометрические значения сварочного шва и провести его проверку на прочность.

Не рекомендовано к точечным соединениям, стыкам с разделкой кромок и к электрозаклепкам прилагать усталостную нагрузку, поскольку расчет таких швов не поддерживается и результаты будут неточными. Также при вычислениях не учитываются изменения механических характеристик металлов, возникающие вследствие воздействий остаточных напряжений и температурных режимов.

Инструменты для контроля размеров сварных швов

Геометрические параметры сварочных соединений определяются с помощью специальных инструментов, позволяющих с минимальными погрешностями измерить основные показатели и характеристики, выполненных технологией сваривания конструкций.

К числу таких инструментов принадлежат типовые шаблоны, универсальные устройства и измерители, принцип действия которых состоит на замерах одного конкретного параметра.

У каждого профессионального сварщика должен быть в наличии набор измерительных инструментов для проведения замеров для предварительных расчетов перед процессом сваривания, а также определения качества шва готовой конструкции.

Интересное видео

Длина сварного шва

Длина сварного шва является одним из параметров, которые влияют на прочность всего соединения. Производя расчеты стыка, необходимо учесть множество факторов: вид металла, массу свариваемых частей, напряжения и т. д. Только после этого можно определять длину и другие характеристики.

В зависимости от типа деталей и способа их соединения подходы к расчету длины будут меняться. В нашей статье мы расскажем, как вычислить этот параметр, что влияет на расчеты и какие требования предъявляются в нормативных актах.

Требования к параметрам сварного шва

Чтобы все детали соединялись между собой в соответствии с нормой и согласно определенной технологии, необходимо конструктивно выполнить проектирование самого сварочного соединения.

Следует помнить, что чем меньше объем сварки в самой конструкции, тем меньше сварочные деформации при использовании швов наименьшей толщины. Данные показатели можно выяснить благодаря расчетам или конструктивным соображениям.

Для более качественного выполнения работы не следует допускать близкого расположения швов друг к другу и образования швами замкнутых контуров. Кроме того, стоит избегать поперечной ориентации швов в стержне, растягивающих напряжение в тех случаях, когда концы стержня фиксируются во избежание смещения при сварке.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Сварные стыки балок выполняются встык, без накладок. Возможно два варианта сварки:

Двусторонняя с полным проплавлением.
Односторонняя с подваркой корня шва или на прокладках.

При этом концы выводятся на технологические планки, обрезаются и зачищаются.

В таблице показаны назначения катета углового шва:

Катет углового шва не должен быть выше, чем 1,2t, где t – толщина самого тонкого элемента соединения.

Расчетная длина углового шва не должна быть меньше 4kf (4 катета сварного шва) и не менее 40 мм.

Нахлестка не должна быть менее 5 толщин самого тонкого из свариваемых элементов.

Самая большая величина фланговых швов не должна превышать 85βfkf, потому что фактическое напряжение по длине сварочного шва будет располагаться неравномерно и некоторые участки по краям могут испытывать перенапряжение, а участки в середине, наоборот, недонапряжение в сравнении с расчетным показателем. Это не относится к тем видам швов, в которых усилие возникает на всем протяжении, например, в поясных швах балок.

Сваривание слишком толстого и тонкого металла выполнять не рекомендуется, так как за счет напряжения тонкий металл может изогнуться.

Способы расчета длины сварного шва и прочих параметров соединения

При расчетах длины сварочного шва прежде всего необходимо исключить или минимизировать погрешность параметров, влияющие на прочность стыка. В первую очередь это показатель сжатия и растяжения металла. Для определения этого процесса понадобиться формула:

Yс – коэффициент, показывающий условия рабочего места. Этот показатель считается общепринятым и его можно найти в соответствующих таблицах. Необходимо подставить нужный показатель в формулу.

Rу – индекс сопротивления металла, который учитывает его текучесть. Его можно найти в специализированных справочниках.

Ru – второй показатель сопротивления металла. Его можно найти в справочниках.

N – показатель наибольшей допустимой нагрузки на стык.

T – значение самой тонкой толщины стенок свариваемых частей.

Lw - максимальная длина сварного шва. При расчетах данный параметр нужно уменьшить на 2t.

Rwу – сопротивление, которое зависит от максимальной прочности соединения.

При сварке разных металлов необходимо брать показатели Ru и Ry того металла, который будет менее прочным. Аналогичным образом поступают, когда нужно выполнить расчеты длины сварочного шва на срез.

При разработке металлоконструкций главное – учитывать не только требования и нормы безопасности сварного соединения, но и его допустимый уровень нагрузки. При необходимости создания нескольких сварных соединений важно правильно их распределить. Нагрузка при сварке должна быть распределена равномерно между каждым из стыков.

Параметры соединения рассчитываются путем математических вычислений. Если конечный результат оказался неудовлетворительным и неподходящим, то в конструктив нужно внести изменения, а потом пересчитать.

Допустимая длина сварочного шва на отрыв определяется с учетом силы, направленной к центру тяжести. Выбирается сечение с высокой степенью опасности и путем вычислений по данной формуле производят подсчет:

Вид металла в данном случае не будет влиять на прочность шва, а вот каждый показатель, представленный в формуле, будет. В ней:

N – максимальный показатель силы, оказывающий давление на стык.

ßf, ßz – коэффициенты из справочных таблиц, значение которых не будет зависеть от типа свариваемых металлов. Как правило, ßz = 1, а ßf = 0,7.

Rwf – значение сопротивления срезу. Берется этот показатель из справочников и таблиц ГОСТа.

Rwz – показатель сопротивления по линии сварочного шва. Значения можно найти в справочниках.

Ywf – поправочный коэффициент, показатель которого зависит от сопротивления металла. Например, если для металла показатель будет 4 200 кгс/см², то поправочный коэффициент будет равен 0,85.

С – коэффициент-показатель условий рабочей среды. Соответствующие значения можно найти в справочнике.

Kf – толщина стыка по линии сплавления.

Lw – общая длина стыка, уменьшенная на 10 мм.

В нахлесточных соединениях учитывается положение в пространстве и тип сварного примыкания, так как сам стык может быть как угловым, так и фланговым, и лобовым. Производимые вычисления позволяют не только получить данные по минимальной допустимой площади сваривания, но и показатели относительно проектной прочности линий стыков.

Чтобы вычислить площадь сваривания, в качестве базы берется высота условного треугольного шва. В ручной сварке этот показатель будет равен 0,7 при условии, что катеты равны. Если работа производится автоматическими или полуавтоматическими аппаратами, степень прогрева металла будет больше, соответственно, коэффициент изменится. Показатели необходимо брать из справочных таблиц.

Расчет длины сварного шва от массы металла

Для расчета длины сварочного шва есть определенная формула, в которой соотносится масса наплавки и протяженность одного метра спая.

Формула выглядит таким образом:

L – протяженность стыка, G – масса наплавляемого металла, F – площадь поперечного сечения, Y – показатель удельного веса присадки.

Полученные значения умножаются на метры, определяемые путем измерений. Для правильности исчислений лучше всего сначала посмотреть наглядный пример, в котором производят расчет длины сварного шва.

Важно помнить, что нет ни одной формулы, которая бы обеспечила стопроцентно точный результат. При покупке материала всегда оставляйте 5–7 % на запас. Опытные сварщики могут сэкономить на присадке, но для этого необходим соответствующий навык.

Вычисление длины катета сварного шва

Тяжелые объекты для сварки, такие как металлоконструкции и автомобили, должны выдерживать высокие нагрузки, поэтому для качественного соединения крайне важно провести точные расчеты, которые будут учитывать все параметры. Одним из них является катет шва (К).

Катетом шва называют одну из сторон самого большого условного треугольника с равными сторонами, который возможно вписать в поперечное сечение соединения (ГОСТ Р ИСО 17659-2009, вступивший в силу 01.07.2010 г.). Измерить эту сторону можно, опираясь на размеры свариваемых элементов.

При выборе стороны важно учитывать размеры заготовок, их положение и вид сварки. Подбор осуществляется для каждого элемента, но рассматривается в общем значении. Допускается использование шаблона для измерения в рамках домашнего хозяйства.

Соединение будет прочным, если у одинаковых сторон треугольника одинаковая длина. Актуально для элементов, расположенных под углом в 90°.

Виды соединений:

стыковые (без скоса кромок, с односторонним, с V-образным, X-образным, криволинейным скосом);
торцевые;
внахлест;
угловые (угол от 30°, односторонние, двухсторонние без скоса кромок, с одним или двумя скосами);
тавровые (угол острый или прямой, односторонние, двухсторонние, без скоса кромок, с одним или двумя скосами).

Рассчитать длину катета сварного шва в зависимости от толщины материала можно только для трех видов швов: угловых, тавровых и внахлест. Подобные вычисления необходимо проводить при работе в промышленной сфере. От показателя этих расчетов зависит прочность спая, расход проволоки и ее диаметр.

Будьте внимательны! Если сторона треугольника длинная, из-за большей площади нагрева увеличится объем жидкого металла, расход присадки, значит, есть вероятность деформации изделия.

При сварке деталей разных размеров тоже учитывается длина катета. Все расчеты основываются на меньших показателях.

Объем наплавленного металла будет равен квадрату катета. К примеру, при увеличении К на 1 мм и длине сварочного шва 10 мм, расход проволоки будет увеличен на 20 %. Для сваривания материалов внахлест с толщиной до 4 мм, К = 4. Если это значение больше, тогда берется 40 % толщины и прибавляется еще 2 мм.

Угловые сварные соединения бывают:

нормальные (без выпуклости и вогнутости) – К будет равен толщине металла;
вогнутые – К = 0,85;
выпуклые – К= s × cos45°, где s – ширина спая, cos45° = 0,7071;
специальные (треугольник не равнобедренный).

При расчете длины катета сварочного шва, кроме всего прочего, важную роль играет способ сварки и текучесть свариваемого материала.

Полученный результат необходимо сверить с требованиями ГОСТ 11534-75 и ГОСТ 5264-80 или справочными материалами.

В домашних условиях для правильной сварки необходимо установить сторону треугольника, которая будет больше толщины на 1–1,5 мм. Так же можно определить показатель по таблице.

Помните, что К всегда меньше толщины самой тонкой детали, умноженной на 1,2. Длина сварного шва должна быть не менее, чем К, умноженное на 4.

Как правило, все расчеты достаточно условны, ведь на практике они базируются на следующих предпосылках:

нагрузка распределяется равномерно по всей длине наплавленной присадки;
разрушение возможно только по слою присадки, равному 0,7 К.

На самом деле целью проектировочных расчетов является определение самых подходящих размеров спая для того или иного значения растяжения и осевого напряжения.

Оптимальную протяженность наплавленной присадки по нагрузке на растяжение можно определить по следующей простой формуле:

L – протяженность спая;

F – планируемая реальная нагрузка на соединение;

ρ – допустимая нагрузка на соединение.

Оптимальная протяженность по осевому напряжению:

Из этой формулы можно вывести формулу для расчета К при протяженности наплавленной присадки 1 м:

Таким образом, К будет полностью зависеть от величины допустимой нагрузки.

Допустимые нагрузки относительно сжатия, растяжения и среза для различных методов сварки можно найти в специализированных таблицах и справочниках.

Важные аспекты при разработке проектной документации:

Определяемся с выбором метода, вида сварки и марки электрода.
Находим норму допустимой нагрузки.
Рассчитываем длину сварочного шва и осевое напряжение.
Конструируем чертеж соединения материалов.
Уточняем размеры свариваемых элементов и технические показатели.

Для повышения качества исполнения сварки и минимизации лишних затрат при формировании проектной документации необходимо проводить определение точной длины катета шва от материала и оптимальной длины спая.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: