Połączenia spawane.

Rok 1808, Londyn, „Royal Society”

Rys. 1. Eksperyment Davy’a

Rys. 2. Rodzaje spoin czołowych i pachwinowych.

Nie wszystkie materiały dobrze się spawają. Projektując

elementy spawane

należy pamiętać o doborze

odpowiedniego

materiału. Z

materiałów stalowych

Stosuje się stale o niskiej zawartości węgla:

0,15-0,25%C

. W niektórych przypadkach można stosować stale

o zawartości

0,30%C

.

Rys.3. Klasyfikacja połączeń spawanych.

Połączenia spawane

Spoiny połączeń stykowych

Spoiny połączeń zakładkowych

i nakładkowych

Spoiny połączeń teowych

Spoiny połączeń narożnych

Spoiny połączeń stykowych

Bez

ukosowania

krawędzi

Bez

ukosowania

krawędzi

Czołowa V

Czołowa

½ V

Czołowa I
a=1-3mm

Czołowa 2I

a=2-5mm

a=3-20mm

a

’

=50

0

-60

0

a=4-16mm

a’=45

0

-55

0

Rys.4. Spoiny połączeń stykowych.

Spoiny połączeń stykowych

Czołowa K

Czołowa 2V

lub X

Czołowa U

Czołowa

2U

a=12-40mm
a’=45

0

-55

0

a=12-40mm

a’=50

0

-60

0

a=16-40mm

a

’

=16

0

-24

0

a > 30mm

a’=16

0

-24

0

Rys.5. Spoiny połączeń stykowych cd.

Spoiny połączeń

zakładkowych i nakładkowych

Normalnym

(płaskie)

Ulepszonym (wklęsłe lub ze

zwiększonym bokiem podstawy)

o kształcie poprzecznym

wzdłużne

poprzeczne

skośne

kombinowane

Rys. 6. Spoiny połączeń zakładkowych i nakładkowych.

Spoiny połączeń

zakładkowych i nakładkowych

Szczelinowe

Otworowe okrągłe

o kształcie poprzecznym

Otworowe wzdłużne

Rys. 7. Spoiny połączeń zakładkowych i nakładkowych cd.

Spoiny połączeń teowych

Spoiny połączeń narożnych

Pachwinowe

podwójne

Czołowe

1/2V

jednostronne

Czołowe

1/2V +

pachwinowe

Czołowe K

Pachwinowe

(wypukłe)

Pachwinowe

+ czołowe V

Rys.8. Spoiny połączeń teowych i narożnych.

Rys. 9. Spoiny czołowe.

Rys. 10. Spoiny pachwinowe.

Rys. 11. Połączenie spawane.

obcy materiał

energia cieplna
( >1600ºC)

anod
a

Obliczanie połączeń spawanych

o

r

l

a

P

F

P









'

r

k



o

l

a

P

F

P











'

t

k

n

a

l

l

o







5

,

1

n – liczba
kraterów

Przykład:

n=4,

dla a=5mm, b=25mm

l

o

=4b-1,5*5*4=100-

30=70mm

Rys.12. Krater

W konstrukcjach stalowych wartości naprężeń k’
określone są przepisami:

r

t

r

g

c

c

r

r

k

k

k

k

k

k

k

k

66

,

0

9

,

0

8

,

0

'

'

'

'









Wartości naprężeń dopuszczalnych dla połączeń spawanych w różnych

gałęziach przemysłu wyznaczamy odpowiednio dla obciążeń

statycznych

i

dynamicznych

.

Dla statycznych:

k

z

z

k

o







'

k

z

z

k

a







'

Dla dynamicznych:

Gdzie: z – rodzaj spoiny,

k – naprężenia dopuszczalne
rodzimego materiału,

z

o

– 0,65,

z

o

– 1,0 dla dobrze wykonanych

spoin

F

P

r







r

r

X

R

k 

- statyka

z

z

X

Z

k 

- dynamika

25

,

1

8

,

0

'







r

r

r

r

k

k

k

k

g

a

Rys.13. Rozciąganie połączenia spawanego.

r

blach

r

k

F

P









r

k

g

l

P







'

r

s

k

a

l

P







25

,

1



g

a

Rodzaj stali

StOS i St15

St3S

St3S i St3Sx

St5

Rodzaj

naprężeń

Naprężenia dopuszczalne k, kG/cm

2

I

II

I

II

I

II

I

II

Ściskanie,

Rozciąganie,

Zginanie

1200

1400

1400

1600

1500

1700

2000

230

0

Ścinanie

720

840

840

960

900

1020

1200

138

0

Rodzaj spoin

Rodzaj naprężeń

Współczynnik wytrzymałości

statycznej z

o

Czołowe

Ściskanie osiowe i przy

zginaniu

1,0

Rozciąganie osiowe i przy

zginaniu

0,8

1)

Ścinanie

0,6

Pachwinowe

Ściskanie, rozciąganie i

ścinanie

0,65

1

) W przypadku, gdy jest zapewniona kontrola jakości spoiny przez prześwietlenie można przyjąć

z

o

=1,0

Tablica 1. Naprężenia dopuszczalne w budownictwie stalowym i współczynnik
wytrzymałości spoin z

o

wg PN-56/B-03200

Rodzaj spoiny

Rodzaj

obciążenia

Charakter obciążenia

Statyczne z

o

wg

DIN 4100

Dynamiczne z

a

Spoiny czołowe

Rozciąganie

Ściskanie

Zginanie

Ścinanie

0,75
0,85
0,80
0,65

brane z tabl. 3

Spoiny

pachwinowe

Dla wszystkich

rodzajów

obciążenia

0,65

brane z tabl. 3

Współczynnik jakości spoiny: z=0,5 dla spoiny normalnej jakości,
z=1,0 dla spoiny mocnej

z=dla spoiny specjalnej jakości określić na

podstawie badań

Tablica 2. Współczynniki wytrzymałości spoin z

o

, z

a

i współczynniki jakości spoin z

Nazwa

Materiał

niespawan

y

Spoina V

Spoina V

popawan

a

Spoina V
obrobion

a

Spoina

X

Spoina

V

ukośna

Oznaczenie spoiny

Obraz spoiny

Współczynni

k z

a

Rozciąganie-

ściskanie

1,0

0,5

0,7

0,92

0,7

0,8

Zginanie

1,2

0,6

0,84

1,1

0,84

0,98

Ścinanie

0,8

0,42

0,56

0,73

0,56

0,65

Tablica 3. Współczynniki wytrzymałości zmęczeniowej spoin
z

a

Nazwa

Spoiny podwójne

pachwinowe

Spoina

jedno-

stronna

pachwin

o-wa

płaska

Spoina

teowa

czołowa

podpaw

a-na

Spoina

teowa

czołowa

podwójn

a

Spoina

X

wypukł

a

płaska

wklęsła

Oznaczenie

spoiny

Grubość spoiny

2a

2a

2a

a

g

g

g

Obraz spoiny

Współcz

ynnik z

a

Rozciągani

e

-ściskanie

0,32

0,35

0,41

0,22

0,63

0,56

0,7

Zginanie

0,69

0,7

0,87

0,11

0,8

0,8

0,84

Ścinanie

0,32

0,35

0,41

0,22

0,5

0,45

0,56

Tablica 4. Współczynniki wytrzymałości zmęczeniowej spoin z

a

cd.

Nazwa

Spoiny pachwinowe

Spoina narożna czołowa

Spoina

narożna X

Oznaczenie

spoiny

Grubość spoiny

a

2a

g

g

2a

Obraz spoiny

Współcz

ynnik z

a

Rozciąganie

-ściskanie

0,22

0,3

0,45

0,6

0,35

Zginanie

0,11

0,6

0,55

0,75

0,7

Ścinanie

0,22

0,3

0,37

0,5

0,35

Tablica 5. Współczynniki wytrzymałości zmęczeniowej spoin z

a

cd.

Połączenia nakładkowe

Z poprzecznymi spoinami

pachwinowymi

Z

wzdłużnymi

sp. pachw.

Z ukośnymi

sp. pachw.

Grubość spoiny

2a

2a

2a

2a

Obraz spoiny

Współczynni

k z

a

Rozciąganie

0,22

0,25

0,25

0,48

Tablica 6. Współczynniki wytrzymałości zmęczeniowej spoin z

a

cd.

Z

rj

0

5

10

15

20

25

kG/
mm

2

Blacha z
naskórkiem
walcowniczym

13

Model połączenia
dwunakładkoweg
o ze spoinami
pachwinowymi

25

23

Spoina czołowa V
Podpawana, obrobiona

Spoina czołowa skośna
podpawana, obrobiona

22

Spoina czołowa
skośna
podpawana,
nieobrobiona

Blacha
napawana

19
18

Spoina V
podpawana,
nieobrobiona

Złącze teowe
podwójne, spoina
czołowa K

13

Spoina V bez podpawania,
nieobrobiona

10

Połączenie teowe
podwójne, cienka
spoina pachwinowa,
obrobiona

Połączenie dwunakładkowe,
spoiny pachwinowe
wzdłużne, obrobione

8
7

Połączenie dwunakładkowe,
spoiny pachwinowe
wzdłużne, nieobrobione

Połączenie dwunakładkowe,
spoiny pachwinowe
poprzeczne, nieobrobione

Połączenie teowe
podwójne, pełne
spoiny pachwinowe,
nieobrobiona

Rys. 14. Porównanie wytrzymałości
zmęczeniowej Z

rj

, kG/mm

2,

, połączeń ze stali

St3.

l

Rys. 15. Blachownica spawana.

wzmocnienia

środnik

L

max

=60a

L

min

=15a

Rys.16. Przykład konstrukcji węzła kratownicy.

Główny punkt węzłowy „W”

Rys. 17. Węzeł kratownicy z rur.

Główny punkt węzłowy „W”

Rys. 18. Rozkład naprężeń w długich spoinach pachwinowych.

W połączeniach niesymetrycznych kształtowników, powinien być spełniony
warunek statycznej równowagi momentów sił przenoszonych przez spoiny
P

1

i P

2

względem środka ciężkości kształtownika. Wynika stąd konieczność

stosowania niesymetrycznych spoin:

Rys. 19. Spoiny przy połączeniach niesymetrycznych kształtowników.

2

2

1

1

e

P

e

P







2

1

P

P

P





'

1

1

1

t

k

l

a

P







'

2

2

2

t

k

l

a

P







2

1

a

a 

Stąd mamy:











 



b

e

b

P

P

1

1

b

e

P

P

1

2



1

1

l

a

P

F

P









'

t

k



Długości spoin:











 











b

e

b

k

a

P

k

a

P

l

t

t

1

'

1

'

1

1

1

b

e

k

a

P

k

a

P

l

t

t

1

'

2

'

2

2

2











SPOINY PACHWINOWE

g

a

7

,

0



mm

a 3



mm

a

5

,

2

2



dla spoin zaczepowych

Rys. 20. Połączenie spawane.

Dla prostych obliczeń jak:

'

t

k

F

P







o

s

s

W

M





x

g

g

W

M









'

s

k

'

g

k

'

2

2

'

3

'

g

g

z

k















Dla obciążeń złożonych:

Rys. 21. Spoina czołowa zginana i ścinana.

Spoina czołowa obciążona momentem

zginającym i siłą tnącą. Na rysunku 21

przedstawiono belkę o przekroju

prostokątnym, mającą w odległości l od

miejsca przyłożenia siły zginającej F, spoinę

czołową. Mamy tu przypadek jednoczesnego

zginania i ścinania spoiny. Moment zginający

wynosi:

l

F

M

g





F

F

F

Wskaźnik przekroju spoiny:

6

2

b

a

W

x





x

g

g

W

M







b

a

F

A

F









'

2

2

3

g

g

z

k















Naprężenia zginające:

Naprężenia ścinające:

Naprężenia zastępcze:

Rys. 22. Spoina czołowa zginana i rozciągana.

Spoina czołowa obciążona

momentem zginającym i siłą

rozrywającą. Na rysunku 22

widoczna jest belka przyspawana

do płyty spoiną czołową, obciążona

momentem zginającym M

g

i siłą

rozrywającą F. Naprężenia zginające

i rozciągające wynoszą odpowiednio:

;

x

g

g

W

M







g

b

F

A

F

r









Naprężenie zastępcze:

r

g

z











F

Mg

L.p

.

Rodzaj

obciążeni

a

Spoina

Szkic połączenia

Przekrój obliczeniowy

Warunek

wytrzymałościowy

1

Zginanie

Pachwi-

nowa

2

skręcanie

Czołow

a

3

Pachwi-

nowa

Tablica 4. Warunki wytrzymałościowe połączeń.

x

g

n

W

M



'





'

t

k

o

s

s

W

M



'





'

t

k

o

s

s

W

M



'





'

t

k

4

skręcani

e

Pachwi-

nowa

5

Przekrój

cienko-

ścienny

Tablica 4. Warunki wytrzymałościowe połączeń cd.

x

s

s

W

M



'





'

t

k

g

F

M

s

s





2

'





'

t

k

Lp.

Szkic połączenia

Przekrój obliczeniowy

1

Połączenie środnika w belkach zginanych

e

J

M

x

g







'



s

h

a

Q





max

'



2

2

'

'

3

'













z

'

g

k



Tablica 5. Warunki wytrzymałościowe spoin.

Lp.

Szkic połączenia

Przekrój obliczeniowy

2

Tablica 6. Warunki wytrzymałościowe spoin cd.

Spoina wzdłużna w belkach zginanych
momentem gnącym M

g

i siłą poprzeczną Q

e

J

M

x

g







'



g

J

S

Q

x







max

'



g

l

J

t

S

Q

x











max

'



lub

dla spoiny przerywanej

Dla spoiny pachwinowej dwustronnej g=2a
S=moment stat. półki wzgl. osi x-x

2

2

'

'

3

'













z



'

g

k

L.p

.

Rodzaj

obciążeni

a

Spoina

Szkic połączenia

Przekrój obliczeniowy

Warunek

wytrzymałościowy

1

Ścinanie

Pachwi-

nowa

2

3

Otworow

a

Tablica 7. Warunki wytrzymałościowe połączeń.











o

l

a

P

'





'

t

k





F

P

'





'

t

k

L.p

.

Rodzaj

obciążeni

a

Spoina

Szkic połączenia

Przekrój obliczeniowy

Warunek

wytrzymałościowy

4

Ścinanie

Otworow

a

5

Zginanie

Czołowa

6





F

P

'





'

t

k

x

g

g

W

M



'





'

g

k

6

2

a

l

W

o

x





Tablica 8. Warunki wytrzymałościowe połączeń cd.

Rys. 23. Spoina pachwinowa zginana, ścinana i skręcana.

Spoina pachwinowa obciążona

momentem zginającym, skręcającym

i siłą poprzeczną. Na rysunku 23

przedstawiono wałek przyspawany

spoiną pachwinową do płyty,

obciążoną siłą

F

działającą na

ramieniu

r

, wywołującą moment

zginający

M

g

=Fl,

moment skręcający

M

s

=Fr

oraz siłę poprzeczną

Q=F

.

pole przekroju spoiny:





2

2

4

d

D

A







a

d

D

2





Wskaźnik przekroju na zginanie:

D

d

D

W

x

4

4

32









Q=
F

F

l

Wskaźnik przekroju spoiny na skręcanie:

D

d

D

W

o

4

4

16









Naprężenia ścinające od momentu gnącego i skręcającego:

x

g

Mg

W

M





o

s

Ms

W

M





Naprężenia ścinające od siły poprzecznej:

A

F

F





Naprężenia zastępcze:

2

2

2

Mg

Ms

F

z















Rys. 24. Spoina pachwinowa obciążona momentem skręcającym, gnącym i siłą
poprzeczną.

Rys. 24. Rozkład naprężeń.

x

g

M

W

M

















o

Q

l

a

Q



o

s

Ms

W

M





2

2

2

Q

Ms

M

z



















'

t

k

Gdzie:

l

P

M

s





P

Q 

D

d

D

W

x

4

4

32









D

d

D

W

o

4

4

16









Tak powinno być

A tak też można


Dziękuję za uwagę!!!