Длина сварного шва: как правильно рассчитать

Что это такое? Длина сварного шва является важной характеристикой. Минимальный размер должен быть таким, чтобы обеспечивать соединение деталей при нагрузках на 20 % больше максимально допустимых. Можно выполнять сварку одним длинным швом или короткими отрезками.

Как ее рассчитать? При расчете длины используют формулы, куда подставляют данные из специальных таблиц. Выбор таблицы зависит от вида шва и материала, из которого сделаны детали.

Виды сварных соединений

Есть множество способов для сваривания металлических элементов. Поэтому выбирать сварное соединение необходимо индивидуально, его параметры будут отличаться в зависимости от расположения соединяемых деталей в пространстве.

Прежде чем приступать к определению длины сварного шва, необходимо разобраться с типом соединения:

1. Угловой шов. Свариваемые элементы расположены под углом 90 градусов относительно друг друга. Для повышения прочности конструкции важно рассчитать нагрузку, воздействующую на швы.
2. Стыковой шов. Детали размещают в одной плоскости так, чтобы одна продолжала другую, затем соединяют торцевые части элементов. Стыковой шов, который бывает прямым или косым, – наилучшее решение, поскольку в этом случае напряженность в области соединения будет наименьшей.
3. Шов внахлест. Плоскости соединяемых элементов перекрывают друг друга. Этот метод применяется, когда толщина заготовок до 5 мм либо для укрепления сварного шва.
4. Тавровый шов. Визуально напоминает угловой. Заготовки точно так же размещаются под прямым углом относительно друг друга, однако их сваривают торцами. Этот метод применяется в большинстве случаев. Объясняется это тем, что тавровое соединение экономичное и надежное, выполняется просто. Опираясь на методические указания, сварщик может максимально точно рассчитать общую длину сварного шва.

Читайте также: «Термическая сварка»

Далее рассмотрим, какие существуют виды длины сварных швов, а также как выполняется расчет. Профессионалы применяют формулы, чтобы упростить порядок вычислений. Также можно воспользоваться специальной онлайн-программой либо скачать ПО на компьютер. Все, что вам потребуется сделать, – указать параметры, полученный результат будет сверхточным.

Порядок расчета сварных стыков

Для определения нагрузки, на которую рассчитан сварной шов, необходимо тщательно отбирать исходные данные. Чтобы исключить или снизить риск ошибки при проведении расчетов, придерживайтесь описанного порядка действий:

1. Прежде всего нужно узнать точные габариты, конфигурацию и расположение сварного шва в пространстве.
2. Опасное сечение следует повернуть в сторону контактирующей со сварным стыком площади. Такой подход применяется в тех ситуациях, когда плоскость стыка на детали не соответствует проектному сечению. Когда будет произведен поворот, появится другое расчетное сечение с оптимальными характеристиками.
3. Затем нужно вычислить новый центр масс, образовавшийся после поворота сечения.
4. Далее перемещаем внешнюю нагрузку в получившийся центр масс.
5. Приступаем к определению расчетных значений нагрузок, воздействующих на сечение. Нужно рассчитать крутящий и изгибающий момент, усилия поперечной и продольной направленности.
6. Когда вы определите модуль напряжения, нужно найти точку, на которую воздействуют максимальные нагрузки. В данной точке внешние силы будут работать одновременно, поэтому вы сможете узнать их общее значение. Это – максимальный показатель, воздействующий на сечение.
7. Определяем наибольшее потенциальное усилие, воздействующее на шов без негативного эффекта, то есть соединение не должно деформироваться или разрушаться.
8. Заключительное действие – сравниваем показатели допустимого и максимального фактического значений. Так вы определите расчетное сопротивление, а также длину оценочного участка шва сварного соединения.

Действуя согласно этому алгоритму, вы сможете выполнить все расчеты правильно, а значит, нагрузка на металлоконструкцию будет безопасной. Чтобы проконтролировать себя, следует сделать проверку. Оптимальный вариант – когда проверочные расчеты выполняет другой человек, в этом случае существенно повышается вероятность, что результат получится объективным.

Но даже если расчетная длина сварного шва выбрана правильно, соединение будет надежным, если технология работы не нарушена. Так или иначе, но без расчета стыков не обойтись. Определив с высокой точностью нужные параметры, а также направления нагрузок, вы сможете выполнить сверхпрочный шов.

Исходные параметры для вычислений длины сварного шва

При определении суммарной длины сварного шва необходимо не допустить погрешности либо минимизировать их. Для этого важно выбрать параметры, влияющие на прочность стыка. Сжатие и растяжение металла определяем, используя данную формулу: NtlwRwyc.

Расшифровывается она следующим образом:

• Yс – коэффициент, показывающий условия, преобладающие на рабочем месте. Данный параметр является общепринятым, его можно найти в специальных справочниках, а затем подставить в формулу. 
• N – наивысшая нагрузка, которую способен выдержать сварной шов.
• T – минимальная допустимая толщина стенок элементов.
• Lw – наибольшая длина сварного стыка. Определив этот параметр, его необходимо уменьшить на 2t.
• Rwу – сопротивление, параметр зависит от предела прочности соединения.

Выполнить правильно расчет длины сварного шва, а также спроектировать металлоконструкцию получится, если учитывать требования безопасности, а также способность такого соединения выдерживать нагрузки. Тогда конструкция будет стабильной.

Читайте также: «Глаза после сварки»

Если при монтаже металлоконструкции следует выполнить множество сварных швов, их нужно расположить оптимальным образом, распределив нагрузку равномерно между стыками. Рассчитать параметры можно с помощью математических вычислений. Если получившийся результат и длина сварного шва не соответствует ГОСТу, придется изменить конструкцию и снова провести расчеты.

Расчет сварного шва с угловым стыком

Чтобы определить минимальную длину сварного шва на отрыв, следует учитывать силу, направленную к центру тяжести. Выполняя подсчеты, необходимо выбрать сечение с высокой степенью опасности.

В этом случае используется данная формула: N/(fkflw)≤Rwfwfc.

Все показатели формулы оказывают влияние на прочность шва, не важно, какие металлы вы свариваете.

Расшифровывается формула следующим образом:

• N – наибольший показатель силы, оказывающей давление на шов;
• ßf, ßz – коэффициенты, они есть в справочниках, не меняются в зависимости от типа металлов. Чаще всего их значение равно ßz = 1, а ßf = 0,7;
• Rwf – коэффициент сопротивления срезу. Узнать его также можно в справочнике или в таблицах ГОСТа;
• Ywf – показатель, который зависит от сопротивления материала. Например, для металла этот коэффициент равен 4200 кгс/см², соответственно, поправочный коэффициент будет 0,85;
• С – показатель, отражающий условия рабочей среды. Как и многие значения, его можно найти в специальных справочниках;
• Kf – толщина сварного соединения по линии сплавления;
• lw – общая длина стыка, которую уменьшили на 10 мм.

Расчет стыков, выполненных внахлест

Чтобы определить максимальную длину сварного шва внахлест, следует учитывать положение заготовки в пространстве, а также тип соединения. Дело в том, что при сваривании внахлест стыки бывают угловыми, фланговыми и лобовыми. Только все правильно рассчитав, вы сможете определить показатель наименьшей площади сечений, а также узнаете проектную прочность шва.

Определяя площадь шва, за основу берем минимальную высоту треугольного стыка. Если это ручная сварка, при этом катеты равны, искомый коэффициент будет равен 0,7. Когда сварочный аппарат автоматический либо полуавтомат, материал прогреется на большую глубину. Это значит, что коэффициенты нужно посмотреть в справочниках.

Длина сварного шва в зависимости от массы металла

Длину прерывистого сварного шва можно найти по формуле, в которой отражено соотношение массы наплава на один метр стыка: L = G/F × Y, расшифровывается она следующим образом:

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

После проведения расчетов вы получите коэффициент, а затем умножите его на длину катета сварного шва.

Читайте также: «Рабочее место сварщика»

Достичь правильности вычислений получится с помощью практики. Помните о том, что результата с высокой точностью нельзя добиться с помощью какой-то одной формулы. Нужно покупать расходники с запасом 5-7 %. В ряде ситуаций удается сэкономить присадку, однако такие случаи достаточно редко происходят у тех сварщиков, кто занимается данной работой в течение длительного времени.

Дефекты, возникающие в результате неправильных расчетов

Если вы знаете обозначение длины сварного шва и умете выполнять все необходимые расчеты для угловых, тавровых, нахлесточных или стыковых швов, то сможете монтировать прочную и надежную металлоконструкцию. В случае, когда расчеты выполнены неправильно либо данный шаг вообще был пропущен, сварной шов будет с дефектами. Это приведет к тому, что конструкция быстро выйдет из строя, получится ненадежной, ее функциональность будет снижена.

Какие дефекты появляются чаще всего:

• Подрезы. Имеют вид канавок, образующихся по линии соединения либо рядом с ней. Их появление способствует тому, что шов быстро разрушается.
• Поры. Их нельзя обнаружить невооруженным глазом (за исключением поверхностных). Образование пор происходит за счет проникновения газов – это побочные продукты плавления металла и электрода.
• Непровары. Образуются из-за того, что сталь плохо прогрели, поэтому на стыке появляются пробелы.
• Посторонние включения. Данный дефект приводит к негативным последствиям: сварное соединение получается непрочным, растрескивается.
• Горячие или холодные трещины. Горячие трещины можно наблюдать, если сварка осуществлялась с нарушением технологии. К примеру, расходники неправильно подобрали. Холодные трещины образуются из-за окисления металла после остывания.

Читайте также: «Материалы для сварки»

Чтобы не допустить появления дефектов, нужно правильно выполнить все необходимые расчеты. Тогда сварной шов будет качественным, прочным и выдержит максимально допустимую нагрузку.

Калькуляторы сварочных швов

Даже если у вас нет опыта выполнения сложных расчетов, можно воспользоваться специальным калькулятором. С его помощью получится определить длину стыковых, точечных или угловых швов, а также вычислить подходящую длину сварного соединения. Используя подобный калькулятор, вы сможете проверить выполненные стыки с разной нагрузкой, а также направленностью прилагаемых усилий.

Читайте также: «Области применения сварки»

Проведя математические расчеты, удастся подобрать подходящий для определенных условий тип и длину сварного соединения, а также выбрать металл и расходники. Расчеты позволят правильно определить геометрию шва, провести проверку на прочность. Профессионалы не советуют для точечных соединений, электрозаклепок и стыков с разделкой кромок применять значения усталостной нагрузки.

Для подобных видов соединений расчет не осуществляется, поэтому результат окажется неточным. Также помните о том, что при вычислениях не стоит брать в расчет изменения параметров металлических заготовок, образующихся из-за температурных перепадов и появления остаточных напряжений.

Чтобы контролировать и определять реальные геометрические характеристики соединений, потребуется специнструменты. С их помощью вы с высокой точностью определите параметры и значения сварных швов. Комплект инструментов состоит из шаблонов и измерителей, созданных для определения выбранной характеристики.

С помощью новых методик и калькуляторов получится выполнить проект и сделать расчет выбранного вида сварки. Вы сможете определиться с подходящим типом соединения, материалом, габаритами, геометрией шва, а также проверить его на прочность.

Читайте также: «Как правильно варить электродом»

Длина сварного шва – ключевая характеристика, которую учитывают при монтаже металлоконструкций повышенной мощности, поскольку выполненные соединения должны выдерживать сверхнагрузки во время эксплуатации. От данного параметра зависят особенности будущего изделия. Специалист должен уметь выполнять все необходимые расчеты длины сварного шва, тогда он сможет соединять заготовки быстро и правильно.