background image

Obliczanie połączeń spawanych 
  

 

 

Na ogół spoiny mają mniejszą wytrzymałość od materiału rodzimego (spawanych 

elementów) ze względu na: 
- zmianę struktury materiału spoiny, 
- spiętrzenie naprężeń, 
- powstawanie naprężeń własnych podczas spawania. 
Dlatego podczas obliczania połączeń spawanych należy uwzględnić współczynnik zmniejszający 
wartość naprężeń dopuszczalnych, tzw. współczynnik jakości spoiny. 
 
Naprężenia dopuszczalne dla spoin oblicza się z zależności: 
 

r

k

z

z

k

=

0

'

 

 
gdzie: 
z

0

 – współczynnik wytrzymałości statycznej (dla rozciągania: z

0

 = 0,75; zginania: z

0

 = 0,8; 

ściskania:  z

0

 = 0,8; ścinania z

0

 = 0,65; 

z – współczynnik jakości spoiny. Współczynnik z zależy od konstrukcji i staranności wykonania 
spoiny i waha się w granicach od 0,5 – 1; 
k

r

 – naprężenie dopuszczalne na rozciąganie dla materiałów łączonych elementów. 

 
W miejscu gdzie rozpoczyna się i kończy spoina występują kratery, co powoduje obniżenie 
wytrzymałości w tych miejscach. W obliczeniach przyjmuje się, że długość kraterów jest równa 
grubości spoiny a. 
 
1. Spoiny czołowe  
(przy jednakowej grubości elementów łączonych) 
Długość obliczeniową spoiny przyjmuje się szerokości łączonych elementów, jeśli brak w spoinie 
jest kraterów (zastosowanie podkładek). Jeżeli istnieją kratery to długość obliczeniowa spoiny 
wynosi: 
 

a

b

l

2

0

=

 

 

2a – sumaryczna długość kraterów na początku i końcu spoiny (rys. 1), 
b – szerokość blachy 
 

 

 
 

Rys. 1. Spoina czołowa rozciągana

background image

1.1. Spoiny czołowe rozciągane lub ściskane  
Przekrój spoiny czołowej wynosi: 

g

l

A

=

0

 (rys. 1) 

gdzie:  

 

 

 

a

b

l

2

0

=

 

 
długość obliczeniową a przyjmuje się grubości łączonych elementów g. 
Naprężenie w spoinie zgodnie z warunkiem wytrzymałościowym na rozciąganie: 

'

,

,

c

r

c

r

k

A

F ≤

=

σ

 

zastosowanie spoiny ukośnej (rys. 2) zwiększa wytrzymałość połączenia. Dla kąta β = 45

O

 

przyjmuje się, że wytrzymałość szwu jest równa wytrzymałości materiału łączonych części. W 
tym przypadku warunek wytrzymałościowy przybierze postać: 

 

Rys. 2. Spoina czołowa ukośna 

c

r

c

r

k

A

F

,

,

=

σ

gdzie: 

k

r,c

 – dopuszczalne naprężenie dla materiału spawanych elementów. 

 
1.2. Spoiny czołowe zginane.  
 
Przykład zginania spoiny czołowej przedstawiony jest na rys. 3.1 
W przypadku spoinę czołową oblicza się z warunku na zginanie: 
 

'

g

x

g

g

k

W

M

=

σ

 

biorąc pod uwagę odpowiedni wskaźnik przekroju: 
- dla przypadku przedstawionego na rys.3.1 

   

 

 

 
Rys. 3.1. Spoina czołowa zginana 

max

y

I

W

x

x

=

    gdzie: 

2

12

2

,

12

0

3

0

0

max

3

0

l

l

a

W

l

y

l

a

I

x

x

=

=

=

   

background image

6

3

0

l

a

W

x

=

 

 
- dla przypadku przedstawionego na rys. 3.2 
 
 

 

 

 

Rys. 3.2. Spoina czołowa zginana 

 

max

y

I

W

x

x

=

    gdzie: 

2

12

2

,

12

0

2

max

0

3

a

l

a

W

a

y

l

a

I

x

x

=

=

=

 

 

6

0

2

l

a

W

x

=

  

1.3. Spoiny czołowe obciążone momentem zginającym i siłą tnącą. 
Przykład spoiny czołowej obciążonej momentem zginającym i siłą tnącą przedstawia rys.4. Jest 
to belka o przekroju prostokątnym mająca w odległości l od przyłożenia siły zginającej spoinę 
czołową. Jest to przypadek jednoczesnego zginania i ścinania spoiny. 
 

 

 

Rys. 4. Spoina czołowa zginana i ścinana 

 
Moment gnący w tym przypadku wynosi: 
 

l

F

M

g

=

 

 

Wskaźnik przekroju na zginanie wynosi odpowiednio: 
 

max

y

I

W

x

x

=

    gdzie: 

2

12

2

,

12

0

3

0

0

max

3

0

l

l

a

W

l

y

l

a

I

x

x

=

=

=

   

background image

6

2

0

l

a

W

x

=

 

 
naprężenie zginające 

x

g

g

W

M

±

=

σ

 

naprężenie ścinające 

0

l

a

F

A

F

=

=

τ

 

naprężenie zastępcze 

2

2

σ

σ

+

±

=

g

z

 

 
1.4. Spoina czołowa obciążona momentem zginającym i siłą rozrywającą. 
Przykład takiego połączenia pokazuje rysunek 5. Belka przyspawana do płyty spoiną czołową, 
obciążona momentem gnącym M

g

 i siłą rozrywającą F. 

 

 

Rys. 5. Spoina czołowa zginana i rozciągana 

 
Moment gnący w tym przypadku wynosi: 
 

l

F

M

g

=

 

 

Wskaźnik przekroju na zginanie wynosi odpowiednio: 

max

y

I

W

x

x

=

    gdzie: 

2

12

2

,

12

0

3

0

0

max

3

0

l

l

a

W

l

y

l

a

I

x

x

=

=

=

   

6

2

0

l

a

W

x

=

 

naprężenie zginające 

x

g

g

W

M

±

=

σ

 

naprężenie rozciągające: 
 

 

0

l

a

F

A

F

r

=

=

σ

 

background image

naprężenie zastępcze: 

r

g

z

σ

σ

σ

+

=

 

background image

2. Spoiny pachwinowe. 
 

Przy obliczeniach spoin pachwinowych dla wszystkich rodzajów obciążeń przyjmuje się, 

że występują w nich tylko naprężenia ścinające. W rzeczywistości występują tu również 
naprężenia normalne, ale ich wielkość a więc i wpływ na wytrzymałość spoiny pachwinowej jest 
mały i nie bierze się ich pod uwagę. 
 

Jako grubość przekroju obliczeniowego przyjmuje się wysokość a trójkąta 

równoramiennego wpisanego w spoinę (rys. 6) 

 

Rys. 6. Przekrój przez spoinę pachwinową 

h

h

a

O

=

7

,

0

45

sin

 

w większości przypadków h równa się grubości spawanego elementu czyli g. Długość 
obliczeniową spoiny pachwinowej oblicza się tak jak spoiny czołowej. 
 
2.1. Spoiny pachwinowe obciążone siłami wzdłużnymi i poprzecznymi. 
 
Oblicza się je tylko na ścinanie niezależnie od rodzaju obciążenia. Naprężenia dopuszczalne 
wynoszące dla spoin pachwinowych k

t

 = 0,65k

r

, mają duży zapas bezpieczeństwa w stosunku do 

wytrzymałości doraźnej, stwierdzonej na próbkach. 
Na rysunku 7 pokazano różne przypadki obciążenia spoin pachwinowych. We wszystkich 
przypadkach długości l

0

 spoiny obliczane są z uwzględnieniem kraterów o długości a. Naprężenie 

w spoinie oblicza się biorąc pod uwagę sumę obliczeniowych długości spoin. 

'

0

t

k

a

l

F

=

τ

 

 

 

 

 
Rys. 7. Spoiny pachwinowe 

 
 
 
 
 
 

background image

2.2. Spoina pachwinowa obciążona momentem zginającym M

g

 oraz siłą poprzeczną Q 

(rys. 8). 

 

Rys. 8. Spoina pachwinowa zginana i ścinana 

 
Naprężenie ścinające pochodzące od momentu gnącego: 

x

g

M

W

M

=

τ

 

Wskaźnik przekroju na zginanie 

max

2

y

I

W

x

x

=

    gdzie: 

2

12

2

,

12

0

3

0

0

max

3

0

l

l

a

W

l

y

l

a

I

x

x

=

=

=

   

6

2

2

0

l

a

W

x

=

 

naprężenie ścinające od siły poprzecznej Q: 

A

Q

Q

=

τ

 

przekrój spoiny: 

0

2

l

a

A

=

 

naprężenie zastępcze 

'

2

2

t

Q

M

z

k

+

=

τ

τ

τ

 

 

background image

2.3. Spoina pachwinowa obciążona momentem zginającym, skręcającym i siłą poprzeczną. 
(rys. 9) 

 

 
Rys. 9. Spoina pachwinowa zginana, ścinana i skręcana 

 
Na rysunku 9 przedstawiono wałek przyspawany spoiną pachwinową do płyty, Wałek ten 
obciążony jest siłą F działającą na ramieniu r, Siła ta wywołuje: 

- moment zginający: 

 

l

F

M

g

=

 

- moment skręcający: 

 

r

F

M

s

=

 

- siłę poprzeczną Q:  

F

Q

=

 

Pole przekroju spoiny: 

 

a

d

D

d

D

A

2

),

(

4

2

2

+

=

=

π

 

Wskaźnik przekroju spoiny na zginanie: 

D

d

D

W

x

4

4

32

=

π

 

Wskaźnik przekroju na skręcanie: 

D

d

D

W

x

4

4

16

=

π

 

Naprężenia ścinające od momentu gnącego: 

x

g

Mg

W

M

=

τ

 

Naprężenia ścinające od momentu skręcającego: 

0

W

M

g

Ms

=

τ

 

Naprężenia ścinające od siły poprzecznej: 

A

Q

Q

=

τ

 

naprężenia zastępcze: 

2

2

2

Mg

Ms

Q

z

τ

τ

τ

τ

+

+

=