Połączenia spawane

Spawanie to łączenie materiałów (metali i tworzyw sztucznych) przez
ich miejscowe stopienie z dodaniem lub bez dodania spoiwa (tego
samego materiału co materiał spawany).

Przy spawaniu nie stosuje się docisku do siebie łączonych części.

Metody spawania:
1. Spawanie gazowe w płomieniu gazowym (najczęściej acetylenowym
o temp. 3100 st. C) do łączenia blach stalowych o grubości 0,4 do
40 mm.
2. Spawanie elektryczne łukowe (temp. 4000 st. C) do łączenia blach o
grubości 1 do 80 mm.

Inne metody spawania: laserowe, plazmowe (w strumieniu zjonizowane-
go gazu o temp. 20 000 st. C), żużlowe, elektronowe, tarciowe, hybrydo-
we (laserowe + łukowe).

Rodzaje spoin

Cechy wytrzymałościowe spoiny

1. Nieciągłość kształtu (karby i podtopienia).
2. Nieciągłość struktury, spoina ma strukturę materiału lanego a
elementy łączone mają strukturę materiału przerobionego plastycznie.
3. Występują naprężenia własne w spoinie i elementach łączonych -
dlatego w czasie pracy połączenia spawane szybko osiągają granicę
plastyczności.
4. Połączenia spawane pracują w zakresie sprężysto-plastycznym.

Naprężenia dopuszczalne dla połączeń

spawanych

Ze względu na cechy wytrzymałościowe spoiny (naprężenia własne,
koncentrację naprężenia, karby) aby wyznaczyć naprężenia dopuszcz-
alne połączeń spawanych wprowadza się współczynniki korekcyjne

1. Dla obciążeń stałych w czasie:

- naprężenia dopuszczalne przy obliczeniach statycznych

- granica plastyczności stali stosowanej w konstrukcji spawanej,
- współczynnik bezpieczeństwa

W konstrukcjach w których sprężysto-plastyczny stan odkształceń nie
może występować, np. przy obciążeniach zmiennych:

o

k k z z

�= ��

e

e

R

k

x

=

e

R

355MPa,

1,15

355

460MPa,

1,20

460

590MPa,

1,25

e

e

e

e

e

e

R

x

R

x

R

x

�

=

< �

=

< �

=

1,15 1,25

e

x =

�

1,6

e

x =

e

e

R

k

x

=

Naprężenia dopuszczalne dla połączeń

spawanych

- współczynnik jakości spoiny wyznaczany

doświadczalnie,

przyznawany zakładom wykonującym

konstrukcje spawane, dla pozostałych
wykonawców

1 0,5

z = �

0,5

z =

o

z

- współczynnik statycznej wytrzymałości spoiny, zależny od
kształtu spoiny i sposobu obciążenia, dobierany z tablic.

,

o

n

t

z

s s

=

Naprężenia dopuszczalne dla połączeń

spawanych

2. Dla obciążeń zmiennych w czasie:

k – naprężenie dopuszczalne przy obciążeniach zmiennych dla
materiału połączenia bez uwzględnienia efektu karbu,
- współczynnik wytrzymałości zmęczeniowej spoiny zależny od
kształtu spoiny, sposobu obciążenia oraz charakteru zmienności
obciążenia, dobierany z tablic.

a

k k z z

�= ��

a

z

Obliczenia wytrzymałościowe

połączeń spawanych

Spoin czołowych można nie sprawdzać wytrzymałościowo jeżeli:

-wykonano kontrolę defektoskopową spoin

- pole przekroju spoiny nie jest mniejsze niż pole przekroju łączonych
elementów

Gdy powyższe warunki nie są spełnione naprężenia w połączeniu
spawanym czołowym liczymy wg wzoru:

2

2

n

z

t

s

k

s

s

s

t

�

�

�

=

+

�

�

�

�

�

n

t

s

s

- wsp. redukcji naprężeń stycznych

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń

spawanych

Dla spoin pachwinowych sprawdzenie wytrzymałościowe
spoin jest konieczne

Warunek wytrzymałościowy dla spoin pachwinowych
w złożonym stanie naprężenia:

0,7dla stali o

255MPa

0,85dla stali o 255<

355MPa

1dla stali o 355<

460MPa

e

e

e

R

R

R

k
k
k

=

�

=

�

=

�

(

)

2

2

3

z

n

n

s

k

s

k s

t

t

�

=

+

+

�

Zalecenia przy projektowaniu

spoin

1. Typ spoiny i przygotowanie brzegów należy dobrać w zależności od
grubości łączonych elementów wg normy.
2. Złącza spawane projektujemy w płaszczyznach prostopadłych do
osi elementów.
3. Przy łączeniu elementów o różnych grubościach należy zapewnić
ciągłą zmianę przekroju.
4. Należy unikać krzyżowania się spoin.

Wymiarowanie spoin

czołowych

a – grubość spoiny
l - długość spoiny

Wymiarowanie spoin

pachwinowych

Przykład I – wytrzymałość węzła

spawanego

Wytrzymałość węzła

spawanego

Wytrzymałość węzła

spawanego

Założenie: osłabienie blachy spoiną V przejmują nakładki przyspawane
po obydwu stronach blachy

Dane:
b=100 mm
g=10 mm
c=0,7 b

2

2

2

N

120

mm

N

100

mm

N

60

mm

r

r

t

k

k

k

=

�=

�=

Wyznaczyć:
d=?

Minimalną grubość blach do spawania pachwinowego
przyjąć 3 mm

Przykład II

Wytrzymałość spawanej dźwigni

H

=

h

+

2

a

h – długość spoiny
pachwinowej

Przykład 2

1. Wyznaczenie przekroju spawanego

Przykład II

2. Redukcja obciążenia do przekroju spawanego

Przykład II

3.

Wyznaczenie naprężeń w przekroju spawanym

O

Zadanie

Dane: L=200 mm
b=100 mm
H=120 mm
A=400 mm
g=10 mm
c=15 mm

Szukane: P=?

2

N

100

mm

t

k�=