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�=