POLITECHNIKA ÅšWI
TOKRZYSKA W KIELCACH
WYDZIAA
MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN
KATEDRA PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
Połączenia spajane  połączenia spawane i
zgrzewane
Marcin Graba
wykład z przedmiotów: Podstawy Konstrukcji Maszyn, Podstawy Projektowania Inżynierskiego, Podstawy
Projektowania; studia stacjonarne i niestacjonarne; kierunki: MiBM, AiR, Transport, Inżynieria Bezpieczeństwa,
Zarządzanie i Inżynieria Produkcji, Energetyka
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Literatura wykorzystana do przygotowania wykładu
" Budynas R.G., Nisbett J.K., "Shigley s Mechanical Engineering Design", 8th edition in SI units, McGraw Hill, Printed in Singapore 2008.
" Burcan J.,  Podstawy rysunku technicznego , WNT, Warszawa 2006
" Dobrzański L.A.,  Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Materiały inżynierskie z podstawami projektowania , WNT, Warszawa 2002
" Dobrzański T., "Rysunek Techniczny Maszynowy", WNT Warszawa 2002.
" Drewniak J., "Zbiór zadań z podstaw konstrukcji maszyn z rozwiązaniami - część 1", Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice 2000.
" Drewniak J., "Zbiór zadań z podstaw konstrukcji maszyn z rozwiązaniami - część 2", Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice 2000.
" Dziurski A., Kania L., Kasprzycki A., Mazanek E.,  Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn - tom 1: połączenia, sprężyny, zawory, wały maszynowe , praca zbiorowa pod redakcją E. Mazanka,
WNT, Warszawa 2005
" Dziurski A., Kania L., Kasprzycki A., Mazanek E., Ziora J.,  Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn - tom 2: łożyska, sprzęgła i hamulce , praca zbiorowa pod redakcją E. Mazanka, WNT,
Warszawa 2005
" Ferenc K, Ferenc J., "Konstrukcje spawane. Połączenia". WNT, 2006.
" Graba M.,  Elementy zapisu konstrukcji , materiały pomocnicze i informacyjne, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach, Kielce 2004
" Hibbeler R.C., "Engineering Mechanics - Statics, 12th edition", Published by Pearson Prentice Hall, New Jersey 2009.
" Knosala R., Gwiazda A., Baier A., Gendarz P.,  Podstawy konstrukcji maszyn - przykłady obliczeń , WNT, Warszawa 2000
" Kocańda S., Szala J.,  Podstawy obliczeń zmęczeniowych , PWN, Warszawa 1997
" Kurmaz L.W., Kurmaz O. L.,: Projektowanie węzłów i części maszyn , podręcznik, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach, Kielce 2007
" Lewandowski T.,  Rysunek Techniczny dla mechaników , WSIP, Warszawa 1999
" Lewandowski T.,  Zbiór zadań z rysunku technicznego dla mechaników WSiP, Warszawa 1999
" Neimitz A., Dzioba I., Graba M., Okrajni J., "Ocena wytrzymałości, trwałości i bezpieczeństwa pracy elementów konstrukcyjnych zawierających defekty", podręcznik akademicki, Wydawnictwo PŚk, 2008,
438 stron.
" Niezgodziński M.E., Niezgodziński T., "Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe", PWN 1977
" Norton R.L., "Machine Design. an Integrated Approach", third Edition, Pearson International Edition, Prinited in USA, 2006.
" Orlik Z., Surowiak W.,  Części maszyn - cz. , Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, Bytom 1973
" Orlik Z., Surowiak W.,  Części maszyn - cz. , Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, Bytom 1973
" Osiński Z., Bajon W., Szucki T.,  Podstawy Konstrukcji Maszyn , PWN, Warszawa 1978
" Potrykus J. (red.),  Poradnik mechanika , Wydawnictwo REA, Warszawa 2009
" Potyński A.,  Podstawy technologii i konstrukcji mechanicznych , WSiP, Warszawa 1995
" Praca zbiorowa pod red. M. Dietricha,  Podstawy konstrukcji maszyn - tom 1, , WNT, Warszawa 1999
" Praca zbiorowa, "Poradnik mechanika  tom I-II", WNT, Warszawa 1999.
" Rutkowski A.,  Części maszyn , WSiP, Warszawa 1986
" Rutkowski A., Stępniewska A.,  Zbiór zadań z części maszyn , WSiP, Warszawa 1984
" Skoć A., Spałek J.,  Podstawy konstrukcji Maszyn - tom 1: obliczenia konstrukcyjne, tolerancje i pasowana, połączenia , WNT, Warszawa 2006
" Skoć A., Spałek J.,  Podstawy konstrukcji Maszyn - tom 2: zasady dynamiki i tribologii, elementy podatne, wały i osie maszynowe, łożyska ślizgowe i toczne, sprzęgła i hamulce , WNT, Warszawa 2006
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Informacje wstępne o połączeniach spajanych
Połączenia spajane należą do połączeń nierozłącznych,
bezpośrednich. W zależności od metody spajania łączenie
elementów odbywa się przez kohezję (spójność
międzycząsteczkową) lub przez dyfuzję (przenikanie
czÄ…steczek).
Wykonywanie połączeń spajanych z użyciem odpowiedniej
metody umożliwia łączenie wszystkich metali i ich stopów,
metali z materiałami niemetalowymi, a także różnych
materiałów niemetalowych.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Podział i cechy charakterystyczne połączeń
spajanych
spajanie
cecha
spawanie zgrzewanie lutowanie klejenie
temperatura powyżej temp. H" temp. topnienia
H" temp. otoczenia lub
elementów w topnienia (z nad-topieniem lub H" temp. otoczenia
temp. lutu
miejscu Å‚Ä…czenia (nadtopienie) bez nadtopienia)
metal o składzie
metal o temp.
zbliżonym do
rodzaj materiału topnienia niższej (w
rodzimego (rzadko - nie występuje kleje
dodatkowego stosunku do
bez materiału
materiału rodzimego)
dodatkowego)
stan materiału
dodatkowego zależnie od rodzaju
pow. temp. topnienia ---- po w. temp. topnienia
podczas procesu kleju
spajania
zależnie od rodzaju
docisk części najczęściej bez
bez docisku z dociskiem kleju i technologii
Å‚Ä…czonych docisku
procesu klejenia.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Zasady obliczania połączeń spawanych
Spawanie polega na doprowadzeniu (przez ogrzewanie) do nadtopienia
powierzchni styku łączonych części i wprowadzeniu dodatkowego metalu
(spoiwa) w miejsce łączenia, również w stanie stopionym. Po skrzepnięciu
metalu otrzymujemy spoinę. Spoiwo o składzie chemicznym zbliżonym do
składu chemicznego metalu części łączonych stosuje się w postaci drutu
spawalniczego lub elektrod. Do materiałów łatwo spawalnych zaliczamy
stale niskowęglowe (do ok. 0,25% C).
Jako spoiny nośne (przenoszące obciążenie) stosuje się głównie spoiny
czołowe i pachwinowe, dlatego prezentowane obliczenia
wytrzymałościowe zostały ograniczone do tych dwu rodzajów spoin.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Zasady obliczania połączeń spawanych
Obliczanie wytrzymałościowe połączeń spawanych polega na
obliczaniu wytrzymałości spoiny, będącej najsłabszym miejscem
połączenia. Mniejsza wytrzymałość spoiny w stosunku do
wytrzymałości materiału części łączonych jest spowodowana
przede wszystkim:
" nieciągłością struktury (w miejscu przejścia ze struktury
materiału walcowanego lub kutego w strukturę laną spoiny - o
mniejszej wytrzymałości),
" występowaniem w spoinie naprężeń spawalniczych,
sumujących się z naprężeniami wywołanymi obciążeniem
zewnętrznym.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Zasady obliczania połączeń spawanych
Przy obliczaniu połączeń spawanych ważnym elementem są naprężenia
dopuszczalne. Mniejszą wytrzymałość spoin uwzględnia się w
obliczeniach przez obniżenie wartości naprężeń dopuszczalnych,
przyjmowanych dla materiału części łączonych. Przy obciążeniach
statycznych i zmęczeniowych wyznacza się naprężenia dopuszczalne
według zależności:
k = zÅ"k
k - naprężenia dopuszczalne dla materiału części łączonych
(np. kr, krj, kt, kg0),
k' - naprężenia dopuszczalne dla spoiny (odpowiednio: k'r, k'rj, k't k'g0),
z - współczynnik wytrzymałości spoiny, dobieran wg PN.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Zasady obliczania połączeń spawanych
Orientacyjne wartości współczynnika wytrzymałości spoin z.
współczynnik
spoina rodzaj obciążenia wytrzymałości przykład zastosowania
spoiny z
rozciÄ…ganie 0.80 k rj = 0.80Å"krj
Å›ciskanie 1.00 k c = 1.00Å"kc
czołowa
zginanie 0.90 k g = 0.90Å"kg
Å›cinanie 0.65 k t = 0.65Å"kt
wszystkie rodzaje
pachwinowa
0.65 k t = 0.65Å"kt
obciążeń
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Zasady obliczania połączeń spawanych
Wartości współczynnika z stosowane są przede wszystkim do obliczeń
przybliżonych. Przy bardzo dokładnych obliczeniach spoin, wartość
przyjmowanego współczynnika z uzależnia się od wielu innych czynników:
" rodzaju spoiny (I, V, U itd.),
" wytrzymałości materiału (im wyższa wartość Rm  wytrzymałości na
rozciąganie, tym mniejsza wartość współczynnika z),
" rodzaju obciążenia (statyczne, dynamiczne) i warunków pracy połączenia,
szczegółowo omówionych w polskiej normie PN-90/B-03200, dotyczącej
konstrukcji stalowych stosowanych w budownictwie,
" sposobu kontrolowania jakości spoiny.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Zasady obliczania połączeń spawanych
Uwzględnianie wymienionych wcześniej czynników przy
wyznaczaniu naprężeń dopuszczalnych wymaga dokładnych
informacji o konstrukcji, stosowanych spoinach oraz o
warunkach pracy połączenia. W projektowaniu bardziej
odpowiedzialnych konstrukcji należy korzystać ze
szczegółowych tablic współczynników z, zawartych w
literaturze fachowej.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin doczołowych
Przy obliczaniu spoin doczołowych z reguły stosuje się
następujące oznaczenia:
F - siła,
Mg - moment gnÄ…cy,
S - przekrój obliczeniowy spoiny, z reguły jest to iloczyn wymiaru
charakterystycznego spoiny i jej dÅ‚ugoÅ›ci: S=aÅ"l,
Wx - wskaz
nik wytrzymałości przekroju spoiny względem osi x,
obliczany z zależności:
2
l Å" a2 b Å" g
Wx = H"
6 6
k r, k c, k t, k g - odpowiednie naprężenia dopuszczalne dla spoin:
na rozciąganie, na ściskanie, na ścinanie, na
zginanie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin doczołowych
W zależności od rodzaju obciążenia, spoiny doczołowe
oblicza się z następujących warunków wytrzymałościowych:
" na rozciąganie lub ściskanie, czego przykładem może być
obciążenie na rysunku
F
'
à = d" kr
r
S
F
'
à = d" kc
c
S
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin doczołowych
W zależności od rodzaju obciążenia, spoiny doczołowe
oblicza się z następujących warunków wytrzymałościowych:
" na ścinanie, czego przykładem może być obciążenie na
rysunku
F
Ä = d" kt'
t
S
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin doczołowych
W zależności od rodzaju obciążenia, spoiny doczołowe
oblicza się z następujących warunków wytrzymałościowych:
" na zginanie, czego przykładem może być obciążenie na
rysunku
M
g
'
à = d" kg
g
Wx
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin doczołowych
Wymiary spoin czołowych przyjmuje się równe przekrojowi
geometrycznemu części spawanej o mniejszym przekroju, czyli w oparciu
o rysunek dla przypadku spoiny rozciąganej, można zapisać, że: a=g oraz
b=l.
Początek i koniec długości spoiny, czyli tzw. kratery, są najsłabszymi
miejscami w spoinie, zatem uwzględniając długość dwóch kraterów,
przyjmuje się rzeczywistą długość spoiny lrz=b=l+2a lub l=b-2a, czego
przykład podano na rysunku dla spoiny rozciąganej. Gdy konieczne jest
pełne wykorzystanie wytrzymałości spoiny czołowej, stosuje się
wyprowadzenie spoiny na podkładki (przyspawane płytki, na których
zaczyna się i kończy spoinę). Płytki te odcina się po wykonaniu spoiny. W
tym przypadku przyjmuje się, że l=b.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
W spoinach pachwinowych występuje w rzeczywistości złożony
stan naprężeń, pomijany w obliczeniach uproszczonych. Zwykle
spoiny pachwinowe oblicza się umownie na ścinanie w
najmniejszym przekroju spoiny. W przypadku obciążeń
rozciągających, ściskających i ścinających stosuje się wzór
postaci:
F
Ä = d" kt'
t
S
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Wymiary spoin pachwinowych
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Wymiary spoin pachwinowych
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
W poÅ‚Ä…czeniach, gdzie h=g, przyjmuje siÄ™ aH"0.70Å"g,
przy czym grubość spoiny a zaokrągla się do
całych milimetrów (z niedomiarem). Należy również
pamiętać, by spełnić warunek postaci:
3mmd"a<15mm. Za długość obliczeniową spoiny
przyjmuje się całkowitą długość spoin,
przenoszącą obciążenie. W przypadku rysunku
otrzymuje siÄ™ l=2Å"l1.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
W spoinach pachwinowych na jeden krater
przyjmuje się długość obliczeniową l równą 5a,
stÄ…d dÅ‚ugość rzeczywista spoiny wynosi lrz=l+3Å"a.
W połączeniach, w których występują tylko szwy
wzdłużne lub tylko poprzeczne, można przeciągnąć
szwy poza naroża (o ile jest to możliwe
konstrukcyjnie) na długość większą bądz
równą 2a,
pomijając tę długość przy obliczeniach. Zaleca się,
aby długość spoin nośnych w szwach wzdłużnych
wynosiła 10almin=40mm.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
Według dokumentów normatywnych PN-EN
22553:1997 i PN-EN ISO 4063:2002 na rysunkach
podaje się długość spoin bez kraterów końcowych,
w związku z tym ustalanie długości rzeczywistej lrz
jest konieczne tylko w przypadku, gdy długość
spoiny wraz z kraterami wpływa decydująco na
wymiary elementów spawanych.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = g a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
Za długość obliczeniową spoiny przyjmuje
się całkowitą długość spoin, przenoszącą
obciążenie. W przypadku rysunku
otrzymuje siÄ™ l=2Å"(2Å"l1+bn). W spoinach
pachwinowych na jeden krater przyjmuje
się długość obliczeniową l równą 5a, stąd
długość rzeczywista spoiny wynosi
lrz=l+3Å"a. Zaleca siÄ™, aby dÅ‚ugość spoin
nośnych w szwach wzdłużnych wynosiła
10almin=40mm.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = g a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
Według dokumentów normatywnych PN-EN
22553:1997 i PN-EN ISO 4063:2002 na
rysunkach podaje się długość spoin bez
kraterów końcowych, w związku z tym
ustalanie długości rzeczywistej lrz jest
konieczne tylko w przypadku, gdy długość
spoiny wraz z kraterami wpływa decydująco
na wymiary elementów spawanych.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = g a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
W połączeniach nakładkowych (patrz
rysunek) przekrój nakładek ustala się przy
założeniu równej wytrzymałości wszystkich
elementów połączenia. Gdy w połączeniu
stosuje siÄ™ tylko spoinÄ™ pachwinowÄ…,
należy przyjmować gne"0.60Å"g przy
nakÅ‚adkach dwustronnych oraz gne"1.10Å"g
przy nakładkach jednostronnych.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = g a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
Jeżeli pasy są połączone spoiną czołową i
jednocześnie stosuje się nakładki
połączone spoiną pachwinową, wówczas
gn=(0.30÷0.50)Å"g przy nakÅ‚adkach
dwustronnych oraz gn=(0.70÷1.00)Å"g przy
nakładkach jednostronnych.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
Gdy spoina pachwinowa jest obciążona
momentem zginajÄ…cym (patrz rysunek), jej
wytrzymałość obliczamy umownie z
zależności postaci:
M
g
Ä = d" kt' Wx = l Å" a2 H" 0.70 Å" h Å" b2
Wx
6 6
Wx jest wskaz
nikiem wytrzymałości przekroju spoiny
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
Zupełnie odrębny przypadek stanowią
połączenia spawane, w których spoiny
muszą być wykonane niesymetrycznie
względem linii działania siły
odpowiadającej linii środków ciężkości
spawanej (np. kątownika). Zakłada się
wówczas, że w spoinach leżących po obu
stronach linii działania siły powinny być
jednakowe naprężenia.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Obliczanie spoin pachwinowych
Obliczeniową grubość spoiny a (patrz rys.) przyjmuje się w
zależności od wysokości spoiny h, zgodnie ze wzorem:
a = hÅ"cos(45°) H" 0.70Å"h
Na podstawie warunków równowagi
momentów sił działających na obie spoiny
(patrz rysunek) można łatwo ustalić
obciążenie poszczególnych szwów,
korzystajÄ…c ze wzoru:
b - e1 e2 e1
F1 = F Å" = F Å" F2 = F Å"
b b b
Jeżeli w obu spoinach zastosuje się jednakową grubość obliczeniową spoin a1=a2=a,
wówczas długości szwów powinny być proporcjonalne do wartości sił F1 oraz F2.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Połączenia zgrzewane  wstęp
Zgrzewanie polega na nagrzaniu łączonych elementów do stanu
ciastowatości i silnym ich dociśnięciu, bez stosowania spoiwa.
Zgrzewanie umożliwia łączenie ze sobą różnych metali, a nawet metali i
materiałów niemetalowych. Stosuje się zgrzewanie:
" punktowe,
" liniowe,
" garbowe,
" doczołowe.
W obliczeniach wytrzymałościowych połączeń zgrzewanych mają zastosowanie te
same wzory, według których są obliczane połączenia spawane.
Zgrzeiny punktowe należy tak projektować, aby pracowały na ścinanie, gdyż ich
wytrzymałość na inne rodzaje naprężeń (rozciąganie, zginanie, skręcanie) jest
bardzo mała, a przy obciążeniach zmiennych praktycznie równa się zeru. Zgrzeiny
doczołowe obliczamy wytrzymałościowo tak, jak spoiny czołowe.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Połączenia zgrzewane  wymiary zgrzein
Wymiary zgrzein punktowych przyjmuje siÄ™ wg normy PN-74/M-69021.
Rozstaw zgrzein punktowych jest uzależniony od odkształcalności
cieplnej części łączonych, dostępu elektrod do punktu zgrzewanego,
upływu prądu przez zgrzeiny wcześniej wykonane itp.
grubość blach zgrzewanych 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
mm
średnica zgrzeiny równa średnicy roboczej
4 5 6 7 8 9
elektrody
przy różnej grubości blach średnicę elektrody dobiera się:
- gdy iloraz spełnia warunek g2/g1d"1.50 - według blachy cieńszej o grubości g1;
- gdy iloraz g2/g1 spełnia warunek 1.50tabelce;
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Połączenia zgrzewane  wymiary zgrzein
Zgodnie z rysunkiem, zaleca się przyjmować następujące wymiary
charakterystyczne połączeń zgrzewanych:
" te"3Å"d oraz te"60mm, dla przypadku Å‚Ä…czenia 2 Å›cianek,
" te"4Å"d oraz te"80mm, dla przypadku Å‚Ä…czenia 3 Å›cianek,
" odlegÅ‚ość Å›rodka zgrzein od krawÄ™dzi Å›cianek ee"2Å"d.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Połączenia zgrzewane  wymiary zgrzein
Wymiary zgrzein czołowych są przeważnie równe wymiarom
przekroju łączonych części. W zależności od mocy
zgrzewarki można zgrzewać przedmioty o przekroju od 1 do
40000 mm2 (co odpowiada w przybliżeniu H" l÷225 mm) i
większym.
Oznaczanie, zasady wymiarowania i uproszczenia rysunkowe
połączeń zgrzewanych są podane w dokumentach
normatywnych: PN-EN 22553:1997 i PN-EN ISO 4063:2002.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Wytrzymałość połączeń zgrzewanych
Obliczanie wytrzymałości połączeń zgrzewanych czołowo jest podobne
do obliczania połączeń spawanych. Wartości naprężeń dopuszczalnych
przyjmuje siÄ™ wg zależnoÅ›ci znanej z poÅ‚Ä…czeÅ„ spawanych, czyli k' = zÅ"k,
stosując następujące wartości współczynnika z:
" z=0.70÷0.85 (przyjmujÄ…c zazwyczaj wartość Å›redniÄ… z=0.80) przy
zgrzewaniu oporowym (zwarciowym)
" z=0.80÷0.95 (przyjmujÄ…c zazwyczaj wartość Å›redniÄ… z=0.90) przy
zgrzewaniu iskrowym.
WAŻNE: Jeśli łączone materiały mają różniące się własności
wytrzymałościowe, jako naprężenia dopuszczalne przyjmuje się
naprężenia dla materiału słabszego.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Wytrzymałość połączeń zgrzewanych
Zgrzeiny punktowe oblicza się z warunku wytrzymałościowego na ścinanie, przyjmując
umownie, że wszystkie zgrzeiny są obciążone jednakowo. Dla zgrzein ścinanych
przyjmuje siÄ™:
" z=0.35÷0.60, przy obciążeniach statycznych i gruboÅ›ci Å›cianek do 3 mm (wiÄ™ksze
wartości przy mniejszej grubości),
" zH"0.30, przy obciążeniach zmiennych, stosując najmniejszy dopuszczalny rozstaw
zgrzein t=2Å"d.
Dla zgrzein punktowych narażonych na oderwanie (rozciąganych) przyjmuje się
wartość współczynnika z=0.10÷0.02, ponieważ wykazujÄ… one minimalnÄ… wytrzymaÅ‚ość.
W praktyce unika się takich połączeń, zmieniając ich konstrukcję tak, aby zgrzeiny
były ścinane, a nie rozciągane, lub stosuje się inny rodzaj połączenia (np. spawanie).
Zgrzeiny liniowe oraz garbowe mogą być narażone tylko na ścinanie i oblicza się je dla
takich samych wartości współczynnika z, jak zgrzeiny punktowe.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 1.
Dwa pasy blachy (stal St4S) o wymiarach przekroju poprzecznego 20x150mm będą
połączone spoiną czołową. Obliczyć wartość maksymalnej siły rozciągającej, działającej w
cyklu odzerowo-tętniącym, jaką może przenieść połączenie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 2.
Dwa pręty płaskie o wymiarach 12x10 mm będą obciążone stałą siłą rozciągającą F=140kN i
połączone dwustronnymi nakładkami przyspawanymi spoiną pachwinową dookolną (patrz
rysunek). Zakładając materiał prętów i nakładek: stal St3S. zaprojektować połączenie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 2 (c.d.).
Dwa pręty płaskie o wymiarach 12x10 mm będą obciążone stałą siłą rozciągającą F=140kN i
połączone dwustronnymi nakładkami przyspawanymi spoiną pachwinową dookolną (patrz
rysunek). Zakładając materiał prętów i nakładek: stal St3S. zaprojektować połączenie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 2 (c.d.).
Dwa pręty płaskie o wymiarach 12x10 mm będą obciążone stałą siłą rozciągającą F=140kN i
połączone dwustronnymi nakładkami przyspawanymi spoiną pachwinową dookolną (patrz
rysunek). Zakładając materiał prętów i nakładek: stal St3S. zaprojektować połączenie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 3.
Dwa płaskowniki (ze stali St3S) grubości g = 16 mm, połączone spoiną czołową, obciążono
stałą siłą rozciągającą F= 120 kN. Obliczyć szerokość płaskownika, niezbędną do
przeniesienia danego obciążenia.
Zakładamy, że spoina zostanie wyprowadzona na
podkładki (dla uniknięcia zwiększenia szerokości
płaskownika ze względu na kratery) i ostatecznie
przyjmujemy szerokość płaskownika:b=78mm, jeśli
płaskowniki będą cięte z arkuszy (np. palnikiem
acetylenowym) i obrabiane struganiem lub
frezowaniem na odpowiednią szerokość,b=80mm, jeśli
wykorzystamy płaskowniki dobrane według PN.
Stosując płaskowniki szerokości b=80mm unikamy
obróbki skrawaniem.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 4.
Złącze spawane składa się z dwóch płaskowników 12x100 mm, połączonych spoiną
czołową, oraz z dwóch nakładek połączonych z pasami spoiną pachwinową wzdłużną.
Materiał elementów złącza: stal St4S. Złącze jest poddane działaniu siły rozciągająco-
ściskającej, działającej w cyklu wahadłowym. Zaprojektować nakładki zakładając, że złącze
przenosi całe obciążenie, jakie może przenieść płaskownik.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 4 (c.d.).
Złącze spawane składa się z dwóch płaskowników 12x100 mm, połączonych spoiną czołową, oraz z dwóch
nakładek połączonych z pasami spoiną pachwinową wzdłużną. Materiał elementów złącza: stal St4S. Złącze jest
poddane działaniu siły rozciągająco-ściskającej, działającej w cyklu wahadłowym. Zaprojektować nakładki
zakładając, że złącze przenosi całe obciążenie, jakie może przenieść płaskownik.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 4 (c.d.).
Złącze spawane składa się z dwóch płaskowników 12x100 mm, połączonych spoiną czołową, oraz z dwóch
nakładek połączonych z pasami spoiną pachwinową wzdłużną. Materiał elementów złącza: stal St4S. Złącze jest
poddane działaniu siły rozciągająco-ściskającej, działającej w cyklu wahadłowym. Zaprojektować nakładki
zakładając, że złącze przenosi całe obciążenie, jakie może przenieść płaskownik.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 4 (c.d.).
Złącze spawane składa się z dwóch płaskowników 12x100 mm, połączonych spoiną czołową, oraz z dwóch
nakładek połączonych z pasami spoiną pachwinową wzdłużną. Materiał elementów złącza: stal St4S. Złącze jest
poddane działaniu siły rozciągająco-ściskającej, działającej w cyklu wahadłowym. Zaprojektować nakładki
zakładając, że złącze przenosi całe obciążenie, jakie może przenieść płaskownik.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 4 (c.d.).
Złącze spawane składa się z dwóch płaskowników 12x100 mm, połączonych spoiną czołową, oraz z dwóch
nakładek połączonych z pasami spoiną pachwinową wzdłużną. Materiał elementów złącza: stal St4S. Złącze jest
poddane działaniu siły rozciągająco-ściskającej, działającej w cyklu wahadłowym. Zaprojektować nakładki
zakładając, że złącze przenosi całe obciążenie, jakie może przenieść płaskownik.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 4 (c.d.).
Złącze spawane składa się z dwóch płaskowników 12x100 mm, połączonych spoiną czołową, oraz z dwóch
nakładek połączonych z pasami spoiną pachwinową wzdłużną. Materiał elementów złącza: stal St4S. Złącze jest
poddane działaniu siły rozciągająco-ściskającej, działającej w cyklu wahadłowym. Zaprojektować nakładki
zakładając, że złącze przenosi całe obciążenie, jakie może przenieść płaskownik.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 5.
Kątownik 90x60x8 ze stali St3S jest obciążony siłą odzerowo tętniącą F=70kN i przyspawany spoinami
pachwinowymi. Przyjmując wysokość spoin h równą grubości ramion kątownika g, obliczyć wymiary
spoin. Sprawdzić nośność kątownika.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 5 (c.d.).
Kątownik 90x60x8 ze stali St3S jest obciążony siłą odzerowo tętniącą F=70kN i przyspawany spoinami
pachwinowymi. Przyjmując wysokość spoin h równą grubości ramion kątownika g, obliczyć wymiary
spoin. Sprawdzić nośność kątownika.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 6.
Wspornik ze stali St3S przyspawano do płytki stalowej i obciążono siłą F=35kN. Sprawdzić
naprężenia w spoinie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 6 (c.d.).
Wspornik ze stali St3S przyspawano do płytki stalowej i obciążono siłą F=35kN. Sprawdzić
naprężenia w spoinie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń spawanych
Przykład 6 (c.d.).
Wspornik ze stali St3S przyspawano do płytki stalowej i obciążono siłą F=35kN. Sprawdzić
naprężenia w spoinie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń zgrzewanych
Przykład 7.
Zaprojektować połączenie zakładkowe pasów blachy ze stali St3S z zastosowaniem zgrzein punktowych i
przy obciążeniu złącza stałą siłą rozciągającą F=3000 N.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń zgrzewanych
Przykład 8.
Dwa pręty płaskie 3x25 mm ze stali St6 połączono zakładkowo zgrzeinami punktowymi. Obliczyć liczbę
zgrzein przy obciążeniu złącza stałą siłą rozciągającą F=11kN, działającą wzdłuż osi prętów.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012
POA

CZENIA SPAJANE  POA

CZENIA SPAWANE I ZGRZEWANE
Przykłady połączeń zgrzewanych
Przykład 9.
Nóż tokarski zgrzewany iskrowo (stal szybkotnąca SW9 i stal 45 w stanie normalizowanym) jest obciążony
siłą F=13kN, wynikającą z oporów skrawania. Przekrój trzonka noża (i zgrzeiny) wynosi 25x25mm.
Sprawdzić, czy zgrzeina wytrzyma dane obciążenie.
www.tu.kielce.pl/~mgraba © Copyright by Marcin Graba, Kielce, 2012