Połączenia spawane

Połączenia spawane

Połączenia spawane są połączeniami nierozłącznymi i powstają w wyniku skrzepnięcia nadtopionych materiałów łączonych elementów oraz spoiny.

Z punktu widzenia podstaw konstrukcji maszyn rozróżnia się spoiny czołowe, pachwinowe oraz otworowe.

Spoina czołowa

Spoina pachwinowa

Spoina otworowa

Obliczanie spoin czołowych obciążonych statycznie

Projektując połączenie spawane, spoiną czołową, należy obliczyć jej długość, przyjmując jej grubość g równą grubości cieńszej ze spawanych blach.

Jeżeli spoina czołowa jest położona na całej długości styku spawanych elementów i jest ściskana, obliczenia wytrzymałościowe mogą być pominięte.

Dla spoin czołowych rozciąganych:

Warunek:

stąd minimalna długość spoiny:

gdzie:

P – siła rozciągająca połączenie [N],

g – grubość spoiny [m],

x’ – współczynnik statycznej wytrzymałości spoiny [-],

k_r – naprężenia dopuszczalne materiału elementów łączonych [Pa],

l – obliczana długość spoiny [m].

Spoina czołowa zginana:

Warunek:

stąd minimalna długość spoiny:

gdzie:

h – ramię działania siły P [m],

Wartości współczynników statycznej wytrzymałości spoiny

Do określenia wartości naprężeń dopuszczalnych w obliczeniach wytrzymałościowych połączeń spawanych konieczne jest określenie współczynnika statycznej wytrzymałości spoiny. Współczynnik ten uwzględnia obniżoną wytrzymałość materiału spawanego ze względu na zmiany struktury w otoczeniu spoiny, spowodowane lokalnymi naprężeniami termicznymi, nieciągłością spoiny itp.

Wartość naprężeń dopuszczalnych określa się z następującego równania:

k’=k•x’

gdzie:

k’ – naprężenia dopuszczalne połączenia spawanego,

k – naprężenia dopuszczalne materiału spawanego,

x’ – współczynnik statycznej wytrzymałości spoiny, określony z poniższej tabeli.

Rodzaj spoiny	Rodzaj obciążenia	x’
		Re≤255MPa
czołowe	ściskanie i ściskanie ze zginaniem	1,0
	rozciąganie i rozciąganie ze zginaniem	0,85
	ścinanie	0,6
pachwinowe	ścinanie	0,8

Obliczanie spoin pachwinowych obciążonych statycznie

Spoiny pachwinowe, bez względu na konfigurację spoiny względem obciążenia zawsze są obliczane wytrzymałościowo z warunku na ścinanie.

Warunek:

gdzie:

P – siła rozciągająca połączenie [N],

g – grubość spoiny [m],

x’ – współczynnik statycznej wytrzymałości spoiny [-],

k_t – naprężenia dopuszczalne materiału elementów łączonych [Pa],

a – wymiar spoiny w [m]; a=0,7g,

l – obliczana długość spoiny [m].

łączna długość spoiny dla przypadku z powyższego rysunku wynosi 2l,

stąd:

a długość spoiny:

Powyższy rysunek przedstawia jeden z najprostszych przypadków obciążenia spoiny pachwinowej. Podstawową trudność, podczas obliczania bardziej złożonych przypadków obciążeń stanowi prawidłowe określenie obciążeń spoiny.

Obliczanie spoin otworowych obciążonych statycznie

Spoiny otworowe, bez względu na konfigurację spoiny względem obciążenia zawsze są obliczane wytrzymałościowo z warunku na ścinanie. Należy jednak pamiętać, że tego rodzaju spoin należy unikać w przypadku obciążeń zmiennych. Stosowane są dwa rodzaje spoin:

- spoiny pachwinowe w otworach (spoina nie wypełnia otworu a jedynie łączy jego krawędzie)

- spoina otworowa (wypełniająca cały otwór)

W przypadku spoin pachwinowych w otworach, obliczenia wytrzymałościowe przeprowadza się identycznie, jak dla pozostałych spoin pachwinowych, przy czym długość spoiny w otworze jest równa:

- dla spoin kółkowych l = π•(d-a)

gdzie:

d – średnica otworu w [m],

a – wymiar spoiny pachwinowej a=0,7g w [m],

g – grubość łączonych blach w [m].

- dla spoin szczelinowych l = 2•l₁+ π•(d-a)

Dla przypadku spoiny otworowej tok obliczeń jest następujący:

Warunek: