Przekrój obliczeniowy spoiny

Żeby skorzystać z przedstawionych uprzednio wzorów należy:

• ustalić rodzaje i wartości obciążeń przekroju obliczeniowego

(F, T , M_g, M_s),

• ustalić geometrię przekroju obliczeniowego spoiny i wszystkie

wskaźniki geometryczne (A_s, W_g, W_o) potrzebne do obliczenia

naprężeń.

Przekrój obliczeniowy to pasek o określonym kształcie, który traktuje się jako przekrój poprzeczny domyślnego pręta podlegającego obciążeniu. Szerokość paska równa się grubości spoiny a.

Przy obciążeniu przekroju momentem gnącym, momentem skręcającym. lub obydwoma momentami jednocześnie w przekroju obliczeniowym spoiny występuje nierównomierność rozkładu naprężeń. Dlatego zazwyczaj najbardziej obciążonym punktem spoiny jest punkt położony najdalej od środka ciężkości przekroju.

Tablica Przekrój obliczeniowy spoiny

Połączenie	Spoina czołowa	Spoina pachwinowa
		_________
			__________
			__________
			___________
			___________
	_________

Procedurę obliczania naprężeń występujących w konkretnym punkcie spoiny można pokazać na przykładzie schematów na rys. Przyjęto, że połączenie elementu 1 z elementem 2 może być dokonane za pomocą spoiny czołowej (przekrój obliczeniowy spoiny na rys. b) lub za pomocą spoiny pachwinowej na obwodzie zewnętrznym styku (przekrój obliczeniowy spoiny na rys. c).

b) przekrój obliczeniowy spoiny czołowej c) przekrój obliczeniowy spoiny

pachwinowej.

W obydwu przypadkach w przekroju obliczeniowym spoiny mamy identyczny układ obciążeń: siła tnąca Q_y, moment gnący M_x i moment skręcający M_s.

Naprężenia składowe w punkcie A:

spoina czołowa -
,
,

spoina pachwinowa -
,
,

Uwaga: ze względu na wymiary i kształt przekrojów obliczeniowych wartości pola przekroju A, wskaźników W_x, W_o i momentu skręcającego M_s są rożne dla spoiny czołowej i spoiny pachwinowej.

Warunek wytrzymałości w punkcie A:

spoina czołowa -
,

gdzie: τ - suma geometryczna dwóch naprężeń składowych τ_t i τ_s

spoina pachwinowa -
,

gdzie: τ - suma geometryczna trzech naprężeń składowych τ_g, τ_t i τ_s

Uproszczenie: zazwyczaj (tak jak w rozpatrzonym przykładzie) w obliczeniach połączeń spawanych rzeczywisty rozkład naprężeń stycznych τ_t przy zginaniu belki siłą P (rys.5.11c) zastępowany jest rozkładem równomiernym (rys.5.11d). Przy czym zakłada się, że tak powstała siła tnąca przekazywana jest tylko poprzez odcinki spoiny równoległe do kierunku działania tej siły (na rys.5.11 uwzględniono tylko pole A₁).

a) b) c) d)

Zwiększanie wytrzymałości połączenia spawanego

Wytrzymałość połączenia spawanego można zwiększać zabiegami konstrukcyjnymi (np. racjonalne usytuowanie szwów względem działających obciążeń) i technologicznymi (np. obróbka termiczna spoiny).

Na rys. przedstawiono kilka zabiegów konstrukcyjnych zwiększenia wytrzymałości połączeń spawanych.

1 2 3 4 5 6

1. sposoby odciążenia spoin

9 11

7 8 10 12

b) sposoby zwiększenia odporności na moment gnący

13 14

c) korzystna zamiana rodzaju spoiny

15 16 17 18

d) sposoby zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej

Przykłady sposobów zwiększenia wytrzymałości połączeń spawanych

Przykłady postępowań obliczeniowych

Przykład 1. Obliczyć naprężenie maksymalne w połączeniu spawanym. Spoina wyprowadzona na płytki.

Rozwiązanie.

schemat przekroju obliczeniowego spoiny

Schemat obciążenia przekroju

Uwaga: siła P_y powoduje powstanie w przekroju obliczeniowym jednocześnie momentu skręcającego M_s i siły tnącej Q_y.

Jak wynika z rysunku najbardziej wytężonym może być punkt B lub punkt C. Choć w punkcie B nie ma składowej naprężenia od siły tnącej Q_y ale wartość składowej od momentu (τ_sB) większa niż w punkcie C. Zatem nie mając pewności jaki z tych dwóch punktów jest bardziej wytężony należy obliczyć naprężenie w obydwu punktach i do dalszych rozważań przyjąć większe.

Obciążenia przekroju	Naprężenia
		Punkt B	Punkt C

Suma geometryczna składowych daje wartość naprężenia całkowitego w punktach B i C.

Wzory do ustalenia wskaźników geometrycznych przekroju obliczeniowego:

pole przekroju:

,

gdzie:
;

współrzędna położenia środka ciężkości:

,

gdzie:

;
;

biegunowy moment bezwładności:

,

gdzie momenty bezwładności przekroju względem osi X i osi Y:

ramie punktów:

;

Rys. 5.14

Rys.3.7

Rys.5.15

a) połączenie spawane

Uwaga: - gdy spoiny wykonano bez użycia płytek wybiegowych, to przekrój obliczeniowy

- pomniejszano o tzw. kratery na końcu i początku spoiny (zaczernione

miejsca na rysunkach),

- przekrój obliczeniowy spoiny pachwinowej pomniejszano również

o miejsca załamania kierunku spoiny, gdzie jakość spoiny jest gorsza z

powodu niewielkiego przetopienia

---