Как проверить катет сварного шва

Инструмент для измерений и контроля сварных швов и соединений

Мы поставляем сварочные шаблоны, универсальные и специализированные измерители сварных соединений и прочие инструменты для контроля качества сварных швов.

Шаблон сварщика поставляется с паспортом.

Калибровка шаблонов сварщика осуществляется по запросу и оплачивается дополнительно.

позволяет измерять: смещение, угол разделки кромки, величину зазора, угол раскрытия Х-шва, высоту шва, размеры углового шва, ширину шва, глубину подреза и пр .

позволяет измерять: смещение, угол разделки кромки, величину зазора, угол раскрытия Х-шва, высоту шва, размеры углового шва, ширину шва, глубину подреза и пр .

позволяет измерять: смещение, угол разделки кромки, величину зазора, угол раскрытия Х-шва, высоту шва, размеры углового шва, ширину шва, глубину подреза и пр .

предназначен для измерений:

– внутренней несоосности
– зазора при сборке
– угла разделки кромок
– высоты короны
– катета углового шва

Отсчет результатов измерения в миллиметрах и дюймах по соответствующим шкалам на противоположных сторонах измерителя. Имеет шаблон угла 37½ °.

используется для измерения относительного положения поверхностей, промежутка между трубами и разными поверхностями.

Конечная цель любого сварщика – получение качественного сварочного шва. От этого зависит прочность и долговечность соединения деталей. Для успешной работы важно правильно выполнить подключение; выбрать силу тока, угол наклона электрода; хорошо владеть техникой выполнения шва. Результатом правильной работы будет надежное сваривание металлических деталей.

Наклон электрода

Сварочные швы классифицируют по нескольким признакам. Виды и типы сварочных соединений нужно рассматривать последовательно, вникая в тонкости процесса. НА шов влияет расположение, направление и траектория движения электрода.

После закрепления выбранного электрода в фиксаторе, установки тока, подключения полярности начинается процесс сваривания.

У каждого мастера есть свой предпочтительный угол наклона электрода. Многие считает оптимальным значение 70 ° от горизонтальной поверхности.

От вертикальной оси при этом образуется угол, равный 20 °. Некоторые работают под максимальным углом 60 °. В целом, в большинстве учебных рекомендаций присутствует диапазон значений от 30 ° до 60 ° от вертикальной оси.

В определенных ситуациях, при сварке в труднодоступных местах, нужно ориентировать электрод строго перпендикулярно относительно поверхности свариваемого материала.

Перемещать электрод можно тоже по-разному, в противоположных направлениях: от себя или к себе.

Если материал требует глубокого прогрева, то электродом ведут к себе. В след за ним в направлении сварщика тянется рабочая зона. Образующийся шлак накрывает место сплава.

Если работа не предполагает сильного прогревания, то электрод перемещают от себя. За ним «ползет» сварочная зона. Глубина разогрева при таком исполнении шва минимальна. С направлением вопрос ясен.

Траектория движения

Особое влияние на шов оказывает траекторию движения электрода. Она в любом случае имеет колебательный характер. Иначе две поверхности сшить не удастся.

Колебания могут быть похожи на зигзаги с разным шагом между острыми углами траектории. Они могут быть плавными, напоминающими движение по смещенной восьмерке. Траектория может быть подобна елочке или прописной букве Z с вензелями вверху и внизу.

Идеальный шов имеет постоянную высоту, ширину, равномерный внешний вид без дефектов в виде кратеров, подрезов, пор, непроваров. Название возможных изъянов говорит само за себя. Хорошо отработав умения, можно успешно накладывать любой шов, сваривать разнообразные металлические детали.

Нормативы и понятие катета

Сварной шов начинает формироваться в рабочей зоне при расплавленном состоянии металлов, и окончательно образуется после застывания.

Существующая классификация группирует швы по различным признакам: типу соединения деталей, образующейся форме шва, его протяженности, количеству слоев, ориентации в пространстве.

Типы возможных сварных соединений отображены в стандарте для ручной и дуговой сварки ГОСТ 5264. Соединения, выполняемые дуговой сваркой в атмосфере защитного газа нормированы документом ГОСТ 14771.

В ГОСТах имеется обозначение каждого сварного соединения, а также таблица, содержащая основные характеристики, в частности значения катета сварочного шва.

Что такое катет, понять достаточно просто, взглянув на рисунок соединяемых деталей. Это сторона умозрительного равнобедренного треугольника максимальных размеров, который поместится в поперечном сечении шва. Правильно рассчитанное значение катета гарантирует прочность соединения.

У деталей неравномерной толщины за основу берут площадь сечения детали в самой тонкой ее части. Не следует пытаться неоправданно увеличивать катет. Это может привести к деформации сваренной конструкции. К тому же увеличится расход материалов.

Проверка размеров катета проводится с помощью универсальных справочных шаблонов, представленных в специальной литературе.

Виды соединений

В зависимости от взаимного расположения деталей сварочные соединения происходят:

• встык;
• внахлест;
• угловым способом;
• тавровым способом.

При сварке встык приваривают торцы двух деталей, расположенных в одной плоскости. Стык может выполняться с отбортовкой, без скоса и со скосом. Форма скоса может напоминать буквы Х, К, V.

В некоторых случаях сварку делают внахлест, тогда одна деталь частично водружена на другую, расположенную параллельно. Совмещенная часть является нахлестом. Сваривание при этом делают без скоса с двух сторон.

Часто появляется необходимость сделать сварной угол. Такое соединение относят к угловому типу. Оно всегда выполняется с двух сторон, может не иметь скосов или иметь скос на одной кромке.

Если сварные части образовали в результате букву Т, значит было сделано тавровое соединение. Иногда детали, сваренные тавровым швом, образуют острый угол.

В любом случае одна деталь приваривается при этом к боковой части другой. Сваривание проводят с двух сторон без скоса или со скосами с каждой стороны.

Форма и протяженность

Форма шва может быть выпуклой, ровной (плоской). Иногда появляется необходимость сделать вогнутую форму. Выпуклые соединения предназначены для усиленной нагрузки.

Вогнутые места сплавов хорошо выдерживают динамические нагрузки. Универсальностью характеризуются плоские швы, которые делают чаще всего.

По протяженности швы бывают сплошными, не имеющими интервалов между сплавленными соединениями. Иногда достаточно швов прерывистого типа.

Интересной промышленной разновидностью прерывистого шва является соединение, которое образует контактная шовная сварка. Делают ее на специальном оборудовании, оснащенном дисковыми вращающимися электродами.

Часто их называют роликами, а такой вид сварки – роликовой. На таком оборудовании можно выполнять также сплошные соединения. Полученный шов очень прочен, абсолютно герметичен. Способ используют в промышленных масштабах для изготовления труб, емкостей, герметичных модулей.

Слои и расположение в пространстве

Шов металла может состоять из валика, сделанного за один проход. В этом случае он называется однослойным. При большой толщине свариваемых деталей выполняют несколько проходов, в результате которых последовательно образуются валики один на другом. Такое сварочное соединение называется многослойным.

Учитывая многообразие производственных ситуаций, при которых происходит сварка, понятно, что сориентированы швы в каждом конкретном случае по-разному. Бывают швы нижние, верхние (потолочные), вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные швы проваривают обычно снизу верх. Применяется траектория перемещения электрода по полумесяцу, елочке или зигзагом. Начинающим сварщикам удобнее перемещать полумесяцем.

При горизонтальной сварке делают несколько проходов от нижней кромки соединяемых деталей до верхней кромки.

В нижнем положении проводят сварку встык или любым угловым способом. Хороший результат дает сварка под углом 45 °, «в лодочку», которая может быть симметричной и несимметричной. При сваривании в труднодоступных местах лучше применять несимметричную «лодочку».

Сложнее всего проводить сварку в потолочном положении. Для этого нужен опыт. Проблема заключается в том, что расплав пытается стечь из рабочей зоны. Чтобы этого не случилось, сварку проводят короткой дугой, силу тока уменьшают на 15-20 % по сравнению с обычными значениями.

Если толщина металла в месте сварки превышает 8 мм, то нужно выполнить несколько проходов. Диаметр первого прохода должен равняться 4 мм, последующих — по 5 мм.

В зависимости от ориентации шва выбирают соответствующее положение электрода. Для выполнения горизонтальных, вертикальных, потолочных соединений, сварки неповоротных стыков труб электрод направляют углом вперед.

При сварке угловых и стыковых соединений электрод направляют углом назад. Труднодоступные места проваривают электродом под прямым углом.

Обработка сварного соединения

При проведении сварки образуются шлаки. Если шлаковые включения попадают в шов, его качество ухудшается. Все шлаковые наслоения обязательно следует зачистить.

Если сварка выполняется несколькими проходками, то зачистка швов выполняется после каждого этапа сварки. При этом используют любые способы. Сначала сваренные детали оббивают молотком и чистят жесткой щеткой.

Затем проводят грубую зачистку. Мелкие детали чистят специальными ножами или шлифовальными кругами. Крупные болванки чистят на станках. На завершающей стадии место сварного соединения полируют.

Часто для этого применяют фибровый круг шлифовальной машины. Существуют другие способы полировки сварных соединений.

Сварочное дело постоянно развивается. Появляются новые материалы, совершенствуется технология. Необходимо следить за новостями в сварочном деле, чтобы узнавать много нового и интересного.

Критерии качества шва при [сварке металлических деталей] разнообразны — на прочность и долговечность соединения влияет сразу несколько параметров. Сваривание угловых конструкций (угловое соединение) требует правильного размера узла соприкосновения и наплыва металла — расчета катета сварного шва по формуле. Каковы требования и критерии, мы расскажем в этой статье.

Качество сварочного шва и определение катета

При сборке металлоконструкции соединение деталей сваркой рассматривается как одна из наиболее надежных технологий. Надежность и прочность шва зависит от распределения усилий по металлу, а это в свою очередь определяется геометрическими параметра зоны соединения. Главная особенность технологии состоит в том, что место стыковки заливается металлом, а в процессе его остывания сварочная ванна приобретает единую структуру. Целостность и соединения в дальнейшем зависит от способности этой структуры противостоять нагрузкам.

Особенности стыкового и углового соединения заготовок

Основные параметры, по которым оценивается и рассчитывается соединение, учитывают его геометрические особенности. Для них существуют понятные определения. Они в свою очередь зависят от типа соединения — стыкового, углового, торцевого или нахлеста. При этом имеет большое значение подготовка кромок и торцов деталей. Учитывается ряд особенностей заготовок и самого шва.

Стык листов толщиной от 4 мм должен выполняться с подготовкой кромок и торцов таким образом, чтобы образовался треугольный криволинейный зазор для полного проваривания на всю глубину.

Листы толщиной 2 мм варят только нахлестом, избегая сквозного прожога металла.

Полноценный провар соединения достигается только при прогревании металла на всю глубину стыка. Именно для этого прибегают к скосу кромок деталей. При сваривании уголков большой толщины скос выполняется как для листов.

При угловом и тавровом сваривании деталей формируется характерный наплыв, ширина и форма которого определяет прочность и долговечность стыковки.

При стыковании деталей со скосом кромок, как и при угловом соединении, шов в разрезе имеет треугольную форму. В первом случае учитывается соотношение ширины, глубины и высоты шва. Во втором наплыв образует наклонную поверхность — расстояние от ее края до другой детали и есть катет сварного шва, параметры которого определяются ГОСТ 5264-80.

Зависимость качества сварки от параметров настройки аппарата

[Дуговая сварка] выполняется с определенными значениями тока и напряжения, что в итоге влияет на глубину провара и качество сплавления металла двух деталей в границах сварочной ванны. Основные приемы, которыми пользуются опытные сварщики для формирования качественного шва:

глубина провара растет при нарастании силы тока при неизменном напряжении — растет температура и глубина прогрева металла;

ширина шва и катета нарастает при росте напряжения и неизменной силе тока, однако при нарушении баланса возможен непровар стыка;

при росте скорости хода электрода снижается глубина проваривания и уменьшается ширина, а при превышении нормативного значения 50 м/ч возможно появление ряда [дефектов сварного шва], связанных с недостаточным прогревом металла;

выпуклая и вогнутая поверхность по катету сварного шва имеют разные прочностные характеристики, при этом первая получается при использовании вязких электродов.

При расчетах принимается во внимание толщина двух заготовок, но максимальные параметры тока и напряжения берутся по тонкой детали во избежание прожога. Максимальная и минимальная длина сварочного шва рассчитывается по приведенной в ГОСТ таблице.

Ошибки при неверном вычислении катета сварного шва

Неопытные сварщики могут допускать ошибки, связанные с неправильным расчетом параметров катета шва при угловом соединении. Излишек металла по линии стыка не придает прочности, он становится причиной повышенного расхода энергии и электродов, приводит к разбрызгиванию металла и возникновению не связанного с поверхностью детали наплыва. Формула расчета катета сварного шва используется для определения его максимального и минимального размера.

Так как шов имеет форму треугольника, то достаточно использовать коэффициент 0,7 для ширины полученного валика. Это касается и сварки встык, когда торцы деталей образуют откос. Но следует учитывать, что при таком соединении угол может составлять от 30 до 60 градусов, и тут могут действовать другие коэффициенты.

Расчет минимального катета при наименьшей толщине деталей для сварки

Пример: для сварки двух листов менее 4 мм толщиной можно взять минимальны катет сварного шва 4 мм при угловом соединении. Если толщина металла превышает 4 мм, то для расчета можно взять 40 % толщины листа (детали) и прибавить еще 2 миллиметра. Занижать значение не стоит — шов получится непрочным. Превышение может привести к возникновению [напряжений и деформаций] в металле, а это снизит прочность и долговечность конструкции.

Все значения параметров можно найти в таблице — это приложение к ГОСТ. Для сварщиков существуют специальные шаблоны-катетометры, позволяющие быстро и точно проверить качество и правильность формы соединения.

Расчет сварного соединения с угловыми швами при одновременном действии продольной и поперечной сил

l₁=30 см; l₂=20 см; l₃=81см

Цель: Проверка режима расчета сварных соединений

Задача: Выполнить проверку сварного соединения на угловых швах. Соединение нагружено продольной и поперечной силами.

Ссылки: Пособие к главе СНиП II-23-81. Сварные соединения. 1984. С. 30 – 33.

Соответствие нормативным документам: СНиП II-23-81*, СП 16.13330.2011, СП 16.13330.2017, ДБН В.2.6-163:2010, ДБН В.2.6-198:2014.

Имя файла с исходными данными:

 

Исходные данные:

N = 100 кН	Продольная сила
Q = 38 кН	Поперечная сила
R un = 370 МПа	Сталь ВСт3
Rwf = 200 МПа, βf = 0,7	Сварка покрытыми электродами типа Э46
γwf = γc = 1	Коэффициенты условий работы

 

Исходные данные КРИСТАЛЛ при катете 10 мм:

Сталь: C255

Коэффициент надежности по ответственности	1
Коэффициент условий работы	1
Группа конструкций по таблице 50* СНиП II-23-81*	1

 

Свойства материалов сварки
Нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению, R wun	45871.56 Т/м2
Расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва, Rwf	20387.36 Т/м2
Вид сварки	Ручная
Положение шва	Нижнее
Климатический район	с температурой  t > -40°C

 

Тип	Параметры
	Катет шва = 10 мм b = 300 мм h = 200 мм t = 10 мм tf = 10 мм

 

Усилия

N = 100 кН
M_y = 30.

78 кНм
Q_z = -38 кН

 

Исходные данные КРИСТАЛЛ при катете 5 мм:

Сталь: C255

 

Коэффициент надежности по ответственности	1
Коэффициент условий работы	1
Группа конструкций по таблице 50* СНиП II-23-81*	1

 

Свойства материалов сварки
Нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению, Rwun	45871.56 Т/м2
Расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва, Rwf	20387.36 Т/м2
Вид сварки	Ручная
Положение шва	Нижнее
Климатический район	с температурой  t > -40°C

 

Тип	Параметры
	Катет шва = 5 мм b = 300 мм h = 200 мм t = 10 мм tf = 10 мм

 

Усилия

N = 100 кН
M_y = 30.78 кНм
Q_z = -38 кН

 

Сравнение решений

Катет шва, мм	10	5
Проверка	по металлу шва	по металлу шва
Источник	96,2/200 = 0,48	198/200 = 0,99
КРИСТАЛЛ	0,461	0,941
Отклонение, %	3,95	4,9

 

Комментарии:

Разница результатов объясняется неточностями, допущенными авторами примера при построении расчетного сечения шва. Необходимо также отметить, что в задаче сила Q передается через консоль в 81 см, поэтому в КРИСТАЛЛ дополнительно задается момент М = 38 кН *0,81 м = 30,78 кНм.

Устройство сварных соединений

Стыковку металлических конструкций при монтаже выполняют на болтах или в виде сварных соединений. При этом используется ручная электродуговая сварка.

Сварка может работать от переменного или постоянного тока. Разница в том, что при использовании постоянного тока, сварной шов получается более качественным вследствии стабильности процесса сварки. Но для организации сварных работ при использовании постоянного тока, требуется более сложное и дорогое оборудование. Поэтому сварку постоянным током применяют только для соединений ответственных конструкций а также низколегированных сталей и тонколистовых конструкций, где есть опасность прожога материала. В остальных случаях используют менее дорогую электросварку на переменном токе.

Перед устройством сварных соединений, поверхность подлежащую свариванию зачищают от грязи, пыли и ржавчины. Край ширины зачищаемой поверхности должен отступать от края шва на 20-30 мм. Кроме зачистки поверхности, проверяют или при необходимости устраивают ширину зазоров стыкуемых элементов в соответствии с проектом. Также проверяют фаски и их размеры.

Расчет сварных соединений выполняют на стадии проектирования конструкций в зависимости от усилий в стыке. В результате расчета сварных швов получают величину катетов сварного шва и длину шва. Кроме того, в проекте должна быть указана последовательность устройства швов и характеристики прихваток — коротких сварных швов используемых для временной фиксации конструкций в период сборки.

Последовательность устройства швов соблюдают указанным в проекте, так как это влияет на способность шва деформироваться под действием внутренних напряжений и ослаблять их. Возникновение чрезмерных осадочных деформаций упреждается соблюдением зазоров стыкуемых элементов при сварке.

При устройстве рабочих сварных соединений по прихваткам или при устройстве многослойных сварных швов, прихватки или предыдущие швы зачищают от шлаков, пленки и брызг металла. При выполнении двухсторонних сварных швов, корень первого шва вырубают до чистого металла и только затем выполняют второй шов.

Качество сварных соединений зависит от параметров исходных материалов, оборудования, квалификации сварщика и от соблюдения технологии устройства сварных швов. Контроль качества сварных швов определяют несколькими критериями.

• Визуальный осмотр швов
  Смотрят наличие видимых деффектов — трещины, геометрия.
• Ультразвуковой контроль сварных соединений
  Позволяет обнаружить трещины, поры, непровар шва.
• Другие методы неразрушающего контроля сварных соединений. Наример, гамма-рентгенографирование.

Так как проверить все швы конструкций очень трудно, производят выборку некоторой части сварных соединений для контроля. Правила выбора и минимальное количество полежащих ревизии швов определено в соответствующем ГОСТе.

Следующий метод контроля сварных соединений позволяет выявить поры в шве. Для его реализации, шов обмазывают мыльным раствором, а на поверхности создают простую вакуумную камеру. При разрежении воздуха в камере, вследствии разности давлений, воздух из шва начинает просачиваться в камеру создавая пузырьки из мыльного раствора. Таким образом, обнаруживается место деффекта.

Как определить минимальный размер углового шва?

Размер углового шва должен рассчитываться проектировщиком сварной конструкции на основе характера и величины приложенных нагрузок, материала и проектных основ. Здесь объясняются методы расчета размеров угловых швов.

Щелкните здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .

После расчета размера углового сварного шва его следует указать на техническом (-ых) чертеже (-ах) с использованием соответствующих символов сварки или в технической спецификации.

К сожалению, во многих случаях размеры углового сварного шва неясны на имеющихся чертежах, не указаны или просто информация утеряна. В таких случаях следует вернуться к дизайнеру. В противном случае, по практическому опыту, должно быть выполнено как минимум два прохода с минимальной длиной ножки 6 мм (1/4 дюйма), учитывая, что первый проход, скорее всего, будет дефектным.

Международные стандарты обычно не содержат требований или руководств по минимальным размерам угловых швов.Единственный пример такого руководства — AWS D1.1, который включает следующую таблицу (размер = длина ноги ):

Таблица. Минимальные размеры углового шва

Толщина основного металла (T) a		Минимальный размер углового шва
из	мм	из	мм
Т <1/4	т <6	1 / 8c	3c
1/4 <Т <1/2	6 <Т <12	3/16	5
1/2 <Т <3/4	12 <Т <20	1/4	6
¾ <Т	20 <Т	5/16	8

Банкноты

1. Для процессов, не связанных с низким содержанием водорода, без предварительного нагрева, рассчитанного в соответствии с 4.8.4, T — толщина соединяемой более толстой части; должны использоваться однопроходные сварные швы.

Для процессов без содержания водорода, использующих процедуры, установленные для предотвращения растрескивания в соответствии с 4.8.4, и для процессов с низким содержанием водорода, T равняется толщине соединяемой более тонкой части; требование единого прохода не применяется.

1. За исключением того, что размер сварного шва не должен превышать толщину более тонкой соединяемой части.
2. Минимальный размер для циклически нагруженной конструкции должен составлять 3/16 дюйма [5 мм].

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: приведенный выше совет не может заменить соответствующий проект сварной конструкции и консультации по применимым стандартам и спецификациям. Это всего лишь мнение, и его нельзя воспринимать как окончательный ответ. TWI не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате информации, представленной на этой веб-странице.

Анатомия сварного шва — сварные швы, прошедшие проверку

Конечно, если вы строите собственную яму для барбекю или ремонтируете инструменты в своей мастерской, ваши сварные швы не подлежат проверке.Но если вы работаете над стальным каркасом для моста, сборкой резервуара высокого давления или прокладкой трубопровода на большие расстояния, тщательная проверка, которая вступает в игру, весьма серьезна.

Такие организации, как Американское общество сварщиков и Американское общество инженеров-механиков, часто говорят о процедурах, материалах и типах контроля, необходимых для признания сварного шва приемлемым.

Для всей суеты есть веская причина. Неудачный сварной шов может привести к разрушению конструкции.Утечка в трубе из-за пористости сварного шва может привести к загрязнению или взрыву.

Вне зависимости от того, является ли конечный результат материальным ущербом, экологическими последствиями, травмами или смертельным исходом, неправильно выполненная процедура сварки и / или осмотра имеет большое значение для всех заинтересованных сторон.

Вот почему архитекторы и инженеры по закону обязаны включать сварочные и другие строительные нормы и правила в свои проекты и чертежи.

Строительные подрядчики должны учитывать нормы и правила процедуры сварки (WPS) при покупке оборудования и расходных материалов. Они также должны проинструктировать сварщиков о настройках силы тока, количестве проходов, термообработке и других аспектах своих заданий.

Аналогичным образом, каждый сварщик, который работает на работе, должен быть сертифицирован для процесса сварки и положения (над головой, вертикально и т. Д.).

На рабочем месте сертифицированный инспектор по сварке (CWI) проверяет выполненные сварные швы и либо проходит, либо терпит неудачу в соответствии с применимыми правилами и техническими спецификациями.

Сварка не стандартного качества

Поскольку правильное выполнение работы имеет первостепенное значение, большинство сварщиков начального уровня начинают с некритичных проектов.Они помогают опытным сварщикам, которые сами выполняют сварку.

Стажер может отвечать за подгонку стыков, что означает очистку, шлифовку, снятие фаски и прихватку основных металлов перед началом сварки. Помощники сварщика также забирают сварочные стержни и другие принадлежности перед операцией.

Они загружают катушки проволоки в порошковые и сварочные аппараты, затачивают вольфрамовые электроды, подключают провода для различного оборудования, заменяют пустые баллоны со сжатым газом, проводят пожарное наблюдение и очищают готовые сварные швы.

После множества наблюдений и практики студенты, ученики или стажеры становятся компетентными сварщиками кодов. Однако успех начинается с понимания параметров сварки, дефектов и терминологии. В этом руководстве рассматриваются все эти области.

Анатомия сварного шва

Для каждого сварного шва «пальцы», «лицо», «корень», «ноги» и «горло» составляют анатомию, к которой постоянно обращаются шифровальщики, инспекторы и инструкторы.

Например, на приведенной ниже диаграмме сварной шов изображен так, как вы бы смотрели на него сбоку.

Прямые черные линии вверху и справа представляют рабочие пластины.

Поначалу может быть трудно увидеть пластины, но одна лежит ровно, а другая перпендикулярно ей, а стык находится в центре.

Угловой шов

Каждый сварной шов имеет две ножки, по одной на каждую рабочую пластину, и каждая простирается от основания соединения до носка.

Носок сварного шва — это место, где основной металл «сцепляется» с металлом шва вдоль поверхности сварного шва.

На этом рисунке сварная деталь представлена ​​синими и заштрихованными областями.

«Горловина» сварного шва — это расстояние между корнем и лицевой стороной, которое может варьироваться в зависимости от того, является ли сварной шов заподлицо или выпуклым (показано выше).

Пунктирными линиями на схеме показано, как измеряется сварной шов с использованием ног, пальцев и горла.

Вот другой тип сварного шва:

Шов с разделкой кромок

На этом виде сбоку две рабочие пластины расположены бок о бок, стыковое соединение проходит посередине.

Обратите внимание на то, что стороны скошены (т.е.е. разрез по диагонали), чтобы сформировать более широкий карман для металла сварного шва. Это стандартная практика для пластин или труб толщиной более четверти дюйма.

Если бы не было фаски, было бы трудно проникнуть до корня от верха пластин.

Снятие фаски выполняется пилой, горелкой и / или шлифовальным станком перед сваркой. Угол может быть указан на заводском чертеже или символе сварки.

Другие размеры сварного шва измеряются по длине стоек и корневому отверстию (внизу) между пластинами

Для

V-образных соединений требуется больше металла сварного шва, поэтому они обычно выполняются за несколько проходов.

Одна вещь, которую инспектор будет искать в любом стыке, — это проплавление или глубина сварного шва. CWI также проверит, достаточно ли армирования корня и металла сварного шва в верхней части пластин (то есть в горловине). D

, в зависимости от WPS, сварной шов будет либо на одном уровне с основным металлом с обеих сторон, либо выпуклым. Вогнутый сварной шов (т. е. сварной шов с уклоном вниз) обычно недопустим.

Хотя это не показано на схеме выше, снятие фаски обычно включает в себя «корневую поверхность», когда между пластинами есть отверстие.На рисунке ниже показаны лица с обеих сторон, видимые под светло-синей заштрихованной областью.

V-образная канавка

Коренные грани могут выглядеть безобидно, но они служат определенной цели.

Если бы рабочие пластины были просто скошены полностью вниз, их нижние края выгорели бы при сварке.

Корневая поверхность обеспечивает большую площадь поверхности, чтобы этого не происходило. Таким образом, однородный валик сварного шва может проникать до корня, не оставляя зазоров.

Между прочим, на этом чертеже не показан металл сварного шва, проникающий через поверхность корня.

GoWelding.com

В то время как соединение с V-образной канавкой «открытый корень» является обычным явлением при сварке труб, при сварке конструкций чаще используется другая конструкция посадки, как показано выше.

Опорная пластина приварена к двум рабочим пластинам для захвата металла шва и исключает необходимость в корневых поверхностях. Таким образом, две пластины полностью скошены.

На фотографии выше показана установка для квалификационного испытания сварщика. Например, чтобы выполнить сварку конструкций (с опорными пластинами) в вертикальном положении, вам необходимо выполнить эту сварку в соответствии с требованиями инструктора или инспектора для получения сертификата.

Обратите внимание на более широкое отверстие между двумя деталями. Когда используется опорная пластина, стандартное расстояние составляет четверть дюйма для пластин толщиной от 1/2 до 1 дюйма. Хорошо подходит вверх и лавировать от опорной пластины имеют решающие значение для укладывания коды совместимой сварного шва.

Расшифровка символов — Производительность сварки

Напоминающие что-то вроде иероглифов или старых английских рун, загадочные сварочные символы могут сбить с толку любого непрофессионала, смотрящего на рисунок или план. Но ни один сварщик не может выполнять свою работу, по крайней мере, не зная, что обозначают наиболее распространенные и важные символы.

Технические и производственные чертежи содержат символы сварки, которые описывают тип сварного шва, его размер и другую важную информацию. Необходимость постоянства в сварке привела к разработке системы индикации требований к сварке. Самая последняя версия, созданная Американским сварочным обществом в 1929 году, — это AWS A2.4: 2012 Американские национальные стандартные символы для сварки, пайки и неразрушающего контроля. Часть A этого стандарта охватывает полный набор символов сварки.

«Сварщики, получившие соответствующее образование в области сварки, должны знать символы сварки и знать, как их читать, — говорит Чарли ЛаРиш, инструктор школы сварки, CWI / CWE компании Lincoln Electric Co. знать тип сварного шва, место его установки, размер и т. д. Каждый сварщик должен быть знаком с символами, и они должны быть у них, чтобы выполнять свою работу ».

Хотя запомнить все символы сварки в стандарте AWS практически невозможно, большинство сварщиков довольно быстро знакомятся с теми, которые им нужны.

«В зависимости от того, где вы работаете, некоторые из них встречаются чаще, чем другие», — добавляет ЛаРиш. «Если вы много занимаетесь строительством, например, слесарь-слесарь, вы делаете больше швов с разделкой кромок, соединений внахлест и тройников. Если вы работаете в зоне, где много контактной сварки, это будут совершенно разные символы ».

Структура символа

Неотъемлемой частью всех сварочных обозначений является контрольная линия, которая представляет собой прямую горизонтальную линию и точку привязки для всех остальных обозначений.Инструкции по выполнению сварного шва вывешиваются вдоль контрольной линии (см. Рисунок 1).

Другой важной частью символа сварки является стрелка, которая соединяется с контрольной линией и указывает место, где требуется сварка. Стрелка может быть прикреплена к любому концу контрольной линии и указывать вверх или вниз. Сторона соединения, на которую указывает стрелка, является «стороной стрелки» соединения. Противоположная сторона соединения — это «другая сторона» соединения.

Чтобы свести к минимуму количество требуемых символов сварки, можно использовать более одной стрелки в одном символе, если каждое соединение, на которое указывает стрелка, должно быть сварено одинаково.

Конец символа сварки, который не всегда требуется, используется для добавления любой дополнительной информации о выполнении сварного шва. Хвост изображен как знак «больше» (>) или «меньше» (<), соединенный в конце контрольной линии напротив стрелки.

«Хвост — это ориентир для получения дополнительной информации», — говорит ЛаРиш. «Допустим, вы выполняете угловой сварной шов, хвост может включать инструкции по использованию сварки GTAW. Он может включать тип используемого присадочного металла.Это может быть рентген, ультразвук или другой неразрушающий метод для проверки. Или, можно сказать, «хвост», чтобы увидеть легенду о том, что необходимо ».

Каждый тип сварного шва имеет свой собственный основной символ сварного шва (не путать со всем символом сварки), который обычно помещается рядом с центром контрольной линии — и выше или ниже нее, в зависимости от того, на какой стороне находится соединение. Если символ появляется под контрольной линией, сварной шов выполняется на стороне соединения, указанной стрелкой.Если символ появляется над контрольной линией, сварной шов выполняется на другой стороне стыка. Если символ появляется по обе стороны от контрольной линии, сварка выполняется с обеих сторон стыка.

Существует множество символов сварных швов, которые представляют различные типы сварных швов. Вот некоторые из наиболее распространенных, с которыми знакомы сварщики.

Угловые швы

Угловой шов применяется для выполнения соединений — соединений внахлестку, стыковых соединений, угловых соединений, краевых соединений и тройников. Металл осаждается в углу, образованном стыковкой двух элементов, образующих соединение. Обозначение углового сварного шва представляет собой треугольную форму, расположенную по одну сторону от контрольной линии, при этом вертикальное плечо всегда располагается слева.

Размер углового шва отображается слева от символа сварного шва (независимо от его ориентации). Он представляет собой длину ног. Если две ветви сварного шва должны быть одинакового размера, дается только один размер; если сварной шов должен иметь неравные ножки, указывается размер каждой ножки и указывается, какая ножка длиннее.

Угловые швы часто определяют как прерывистые швы, а не как одиночный длинный шов. Для прерывистого сварного шва длина каждого сегмента сварного шва отображается справа от символа сварного шва, за которым следует размер шага с дефисом между ними. Шаг — это расстояние между центрами каждого сегмента сварного шва (а не пустое пространство между сегментами; см. Рисунок 2).

Когда прерывистые сварные швы накладываются на обе стороны стыка, они могут располагаться прямо напротив друг друга (цепочка) или со смещением (ступенчато).Прерывистые сварные швы распространены на тонких, термочувствительных металлах или особенно длинных швах.

Сварные швы с разделкой кромок

Сварка с разделкой кромок обычно используется для стыковых соединений. Металл осаждается внутри канавки и сплавляется с основным металлом, образуя соединение. Обозначение сварного шва с разделкой кромок помещается с той же стороны от контрольной линии.

Существует множество способов выполнения сварного шва с разделкой кромок, о чем свидетельствуют различные символы сварного шва с разделкой кромкой.Тип используемого сварного шва с разделкой кромок зависит в первую очередь от геометрии кромок и деталей, которые необходимо соединить.

Различные типы сварных швов с разделкой кромок включают (см. Рисунок 3):

• Квадратный паз
• V-образный паз
• Канавка со скосом
• U-образный паз
• J-образный паз
• V-образная канавка с отбортовкой
• Скос с V-образной канавкой

Общие дополнительные символы, используемые для сварных швов с разделкой кромок, — это символы сквозного плавления, подкладки, а также обратного шва и подкладки. В случае проплавления канавка усиливается сварным швом на обратной стороне стыка, приваренным с противоположной стороны. Форма сквозного плавления представляет собой черный полукруг (см. Рисунок 4).

Для поддержки, подкладочная полоса или стержень могут быть приварены к обратной стороне соединения перед выполнением шва с разделкой кромок. Подложку можно удалить после сварки или оставить, чтобы она стала частью готового соединения. Его прямоугольный символ помещается поперек контрольной линии от символа сварного шва.Если стержень должен быть удален после завершения сварки, используется буква R (см. Рисунок 4).

Обратный сварной шов — это сварной шов, созданный на задней стороне соединения после выполнения канавочного шва. Перед сваркой канавки на основание канавки наносится подкладочный шов. Обратные сварные швы и поддерживающие сварные швы обозначаются одним и тем же символом, который выглядит как незатененный полукруг (см. Рисунок 4). Поэтому примечание в конце символа сварки может указывать, какой тип сварного шва требуется, или он может быть указан в легенде.

Обозначения сварных швов с разделкой кромок и угловых швов являются наиболее распространенными, но есть и многие другие, такие как заглушка и паз, шов, точечная обработка, наплавка, кромка и шпилька.

Номера игровые

Числа также являются важной частью спецификации сварки, и много говорится выше и ниже контрольной линии.

Каждый сварной шов, за исключением точечной и электрозащитной, имеет компонент длины. Длина сварного шва может составлять всю длину соединения или его часть.Длина не указывается, если сварной шов должен быть по всей длине соединения. В большинстве случаев ширина (или диаметр) сварного шва указывается слева от символа сварного шва, а его длина записывается справа.

Если для изменения направления требуется сварной шов, следует использовать дополнительный символ или символ с несколькими стрелками.

Для сварного шва с разделкой кромок, помимо обозначения сварного шва, его размера, длины и шага, символ может включать глубину проплавления, корневое отверстие, угол канавки и степень снятия фаски, требуемого на основном металле.

Дополнительная информация

Круг, охватывающий сварной шов, указывает, что угловой шов должен охватывать все соединение. Символ состоит из круга, помещенного на пересечении, где конец контрольной линии встречается со стрелкой. В случае круглого соединения символ сплошной сварки не требуется (см. Рисунок 5).

Флагшток указывает на сварку в полевых условиях, что просто означает, что сварка должна выполняться на месте, а не в мастерской. Символ состоит из флажка, который помещается на пересечении, где конец контрольной линии встречается со стрелкой.Любой символ сварки, не содержащий флажка, означает, что сварка должна выполняться в мастерской (см. Рисунок 6).

Если операция сварки состоит из множества этапов, к одной стрелке может быть подключено несколько контрольных линий. Каждая строка представляет собой отдельную операцию и выполняется последовательно, начиная со строки, ближайшей к стрелке (см. Рисунок 7).

Многие другие особенности передаются на инженерных чертежах и чертежах. Среди наиболее распространенных — инструкции по чистовой и контурной обработке, шлифовке или другой обработке, а также информация о вставках из расходных материалов.

Представленная здесь информация — лишь верхушка айсберга, когда речь идет о символах сварки AWS. Даже для тех, кто знаком со сварочными символами, будет неплохо иметь справочную таблицу, содержащую символы и рисунки того, как будет выглядеть готовый сварной шов.

ЛаРиш вводит символы сварки примерно на 10-й неделе своего курса. «Я предлагаю ученикам построить зуб ковша и использовать символы сварки, так что именно здесь они начинают их брать», — говорит он.«Когда вы начнете учиться, это может быть немного сложно, но по мере того, как вы учитесь и практикуетесь, становится легче. Но вы должны изучить основы. Если вы никогда не собираетесь заниматься контактной сваркой, нет смысла заучивать эти символы. Но вы должны знать символы, которые будете видеть каждый день ».

Для новых сотрудников, не имеющих подготовки по сварке, компания должна предоставить инструкции по символам сварки. В то время как идеальный наниматель уже должен иметь некоторое представление о символах, сегодняшняя нехватка сварщиков делает это непрактичным.К счастью, чтение символов сварки — это навык, которому легко научиться, и для многих это довольно весело.

Линкольн Электрик Ко.

дефектов проплавления сварных швов и упрощение измерений и контроля | Автомобильная и авиакосмическая промышленность | Цифровой микроскоп 4K — примеры применения и решения

Сварка обычно используется при соединении металлических компонентов таких изделий, как автомобили, самолеты, железнодорожные вагоны и корабли. В автомобилях соединение происходит в основном с помощью различных видов дуговой сварки, контактной точечной сварки и лазерной сварки.Эти методы используются в кузовах, рамах, двигателях, трансмиссиях, шасси и других подобных компонентах, к которым прикладывается напряжение во время движения автомобиля. Это придает большое значение расчету прочности сварных швов и контролю качества сварки путем измерения размеров поперечных сечений.

Сварные швы (сварные швы и проплавление), которые соединяют эти основные материалы, хотя они также являются металлическими материалами, включают присадочные материалы (такие как сварочные стержни и сварочные проволоки), которые были расплавлены и затвердевали.
Например, при обычной дуговой сварке металлические конструкции непрерывно изменяются не только в металле сварного шва, но и в частях основных материалов, подверженных воздействию тепла сварки. Наряду с этим изменением непрерывно изменяются и механические свойства металлических материалов. С другой стороны, арматура, которая образуется на поверхности сварного шва, имеет неоднородности. Концентрация неоднородности приводит к отклонению механических свойств, вызывая тем самым трещины из-за концентрации напряжений.

При расчете прочности металлических изделий материалы обычно выбираются, принимая нагрузку, которая должна быть приложена к изделиям, и определяя нагрузку, которая должна быть приложена к каждому металлическому материалу. Кроме того, при расчете прочности необходимо учитывать нагрузки, прикладываемые к сварным швам каждого материала, тем самым устанавливая стандарт качества сварки, которого необходимо достичь.
Следовательно, важно проверять качество сварки на основе расчета прочности, измеряя, например, толщину горловины (или поперечное сечение горловины, размер поперечного сечения сварного шва после сварки), длину ветви и Глубина проникновения.Качество сварных швов можно оценить путем макроскопического измерения поперечных сечений после сварки.

Глубина проникновения тесно связана с прочностью соединения. Любые дефекты проплавления сварных швов, такие как несоответствующее соотношение между глубиной проплавления и основным материалом, сильно повлияют на качество и прочность сварки. На примере стыковой сварки ниже описаны типичные дефекты проплавления.

Недостаточное проникновение

Дефект, при котором степень проникновения недостаточна по сравнению с требуемой глубиной проникновения из-за таких факторов, как недостаточное нагревание расплавленного металла.На рисунке показан пример угловой сварки внахлест. При стыковой сварке этот дефект легко возникает на дне канавок. В случае соединения тройника с тонкой пластиной (горизонтального галтеля) проникновение считается недостаточным, если глубина проникновения составляет 20% или менее от тонкой пластины.

Неполная сварка

Дефект, при котором части основного металла не пронизаны расплавленным металлом. На рисунке показан пример муфты с тонкой пластиной-тройником (горизонтальным галтелем).Этот дефект вызван, например, недостаточным нагревом расплавленного металла и предварительной подачей расплавленного металла. При кольцевой сварке это также вызвано тем, что предшествующие и последующие валики переходят на сварку внахлест до того, как они проникнут в достаточной степени.

Различные канавки также вызывают различную картину проплавления, что приводит к различиям в прочности сварных швов.

Сварка с проплавлением

Сварка с полным проплавлением — это метод сварки, при котором канавка соединяемого основного материала объединяется и заделывается расплавленными соединительными материалами (присадочным стержнем и сварочной проволокой), как при стыковой сварке.
Можно сказать, что сварные швы с полным проплавлением обладают высокой надежностью с точки зрения прочности, поскольку они имеют такое же предел прочности, что и основной материал. С другой стороны, они требуют высокого качества сварки. Особое внимание необходимо уделять концам сварных швов, чтобы предотвратить такие дефекты, как сварные швы с подрезкой. Также важно контролировать и регулировать арматуру, потому что напряжение концентрируется на чрезмерном армировании, вызывая растрескивание или другие подобные проблемы.

Пример сварки с частичным проплавлением (a = толщина шва)

Сварка с частичным проплавлением

Сварка с частичным проплавлением — это метод, при котором на основном материале создают частичную канавку.В этом методе основной материал сваривается только частично, а сварка с проплавлением сваривает всю толщину листа основного материала. Хотя в целом используется сварка с полным проплавлением, в некоторых случаях требуется сварка с частичным проплавлением, например, когда соединяемые секции переплетаются из-за конструкции и изготовления материалов.

Однако следует соблюдать осторожность при сварке с частичным проплавлением в местах, к которым прилагается изгибающий момент или растягивающее усилие, поскольку сварочная прочность при сварке с частичным проплавлением часто недостаточна.Таким образом, расчет прочности сварных швов, а также измерение и проверка того, соответствуют ли размеры фактического проплавления сварного шва, такие как толщина шва, расчетным условиям, являются особенно важными.

Поперечные сечения сварных швов обычно имеют низкий контраст между проплавлением и основным материалом, поэтому измерения с использованием обычных микроскопов затруднены и приводят к различиям между операторами. Также в случае стереоскопических микроскопов необходимо визуально проверить шкалу и вручную ввести измеренные значения.

Однако в последние годы технологические достижения в области цифровых микроскопов решили проблемы обычных микроскопов и значительно изменили четкость проплавления сварного шва и эффективность измерения размеров. Цифровые микроскопы KEYENCE серии VHX со сверхвысокой четкостью 4K повышают эффективность контроля проникновения сварных швов с четкими изображениями и измерениями размеров, поддерживаемыми новейшими линзами высокого разрешения, 4K CMOS, инновациями в освещении и технологиями обработки изображений.

Поперечные сечения сварных швов иногда затрудняют оценку и измерение из-за низкого контраста границ сварных швов как для проплавления, так и для основного материала. Следовательно, эти границы нельзя четко наблюдать с помощью обычного микроскопа.

Цифровой микроскоп 4K серии VHX может четко фиксировать края с помощью изображений 4K с высоким разрешением. Даже для поперечных сечений угловой сварки внахлест, граница между металлом шва и основным материалом которого трудно различить, теперь можно быстро и четко наблюдать четкие граничные края, различия в металлических конструкциях и дефектные участки.
Эти наблюдения устраняют путаницу при обычных измерениях глубины проникновения и сокращают рабочие часы, одновременно повышая точность контроля.

Выражение поперечного сечения сварного шва с помощью цифрового микроскопа 4K серии VHX Поперечное сечение дуговой сварки Различия во взглядах на проплавление шва
Слева: высокое разрешение / справа: нормальное (30x)

Измерение размеров поперечных сечений сварных швов является важным контролем, связанным с прочностью и качеством.Однако с помощью обычного стереоскопического микроскопа трудно судить о точках измерения из-за низкого контраста между основным материалом и шариками. Кроме того, требуется визуальное сопоставление с памятью и ручной ввод полученных значений, что приводит к проблемам, связанным с человеческой ошибкой и усложнением работы.

Благодаря отображению на мониторе изображений с высоким разрешением 4K, которые могут четко отображать границы сварных швов, цифровой микроскоп 4K серии VHX позволяет измерять размеры в 2D таких элементов, как длина ножек, глубина горловины и глубина проплавления, с помощью простой операции, просто щелкнув точку, чтобы мера.Вы можете легко и за короткое время выполнять даже высокоточные измерения субмикронного порядка, тем самым значительно сокращая рабочее время.
Кроме того, новейшая функция автоматического определения края предотвращает расхождения в точках измерения между операторами. Кроме того, широкий спектр потребностей в проверке удовлетворяется благодаря функции, которая позволяет пользователям повторять измерения размеров, выбирая измеренные и сохраненные данные из альбома.

Измерение углового шва и других сварных швов с помощью цифрового микроскопа серии VHX 4K

Измерение проплавления

Также возможно измерение субмикронного порядка.

Сварные швы имеют непрерывную неровную форму. Если на поверхности борта имеются (прерывистые) дефекты, такие как недостаточное армирование, перекрытие, поднутрение, ямки и трещины, требуемые механические свойства не могут быть получены, и могут возникнуть трещины. Однако обычные микроскопы не могут сфокусировать всю неровную поверхность валика и не могут предоставить информацию о высоте, необходимую для оценки таких предметов, как арматура.

Цифровой микроскоп 4K серии VHX обеспечивает полностью сфокусированный просмотр и трехмерное измерение объектов с неровной поверхностью.Кроме того, отображая трехмерную форму сварных швов, вы можете не только свободно осматривать форму под разными углами, но также измерять профиль любого поперечного сечения. Поскольку формы и шероховатость можно анализировать, вы также можете проверять брызги, трещины и аналогичные проблемы на поверхности основного материала вокруг сварных швов.

Наблюдение и измерение сварных швов с помощью цифрового микроскопа 4K серии VHX Наблюдение за сварными швами Трехмерные измерения формы и профиля сварных швов

Обычно операторам приходилось иметь дело не только со сложными измерениями и проверками, но и с большой рабочей нагрузкой, связанной с созданием отчетов.
Цифровой микроскоп 4K серии VHX оснащен функцией отчета. Вы также можете установить Excel на серии VHX, как на ПК. Предварительная настройка шаблонов позволяет мгновенно вводить не только увеличенные изображения с указанными размерами, но также измеренные значения и оценки «годен / не годен». Эти шаблоны значительно сокращают трудозатраты и трудозатраты, необходимые для создания отчетов.

Функция отчета цифрового микроскопа 4K серии VHX Мгновенный ввод такой информации, как изображения, размеры и оценка годен / не годен в отчете, что значительно снижает вашу рабочую нагрузку

Серия VHX — это мощный инструмент, который решает проблемы при обычных измерениях и инспекциях, повышая при этом эффективность работы.Он делает это благодаря своей ясности, которая может быть достигнута только с изображениями высокого разрешения 4K, получением числовых данных посредством высокоточных измерений, а также сохранением и использованием данных. Он оснащен множеством других расширенных функций, которые ранее не были доступны. Кроме того, предусмотрены многие другие функции для удовлетворения требований к скорости и точности на месте, например, функция плавного масштабирования, которая автоматически меняет увеличение между 20x и 6000x без замены объектива, режим оптического эффекта тени и функции мультисвета, которые помогают четко передать мелкие детали неровных поверхностей, а также автоматические шаблоны для повторных измерений.

Для получения дополнительной информации о продукте или запросов, нажмите кнопки ниже.

Эффекты запаздывания при сдвиге в углах, приваренных к обеим опорам

Известно, что явление запаздывания при сдвиге снижает прочность на растяжение элементов, работающих на растяжение. Существуют различные параметры, влияющие на задержку сдвига, которые ранее не рассматривались. Кроме того, предыдущие исследования проводились в основном на отдельных стальных профилях. С помощью численных методов в настоящем исследовании изучается влияние соответствующих параметров на задержку сдвига в одно- и двухугловых профилях, сваренных на обеих ветвях. Изучаемыми параметрами являются эксцентриситет соединения, длина соединения, толщина косынки, длина без элементов и длина без соединения. Результаты численного анализа показывают, что в одноугловых соединениях влияние длины соединения, эксцентриситета соединения и толщины косынки более выражено, тогда как в двухугловых соединениях последний параметр не очень критичен. Сравнивая результаты с прогнозами AISC-LRFD, можно сделать вывод, что отношения спецификации в большинстве случаев консервативны.Чтобы уменьшить чрезмерный консерватизм, вводятся некоторые новые уравнения для оценки сдвигового запаздывания.

1. Введение

В стальных конструкциях такие секции, как уголки, швеллеры и полые секции, среди прочего, обычно используются в качестве элементов растяжения в связях и конфигурациях ферм. Таким образом, только часть поперечного сечения обычно соединяется с косынкой, что вызывает неравномерное распределение напряжений в растягивающем элементе рядом с соединительным элементом (Рисунок 1).Кроме того, линия действия нагрузки обычно не совпадает с центральной осью элемента, работающего на растяжение, и, следовательно, возникает эксцентрическая нагрузка и изгиб элемента. Комбинация этих эффектов приводит к явлению сдвига и возможному разрыву элемента в области соединения. Доказано, что в этом явлении играют роль различные параметры, такие как эксцентриситет соединения, длина соединения и толщина косынки. В проектных спецификациях влияние этого явления рассматривается как коэффициент уменьшения площади поперечного сечения.Однако способы и подходы к определению этого фактора различаются в разных спецификациях. Общее уравнение, приведенное в спецификации AISC [1] для расчета коэффициента запаздывания при сдвиге элементов, работающих на растяжение, выглядит следующим образом: где U — коэффициент запаздывания при сдвиге, который равен единице для соединения, которое обеспечивает равномерное распределение напряжения по сечению; — расстояние от плоскости сдвига до центра тяжести натяжного элемента; и l — длина соединения.

В основе этого уравнения лежат исследования и эксперименты, проведенные Munse и Chesson [2, 3] на болтовых и клепанных соединениях, которые были проверены путем сравнения результатов более чем 1000 испытаний.С тех пор были проведены многочисленные исследования запаздывания сдвига в растянутых элементах с различным поперечным сечением. Гибсон и Уэйк [4] провели эксперименты с одно- и двухугловыми профилями со сбалансированными и несбалансированными сварными соединениями. Они показали, что в отдельных углах использование сбалансированных сварных швов увеличивает прочность элемента. Истерлинг и Гонсалес [5] исследовали основу уравнений AISC, протестировав более 27 образцов со сварными соединениями. Они рекомендовали, чтобы верхний предел для коэффициента запаздывания сдвига был равен 0.9. В исследовании Barth et al. [6], было исследовано поведение при растяжении секций WT с болтовыми соединениями. Одной из целей их исследования было изучить эффекты изгиба, вызванные эксцентриситетом нагрузки. Хамфрис и Биркемо [7] показали, что уравнения, представленные в канадском стандарте стали для сдвига, в целом консервативны. Zhu et al. [8] провели 13 угловых испытаний сварных соединений. По результатам испытаний, как предельные нагрузки, воспринимаемые соединительными уголками с короткими опорами, так и пластичность всех угловых образцов были выше, когда в соединениях использовалась сбалансированная сварная конструкция.Также Teh et al. [9–13] выполнили численные и экспериментальные испытания многих секций с болтовыми соединениями для определения эффектов сдвига. Xiong et al. [14] провели ограниченное численное исследование сдвига болтовых и сварных уголков из высокопрочной стали.

Как уже отмечалось, в последние годы было проведено множество исследований по изучению влияния сдвигового запаздывания на растянутые элементы со сварными и болтовыми соединениями; однако влияние некоторых эффективных параметров на это явление, таких как симметрия элементов и толщина вставки, не изучалось. Симметрия элементов возникает в двухугловых или швеллерных соединениях. Кроме того, расположение одинарных и двойных углов, показанное на рисунке 2, ранее не исследовалось. Таким образом, в проектных спецификациях нет какого-либо конкретного уравнения для этих условий. Обратите внимание, что для сварных уголков такая компоновка обеспечивает больший радиус вращения и сопротивление продольному изгибу, чем углы, расположенные спина к спине.

Целью данной статьи является численное изучение эффективных параметров, влияющих на задержку сдвига в одно- и двухугловых секциях, расположенных, как показано на рисунке 2.В частности, учитывается влияние длины соединения (), толщины косынки (), длины без элементов ( L ) и длины без косынки () на углы с различными размерами (определения параметров см. На рисунке 2).

2. Модель конечных элементов

Конечные элементы (КЭ) одно- и двухугловых элементов создаются в среде программного обеспечения ABAQUS [15]. Трехмерные 8-узловые кирпичные элементы (C3D8RH) с гибридной формулой и методом сокращенной интеграции используются для всех стальных элементов [16].В моделях учитываются как материальная, так и геометрическая нелинейности. Из-за симметрии модели и уменьшения вычислительных затрат используются модель одной восьмой для двойных углов и модель одной четверти для одинарных углов. В плоскостях симметрии применяются соответствующие симметричные граничные условия. Чтобы смоделировать нагрузку, к концу косынки была приложена равномерная линейная смещающая нагрузка, чтобы получить основанные на смещении пластические деформации. Предельная нагрузка каждой модели получается на диаграмме «сила-перемещение» элемента и называется.Коэффициент задержки сдвига рассчитывается по уравнению (2). В этом уравнении — предел прочности стального материала и общая площадь сечения:

Свойства стали и материалов сварных швов основаны на испытании на растяжение Гуо [17]. Сталь CSA G40.21-M марки 300W, сварка выполняется электродами E48018. Модель материала считается изотропной с упругопластическим упрочнением. Для моделирования материалов в программном обеспечении истинные значения напряжения и деформации были рассчитаны с использованием следующих уравнений: где — истинное напряжение, — номинальное напряжение, — номинальная деформация и — истинная пластическая деформация.

Путем преобразования инженерного напряжения-деформации в истинное напряжение-деформацию и экстраполяции с использованием степенного закона получается диаграмма истинного напряжения-деформации для стали и металла шва, как показано на рисунке 3. Критерий разрушения при пластическом повреждении ABAQUS был использован для более точного моделирования материалов и лучшего наблюдения за местом разрушения образца в модели конечных элементов [18, 19]. Рисунок 4 иллюстрирует типичную КЭ-модель растянутого элемента с трещиной от растяжения в критическом сечении.

2.1. Начало разрушения

Критерий возникновения пластического повреждения, доступный в ABAQUS, представляет собой модель для прогнозирования повреждений пластичных элементов, таких как сталь. Модель предполагает, что эквивалентная пластическая деформация в начале повреждения () является функцией трехосного напряжения ( η ) и скорости деформации, как показано ниже: где

Предполагается, что разрушение или повреждение возникают, когда эквивалентная пластическая деформация ( ) достигает (). Связь трехосного напряжения с эквивалентной пластической деформацией в начале повреждения может быть выражена как [20], где C ₂ и C ₁ — пластические деформации при разрушении при одноосном растяжении () и чистом сдвиге. (), соответственно. C ₂ можно рассчитать по уменьшению площади () одноосного осесимметричного образца на растяжение следующим образом:

Для расчета коэффициента C ₁ можно использовать следующее уравнение:

Параметр m получается путем рассмотрения истинной экспоненциальной зависимости напряжения от деформации материала или степенного закона,. Кроме того, это хорошее приближение трехосного напряжения в центре образца [21].

2.2. Развитие разрушения

На рис. 5 показано характерное поведение деформированного материала при повреждении. В случае упругопластического материала с изотропным упрочнением повреждение проявляется в двух формах: смягчение предела текучести и снижение упругости. Сплошная кривая на рисунке 5 представляет собой истинную реакцию на деформацию напряжения, а пунктирная кривая — реакция в отсутствие повреждений. Отклик на повреждение зависит от размеров элемента, так что зависимость результатов от сетки сводится к минимуму, а поврежденные элементы, достигающие критерия пластического повреждения (DUCTCRT), равного 1, автоматически удаляются из моделей.

Как уже указывалось, для моделирования разрушения пластичных материалов необходимо рассчитать определенные параметры, такие как пластичность материала и эквивалентное пластическое смещение на основе стандартного испытания на растяжение образца. Для определения этих параметров были смоделированы испытания образца на растяжение, проведенные Гуо, и значения пластичности материала 0,2 и пластического смещения при разрыве, равного 6 мм, были сопоставимы с результатами испытаний после нескольких итераций.

3. Проверка модели FE

Экспериментальные результаты Гуо по элементам, работающим на растяжение канала, использовались для оценки точности зависимости напряжения от деформации стали, критерия повреждения и других допущений при моделировании. Согласно экспериментальным результатам Гуо, только четыре из десяти образцов вышли из строя из-за разрушения общего сечения, а остальные шесть образцов имели разрушение сварного шва. Для этого в ABAQUS были смоделированы четыре образца, имевшие трещины в общем сечении стержня, с допущениями, изложенными в предыдущих разделах.Во всех моделях использовались швеллерные секции С75 × 6 с приварными стыками к косынке. В таблице 1 приведены подробные сведения об образцах, а также экспериментальные и численные результаты. Как видно, результаты численного анализа находятся в пределах 4% от результатов эксперимента. Кроме того, область разрушения, как и при испытании, также произошла в общем сечении вдали от критической области, как показано на рисунке 6, и режим разрушения был правильно спрогнозирован для всех образцов. Кроме того, чтобы оценить поведение образцов при растяжении с помощью экспериментальных результатов, диаграмма «сила-перемещение» была изучена для каждого образца, и было замечено, что поведение образцов при растяжении совместимо с экспериментальным поведением.На рисунке 7 показана кривая нагрузка-прогиб, полученная в результате испытания и модели FE для образца 1.

Образец Одноканальный / двухканальный Сварочная деталь Размер сварного шва (мм) Длина сварного шва (мм) Режим отказа при испытании Вид отказа FEM Предельная нагрузка (кН) P Испытание / P FEM Испытание FEM 1 Двойной Продольный 5 115 GF GF 750 759 0.99 2 Двойной Продольный 10 60 GF GF 730 760 0,96 8 Одинарный Продольный 5 100 GF GF 369 378 0,98 9 Двойной Продольный 5 100 GF GF 742 760 0.98

GF = разрушение общего сечения.

4. Параметрический анализ

Откалиброванная модель КЭ используется для параметрического анализа угловых элементов растяжения. Свойства используемых углов показаны в таблице 2. Чтобы увидеть влияние каждого параметра на запаздывание при сдвиге элементов, работающих на растяжение, этот конкретный параметр варьировался, в то время как другие параметры оставались постоянными.Результаты численного анализа обсуждаются и наносятся на график для каждого параметра в последующих разделах.

Угол a (мм) s (мм) r 1 (мм) r 2 ) A (мм 2 ) (мм) L100 × 10 100 10 12 6 1920 35.4 L120 × 12 120 12 13 6.5 2750 42,6 L150 × 15 150 15 16 8 4300 53,3 L200 × 16 200 16 18 9 6180 70,9

a = длина ноги; s = толщина; r 1 = радиус корня; r 2 = радиус носка; A = площадь сечения; = Расстояние от плоскости сдвига до центра тяжести.

4.1. Длина соединения

На рисунках 8 и 9 показаны результаты, полученные с помощью численных моделей с различной длиной соединения для одинарных и двойных углов, соответственно. Как видно на рисунках, увеличение длины соединения () увеличивает коэффициент запаздывания сдвига до 1. Это означает, что в элементе меньше запаздывание сдвига. Усилие натяжения, передаваемое на косынку при сварке, распределяется по длине сварного шва и, таким образом, приводит к более равномерному распределению напряжения.Это, в свою очередь, снижает концентрацию напряжений на носке критического участка и увеличивает способность элемента к растяжению (Рисунок 10). Результаты показывают, что связь между длиной соединения и коэффициентом запаздывания при сдвиге является линейной до определенной точки (оптимальной длины соединения), при которой распределение напряжений практически равномерно по длине соединения, а улучшение распределения напряжений и запаздывания при сдвиге значительно меньше. коэффициент за пределами этой точки. Влияние длины соединения на одиночный угол намного больше, чем на двойные углы, так что увеличение длины сварного шва на 25% в среднем приводит к увеличению на 10% способности к растяжению в одинарных углах и 4.5% в двойных углах.

4.2. Толщина фасонной пластины

Согласно рисунку 11, увеличение толщины фасонной пластины () в отдельных углах приводит к увеличению жесткости на изгиб; следовательно, косынка демонстрирует большее сопротивление моменту, возникающему в результате эксцентриситета, и будет меньше подвергаться деформации изгиба. Концентрация напряжений снижается на носке критического участка и более равномерно распределяется по длине соединения, в результате чего увеличивается растягивающая способность элемента.

Как показано на рисунке 12, влияние этого параметра совершенно иное в двойных углах. В двухугловых соединениях из-за симметрии изгибающие моменты, вызванные эксцентриситетом на двух сторонах, компенсируют друг друга, и в косынке отсутствует значительный момент. Следовательно, увеличение или уменьшение толщины косынки не влияет ни на деформацию изгиба косынки, ни на растягивающую способность двойных углов.

Следует отметить, что ширина косынки в образцах считается больше, чем ширина Уитмора (удлинение 30 градусов с двух сторон), чтобы распределять напряжения по всей пластине. Толщина косынки у образцов варьировалась от 10 мм до 30 мм. Было несколько моделей, в которых малая толщина вставной пластины приводила к чрезмерному изгибу пластины, что в конечном итоге, как показано на рисунке 13, привело к разрыву косынки. Этот тип отказа не является предметом данного исследования.

4.3. Длина без элементов

Чтобы изучить влияние длины без элементов ( L ), было исследовано несколько моделей. Правило для наименования моделей заключается в том, что сначала указывается размер уголка, затем длина соединения (), затем размер сварного шва, толщина косынки () и конфигурация углов (одинарные или двойные, обозначаются как s). или d ).Из рисунка 14 можно сделать вывод, что длина без элементов не оказывает большого влияния на растягивающую способность одинарных и двойных уголков.

4.4. Длина без косынки

Чтобы исследовать влияние длины без косынки, было исследовано несколько моделей. Во всех моделях длина без элементов составляла 1200 мм. Как показано на рис. 4, во всех моделях косынка в некоторой степени изгибается по длине соединения. Однако не наблюдается значительной деформации изгиба в области свободной от косынки длины.Таким образом, увеличение или уменьшение свободной длины не влияет на деформацию изгиба области соединения и концентрацию напряжений в носке критического сечения. Следовательно, длина без косынки не влияет на растягивающую способность одинарных и двойных уголков.

5. Уравнение задержки сдвига AISC

Уравнение в спецификации AISC для расчета коэффициента задержки сдвига (уравнение (1)) учитывает влияние только двух параметров: эксцентриситета и длины соединения.Недостатком этого уравнения может быть отсутствие подходящего фактора для расчета коэффициента задержки сдвига в двойных углах (или каналах). Чтобы рассчитать этот коэффициент в двухугловых соединениях, необходимо рассматривать каждый угол отдельно и, таким образом, использовать предложенное уравнение для одинарных секций, которое кажется консервативным.

Учитывая результаты численного анализа, уравнение спецификации AISC для отдельных углов обычного размера (L100 и L120) кажется консервативным.Однако уравнение для углов больших размеров, таких как L200, неконсервативно. Более того, в уравнении AISC не учитывалось влияние толщины косынки на растягивающую способность элемента. Кроме того, для двойных углов, если не учитывать симметрию, уравнение AISC становится слишком консервативным. Таблица 3 суммирует результаты некоторых выбранных численных анализов и сравнивает их с коэффициентом запаздывания сдвига AISC. В последнем столбце показано отношение коэффициента запаздывания сдвига, полученного двумя методами.Очевидно, что для двойных углов в уравнении AISC содержится до 28% консерватизма.

-10 L100-100 Модель Сечение (мм) Размер сварного шва (мм) (мм) Вид отказа Предельная нагрузка (кН) (кН) U AISC U FEM U FEM / U AISC 120 10 15 NF 894.1 1053,9 0,71 0,85 1,20 L100-140-10-15s 140 10 15 NF 940,3 0,75 0,89 1,19 L100-160-10-15s 160 10 15 NF 961,2 0,78 0,91 1,17 L100-180-10-15s 180 10 15 НФ 980.5 0,8 0,93 1,16 L100-120-10-20d L100 120 10 20 SR 1879,5 2107,8 — — — L100-140-10-20d 140 10 20 NF 2019,5 0,75 0,96 1,28 L100-160-10 -20d 160 10 20 NF 2058. 3 0,78 0,98 1,26 L100-180-10-20d 180 10 20 NF 2078,6 0,8 0,99 1,24 L120-180-12-10s L120 180 12 10 NF 1244 1521 0,76 0,82 1,08 L120-180-12 -15 с 180 12 15 NF 1304.9 0,76 0,86 1,13 L120-180-12-20s 180 12 20 NF 1321,7 0,76 0,87 1,14 L120 -180-12-30с 180 12 30 NF 1379,7 0,76 0,91 1,2 L150-220-18-15d L150 220 18 15 GPF 3565.6 4754 — — — L150-220-18-20d 220 18 20 NF 4308,4 0,76 0,91 1,2 L150-220-18-25d 220 18 25 NF 4339,6 0,76 0,91 1,2 L150-220-18-30d 220 18 30 NF 4377 0.76 0,92 1,21 L200-260-20-15s L200 260 20 15 NF 2389,6 3416,5 0,73 0,7 0,96 L200-280-20-15s 280 20 15 NF 2480 0,75 0,73 0,97 L200-300-20-15s 300 20 15 NF 2564. 5 0,76 0,75 0,99 L200-320-20-15s 320 20 15 NF 2661,3 0,78 0,78 1

NF = трещина нетто-сечения; GPF = перелом косынки; SR = разрыв при сдвиге; s / d = одинарные или двойные углы.

Следовательно, предоставив новое уравнение для одно- и двухугловых соединений, можно исправить это уравнение, чтобы лучше согласовать полученные результаты следующим образом.

5.1. Single Angles

Среди различных параметров, параметры, и были выбраны как наиболее эффективные параметры, которые должны быть включены в пересмотренное уравнение. Имея U _FEM , полученный в результате анализа образцов методом конечных элементов, наилучшая аппроксимация кривой с использованием трех эффективных параметров в различных состояниях привела к следующему уравнению:

5.2. Двойные уголки

В двухугольных соединениях параметры и являются более важными, в то время как параметр не имеет большого значения.Следовательно, для простоты и ради сходства с уравнением спецификации, мы рассматриваем параметр как эффективный параметр; и следующее уравнение лучше всего подходит для расчета коэффициента сдвигового запаздывания в двойных углах:

На рисунках 15 и 16 показана ошибка предложенных уравнений по сравнению с результатами КЭ.

6. Выводы

В этой статье с помощью анализа методом конечных элементов были исследованы явление сдвига и поведение при растяжении одно- и двухугловых секций со сварными соединениями на обеих ветвях.Учитываются следующие параметры: эксцентриситет соединения, длина соединения, толщина косынки, длина без элементов и длина без косынки. Модели FE были откалиброваны по существующим результатам испытаний. Критерий вязкого повреждения использовался в моделях для точного прогнозирования характера отказов.