Ve výrobě ocelových konstrukcí se uplatňují následující druhy svařování:

Transkript

1 5. cvičení Svarové spoje Obecně o svařování Svařování je technologický proces spojování kovů podmíněného vznikem meziatomových vazeb, a to za působení tepla nebo tepla a tlaku s případným použitím přídavného materiálu. Ve výrobě ocelových konstrukcí se uplatňují následující druhy svařování: Nosné prvky se svařují elektrickým obloukem. Podružné prvky lze svařovat plamenem nebo elektrickým odporem. Podrobnější informace o svařování nalezne posluchač ve studijní literatuře. Poznámka Svařování se řídí technickými normami podle zvolené technologie. Svarové spoje smí provádět jen svářeči s odpovídajícím oprávněním. Dále uvedené poznatky platí tehdy, je-li splněna každá z následujících podmínek: spojované prvky jsou z ocelí vhodných ke svařování; spoje jsou zhotoveny obloukovým svařováním; na spoje jsou použity vhodné přídavné materiály (tzn. elektrody, tavidlo, drát musí mít stejné nebo alespoň podobné vlastnosti jako základní materiál). 1

2 Vlastnosti a druhy svarů Hodnoty pevnostních veličin svarového kovu se uvažují stejné jako u základního (spojovaného) materiálu; tak např. f u 60 MPa pro svary ocelí S 5 apod. Dílčí součinitel spolehlivosti svarových spojů se bere γ 1,50. Podle průřezu a způsobu namáhání se rozeznávají svary koutové, tupé, děrové a žlábkové. Koutové svary Pojem a návrh koutového svaru Koutové svary se provádějí do návarových ploch spojovaných prvků, jež se pro svar zvlášť nepřipravují. Plochy mohou svírat úhel v rozmezí 60 až 10. Obr. Koutové svary Koutové svary se označují účinným rozměrem např. takto: Zde první číslo udává účinnou výšku svaru a 4 mm, druhé číslo účinnou délku svaru L 00 mm. Účinná výška svaru a je výška rovnoramenného trojúhelníka vepsaného do průřezu svarového tělíska (viz obr.). Navrhuje se v celých mm. Obr. Účinná výška svaru

3 Volba účinné výšky závisí na tloušťkách spojovaných prvků t; má být dodrženo a min a a max, kde a max 1,1 t min, a min viz tab. Tab. Nejmenší účinná výška t max (mm) a min (mm) do až až a více 6 Poznámka V přeplátovaném spoji nemá být výška svaru větší než 0,7 násobek tloušťky připojovaného prvku. Účinná délka svaru L je délka, na které má svar plný průřez, tj. délka svaru zmenšená na koncích o hodnotu a (viz obr.). Obr. Účinná délka svaru Za nosný se považuje svar o účinné délce 6 a, L max 40 mm. Poznámka Působí-li osamělá síla v ose svaru delšího než 150 a (tzv. dlouhý spoj), je třeba redukovat jeho únosnost podrobnosti v literatuře, resp. v normě.

4 Složky napětí. Posouzení svaru V nebezpečném průřezu svaru se uvažují složky napětí podle následujícího obr., kde σ...normálové napětí kolmé na nebezpečný průřez, τ...smykové napětí (v rovině nebezpečného průřezu) kolmé k ose svaru, τ II...smykové napětí (v rovině nebezpečného průřezu) rovnoběžné s osou svaru. Obr. Napětí v koutovém svaru Poznámka Nebezpečný průřez lícuje s kořenem svaru; je vymezen účinnou délkou a účinnou výškou. Koutové svary se posuzují podle podmínek σ f u f γ + τ + τii σ β w γ u, kde f u...mez pevnosti základního materiálu, γ...dílčí součinitel spolehlivosti materiálu, β w...součinitel korelace, který se bere β w 0,8 pro ocel S 5, β w 0,85 pro ocel S 75, β w 0,9 pro ocel S 55. Poznámka Výrazu σ + τ + τii říkáme srovnávací napětí. 4

5 Příklad Síla působící v těžišti svarového obrazce. Boční svary Zadání. Posuďte přeplátovaný přípoj táhla bočními koutovými svary zatíženého osovou silou F 180 kn podle obr. Základní materiál je pevnostní třídy S 5. Poznámka Není-li svar označen délkou, rozumí se, že je proveden v celé délce svarové linie. Účinnou délku uvažujeme L 160 a mm, kde a 4 mm je účinná výška. Řešení V daném případě, kdy síla F působí v těžišti svarového obrazce, se napětí ve svarech předpokládá rozdělené rovnoměrně. V bočních svarech se jako nenulová uvažuje pouze jediná složka napětí F τ II. A Určíme tedy průřezovou plochu svarů A a L mm, potom smykové napětí (rovnoběžné s osou svaru) F τ II 148 MPa. A 116 Posouzení se provede pro materiálové charakteristiky: f u 60 MPa (pro ocel S 5); γ 1,50; β w 0,8 (pro ocel S 5). Únosnost ve srovnávacím napětí (při σ τ 0) σ + τ + τ II τ MPa vyhovuje. 0,8 1,50 II MPa w f u β γ 5

6 Příklad Krční svary Poznámka Krční svary se provádějí při výrobě plnostěnných (svařovaných) nosníků za účelem připojení pásnic ke stojině. Zadání. Posuďte krční svary na svařovaném dvouose symetrickém I profilu z oceli S 5. Prostý nosník o rozpětí L 6 m je zatížen spojitým rovnoměrným zatížením o návrhové hodnotě q 40 kn/m'. Řešení Z pružnosti známe Grashofův vzorec smyku za ohybu V S y τ V. I y t Z věty o vzájemnosti smykových napětí vyplývá, že krční svary přenášejí napětí VSd S f, y τ II, I y a jehož maximum vzniká v místě největší posouvající síly 1 1 V Sd q L kn. Stanovíme moment setrvačnosti (celého) průřezu k těžišťové ose y I y mm, 1 1 dále statický moment připojované pásnice k téže ose y S f, y mm. Smykové napětí pro výšku svarů a 4 mm je tedy V Sd S f, y τ II 0,6 MPa. 6 I a y 6

7 Posouzení se provede pro materiálové charakteristiky: f u 60 MPa (pro ocel S 5); γ 1,50; β w 0,8 (pro ocel S 5). Únosnost ve srovnávacím napětí 60 τ f 0,6 5,0 MPa u 00 MPa II β w γ 0,8 1,50 vyhovuje. Poznámka Redukce únosnosti svaru delšího než 150 a se na tento případ nevztahuje, neboť zatížení svaru je spojité (nikoliv osamělou silou). Příklad Moment působící kolmo k rovině spoje Zadání. Posuďte přípoj konzolového nosníku koutovými svary podle obr. Základní materiál je pevnostní třídy S 5. V místě přípoje působí vnitřní síly M Sd 5 knm, V Sd 100 kn. Řešení Namáhání svarového obrazce je přizpůsobeno toku sil v připojovaném profilu. Vyjdeme z těchto předpokladů 1) Posouvající sílu V Sd přisoudíme svarům na stojinách. ) Ohybový moment M Sd přenesou všechny svary (viz obr.). 7

8 Poznámka Potřebné průřezové charakteristiky se vypočtou z ploch, které vzniknou sklopením nebezpečných průřezů do roviny přípoje. Účinný rozměr a 4 mm je soustředěn v kořeni svaru. Posouvající síla V Sd namáhá svislé svary smykovým napětím τ II s konstantním průběhem; stanovíme plochu příslušných svarů A v mm, takže napětí VSd τ II 57 MPa. A 1760 v Ohybový moment M Sd vyvolává napětí kolmé ke svarovému obrazci označíme např. σ M s lineární závislostí na souřadnici z. Určíme moment setrvačnosti svarového obrazce I y ,0 10 mm, 1 dále průřezový modul svarového obrazce I 6 y,0 10 Wy mm. z 110 Potom napětí 6 M Sd 5,0 10 σ M 167 MPa Wy rozložíme do složek σ a τ, jednak ve svaru na pásnici, jednak ve svaru na stojině, viz obr. V daném případě platí pro oba svary stejné hodnoty σ 167 σ M 118 MPa, σ 167 τ M 118 MPa. 8

9 Posouzení se provede pro materiálové charakteristiky: f u 60 MPa (pro ocel S 5); γ 1,50; β w 0,8 (pro ocel S 5). Rozhodující jsou svary na stojinách. Únosnost ve srovnávacím napětí σ + τ + τ II MPa MPa vyhovuje. 0,8 1,50 Únosnost v normálovém napětí f 60 σ 118 MPa u 40 MPa vyhovuje. γ 1,50 w f u β γ Doplňující poznámka Obdobným způsobem se počítají rovněž přípoje otevřených profilů (viz obr.). Do svarového obrazce se však nezapočítávají svary na hranách pásnic, protože svojí délkou nesplňují podmínky nosného svaru. Zaoblení v přechodu mezi pásnicí a stojinou se obvykle zanedbává. 9