Рассчет катета сварного шва

Рассчет катета сварного шва

У сварочных швов есть различные характеристики. Например, ширина, толщина или высота усиления. И эти характеристики напрямую зависят от разновидности соединения: прямого или углового сварного шва. С помощью таких характеристик можно без труда рассчитать катет сварочного шва. Это очень полезный расчет, он позволит вам улучшить качество своей работы и не только.

Но что такое катет сварного шва? Как измерить катет шва по его ширине? И зачем вообще необходимо измерение катета? В этой статье мы постараемся кратко ответить на эти вопросы и рассказать, как произвести расчет катета сварного шва от толщины металла. Новичкам будет достаточно прочтения одного этого материала, чтобы вникнуть в суть.

Что такое катет

Данное название происходит от того, что если рассматривать сварочный шов в разрезе, то при его идеальном исполнении он будет выглядеть как равнобедренный треугольник. В этом случае катетом будет являться то расстояние, которое находится между концом шва одной детали и плоскостью другой детали. По своей сути катет сварочного шва и будет являться катетом такого равнобедренного треугольника, отсюда и название.

Итак, что такое катет, теперь ясно. Важно понимать, что от значения углового соединения будет сильно зависеть прочность соединения. Однако здесь важно не заблуждаться. То, что катет сварного шва отвечает за его прочность, это вовсе не значит, что чем он толще, тем прочнее будет само соединение. В этом случае необходимо понимать, что слишком большое количество наплавляемых элементов приведет к ухудшению характеристик соединения. К тому же слишком большой расход электродов, газа, флюса и присадок сильно увеличит себестоимость проведения таких работ.

Геометрия сварного шва

Рассмотрев разновидности мест, где катет может иметь свои параметры и особенности, стоит взглянуть на другие составляющие сварного соединения, которые также могут оказаться важными. Многие величины взаимозависимы, но некоторые можно доработать уже после создания шва. К примеру, высота валика всегда может стать меньше при обтачивании, если это необходимо. Основные параметры выглядят следующим образом:

Схема обтачивания сварного шва

• E – ширина полученного шва;
• T – толщина созданного шва;
• B – зазор между свариваемыми деталями;
• H – глубина залегания области проварки;
• S – толщина используемой заготовки;
• Q – размер выпуклой части.

Для углового соединения они несколько отличаются, так как здесь другое геометрическое положение. Тем не менее, важность из значения не становится меньше. Здесь выделяют:

Схема углового соединения

• K – катет шва;
• A – Величина толщины углового шва, к которой относится величина расчетной высоты и выпуклости;
• Q – выпуклость наплавленной области;
• P – расчетная высота, что должна соответствовать перпендикулярной линии, которая проводится из места наиболее глубокого проплавления к гипотенузе наибольшего прямого треугольника, который вписан во внешнюю часть шва.

Свойства

Разобравшись с тем, что такое катет сварного шва, следует отметить свойства, которыми должно обладать соединение. В первую очередь это однородность и равномерность наплавленного валика. Это легко определиться, так как здесь может применяться даже визуально-измерительный контроль сварных швов, самый простой и доступный из них. Высота валика должна быть примерно одинаковой по всей поверхности. Это же касается и его ширины, так как в этом случае нагрузки на нем будут распространяться равномерно. Если будет какое-либо послабление, то вероятность поломки возрастает именно в этом месте.

Однородность состава обеспечивает лучшее скрепление. Как правило, различные марки металла очень плохо свариваются и чем больше различий в составе, тем хуже будут скреплены заготовки. Для высокого качества соединения следует знать, какие электроды выбрать для сварки инвертором, или другим удобным способом. Также следует рассчитать правильное геометрическое расположение шва, чтобы у него был максимальный охват скрепляемых деталей.

Не менее важным параметром является глубина проварки. Если заготовки будут соединены не по всей возможной площади, то они не смогут выдерживать максимальные нагрузки. В профессиональной сфере рассчитывается каждый параметр соединения, чтобы придать конструкции максимальную прочность. Здесь нужно знать, как рассчитать катет сварного шва, чтобы он приобрел требуемые параметры и как провести сварку.

Выбор катета шва

Расчет катета сварного шва совершается под каждое отдельное соединение. Чтобы правильно выбрать его, требуется знать параметры свариваемых деталей. Прочность здесь будет зависеть от толщины соединения и его длины. Основным параметром выбора и расчета является длина, так как от этого зависит прочность. Слишком большая длина приведет к увеличению расхода материалов, а также деформации заготовки.

Схема чтения длины катета сварного шва

На практике применяются разнообразные шаблоны, которые проверены опытом предыдущих сварщиков. Для каждого типа соединения, в зависимости от размера заготовки и положения, подбирают готовые размеры.

Как измерить катет сварного шва

Разобравшись с тем, как выбрать катет сварного шва, необходимо узнать, как правильно провести его измерения. Это требуется для того, чтобы проконтролировать полученный результат. Размер искомого значения определяется по обыкновенным геометрическим законам. Для этого требуется вычислить катет максимально возможного треугольника, вписанного в продольное сечение соединения. Итоговый размер катета соединения и будет искомой величиной.

Схема определения катета сварного шва

Как рассчитать катет сварного шва

В каждом случае, расчет проводится по-разному, в зависимости от имеющихся условий. К примеру, для определения нахлесточных соединений листов, толщина которых составляет менее 4 мм, катет стараются делать равным по толщине самих листов. Если же толщина листов составляет больше 4 мм, то здесь берется 40% от толщины металла и добавляется 2 мм. Таким и должен быть максимальный катет сварного шва.

Выводы

Давая определение катету сварного шва, необходимо понимать, что данный показатель относится к категории качественных. От него во многом зависит прочность и надежность свариваемой конструкции, поэтому при создании схемы сварки на больших производствах обязательно данный параметр оговаривается. И если в неответственных конструкциях к нему отношение «прохладное», то для тех соединений, которые будут подвергаться большим нагрузкам, данному значению отводится важная роль.

В сложных сварочных технологиях катет выбирается индивидуально для каждого стыка. Но, в сущности, для него используют стандартные общие принципы выбора. А это, как уже было сказано выше, толщина соединяемых металлов, их химический состав, режим сварки, тип электрода или присадочной проволоки.

Дополнительные характеристики, влияющие на качество сварочных стыков

Формы поверхностей образующихся сварочных стыков находятся в большой зависимости от свойств электродов, используемых при проведении сварных работ. Помимо общих требований, которые предъявляются к изготавливаемым промышленностью электродам, таких как устойчивость горения электродуги, определенный специфический состав металла электродного металлического стержня, минимизирование разбрызгивания и т.д. специалисты предъявляют еще и дополнительные требования.

Влияние длины дуги на качество сварного шва: короткая, длинная и нормальная дуга.

К таким специфическим требованиям относится свойство, способствующее получению в результате проведения сварочных работ швов, с заранее заданной формой. Так, например, металлические электродные стержни, которые в результате плавления образуют густую и вязкую массу, способствуют быстрому и легкому формированию выпуклого сварного стыка. Если в результате плавления металлического стержня электрода образуется жидкий и растекающийся расплав, то при помощи таких электродов формируется вогнутая поверхность сварочного стыка.

Выбор электродов для работы осуществляется в соответствии с теххарактеристиками, которые указываются на упаковке.

На качество сварного стыка особое влияние оказывает выбранный режим сваривания. При осуществлении увеличения силы тока повышается глубина проваривания при неизменности ширины стыка. В случае постоянства силы тока и изменении напряжения наблюдается резкое изменение в сторону увеличения ширины сварного стыка при одновременном снижении глубины проваривания. При повышении скорости перемещения электрода до значения в 50 м/ч ширина сварочного стыка уменьшается, а глубина проварки значительно увеличивается. Повышать скорость выше 50 м/ч не рекомендуется, так как высока вероятность значительного снижения качества проведения сварочных работ за счет слабого прогрева основного материала.

Контроль качества соединения сварочного стыка осуществляется двумя наиболее распространенными методами -разрушающим и неразрушающим контролем.

Неразрушающий контроль осуществляется при помощи специализированных шаблонов, которые позволяют визуально установить наличие дефектов в стыке. Шаблоны позволяют измерить внешние показатели сварочного стыка, такие как катет шва, выпуклость, вогнутость и его ширина. Внутренний контроль проводится при помощи специальных ультразвуковых и рентгеновских приборов, выявляющих внутренние дефекты.

Расчет

В строгом смысле для определения величины катета шва необходимо учитывать целый ряд факторов. Наиболее значимым из них является толщина заготовки. Даже начинающему мастеру известно, что геометрия сварного шва напрямую зависит от необходимой глубины провара. Эта зависимость несколько усложняется, если приходится соединять две детали разной толщины.

К дополнительным факторам относятся такие, как положение электрода, тип соединения, физические свойства металла. Полный расчет сварного соединения подразумевает использование целого ряда сложных формул. На практике, если на металлоконструкцию не будут действовать сверхвысокие нагрузки, используют упрощенные принципы расчета.

К примеру, при соединении двух деталей одинаковой толщины катет считается равным кромке детали. Если толщина материала различна, то ориентируются на параметры более тонкой заготовки. Еще раз напомним, что ошибки в расчете приводят к нежелательным последствиям. Чрезмерно малый катет ославляет прочность сварного шва, в то время как большой катет может стать причиной внутренних напряжений в металле.

Приведенный метод расчета справедлив для средних показателей толщины материала. Увеличение толщины приводит к нарушению линейной зависимости между указанными параметрами. Достаточно толстые детали свариваются швом с катетом, размер которого составляет 40% от толщины. Как видно из примера, соблюдать такую сложную зависимость проблематично, тем не менее, размер катета – величина, определенная стандартом ГОСТ 5264-80.

В ряде случаев приближенное значение катета дает слишком большую погрешность, поэтому принято пользоваться упрощенной формулой. Они имеет следующий вид:

T=Scos45°, где Т – величина катета, а S – ширина шва. Поскольку мы иллюстрировали геометрические параметры, то в наших обозначениях эта формула будет иметь вид: K=ecos45°. Учитывая то, что косинус угла – есть величина постоянная, приходим к выводу, что и в данном случае катет линейно «привязан» к такому параметру, как ширина сварного шва (но не толщина кромки).

Как сделать расчет

На практике используются приближенные правила расчета. По ним за значение параметра берут толщину более тонкой заготовки.

Точный расчет выполняется по формуле:

• где Т — катет углового шва;
• S- ширина валика между деталями;
• α — величина угла между плоскостью детали и гипотенузой сечения валика.

В большинстве случаев угол принимают равным 45°, его косинус равен 0,7.

и формула упрощается:

После проведения работ обязательно следует проверить размеры реального шовного материала на соответствие расчетным. Определение катета сварного шва проводят катетометром или штангенциркулем.