Методы расчета катета при сварке

Расчет катета сварного шва от толщины металла

В производстве металлоконструкций и автомобилей с большим весом сварные соединения должны выдерживать высокие нагрузки. Спай будет качественным только в том случае, если перед началом работ точно рассчитаны все параметры. Один из важных показателей – катет шва (К). Это одна из сторон самого большого условного треугольника с равными боками, который возможно вписать в поперечное сечение соединения (ГОСТ Р ИСО 17659-2009, вступивший в силу 01.07.2010 г). Ее можно измерить или рассчитать, базируясь на размеры свариваемых элементов.

Расчет катета по толщине металла

Выбирая длину стороны треугольника, учитывается размеры заготовок, положение и вид спая. Подбор осуществляется для каждого элемента, но учитываются общие принципы. В домашнем хозяйстве можно использовать шаблон для измерения.

Чтобы соединение было достаточно прочным, обе одинаковые стороны треугольника должны иметь одинаковую длину (если элементы расположены под углом 90 о ).

Соединения могут быть:

• стыковые (без скоса кромок, с односторонним, с V-образным, X-образным, криволинейным скосом);
• торцевые;
• внахлест;
• угловые (угол от 30 о , односторонние, двусторонние без скоса кромок, с одним или двумя скосами);
• тавровые (угол острый или прямой, односторонние, двусторонние, без скоса кромок, с одним или двумя скосами).

Расчет длины катета сварного шва в зависимости от толщины металла возможен для трех видов швов: угловых, тавровых, внахлест.

Расчет длины катета шва, исходя из толщины металла, требуется на промышленном производстве, так как от этого показателя зависит прочность спая, расход сварочной проволоки, ее диаметра (чем длиннее сторона треугольника, тем толще проволока).

Важно! Если сторона треугольника слишком длинная, увеличивается объем жидкого металла (из-за большой площади нагрева) и расход присадки, готовое изделие может деформироваться.

Катет важен так же, если свариваются элементы различных размеров (расчеты производятся, базируясь на меньший показатель).

Формула расчета

Объем наплавленного материала равен квадрату катета. Например, если К увеличивается на 1 мм при длине спая 10 мм, расход проволоки увеличивается на 20%.

Для соединения внахлест материалов с толщиной до 4-х мм К=4. Если показатель больше, нужно взять 40% толщины и приплюсовать 2 мм.

Угловые сварные соединения бывают:

• нормальные (без выпуклости и вогнутости) — К равен толщине металла;
• вогнутые — К=0,85;
• выпуклые — К= s×cos45°, где s – ширина спая, cos45°=0,7071;
• специальные (треугольник не равнобедренный).

При расчете длины катета сварного шва в зависимости от толщины металла формулы недостаточно — важен способ сварки и текучесть свариваемого металла.

Полученный результат необходимо сверить с требованиями ГОСТ 11534-75 и ГОСТ 5264-80 или справочными материалами.

При проведении сварочных работ в домашнем хозяйстве достаточно установить сторону треугольника, превышающую толщину на 1-1,5 мм, или определить показатель по таблице. Существуют правила, которые необходимо соблюдать всегда. К должен быть меньше, чем толщина самого тонкого элемента, умноженная на 1,2. Протяженность спая должна быть меньше, чем К*4.

Расчет катета для шва 1м

На практике все расчеты достаточно условные, так как базируются на предпосылках:

• нагрузка распределяется равномерно по всей длине наплавленной присадки;
• разрушение возможно только по слою присадки, равному 0,7 К.

Цель проектировочных расчетов – определить оптимальный размер спая для определенного показателя растяжения и осевого напряжения.

Оптимальная протяженность наплавленной присадки по нагрузке на растяжение определяется по формуле:

L – протяженность спая;

F – планируемая реальная нагрузка на соединение;

ρ – допустимая нагрузка на соединение.

Оптимальная протяженность по осевому напряжению:

Из этой формулы можно вывести формулу для расчета К при протяженности наплавленной присадки 1 м:

Это значит, что К полностью зависит от величины допустимой нагрузки.

Допустимые нагрузки на сжатие, растяжение и срез для различных методов сварки определены в специальных таблицах.

При разработке проектной документации:

• выбирается метод сварки, вид сварки, марка электрода (проволоки);
• определяют нормативную допустимую нагрузку;
• рассчитывают длину спая на растяжение и осевое напряжение;
• создают чертеж соединения;
• уточняют технические характеристики и размеры свариваемых элементов.

При разработке проектной документации сварки определение точной величины катета шва от толщины металла и оптимальной длины спая проводится с целью повысить качество работ и минимизировать их себестоимость. Важно получить прочные и надежные соединения при минимальных затратах. Особенно важен этот показатель на больших промышленных предприятиях, изготавливающих металлоконструкции, которые должны выдерживать во время эксплуатации повышенные нагрузки.

Как рассчитывается катет сварного шва – формула, инструкция, проверка результатов

Сварочный шов имеет много параметров такие, как высота усилия, ширина, длина или толщина. Разность этих параметров появляется из-за того, что швы бывают разные, например угловые или прямые, а эти два делаться ещё на много других под видов.

Но нас интересует как рассчитать катет сварочного соединения, во всем этом нам и помогут все перечисленные характеристики.

Вам кажется, для чего так глубоко залазить в геометрию, это же сварка, но все не так легко, расчёт катета позволит вам на много поднять уровень соединения, и достигнуть нужного результата.

Но на этом этапе много кто сталкивается с проблемой того, что даже не знает что такое катет шва и как его рассчитать. И тем более как его померить, и для чего вообще все это необходимо при работе со сваркой.

Наша статья хочет приоткрыть занавес на такие популярный вопрос, как же все таки провести расчет катета шва от толщины металла.

Даже для начинающих сварщиков будет достаточно прочитать нашу статью, что бы во всем хорошо разобраться, и применить свои знания на практике, с неплохим успехом.

Информация для общего сведения

Итак мы начнем с того, что все таки такое катет соединения, для чего он существует и зачем вообще нам его рассчитывать? Это на самом деле катет того треугольника, в который может влезть продольное сечение.

Влезть конечно не фактично. Но все же вопрос «Зачем это делать?» остаётся у всех, зачем в принципе рассчитывать это для угловых соединения или прямых, швов внахлест или торцовых.

Вы должны знать о том, что на рынке можно найти специальное механическое приспособление, такую себе линейку, но вы все советуем научиться делать такие расчёты самостоятельно, это значительно поднимет ваш профессионализм, и вы обретете новый навык.

Такие расчёты ещё могут показать вам уровень качества сделанного вами соединения, ведь качество это первое в списке приоритетов у мастера, что приступит к такой не простой работе.

Вам не удастся сделать катет шва если вы работаете с большой конструкцией, это не решит вопросов того, что шов может оказаться не надежным. Иногда визуально он может казаться достаточно стойким и качественным, но на самом деле потом подвести вас.

Новичкам может показаться что такую проблему решить не сложно, наплавил побольше и готово, но это далеко не так и большая ошибка.

Пока вы наплавляете горы металла, то поверхность детали все сильнее оказывается под действием температуры, что приведет к неизбежным дефектам как окисление, искривление и коррозии в будущем, и конечно все это сделает качество соединения значительно ниже.

Такое расчёт будет полезен если вам нужно подсчитать смету, то есть на предприятии, или даже на большим домашнем строительстве.

Померять катет вы сможете практически безошибочно подсчитать нужное количество расходных материалов, сил, уже не придется экстренно докупать что-то, когда вы поймете, что шов оказался слишком тонким или узким.

Ещё расчёт будет хорошим вариантом если вам предстоит работа с металлами разной толщины. Если вам приходиться сваривать металлы из рода толстых и тонких просто подсчитайте и не возникнет проблем. Для таких расчётов учитывают параметры тонкого металла.

Если вы прислушаетесь к нашему совету и подсчитает, то ваш шов никогда не получиться слишком узким.

А это дорогого стоит в тех случаях когда предстоит ответственная работа с проблематичной металлической конструкцией, которую после будут дотошно проверять.

Особенно полезен будет такой расчёт при работе со швами на углах, ведь именно там чаще всего возникают трещины, коррозии, деформации.

Обман часто в том, что визуально сваренный элемент выглядит прочно, но когда её приводят в использования о не просчитанные фрагменты могут серьёзно подвести. Рассчитывать катет действительно стоит. А про то как это сделать правильно читайте ниже.

Система расчёта катета сварочного шва

В интернете вам удастся найти очень много разнообразных формул по которым советуют рассчитывать катет соединения.

Формулы разнообразные поскольку работают по различным видам швов, как тавровые, соединения внахлест, прямые, швы на углу. И это далеко не все типы, а каждый имеет ещё большее развёрнутую классификацию.

То есть каждый отдельный шов нужно расчитывать по специальной формуле в общей массе это близка дюжины формул, если мы возьмём в расчёт все нюансы.

Но, как вы понимаете, это слишком большой объём информации и вместит его в регламент одной статьи невозможно.

Но мы расскажем про то как посчитать самый известный и часто используемый тип соединения-мы будем считать по ширине шва. Ниже вы можете видеть нужную нам формулу:

Такая вот простая формула. Она позволяет легко подсчитать размер катета углового шва. А далее все ещё проще катет углового соединения это и есть значение катета треугольника который сможет вписаться.

Ещё мы вам расскажем как произвести расчёт катета шва от толщины. Но тут не нужно даже элементарных формул, будет достаточно взят толщину по наименьшему участку и это число и будет вашим показателем.

Примеры выходят элементарные если мы имеем металл, толщина которого 4 миллиметра и мы должны его сварить, то нужно посчитать катет по толщине.

Тогда оцениваем правда ли толщина 4 миллиметра по всей площади поверхности и делаем вывод, что толщина 4 миллиметра.

Рассчитывать катет сварочного соединения от толщины удобно когда вы собираетесь варить с помощью нахлёстанного шва или диалектные, тонкие участки. А если ваша деталь внушительно толстая то найдите 40 процентов от показателя.

Ниже мы нашли для вас схему наименьших катетов сварочных соединения для тавровых соединений.

Оно послужит вам если нет времени долго рассчитывать, или в таблице просто уже имеются точные данные под ваши параметры. Добавьте её и попробуйте использовать в работе.

Характеристики хорошо исполненного шва

Выше вы уже прочитали как посчитать катет сварочного соединения. Это будет большим плюсом, но все же для качественного соединения только этого мало. У сварочного шва есть свои параметры не считаться с которыми вам не удастся.

На первом месте должна быть однородность шва по всей его длиннее, не должно быть наплывов и не проваров, или каких-то «змеек» все должно быть красиво и аккуратно. Внимательно следите за тем, что вы делаете и как, старайтесь все сделать аккуратно.

Вам что-то моет показаться пустяком, а позже конструкция просто может рухнуть, и хорошо если не кому-то на голову. Ширина шва должна быть одной по всей длине.

Если соединение где-то шире где-то уже, то возникнут точки опоры, и эту точку не смогут вынести веса конструкции, она начнет пускать трещины и позже может рухнуть.

Ещё важно наблюдать чтобы ваше соединение было на достаточной глубине. Важно равномерно заваривать на глубину или могут пойти внутренние трещины.

На заводах производиться профессиональный расчёт всех этих характеристик. Сварщики до миллиметров рассчитывают глубину ширину, длину. И зачастую используют все перечисленные нами техники работы с расчётами.

Конечно любитель или совсем новичок может не усложнять и так непростое для себя задание сварки подобными расчётами, но понимать азы очень важно, вы должны знать как все это должно выглядеть в идеале.

Чем сильнее похожи между собой заготовленные делали для сваривания тем лучше.

Естественно есть и такие способы сварки которые работают по сваривании неподобных металлов, химический состав которых совсем разный, но все равно соединение таких металлов не будет очень прочным что бы вы с ним не делали.

Для хорошего результата вам нужно что бы была правильная сила тока, качественное профессиональное оборудование, если вы не новичок в этом деле, ещё важно приобрести качественные расходные материалы, в первую очередь электрод, потому что именно они формируют шов.

Только если вы можете обеспечить такие условия работы подсчет катета соединения будет полезен для вас.

Вы можете просчитать все до миллиметров, но при этом работать на старом, не исправном оборудовании или с не качественными электродами с которых так и сытиться шлак, то результат никогда не будет крепким.

Важно производить подсчет катета соединения исходя из толщины или его ширины. Но это только часть того, что должно быть в своем инструментарии работы со сваркой металлов. Ещё важно ориентироваться в видах сварки, видах аппаратов и расходных материалов.

Конечно не мало решает ваш опыт, вы можете прочитать сто книг и ваш результат на практике может быть посредственным. А можете не прочитать не единой и при этом владеть техникой просто учась на своих ошибках.

Но конечно хорошо совмещать теорию и практику, тогда результат будет хорошим. Если вы будете знать наименьший катет соединения, то сможете посчитать характеристики его качества.

Но помните и про другие правила, вы должны купить хорошие расходные материалы, как например стержни, хорошо настроенный аппарат это половина дела, и конечно работайте аккуратно и точно, лучше потратить пол часа больше чем потом переделывать целый день.

Если у вас нет достаточного опыта, то не переживайте, все придёт и вы не будете отставать. Главное чтобы вас это интересовало и был видим минимальный прогресс.

Если вам уже приходилось подсчитывать катет шва, то напишите о том в комментариях, поделитесь своим опытом, новички, что читают нас, будут очень благодарны. Желаем удачи и крепких соединений!

Как рассчитать и измерить катет сварного шва

В промышленности и на производстве большинство металлоконструкций образуются в результате сварочных соединений. В строительной сфере, машиностроении и автомобилестроении эти соединения постоянно испытывают огромные нагрузки. Получить высокое качество сварного соединения можно только при грамотном расчете его параметров. Технология сварочного процесса достаточно сложная, она наполнена рядом математических формул, отражающих способы расчета параметров. Сегодня задача мастера максимально упрощена, так как существуют специальные программы, представляющие собой готовые калькуляторы для вычислений. Помимо этого, разработаны таблицы расчетных величин, соответствующих тому или иному типу соединения, материалу конструкции, его геометрии.

Одним из вычисляемых параметров является катет сварного шва. И если одни величины можно усреднить, другие взять в готовом виде из таблиц, то катет придется рассчитывать самостоятельно. Вот почему возникает много вопросов о сущности этого параметра. Точное определение мы дадим позднее, так как сначала необходимо затронуть ряд сопутствующих вопросов. Отметим только, что данный параметр напрямую определяет прочность сварного шва.

Не вдаваясь в подробности, мы склонны полагать, что рассчитывать геометрию шва не нужно, так как максимальные значения всех параметров сыграют на улучшение прочности. Такое утверждение является неверным, так как, к примеру, чрезмерно широкий шов может привести к перенапряжениям в металле или к его деформации, что существенно ухудшит технологические параметры соединения.

Сварные соединения

На сегодняшний день разработано и освоено более 150 способов соединения деталей с помощью электросварки. Но на этом технология не останавливается, и постоянно внедряются различные инновационные методы. Практически все внимание акцентировано на сварочном шве, как области стыка двух металлов, образованной при их кристаллизации. В зависимости от взаимной ориентации элементов конструкции друг относительно друга различают несколько видов сварных швов. В самой тривиальной классификации их разделяют на угловые и стыковые.

• Угловые стыки образуются при тавровых соединениях, крестовых или непосредственно угловых. Подобные швы формируются после односторонней или двусторонней разделки кромок. Метод разделки зависит от габаритов конструкции. Такие стыки могут подразделяться на непрерывные и прерывистые, в зависимости от вида продольного сечения.
• Стыковое соединение подразумевает сварку двух изделий, прилегающих друг к другу торцами. Шов внахлест является частным случаем стыкового соединения. Кромки деталей могут иметь скос или оставаться прямыми. Чаще всего встречаются горизонтальные швы. При толщине деталей, не превышающей 8 мм, разделку кромок не производят.

Геометрические параметры

Для того, чтобы заводить речь о расчете параметров, необходимо четко знать их определения. К сожалению, сухие научные фразы не всегда дают то представление, которое желает видеть, к примеру, начинающий мастер. Ярким примером одного их таких терминов является катет сварного шва.

Согласно определению, катетом шва называют сторону (катет) наибольшего равнобедренного треугольника, который можно вписать в поперечное сечение.

Вышеприведенное определение настолько переполнено математическими терминами, что даже при желании трудно понять, что же это за величина. Обратимся к иллюстрации.

Во-первых, отметим, что говорить о катете можно только при наличии углового соединения. Во-вторых, в нашем понятии катет является стороной прямоугольного треугольника. Здесь фиолетовым цветом выделен прямоугольный треугольник, который равнобедренным должен являться теоретически, согласно требованиям к сварным швам.

На практике же этот треугольник не всегда имеет равные катеты, что, конечно же, указывает на дефект. Вот почему данный параметр необходимо рассчитывать и придерживаться полученного значения.

Под поперечным сечением подразумевается сечение детали плоскостью, перпендикулярной шву. Из рисунка также становится понятен смысл слова «наибольшего» в определении. Но что делать, если соединение проводится не под прямым углом. В этом случае тоже заводится речь о некоем катете, хотя в его расчет вносится погрешность, и она тем более, чем больше угол отличается от прямого. Теперь дадим более наглядное определение.

Катетом можно назвать расстояние от плоскости одной детали до крайней границы сварного шва на плоскости другой детали.

Один лишь катет шва рассчитывается крайне редко, поэтому приведем пример других важнейших параметров, которые учитываются при проведении сварочных работ.

На рисунке отображены следующие величины:

• S – толщина детали;
• e – ширина сварного шва;
• q – выпуклость шва;
• h – глубина провара (отмеряется от плоскости детали);
• t – толщина сварного шва;
• b – зазор между кромками (его величина зависит от способа разделки кромок);
• k – катет;
• a – толщина шва (при угловом соединении);
• p – высота шва (при угловом соединении).

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).

Способы контроля

Контроль сварочных швов – неотъемлемая часть технологического процесса. Прежде всего, соединение необходимо исследовать на устойчивость к разрушающим нагрузкам. Формы контроля могут быть разными. Они зависят от принципов, на которых основываются. К передовым методам относится радиография, рентгенография, облучение гамма-лучами, ультразвуковой и вихретоковый контроль. Сюда же следует добавить магнитное зондирование, а также капиллярный способ исследования швов. Представленные виды контроля требуют наличия дорогостоящей аппаратуры и не всегда могут быть реализованы, особенно в условиях мелкого производства.

В качестве подручного прибора для измерения катетов может служить готовый шаблон. Если быть точным, то практическое значение имеет не один шаблон, а целый набор.

В самой простой конструкции шаблон представляет собой набор пластин, скрепленных одним концом. На другом конце выполнены прорези, соответствующие форме поперечного среза шва. Мастер поочередно прикладывает шаблоны к заготовке и определяет максимально соответствующий из них. На каждом шаблоне нанесен размер соответствующего катета.

Существует еще несколько приборов, которые по своему принципу действия представляют шаблоны, только способ измерения катетов у них несколько отличается. Шаблон Красовского предназначен для определения зазоров между заготовками. Универсальный шаблон сварщика (УНС-2) – набор пластин с вырезами. По форме выпуклой гипотенузе можно определить длину катетов. Шаблон Маршака-Ушерова позволяет измерить не только катет, но и определить корень шва. Этот прибор считается самым универсальным из всех описанных выше.

Источники:

http://solidiron.ru/obrabotka-metalla/svarka/raschet-kateta-svarnogo-shva-ot-tolshhiny-metalla.html
http://prosvarku.info/tehnika-svarki/kak-rasschitat-katet-svarnogo-shva
http://svarkoy.ru/teoriya/katet-svarnogo-shva.html