CHƯƠNG 2 Liên kết hàn

- Dùng que hàn và vật hàn làm 2 cực để sinh hồ quang.. - Nhiệt độ cao hồ quang làm chảy que hàn và vật hàn.. Phân loại mối hàn.. Cờng độ tính toán của mối hàn phụ thuộc vào loại mối hàn,

Chơng 2 liên kết Hàn

2.1 Khái niệm chung

2.1.1 Nguyên lý hàn.

- Dùng que hàn và vật hàn làm 2

cực để sinh hồ quang

- Nhiệt độ cao hồ quang làm chảy

que hàn và vật hàn

- Khi kim loại chảy các phân tử kết

hợp chặt chẽ lại với nhau

- Nguồn điện : xoay chiều hoặc 1

chiều, U < 65V

Hình 2.1

- Que hàn thờng làm bằng thép hợp kim loại E42 hàn thép CT3 và E50 hàn thép hợp kim và thép cờng độ cao

2.1.2 Phân loại mối hàn.

- Hàn đối đầu: (hình a)

- Hàn góc: (hình b)

Hình 2-2a Hình 2-2b

2.1.3.C ờng độ tính toán của mối hàn

Cờng độ tính toán của mối hàn phụ thuộc vào loại mối hàn, trạng thái ứng suất, phơng pháp kiểm tra chất lợng, que hàn, vật liệu vật hàn, điều kiện làm việc

Cờng độ tính toán mối hàn Rh(daN/cm2) Chú thích : Cờng độ tính cho trong bảng dới ứng với hệ số điều kiện làm việc

m =1

Loại mối

Hàn

đối đầu

- Nén

- Kéo: + kiểm tra phơng pháp tiên tiến + kiểm tra phơng pháp thông thờng

- Cắt

Rn

Rk

Rk

Rch

2100 2100 1800 1300

2.2 Cấu tạo và tính toán mối hàn đối đầu.

2.2.1.Mối hàn chịu lực dọc.

Đối đầu thẳng:

Hình 2-3a Hình 2-3b

 =

h

F

N

 Rk ( N - lực kéo)

 =

h

F

N

 Rn ( N - lực nén) Chữ nhật : Fh = hLh Lh = L - 10mm

Đối đầu xiờn: dựng khi đường hàn đ đ thẳng khụng đủ chịu lực:

2.2.2.Mối hàn chịu mômen uốn và chịu cắt.

Hình 2-4 Kiẻm tra ứng suất pháp:

k = ( )

h

W

M

 Rk , với t/d Fh là chữ nhật : Wh(+) = Wh(-) =

6

L2h

h



n = ( )

h W

M

  Rn nên :  = 2

h h

M 6 W

M



  Rk

Kiểm tra /s tiếp:

h c c h

c R J

S Q



 , với Jh là mo men quán tính của Fh đối với trục X Tiết diện chữ nhật nên:

h h h

R L

Q F

Q









2

3

2 3

( điểm kiểm tra có ứng suất pháp và ứng suất tiếp lớn nhất trong đờng hàn)

2.2.3.Mối hàn đồng thời chịu M, N, Q.

- Cho phép kiểm tra riêng từng loại ứng suất

- Tính ứng suất do từng nội lực

- Tính ứng suất tổng cộng ( tại điểm chịu kéo hoặc nén lớn nhất trong đ-ờng hàn )

ứng suất pháp: k = M  N   Rk

n =  M   N  Rn

ứng suất tiếp :  = Q  Rch

Ví dụ 1:

Kiểm tra mối hàn đối đầu cho ở hình vẽ Cho biết P = 50kN,

Rk = 1800 daN/cm2, Rch = 1300 daN/cm2, m = 0,85

Giải:

- Là đờng hàn đối đầu, xác định Fh

và chọn hệ trục XOY nh hình vẽ

- Nội lực:

N = Px = P cos45o = 35 kN ()

Q = Py = P sin45o = 35 kN ( )

M = 0,2 Py = 0,2.35 = 7 kNm ()

- ứng suất :

2 2

h

19 1

10 35 F

N







4 h

cm / daN 1163 19

1

10 7 6 W

M



19 1

10 35 2

3 F

Q 2

h

- Tổng hợp ứng suất và kiẻm tra:

σ max = N + M < m Rk , thay số:

σ max = 184 + 1163 = 1347 daN/cm2 < 0,85.1800 = 1530 daN/cm2

max = 276 daN/cm2 < 0,85.1300 = 1105 daN/cm2.

2.3 Cấu tạo và tính toán mối hàn góc:

2.3.1 Mối hàn chịu lực dọc hoặc lực cắt

- Khi chịu lực dọc N hoặc lực cắt Q, trong đờng hàn chỉ sinh ra ứng suất tiếp trên mặt phẳng phá hoại và đợc coi là phân bố đều Mối hàn loại này thờng gặp trong một số dạng liên kết sau:

+ Liên kết chồng dùng bản ghép:

h g h h h

R l h

N F

N













Trong đó:

N - Lực dọc tính toán

Rg- Cờng độ tính toán của mối hàn góc

Hình 2-6

lh- Tổng chiều dài đờng hàn ở về phía của liên kết

+ Liên kết giữa thép định hình và thép bản:

Hình 2-7

- Kiểm tra đờng hàn l1 và l2 nh sau:

Lực N1 và N2 do lực dọc N sinh ra: N1 + N2 = N

Trong đó:

2 1

1 1

2 1

2 1

e e

e N N

e e

e N N









ứng suất trong đờng hàn 1 và 2 thoả mãn điều kiện:

h g h h

h g h h

R F e e

e N F

N

R F e e

e N F

N

















2 2 1

1 2

2 2

1 2 1

2 1

1 1

1

1





Với:

h h h

h h h

h l F

h l F

.

.

2 2

1 1









+ Liên kết tấm đỡ với cột:

Hình 2-8

- Giả thiết mối hàn bị phá hoại ở mặt phẳng 45o

- Mặt phẳng phá hoại là mặt ghềnh, giả thiết là phẳng để tính

- Trong mối hàn sinh ứng suất tiếp đợc tính nh sau:

h h h

h h

L h

N L

N F

N











 0 , 7



h h h

h h

L h

Q L

Q F

Q











 0 , 7



+ Khi có cả lực cắt Q và lực dọc N: h

g Q

N  R



2.3.2.Mối hàn chịu mômen uốn M.

Tr

Mặt phẳng tác dụng của M  tiết Mặt phẳng tác dụng của M // tiết

diện tính toán của mối hàn diện tính toán của mối hàn

h g max h

J

M





p

J

M



Jh : momen quán tính của Fh Momen q/t cực Jh= Jx +Jy

2.3.3.Tính mối hàn đồng thời chịu M, N, Q.

- Tính ứng suất do từng nội lực

- Tính ứng suất tổng cộng

max =   N   Q   M   Rg

Ví dụ 2 :

Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ Biết  = 0,7, hh = 10mm (hàn hai bên),

Rg = 1500 daN/cm2, m = 0,85.

Giải

Hình 2-10

- Nội lực:

()

Q = 300.0,7 = 210 kN ( )

M = 0,08.240 = 19,20 kNm ()

- ứng suất :

N =

29 7 , 0 2

10 30 F

h

 = 73,9 daN/cm2

Q =

29 7 , 0 2

10 210 F

h

 = 517,2 daN/cm2

4

h 2 0 , 7 29

10 20 , 19 6 W

M

 = 978,4 daN/cm2

- Tổng hợp ứng suất (tại điểm B có ứng suất lớn nhất): Hình 2-11 max = Q2N M2 < m Rg , thay số:

max = 517 , 2 2  ( 978 , 4  73 , 9 ) 2 = 1173 daN/cm2 < 0,85.1500 = 1275 daN/cm2

Ví dụ 3:

Kiểm tra mối hàn cho ở hình vẽ Biết  = 0,7, hh=10mm, Rg = 1500 daN/cm2,

m = 1 M = 41,15 KNm, Q = 320 KN, hàn hai bên

Giải:

Hình 2-11

- Là đờng hàn góc, xác định Fh và chọn hệ trục XOY nh hình vẽ, tính đặc trng hình học của Fh : (cho 1 đờng hàn)

Fh = 23,4 0,7 + 2.10 0,7 = 30,38 cm2

Syoh = 23,4 0,7 (0,7 / 2) + 2.10 0,7 (5+0,7) = 85,53 cm3

xc = 2,81

38 , 30

53 , 85 F

S

h

h

yo



Jx = 10,7 2551

12

22 10 12

4 ,



Jy =  2 3 3 2 10 0 , 75 , 7 2 , 812

12

10 7 , 0 2 12

7 , 0 4 , 23 35

, 0 81 , 2 7 , 0 4

cm4

Jp = 2551 + 333,4 = 2884,4 cm4

rA =  10 , 7  2 , 81 2  11 , 72  14 , 1cm

-ứng suất : (hàn 2 bên)

1005 1

, 14 4 , 2884 2

10 15 , 41 r

J

A

h

p

526 38 , 30

.

2

10 320

F

h

- Tổng ứng suất :

Chọn góc  nh hình vẽ, trong đó:

cos 0 , 560

1 , 14

81 , 2 7 , 10







 Hình 2-12 sin 0 , 830

1 , 14

7 , 11







Mx = M sin = 1005.0,830 = 834 daN/cm2

My = M cos = 1005.0,560 = 563 daN/cm2

 max = Mx2Q  My2  8342526  5632  1371 daN/cm2

< Rg =1500 daN/cm2

Bài tập 1.

Xác định lực P để liên kết không bị phá hoại Cho biết : hh = 10mm,  = 0,7;

Rg = 1500 daN/cm2, m = 1 (hàn 2 bên)

Giải:

Hình 2-13

- Nội lực:

N = Px = Pcos = 0,7P kN ()

Q = Py = Psin = 0,7P kN (  )

M = 0,2 Py - 0,1 Px = 0,07P kNm (  )

N = 2 , 631 P

19 7 , 0 2

10 P 7 ,

 daN/cm2

Q = 2 , 631 P

19 7 , 0 2

10 P 7 ,

 daN/cm2

M = 8 , 310 P

19 7 , 0 2

10 07 , 0 6

2

4

 max = Q2 N  M2  P 2 , 6312 2 , 631  8 , 3102  1500 daN/cm2

Do đó P  133,45 kN

Bài tập 2 :

Kiểm tra liên kết cho ở hình dới Cho biết P = 20kN, Rk = 1800 daN/cm2

m = 0,9 Rch = 1300 daN/cm2

Giải:

Hình 2-14

- Nội lực :

N = 1,5P = 30 kN ()

Q = P = 20 kN ()

M = 0,25P - 0,1.1,5P = 0,1P = 2 kNm ( )

-ứng suất:

N=

19 2 , 1

10 20 5 ,

= 1316 daN/cm2

19 2 , 1

10 20 1 , 0 6

2

4

 daN/cm2

- Tổng hợp ứng suất:

maxkéo= N+ M = 1316 + 277 = 1593 < 0,9.1800 = 1620 daN/ cm2

max = Q = 158 / 0,9.1300 1170

19 2 , 1

10 20 2

3

2









h

R cm daN F

Q

daN/cm2

Bài tập làm thêm

Bài 1.

Tìm lực P lớn nhất để liên kết sau không bị phá hỏng: Rg = 1500 daN/cm2, m=1, =1, hh = 10mm (hàn 1 bên)

Giải:

H×nh 2-15 -§Æc trng h×nh häc:

Fh = 1(20+10+10) = 40 cm2

Syo = 1.20.0,5+2.1.10.5 = 110 cm3

xo = 2 , 75 cm

40

110 F

S

h

h

yo





12

20 9 12

22 10 2 5 , 10 10 1 12

1 10 12

20















3 2

3

cm 8 , 370 25

, 2 10 1 12

10 1 2 75 , 2 20 1 12

1























rA = 112  7 , 252 13 , 2 cm Jp = 3244,1 cm4

- Néi lùc: -øng suÊt:

M = 0,2.0,7P = 0,14P kNm M= 5,7P daN/cm2

- Tæng hîp øng suÊt:

 max =    2 h

Mx N 2 My

Q        R



cos = 0,833

132

110

 , sin = 0,549

132

5 , 72



Mx = 5,7P 0,833 = 4,748 P daN/cm2

My = 5,7P 0,549 = 3,129 P daN/cm2 H×nh 2-16 max = 1 , 75 4 , 7482 1 , 75 3 , 1292 8,126 P 1500











P

VËy P  184,6 kN

Bµi 2

KiÓm tra liªn kÕt cho nh h×nh vÏ 2-16,

biÕt P = 220KN, Rg = 1500 daN/cm2, m =

0,75,  = 1, hh = 10mm

Gi¶i:

H×nh 2-17

- §Æc trng h×nh häc:

Fh= 1(15.2 + 10) = 40 cm2

Sxoh = 1.10.0,5 + 2.1.15.8,5 = 260 cm3

cm 5 , 6 40

260

max

5 , 9

1126 y

J





3 2

3

1126 6

10 12

1 10 2

15 1 12

15 1













- Nội lực: - ứng suất:

40

10 220



4

cm / daN 928 5

, 118

10 11



- Tổng hợp ứng suất:

max = Q2 M2  5502 9282  1079 daN / cm2< 0,75.1500 = 1125 daN/cm2

Bài 3.

Tìm Pmax để liên kết sau an toàn, cho biết:  = 0,7 ; hh = 12 ; m = 0,85

Rg =1500 daN/cm2 (hàn 2 bên)

-Nội lực:

N = 1,5P kN ()

Q = P kN ()

M = 0,25P - 0,1.1.5P = 0,1P kNm (  )

- ứng suất:

2

cm / daN P 099 , 4 2 19 2 , 1 7 , 0

10 P 5 , 1



Q = 3,133P Hình 2-18 M = 9,893P

max = M + Q= 14,925P  0,85.1500

P  85,4 kN

Bài 4.

Tìm Pmax để liên kết sau không bị phá hỏng: Rk = Rn = 1800daN/cm2,

Rch =1300 daN/cm2 , m = 1

Giải:

- Nội lực :

N = P kN ()

Q = P kN (  )

M = 0,1P kNm () -ứng suất:

N = 2 5 , 263 P daN / cm2

19 1

10 P



Hình 2-19 M = P 16 , 6P

19 1

6 10 1 , 0

2

4

 k = (5,26 + 16,6)P = 21,85P < 1800.1

P = 1800/21,85=82,38 kN (theo điều kiện chịu kéo)

Q = 7 , 895 P 1300

19 1

10 P 2



 66 , 164

P  kN (theo điều kiện chịu cắt)

Vậy Pmax = 164,66 kN

Bài 5.

Tính Pmax để liên kết an toàn, cho: =0,7 ; hh=10mm, m=1, Rg=1500 daN/cm2,

- Nội lực :

N = 2P – 0,7P = 1,3P (kN) ()

Q = 0,7P (kN) (  )

M = 0,1.2P = 0,2P (kNm) ()

- ứng suất:

) / ( 94 , 23 19 7 , 0 2

10 2 , 0

) / ( 63 , 2 19 7 , 0 2

10 7 , 0

) / ( 89 , 4 19 7 , 0 2

10 3 , 1

2 2

4

2 2

2 2

cm daN P

cm daN P

cm daN P

M Q N



















Hình 2-20

- Tổng hợp ứng suất:

P

P 28 , 75 63

, 2 ) 74 , 23 89 , 4



28,75P  1500 vậy P  52,17 kN

Bài 6.

Kiểm tra liên kết sau, cho P = 163 KN, Rk = Rnh = 2100daN/cm2,

- Nội lực :

N = 163kN ()

Q = 163 ()

M = 0,2P - 0,1P = 0,1P = 16,3 kNm ()

- ứng suất:

2 2

2 2

4

2 2

/ 1105

85 , 0 1300 4 , 643 19

2

10 163 2 3

/ 6 , 1354 19

2

6 10 3 , 16

/ 9 , 428 19

2

10 163

cm daN

cm daN

cm daN

Q M N























H×nh 2-21

σmax= 428,9 + 1354,6 = 1778 daN/cm2 < 2100.0,85 = 1785 daN/cm2

KL: §êng hµn an toµn

Các bước làm bài tập chương 2

1- Phân biệt loại dường hàn, vẽ diện tích đường hàn Fh

- Xác định trọng tâm O của mối hàn, hệ tọa độ qtctt XOY

- Xác định cường độ tính toán của đường hàn : m.Rkh, m.Rnh

- Tính các đặc trưng hình học của diên tích tính toán Fh

2- Xác định nội lực M,N,Q trong đường hàn do hệ ngoại lực gây ra từ các phương trình hình chiếu :

X = 0  N ( giá tri, đơn vị (kN, N, daN), chiều vec tơ )

Y = 0  Q ( giá tri, đơn vị (kN, N, daN), chiều vec tơ )

Mo= 0  M ( giá trị, đơn vị(kNm, daNcm, Nmm , chiều quay momem)

3- Tính ứng suất trong đường hàn do M,N,Q gây ra tại các điểm ( A,O,B ) và vẽ biểu đồ phân bố ứng suất trong đường hàn

Hàn đối đầu:

h N

F

N



 , M =

h

W





b x

h x Q

J

QS

 ( nếu hình CN:

h Q

F

Q

2

3



Hàn góc:

N =

h

F

N , M =

h

W

M , Q =

h

F Q

4- Tổng hợp các vec tơ ứng suất, tìm ứng suất lớn nhất tại các điểm để kiểm tra, so sánh

Hàn đối đầu: σmaxk(n) = M  N  Rhk(n)

max = Q  Rhc

Đường hàn góc: 2 trường hợp sau

 Mặt phẳng momen  mặt phẳng Fh :

max =  (M + N )2 + Q2 ≤ m.Rgh

 Mặt phẳng momen // mặt phẳng Fh :

max =  N Q M   m.Rgh