tính toán mối ghép hàn

Mục Lục TÍNH TOÁN MỐI GHÉP HÀN CHỒNG TÍNH TOÁN MỐI GHÉP HÀN CHỒNG Mối hàn trong mối ghép hàn chồng gọi là mối hàn góc và được tính toán theo ứng suất cắt trên mặt cắt có diện tích nhỏ n

Mục Lục TÍNH TOÁN MỐI GHÉP HÀN CHỒNG

TÍNH TOÁN MỐI GHÉP HÀN CHỒNG

Mối hàn trong mối ghép hàn chồng gọi là mối hàn góc và được tính toán theo ứng suất cắt trên mặt cắt có diện tích nhỏ nhất, nằm trên mặt phẳng phân

giác góc vuông mặt cắt ngang của mối hàn (H.20.11) Trong đó cách tính toán chiều dày mối hàn gốc được lấy bằng 0,7k, trong đó k là chiều cao mối hàn ( H.20.11) Chiều cao mối hàn k thông thường bằng chiều dày δ tấm ghép ( theo tính toán thì k có thể nhỏ hơn δ, tuy nhiên khi δ ≥ 3 thì kmin = 3mm)

i. Chịu tác dụng lực F đi qua trọng tâm mối hàn

Tải trọng 2F tác dụng lên hai mối hàn (H.20.11), ứng suất cắt tính toán τ’ trong mối hàn được xác định theo công thức:

[ ]

0,7

F kl

Trong đó:l - chiều dài mối hàn;

[τ’] - Ứng suất cắt cho phép mối hàn ( bảng 20.2) Công thức trên chỉ đúng khi hàn tự động hoặc bán tự động nhưng nhiều lần hàn hoặc khi hàn bằng tay Khi số lần hàn là 2 hoặc 3 nhưng hàn tự động ta thay 0,7 bằng 0,8; khi điều kiện như trên nhưng hàn tự động thay 0,7 bằng 0,9; khi hàn tự động một lần thay 0,7 bằng 1,1

Trong mối hàn có sự tập trung ứng suất lớn ( bảng 20.3) và ứng suất phân

bố không đều theo chiều dài mối hàn cũng như trong chi tiết ghép ( H.20.13) Chiều dài mối hàn chính diện (H.20.12a) thông thường được lấy bằng chiều rộng của chi tiết hàn

Chiều dài mối hàn cạnh (H.20.12b) được xác định khi tính toán theo độ bền:

[ ]

0, 7

F

k τ

=

′

l

(20.9)

Hình 20.12 Mối ghép hàn chồng

Ví dụ 20.1: Xác định tải trọng cho phép đối với kết cấu kim loại cần trục trong

mối ghép hàn chồng (H.20.2a) từ các tấm có tiết diện 160 x 6mm Ứng suất trong mối hàn thay đổi từ min max

0,6

đến max

σ Trên mối ghép thực hiện mối hàn chính diện tác dụng lực kéo F Vật liệu tấm thép CT38 Que hàn AWS Hàn bằng tay

Giải:

1 - Xác định ứng suất kéo cho phép theo công thức (20.1) cho các tấm thép từ

CT38 (theo bảng 20.2);σch = 240MPa s;[ ] =1,5

:

[ ] [ ] 240.1 160

1,5

ch

s

σ

2 – Xác định hệ số, xét đến ảnh hưởng thay đổi tải trọng (20.2):

γ =(aKσ b) (1 aKσ b r)

(0,58.2 0,26) (0,58.2 0,261 ) ( 0,6) 0,51

Trong đó: a = 0,58; b = 0,26; Kσ = 2 và r = -0,6

3 - Ứng suất cắt và kéo cho phép trong mối hàn:

[ ]τ′ =0,6[ ]σ γk =0,6.160.0,51 48,96= MPa

[ ] [ ]σr′ = σ γk = 160.0,51 81,6 = MPa

4 – Chọn chiều dài mối hàn chính diện từ một phía mối ghép tính đến hàn

không thấu ở hai đầu mối hàn và miệng hàn ở cuối mối hàn l = 150mm khi chiều

rộng tấm ghép 160mm

5 – Xác định tải trọng cho phép trên mối hàn chồng về 2 hướng của mối hàn chính diện khi k = 6mm

F = 2.0,7kl[ ] τ′ =2.0,7.6.150.48,96 61689,6= N

6 – Kiểm nghiệm ứng suất tai vị trí mối ghép theo công thức:

64,26 6.160

k

F

MPa l

σ δ

Điều kiện bền được thỏa:

[ ]σ′ =84,76MPa

>

64, 26

σ =

Thông thường, để tăng hiệu qủa sử dụng vật liệu người ta thay thế mối hàn góc chính diện bởi mối hàn chéo góc (hai bên)

7 – Xác định chiều dài mối hàn chéo góc (hai bên) từ điều kiện bền đều

mối ghép:[ ] σ δ′ l =[ ] τ′ 2.0,5kl c

[ ] [ ]2.0,5 48,96.2.0,5.681,6.160.6 266,7

c

l

k

σ δ τ

′

′

a. Mối hàn cạnh (hai bên) không đối xứng

Trong trường hợp mối hàn cạnh không đối xứng (H.20.14), mỗi mối hàn được tính theo tải trọng tác dụng riêng Khi tác dụng tải trọng F trên thép góc ( thép chữ V), mỗi mối hàn H.20.14 chịu tác dụng tải trọng F1 và F2 xác định theo công thức:





(20.10)

Từ đây suy ra:

2 1

Fe F

e e

= +

Và:

1 2

Fe F

e e

= +

(20.12)

Khi cùng tiết diện mặt cắt ngang mối hàn giữa F1 và F2 và l1, l2 có sự liên

hệ sau:

(20.13) Sau khi xác định tải trọng F1 và F2 ta tiến hành tính toán chiều dài mối

hàn l 1 và l 2 theo công thức (20.12)

Hình 20.13 Tập trung ứng suất mối hàn Hình 20.14 Mối hàn cạnh không đối

xứng

b. Mối hàn hỗn hợp ( chính diện và hai bên)

Khảo sát mối hàn hỗn hợp được sử dụng phổ biến như trên hình 20.15 Khi tác dụng lên mối hàn hỗn hợp tải trọng F ( H.20.15b) ta có công thức kiểm nghiệm độ bền cắt:

( ) [ ]

F

k l l

+

(20.14)

Và công thức thiết kế:

[ ]

0,7

F

k τ

′

(20.15)

Hình 20.15 Mối hàn hỗn hợp

ii. Chịu tác dụng momen M

Nếu mối ghép hàn chồng chịu tác dụng bởi momen M trong mặt phẳng hàn (H.20.16) thì tính toán mối hàn theo công thức:

[ ]

2

6 0,7

M k

τ′= ≤ τ′

l

(20.13)

Mối hàn hốn hợp

Khi tác dụng lên mối hàn hỗn hợp moomen uốn M (H.20.14a), ta tính toán kiểm nghiệm theo độ bền cắt:

[ ]

max max

p

M J

ρ

τ′ = ≤ τ′

(20.14) Trong đó: max

τ ′

- ứng suất cắt tính toán lớn nhất tại điểm hàn có vị trí xa nhất từ trọng tâm mối hàn

max

ρ

– khoảng cách từ trọng tâm mối hàn đến vị trí mối hàn xa nhất

J

– momen quán tính độc cực tiết diện mặt cắt nguy hiểm của mối hàn đối với trọng tâm mối hàn

Đối với mối hàn đang khảo sát (H.20.15a) vị trí trọng tâm xác định bằng

khoảng cách c:

2 2

1 2 2

l c

= +

(20.18)

Theo hình 20.15a:

2

2 1

2

l

l c

 

(20.19) Momen quán tính độc cực P

J

xác định bằng tổng momen quán tính đối

với các trục x

J

và y

J

:

P x y x y x y

J = + = J J J + J + J + J

trong đó momen quán tính với chỉ số 1 đối với mối hàn chính diện và chỉ số 2

đối với mối hàn cạnh Để tính toán mối hàn theo hình 20.15a,b, ta xác định P

J

theo công thức:

( )3 3

2 2

1

p

J k l c   − + 

=  + ÷+  + 

(20.20)

iii. Chịu tác dụng momen M và lực kéo F

Khi tác dụng đồng thời lên mối ghép hàn chồng momen uốn M và tải trọng F vuông góc với mối hàn (H.20.16) thì ứng suất cắt xác định theo công thức:

[ ]

2

6

kl kl

τ′= + ≤ τ′

(20.21)

iv. Chịu tác dụng lực F không qua trọng tâm mối hàn

Trongmối ghép hàn chồng trên hình 20.18 ta dời lực F về trọng tâm mối hàn, khi đó mối hàn chịu tác dụng momen uốn M = Fa và tải trọng F song song

với mối hàn, ứng suất được xác định theo công thức ( do hai hướng ứng suất vuông góc nhau):

[ ]

2

2

6 0,7 0,7

τ′=   ÷ + ÷≤ τ′

(20.19)

Hình 20.18

Đối với mối hàn trên hình 20.19a ta dời lực F về trọng tâm G mối hàn, khi đó mối hàn chịu tác dụng momen uốn M=Fa và tải trọng F vuông góc với

mối hàn (H.20.19b,c,d)

Ứng suất cắt do lực F gây nên ( H.20.19e):

2.0,7

F

F kl

τ ′ =

(20.22) Ứng suất do momen M gây nên (H.20.19f):

2 2

3

2 0,7 3

M

l

Mr

τ

 −  +

 ÷

 

′ = =

+

(20.23) Trong đó: r – khoảng cách từ trọng tâm đến vị trí xa nhất mối hàn:

2 2

1

 ÷  ÷

J – momen quán tính độc cực của tất cả mối hàn đối với trọng tâm:

2 2 2

2 2 1

0,7

G

Theo hình 20.19g ta sử dụng công thức cosin để xác định ứng suất cắt τ ′

[ ]

τ ′ = τ ′ + τ ′ + τ τ ′ ′ α ≤ τ ′

(20.22)

Với

+

Hình 20.19

Bảng 20.5 Bảng công thức xác định trọng tâm và mômen quán tính độc

cực vị [ ]79

Mối hàn Diện tích ngang Trọng tâm G Mômen quán tính độc cực đơn vị

0,70

2

x

=

=

3 12

u

J =d

1, 41

2

x b

=

6

u

=

( )

0,707 2

A= h b d+ ( )

2

2 2 2

b x

b d d y

b d

=

+

=

+

4 2 2 6 12

u

J

b d

=

+

0,70 2

A= h b d+

2

2 2

b x

b d

y d

= +

=

8 6

u

J

b d

+

1,41

2

=

6

u

b d

=

1, 414

A= πhr J u =2πr3

Ví dụ 20.2 xác định chiều dài mối hàn, giữa thép góc 100x100x10 với

thanh ngang (H.20.20) Mối ghép cần có độ bền đều với chi tiết ghép Thanh ngang và thép góc chế tạo từ thép CT38: σch = 240MPa s,[ ] = 1,5

Giải :

1 – Xác định ứng suất kéo cho phép thép góc theo công thức (20.1) với vạt liệu chọn là CT38: σch = 240MPa s,[ ] = 1,5

[ ] [ ] 240.1 160

1,5

ch

s

σ

2 – Xác định ứng suất cắt cho phép trong mối hàn theo bảng 20.2 với que hàn E43:

[ ]τ =0,6[ ]σk =0,6.160 96= MPa

3 – Tìm tải trọng mà thép góc có thể chịu được với tiết diện mặt cắt ngang A = 1920mm2 (theo tiêu chuẩn với thép góc 100x100x10):

[ ]k 1920.160 307200

4 – Xác định tổng chiều dài cần thiết mối hàn góc cạnh và mối hàn chính diện với giá trị k = =δ 10mm

:

F

k τ

′

5 – Chiều dài các mối hàn cạnh:

457 100 357

canh cd

Với cd

l

là chiều dài mối hàn chính diện

6 – Xác định tải trọng đi qua các mối hàn cạnh

307200.357

239979 457

canh canh

Fl

l

7 – Mối hàn cạnh phân bố không đối xứng qua trọng tâm mặt cắt thép góc Khoảng cách này ta lấy theo tiêu chuẩn a = 28,3mm; b = 100 – 28.3 =

71,7mm (bảng tra thép chữ V) Vì tải trọng mối hàn cạnh phân bố theo quy luật cánh tay đòn (tỷ lệ tải trọng và chiều dài không đổi):

2

28,3

239979 67814

100

canh

a

a b

+

1 canh 2 239979 67814 172165

8 – Ta tìm chiều dài của mối hàn cạnh:

[ ]

1 1

172165

256 0,7 0,7.10.96

F

k τ

′

Tính đến các khuyết tật mối hàn (hàn không thấu ở đầu miệng hàn ở cuối mối hàn) ta tăng chiều dài mối hàn cạnh và chọn:

l = mm

; 2

117