BÀI 2: TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CỦA MỐI HÀN

BÀI 2: TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CỦA MỐI HÀN I MỤC TIÊU CỦA BÀI: - Nắm ứng suất mối hàn, tiêu chí đánh giá độ bền mối hàn - Tính độ bền mối hàn giáp mối, mối hàn góc mối hàn tổng hợp - Thực tốt công tác an toàn vệ sinh phân xưởng II Nội dung Tính toán mối hàn giáp mối a ứng suất cho phép mối hàn: Khi tính toán mối hàn kết cấu kim loại có hai phương pháp xác định ứng suất cho phép: Phương pháp thứ nhất: ứng suất cho phép mối hàn lấy trị số cho sẵn (trong bảng) dựa theo sức bền tính toán mối hàn Cách chủ yếu dùng xây dựng công trình công nghiệp Phương pháp thứ hai: ứng suất cho phép mối hàn xác định theo tỷ lệ với ứng suất cho phép kim loại Về phương diện công nghệ phương pháp đủ xác, hàn tính kim loại mối hàn phụ thuộc nhiều vào tính kim loại Để xác định ứng suất cho phép mối hàn người ta chia mối hàn làm hai nhóm: + Nhóm 1: Gồm mối hàn thực hàn tự động, bán tự động hay hàn hồ quang tay với que hàn chất lượng cao N42A N50A + Nhóm 2: Gồm mối hàn thực hàn hồ quang tay với que hàn chất lượng thường - Ứng suất cho phép mối hàn xác định theo bảng sau: Dạng trình công nghệ Nhóm Nhóm ứng suất cho phép mối hàn kN/cm2 Kéo [ σ ]’k Nén [ σ ]’n Cắt [ τ ]’ [ σ ]k 0,9 [ σ ]k [ σ ]k [ σ ]k 0,65 [ σ ]k 0,60 [ σ ]k Trị số cho bảng thép bon thấp, trung bình thép hợp kim thấp Ví dụ: Thép CT-3 có ứng suất cho phép [ σ ]k = 16kN/cm2 Vậy ứng suất cho phép mối hàn là: - Khi hàn que hàn N 42A thì: [ σ ]’k = [ σ ]’n = [ σ ]k = 16 kN/cm2 [ τ ]’ = 0,65 [ σ ]k = 10 kN/cm2 - Khi hàn que hàn N 42 thì: [ σ ]’k = 0,9 16 = 14,4 kN/cm2 [ σ ]’n = [ σ ]k = 16 kN/cm2 [ τ ]’ = 0,60 [ σ ]k = 9,6 kN/cm2 b Tiêu chí tính toán độ bền mối hàn • Khi tính toán độ bền kết cấu hàn cần phải lưu ý cho liên kết hàn phải có độ bền ngang với kim loại phần tử kết cấu điều kiện làm việc tải trọng tác động (tải trọng tĩnh hay động …) • Trong kết cấu hàn phần yếu kết cấu khu vực mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Vì việc áp dụng công nghệ hợp lý để nâng cao chất lượng mối hàn quan trọng • Cơ tính kết cấu hàn phụ thuộc vào hình dáng hợp lý kết cấu Khi thiết kế mối hàn sử dụng phương pháp hàn hợp lý, chọn phương pháp gia công nhiệt luyện kết cấu hàn thích hợp tính kết cấu tăng • Trong kết cấu hàn có độ bền đồng kim loại mối hàn đạt yêu cầu tiết kiệm (vì tận dụng tối đa tuổi thọ phần tử kết cấu) Độ bền mối hàn giảm khả chịu tả toàn kết cấu không cho phép sử dụng triệt để tiết diện làm việc phận c Tính toán độ bền mối hàn giáp mối Khi có liên kết hàn giáp mối chịu tác dụng ngoại lực theo thiết kế chịu ứng lực cho phép là: - Khi chịu lực kéo N = [ σ ]k F (kN) - Khi chịu nén dọc: N = [ σ ]n F (kN) - Khi chịu uốn: M = [ σ ]k W (kNcm) F – diện tích tiết diện ngang phần tử xét (cm2) W – Mô duyn chống uốn tiết diện ngang (cm3) W= b2 s Tương tự ta tính ứng lực cho phép mối hàn là: - Khi chịu kéo N’ = [ σ ]’k F (kN) - Khi chịu nén dọc: N’ = [ σ ]’n F (kN) - Khi chịu uốn: M’ = [ σ ]’k W (kNcm) đây: F – tiết diện ngang mối hàn bỏ qua phần nhô lên mối hàn nên ta có: F=S.L (cm2) S – chiều dày kim loại (cm) L – chiều dài tính toán mối hàn (cm) (L = Lthực - 2S) Nếu lực tác dụng lên mối hàn nơi xung yếu P ứng suất phát sinh mối hàn là: σ = ’ Điều kiện bền là: P F σ’ ≤ [ σ ]’ • Ví dụ Tính ứng lực cho phép mối hàn liên kết hàn giáp mối biết vật liệu thép C – có • [ σ ]k = 16kN/cm2, S = 5mm, L = 300mm • Mối hàn thực với que hàn chất lượng thường Ví dụ 2: Cho mối hàn giáp mối hình vẽ Biết lực kéo N=260KN , ,[Ϭ] =28KN/cm2, chiều dày S = 8mm Hãy xác định chiều rộng ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền? N N B S Tính toán mối hàn góc Khi hàn góc thường có dạng liên kết sau: L1 L2 Sơ đồ mối hàn góc chịu lực kéo Khi chịu lực tác dụng liên kết hàn góc chịu ứng suất pháp ứng suất cắt Song độ bền cắt nhỏ nên cần kiểm nghiệm theo ứng suất cắt Do ứng lực cho phép tính là: N’ = [ τ ]’ h L (kN) đây:h L = F (cm2) L – chiều dài mối hàn h – chiều cao mối hàn K – cạnh mối hàn thường lấy chiều dầy vật hàn Vậy: N' = [ τ ]’ 0,7 K L (kN) • Ví dụ 1: Tính ứng lực cho phép mối hàn liên kết hàn góc • Biết vật liệu thép C – có [ σ ]k = 16kN/cm2, • S = 5mm, L = 300mm • Mối hàn thực với que hàn chất lượng thường Ví dụ 2: Cho kết cấu chịu lực hình vẽ: Biết lực kéo N = 450KN, = 28KN/cm2, B = 260mm Viết công thức kiểm nghiệm độ bền mối hàn xác định bề dày ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền? Giải:Theo thuyết bền ta có công thức kiểm nghiệm độ bền mối hàn: N τ= ≤ [ τ]h 2.h.B Trong đó: τ ứng suất tiếp [τ ] h ứng suất tiếp giới hạn h chiều dày tính toán mối hàn góc Đây mối hàn chồng nên để đảm bảo điều kiện bền biểu thức sau phải thoả mãn: N τ= ≤ [ τ] h 2.h.B Trong đó: [τ ] h = 0,65.[σ ] h N Thay giá trị vào biểu thức ta có: τ= ≤ 0,65.28 2.h.26 h≥ 450 ≈ 0,48cm 2.26.0,65.28 - Như để mối hàn đảm bảo độ bền ta chọn bề dày ghép S = mm • BT.1 Tính ứng lực cho phép mối hàn liên kết hàn góc biết vật liệu thép C T– có [ σ ]k = 20kN/cm2, S = 5mm, L = 350mm • Mối hàn thực với que hàn chất lượng cao BT.2 Tính ứng lực cho phép mối hàn liên kết hàn góc biết vật liệu thép C T– có [ σ ]k = 20kN/cm2, S = 6mm, L = 300mm Mối hàn thực với que hàn chất lượng thường • Bài tập Xác định chiều dài mối hàn liên kết hàn góc để liên kết chịu ứng lực • N = 250 kN Biết: vật liệu thép C – có • [ σ ]k = 16kN/cm2, S = 5mm Mối hàn thực với que hàn chất lượng cao Bài tập Xác định chiều dài mối hàn liên kết hàn góc để liên kết chịu ứng lực N = 300 kN Biết: vật liệu thép CT – có [ σ ]k = 20kN/cm2, S = 6mm Mối hàn thực với que hàn chất lượng thường Tính toán mối hàn tổng hợp * TH1: Đối với chi tiết đối xứng Trong liên kết tổ hợp ta việc tính theo nguyên tắc cộng tác dụng N’ = N’ngang + 2N’dọc L1 L3 L2 Sơ đồ liên kết tổ hợp mối hàn đối xứng Suy ra: N’ = [ τ ]’ 0,7K L L – tổng chiều dài tính toán đường hàn Theo hình vẽ ta có L = L1 + L2 + L3 • • • • Từ công thức ta tính chiều dài mối hàn cần thiết để đảm bảo yêu cầu làm việc với ứng lực N’ hay xác định chiều dài mối hàn để đảm bảo cho kết cấu làm việc với tuổi thọ tối đa * TH2: Đối với chi tiết bất đối xứng L1 L3 L2 Sơ đồ liên kết tổ hợp mối hàn chi tiết bất đối xứng • Khi hàn chi tiết bất đối xứng lên phẳng (như thép góc) ta cần bố trí đường hàn cho lực tác dụng (kéo hay nén) qua mặt trung tâm thép góc, lực không phân bố sang hai phía nên có nghĩa đường hàn dọc hai phía có chiều dài không N’dọc = N’2 + N’3 • • Thường lấy N’ = 0,7 N’ ; N’ = 0,3 N’ • Ví dụ: Cho liên kết hàn hình vẽ: thép góc loại 90 x 90 x Vật liệu thép CT-3 Có [ σ ]k = 20 kN/cm2; cho mối hàn L1 ; L3 có K = 9mm • L2 có K = 12mm [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L1 L3 L2 Thép goc 90X90X9 • BT Cho liên kết hàn hình vẽ: thép góc loại 90 x 90 x • Vật liệu thép CT: Có [ σ ]k = 16 kN/cm2; cho mối hàn L2 có K = 10mm [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 Thép goc 90X90X7 L2 • BT2: Cho liên kết hàn hình vẽ: thép góc loại 70 x 70 x Vật liệu thép CT Có áT = 18 kN/cm2; Biết [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 • L2 Thép goc 70X70X7 • BT3: Cho liên kết hàn hình vẽ: thép góc loại 50 x 50 x Vật liệu thép CT có ϬT = 24 kN/cm2; Biết [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 • L2 Thép goc 50X50X5 1.5 An toàn lao động – vệ sinh phân xưởng + An toàn lao động: Đảm bảo an toàn cho người thiết bị suốt trình học tập + Vệ sinh phân xưởng: - Thu dọn thiết bị, dụng cụ - Vệ sinh phân xưởng - Nhắc nhở nhiệm vụ cho học sau [...]... Vật liệu là thép CT: Có [ σ ]k = 16 kN/cm2; cho mối hàn L2 có K = 10mm và [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 Thép goc 90X90X7 L2 • BT2: Cho liên kết hàn như hình vẽ: thanh thép góc loại 70 x 70 x 7 Vật liệu là thép CT Có áT = 18 kN/cm2; Biết [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 • L2 Thép goc 70X70X7 • BT3: Cho liên kết... thức sau phải thoả mãn: N τ= ≤ [ τ] h 2. h.B Trong đó: [τ ] h = 0,65.[σ ] h N Thay các giá trị vào biểu thức ta có: τ= ≤ 0,65 .28 2. h .26 h≥ 450 ≈ 0,48cm 2. 26.0,65 .28 - Như vậy để mối hàn được đảm bảo độ bền ta chọn bề dày của tấm ghép là S = 7 mm • BT.1 Tính ứng lực cho phép của mối hàn trong liên kết hàn góc biết vật liệu cơ bản là thép C T– 3 có [ σ ]k = 20 kN/cm2, S = 5mm, L = 350mm • Mối hàn được... dọc ở hai phía có chiều dài không bằng nhau N’dọc = N 2 + N’3 • • Thường lấy N’ = 0,7 N’ ; N’ = 0,3 N’ • Ví dụ: Cho liên kết hàn như hình vẽ: thanh thép góc loại 90 x 90 x 9 Vật liệu là thép CT-3 Có [ σ ]k = 20 kN/cm2; cho mối hàn L1 ; L3 có K = 9mm • L2 có K = 12mm và [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L1 L3 L2 Thép goc 90X90X9 • BT 1 Cho liên kết hàn như hình vẽ:... ]k = 20 kN/cm2, S = 4mm, L = 25 0mm • Mối hàn được thực hiện với que hàn chất lượng thường Bài tập 2 Tính ứng lực cho phép của mối hàn trong liên kết hàn giáp mối biết vật liệu cơ bản là thép CT có [ σ ]k = 22 kN/cm2, S = 6mm, L = 350mm Mối hàn được thực hiện với que hàn chất lượng cao • Bài tập 3 Xác định chiều dài của mối hàn trong liên kết hàn giáp mối để liên kết chịu được ứng lực là • N = 25 0 kN... – 3 có [ σ ]k = 16kN/cm2, • S = 5mm, L = 300mm • Mối hàn được thực hiện với que hàn chất lượng thường Ví dụ 2: Cho kết cấu chịu lực như hình vẽ: Biết lực kéo N = 450KN, = 28 KN/cm2, B = 26 0mm Viết công thức kiểm nghiệm độ bền mối hàn và xác định bề dày của tấm ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền? Giải:Theo thuyết bền ta có công thức kiểm nghiệm độ bền mối hàn: N τ= ≤ [ τ]h 2. h.B Trong đó: τ là ứng... ]k = 16kN/cm2, S = 5mm Mối hàn được thực hiện với que hàn chất lượng cao Bài tập 4 Xác định chiều dài của mối hàn trong liên kết hàn giáp mối để liên kết chịu được ứng lực là N = 300 kN Biết: vật liệu cơ bản là thép CT – 3 có [ σ ]k = 20 kN/cm2, S = 6mm Mối hàn được thực hiện với que hàn chất lượng thường Bài tập 5: Cho mối hàn giáp mối như hình vẽ: Biết rằng lực kéo N =26 0 KN,[Ϭ] =28 KN/cm2, Vật liệu... hàn chất lượng cao BT .2 Tính ứng lực cho phép của mối hàn trong liên kết hàn góc biết vật liệu cơ bản là thép C T– 3 có [ σ ]k = 20 kN/cm2, S = 6mm, L = 300mm Mối hàn được thực hiện với que hàn chất lượng thường • Bài tập 3 Xác định chiều dài của mối hàn trong liên kết hàn góc để liên kết chịu được ứng lực là • N = 25 0 kN Biết: vật liệu cơ bản là thép C – 3 có • [ σ ]k = 16kN/cm2, S = 5mm Mối hàn được... = 20 kN/cm2, S = 6mm Mối hàn được thực hiện với que hàn chất lượng thường 3 Tính toán mối hàn tổng hợp * TH1: Đối với chi tiết đối xứng Trong một liên kết tổ hợp thì ta chỉ việc tính theo nguyên tắc cộng tác dụng N’ = N’ngang + 2N’dọc L1 L3 L2 Sơ đồ liên kết tổ hợp các mối hàn đối xứng Suy ra: N’ = [ τ ]’ 0,7K L L – là tổng chiều dài tính toán của các đường hàn Theo hình vẽ thì ta có L = L1 + L2 +... kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 • L2 Thép goc 70X70X7 • BT3: Cho liên kết hàn như hình vẽ: thanh thép góc loại 50 x 50 x 5 Vật liệu là thép CT có ϬT = 24 kN/cm2; Biết [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 • L2 Thép goc 50X50X5 1.5 An toàn lao động – vệ sinh phân xưởng + An toàn lao động: Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong suốt quá trình học tập + Vệ... kết cấu đảm bảo điều kiện bền 2 Tính toán mối hàn góc Khi hàn góc thường có các dạng liên kết sau: L1 L2 Sơ đồ mối hàn góc chịu lực kéo Khi chịu lực tác dụng thì trong liên kết hàn góc sẽ chịu cả ứng suất pháp và ứng suất cắt Song độ bền cắt nhỏ hơn nên chỉ cần kiểm nghiệm theo ứng suất cắt Do đó ứng lực cho phép sẽ được tính là: N’ = [ τ ]’ h L (kN) ở đây:h L = F (cm2) L – là chiều dài mối hàn h ... 0,65 .28 2. h .26 h≥ 450 ≈ 0,48cm 2. 26.0,65 .28 - Như để mối hàn đảm bảo độ bền ta chọn bề dày ghép S = mm • BT.1 Tính ứng lực cho phép mối hàn liên kết hàn góc biết vật liệu thép C T– có [ σ ]k = 20 kN/cm2,... [ σ ]k = 20 kN/cm2, S = 4mm, L = 25 0mm • Mối hàn thực với que hàn chất lượng thường Bài tập Tính ứng lực cho phép mối hàn liên kết hàn giáp mối biết vật liệu thép CT có [ σ ]k = 22 kN/cm2, S = 6mm,... thép CT: Có [ σ ]k = 16 kN/cm2; cho mối hàn L2 có K = 10mm [ τ ]’ = 12 kN/cm2 Tính chiều dài mối hàn để kết cấu có tuổi thọ tối ưu L3 L1 Thép goc 90X90X7 L2 • BT2: Cho liên kết hàn hình vẽ: thép