3.1. Cơ sở tính toán
Liên kết hàn chồng được tạo nên từ các mối hàn góc. Các mối hàn góc thường có hình dáng khác nhau:
- loại bình thường: có dạng là 1 tam giác vuông cân cạnh huyền thẳng. - lồi: tam giác vuông cân cạnh huyền lồi.
- lõm: tam giác vuông cân cạnh huyền lõm.
30
Hình 2.4: Các loại mối hàn góc
Trong thực tế thiết kế, thường người ta sử dụng mối hàn góc loại bình thường với cạnh góc vuông( cạnh mối hàn là K). Mối hàn góc loại tam giác vuông với các cạnh góc vuông khác nhau thường phải tiến hành gia công cơ tạo sự chuyển tiếp đều đặn phần chuyển tiếp từ kim loại cơ bản sang kim loại mối hàn, đặc biệt khi kết cấu làm việc dưới tác dụng của tải trọng biến đổi.
Chiều sâu ngấu của mối hàn phụ thuộc rất nhiều vào quá trình hàn được sử dụng: Ví dụ, hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc có chiều sâu ngấu lớn hơn nhiều so với hàn hồ quang tay, hàn bằng diện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ.
Hình 2.5: Chiều sâu ngấu phụ thuộc vào quá trình hàn
a) hàn hồ quang tay; b) hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ.
Khả năng chịu lực của liên kết hàn chồng phụ thuộc vào kích thước của tiết diện tính toán của mối hàn góc( còn gọi là tiết diện nguy hiểm). Tiết diện tính toán chứa
chiều dày tính toán mối hàn góchp .
Chiều dày tính toán mối hàn góc phụ thuộc vào chiều sâu ngấu và quy trình hàn được áp dụng nên việc xác định hình dạng và kích thước thực của nó rất khó khăn và phức tạp. Chính vì thế. trong tính toán bền, chiều dày tính toán mối hàn góc có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau:
hp = K
Tiêu chuẩn GOST lấy hệ số lấy như sau:
- Hàn hồ quang tay, hàn tự động nhiều lớp , bán tự động nhiều lớp: =0,7 - Hàn bán tự đông 2->3 lớp: =0,8
31
- Hàn tự động 2->3 lớp và hàn bán tự động 1 lớp : = 0,9 - Hàn tự động 1 lớp : =1,0 -1,1
Chiều dày tính toán mối hàn góc hp tối thiểu trong kết cấu máy là 3mm, trừ khi vật liệu có chiều dày mỏng hơn 3mm. Chiều dày tính toán mối hàn góc hp tối đa không bị hạn chế, nhưng loại mối hàn có cạnh K>20mm ít gặp trong thực tế.
Với lý do công nghệ, chiều dày tính toán của mối hàn góc có thể lấy trong giới hạn sau đây:
Và chiều dày tính toán của mối hàn góc tối đa cũng không thể vượt quá 0,7 lần chiều dày chi tiết hàn, tức là maxhp = 0,7 minS
Trong liên kết hàn chồng, các chi tiết được đặt chồng lên nhau. Phụ thuộc vào phương trục của các mối hàn góc so với phương của lực tác dụng, nguời ta phân biệt:
- Mối hàn ngang: nằm thẳng góc với lực tác dụng. - Mối hàn dọc: cùng phương với lực tác dụng.
- Mối hàn xiên: hợp với chiều của lực tác dụng 1 góc nào đó. -
Có thể khảo sát riêng cho từng trường hợp
3.2. Bài tập áp dụng
3.2.1. Mối hàn ngang trong liên kết hàn chồng
c – kích thước phần chồng. Hình 2.6: Liên kết hàn chồng
Lực P chuyển qua 2 mối hàn nghĩa là có hai mối hàn tham gia chịu lực.
Do liên kết không nằm trên 1 mặt phẳng do đó có hiện tượng uốn (do lệch tâm). Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, nếu c ≥ ( 4 -> 5)s thì có thể bỏ qua ảnh hưởng của hiện tượng uốn.
5 , 0 max
32
Hình 2.7. Tiết diện tính toán của mối hàn góc.
Hãy xem xét khả năng chịu lực của các mối hàn góc: Trong mối hàn xuất hiện hai thành phần ứng suất: ứng suất pháp trên mặt đứng và ứng suất tiếp trên mặt nằm ngang của mối hàn
Có nhiều quan điểm tính toán khác nhau, tuy nhiên phổ biến nhất là quy tắc: Độ bền của mối hàn góc phải đượckiểm tra theo chế độ cắt trên tiết diện được coi là nguy hiểm nhất.
Dưới tác dụng của tải trọng tĩnh , trên hình vẽ, tiết diện được coi là nguy hiểm nhất chính là tiết diện 0-3 có với chiều dày tính toán hp = .K. Theo điều kiện bền, ứng suất xuất hiện trên đó không được lớn hơn ứng suất cho phép khi cắt của liên kết hàn góc. Như vậy, công thức để xác định ứng lực cho phép đối với liên kết hàn chồng có 1 mối hàn ngang sẽ là:
'. . .
N K l
để cho liên kết có 2 mối hàn ngang sẽ là:
2. '. . .
N K l
* Ví dụ:Cho kết cấu chịu lực như hình vẽ:
Biết lực kéo N = 450KN, '= 28KN/cm2, B = 260mm. Sử dụng phưng pháp hàn hồ quang tay, tiết diện ngang của mối hàn là loại bình thường (có dạng là 1 tam giác vuông cân cạnh huyền thẳng)
Xác định bề dày (s) của tấm ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền?
Bài giải:
33
2. '. . .
N K l
Tiết diện ngang của mối hàn là loại bình thường S = K
2. '. .. 2. '. .. N K l
l: chiều dài tính toán của mối hàn, lấy bằng chiều rộng B của liên kết
450 0, 67
2.(0, 65.28).0, 7.26
K cm
Kết luận: Bề dày của tấm ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền S ≥ 0,67cm
(Trong thực tế không có loại thép theo tính toán, ta chọn lên loại thép có chiều dày gần nhất)
3.2.2. Mối hàn dọc trong liên kết hàn chồng
Trong liên kết xuất hiện 2 loại ứng suất:
- Do kim loại cơ bản và kim loại mối hàn cùng biến dạng với nhau trong các mối hàn dọc xuất hiện ứng suất dính kết. Như đã nói ở trên loại ứng suất này ta sẽ không xét đến khi kiểm tra bền của liên kết..
- Theo các mặt phẳng tiếp xúc của kim loại mối hàn với từng chi tiết hàn xuất hiện ứng suất cắt. Đây là loại ứng suất làm việc của liên kết.
Hình 2.8. Liên kết hàn dọc.
Tính toán độ bền các mối hàn tiến hành theo mặt phẳng cắt nguy hiểm nhất (trùng với đường phân giác của góc vuông). Khả năng chịu lực của liên kết dựa trên giả thuyết cho rằng ứng suất dọc theo mối hàn phân bố đều. Đối với liên kết đã giới thiệu, công thức tính sẽ có dạng:
Pmax = 2 '.K.l.
Nếu xét đến ảnh hưởng của sự tập trung ứng suất ( ta sẽ xem xét sau) chiều dài tính toán của các mối hàn dọc l≤50K.
3.2.3. Mối hàn xiên
34
Tính toán bền mối hàn xiên cũng tiến hành theo công thức:
P = '.K.l.
Hình 2.9. Mối hàn xiên.