CHƯƠNG 2: TÍNH ĐỘ BỀN CỦA MỐI HÀN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI
2. Tính toán độ bền mối hàn giáp mối
Liên kết hàn giáp mối(trong xây dựng còn gọi là đối đầu, giáp mép) :
Đặc điểm: Các chi tiết cùng nằm trong một mặt phẳng nên điều kiện truyền lực tốt, không bị uốn, hệ số tập trung ứng suất bé, cấu tạo đơn giản và ít chi phí vật liệu.
Có 2 loại: thẳng góc và xiên.
2.1.1. Liên kết hàn thẳng góc với ngoại lực F.
Ứng lực cho phép (lực kéo lớn nhất mà liên kết hàn có thể chịu được) tác dụng lên liên kết giáp mối sẽ là:
khi kéo Fk(max) = []’.l.h khi nén Fn(max) = []’.l.h trong đó:
l- chiều dài tính toán của mối hàn, lấy bằng chiều rộng b của liên kết trong trường hợp phần đầu và phần cuối mối hàn được điền đầy hoàn toàn.
26
Trên thực tế, vị trí gây hồ quang và nơi kết thúc hồ quang thường không được điền đầy, hình thành loại khuyết tật gọi là lõm đầu và lõm cuối mối hàn. ở đây cũng thường tập trung các tạp chất có hại có thể gây rỗ và nứt. Vì thế để lấy chiều dài mối hàn bằng chiều rộng chi tiết khi hàn cần phải áp dụng các biện pháp công nghệ cần thiết. Ví dụ, dùng các bản nối công nghệ để gây hồ quang và kết thúc hồ quang và cắt bỏ sau khi hàn. Trong trường hợp không khắc phục được thì có thể lấy l=b-2t.
h- chiều dày tính toán , được xác định trong hai trường hợp:
+ Nếu mối hàn thấu hoàn toàn: xác định theo chiều dày của các chi tiết mối nối:
h= t1 hoặc h= t2 ( trường hợp các chi tiết có sự khác nhau về chiều dày)
+ Nếu mối hàn thấu một phần( hình 2.3) thì giá trị h lấy theo chiều sâu thấu a hoặc 2a như trong các hình vẽ minh hoạ
Hình 2.1: Tính toán liên kết hàn giáp mối.
Hình 2.2: Chiều dày tính toán của mối hàn giáp mối
27
Như vậy phần nhô( phần lồi) của mối hàn không được tính vào tiết diện làm việc của mối hàn. Điều đó giúp chúng ta hiểu rằng: phần nhô mối hàn là không cần thiết và quan niệm cho rằng mối hàn có phần nhô càng cao thì càng bền là sai lầm!
Trong các tiêu chuẩn người ta quy định phần nhô mối hàn là nhằm tránh sự hụt hững về kích thước mối hàn do những biến đổi và sự không ổn định khi hàn của các thông số như: điện áp, dòng điện, chiều dài hồ quang, vận tốc hàn,...
Nếu ' có nghĩa là kim loại mối hàn có độ bền tương đương với kim loại cơ bản. Tuy nhiên, đối với một số vật liệu, đặc biệt là thép có độ bền cao, vùng yếu nhất trong liên kết hàn chính là vùng ảnh hưởng nhiệt - nơi có thể có sự thay đổi về tổ chức và cơ tính của vật liệu theo xu thế xấu hơn . Trong trường hợp đó, việc kiểm tra bền của liên kết cần phải tiến hành đối với tiết diện yếu nhất thuộc vùng ảnh hưởng nhiệt với các giá trị ứng suất cho phép được xác định qua các thí nghiệm chuẩn.
* Ví dụ: Cho mối hàn giáp mối như hình vẽ.Biết lực kéo F=260KN ,
[]’=28KN/cm2, chiều dày s = 8mm. Hãy xác định chiều rộng của tấm ghép
để kết cấu đảm bảo điều kiện bền?
Bài giải:
Theo thuyết bền ta có:
Fk(max) = []’.l.h Với lực Fk đã biết ta có
Fk = []’.l.h
l: chiều dài tính toán của mối hàn, lấy bằng chiều rộng b của liên kết. Trong trường hợp trên coi như phần đầu và phần cuối mối hàn được điền đầy hoàn toàn.
h: chiều dày tính toán, từ hình vẽ trên coi mối hàn thấu hoàn toàn.
Vậy h = s
Để kết cấu đảm bảo điều kiện bền
l Fk'. h 28.0.8260 11, 6cm
Kết luận: Chiều rộng của tấm ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền b ≥ 11,6 cm s
F F
b
28 2.2.2. Liên kết hàn xiên:
Nếu hướng (trục) của mối hàn tạo với phương của lực tác dụng của lực một góc nào đó ( thường = 45o) thì có thể coi liên kết là đồng bền với kim loại cơ bản.
Bởi lẽ khi l > b , tiết diện làm việc của liên kết hàn sẽ lớn hơn tiết diện ngang của chi tiết.
Điều kiện bền:
sin
. ' P
l s
.cos
. ' P
l s
td 232 '
Hình 2.3: Liên kết hàn xiên Ví dụ: Cho mối hàn giáp mối như hình vẽ:
Biết rằng lực kéo N=260 KN, '=28 KN/cm2, Vật liệu có S = 8 mm, = 600. Hãy xác định chiều rộng của tấm ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền?
29 Bài giải:
Theo thuyết bền ta có:
sin
. ' N
l s
N.cos . ' l s
Với lực Nk đã biết
l: chiều dài tính toán của mối hàn.
h: chiều dày tính toán, từ hình vẽ trên coi mối hàn thấu hoàn toàn.
Vậy h = s
Để kết cấu đảm bảo điều kiện bền
' sin
. N
l s
sin 260.sin 600
10.05
'. 28.0,8
l N cm
s
Kiểm nghiệm theo điều kiện ứng suất cắt
Ta có N.cos ' 260.cos 600 0, 65 ' 16,16 18, 2
. 10, 05.0,8
l s
.
Thỏa mãn điều kiện ứng suất cắt (Với l = 10,05cm; τ ' 0,65 ')
Vậy chiều rộng tấm thép là: Bl.sin B 10, 05.sin 600 8, 7cm Kết luận: Chiều rộng của tấm ghép để kết cấu đảm bảo điều kiện bền là:
B ≥ 8,7 cm 2.2. Bài tập áp dụng