Tài liệu giáo trình hàn tàu, chương 5 doc

66
Ch-ơng 5. Mối ghép hàn
Tùy theo hình dạng kết cấu ta có các kiểu mối hàn:
- Mối hàn giáp mối.
- Mối hàn chồng.
- Mối hàn góc.
Các mối hàn có thể tính theo hai tr-ờng hợp sau đây:
Căn cứ theo tải trọng tác dụng lên mối hàn để tìm chiều dài mối hàn cần thiết, từ
đó thiết kế kết cấu hàn. Khi thiết kế phải xuất phát từ điều kiện sức bền đều giữa
mối hàn và các chi tiết đ-ợc ghép.
Căn cứ theo kết cấu để định kích th-ớc mối hàn rồi nghiệm lại theo ứng suất.
Trong tính tính toán sức bền ta giả thiết rằng chất l-ợng các mối hàn đạt các yêu
cầu kỹ thuật.
Đ 5.1 ứng suất cho phép

Các mối ghép hàn đ-ợc tính theo ứng suất cho phép. Trị số các ứng suất cho
phép của mối hàn chịu tải trọng tĩnh cho trong
Bảng 1. Chú ý các số liệu cho trong
bảng này chỉ dùng cho các chi tiết làm bằng thép ít và vừa các bon hoặc thép ít hợp
kim và trong tr-ờng hợp chất l-ợng mối hàn đạt các yêu cầu kỹ thuật.
Trong tr-ờng hợp kết cấu chịu tải trọng thay đổi, các trị số ứng cho phép lấy
trong
Bảng 1 phải nhân với hệ số giảm ứng cho phép



ệ số đ-ợc xác định nh- sau:

rbakbak )()(
1

(5.1)
Trong đó: a và b - hệ số, lấy theo bảng 2
k - hệ số tập trung ứng suất, lấy theo bảng 3


r - hệ số tính chất chu trình
r =
max
min



max

,
min


- ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất trong chi tiết có kể đến dấu.
67
Trong công thức (1) các dấu ở phía trên của mẫu số dùng khi ứng suất lớn nhất là
kéo, các dấu phía d-ới dùng khi ứng suất lớn nhất là nén.



Bảng 1
Trị số ứng suất cho phép của mối hàn chịu tải trọng tĩnh
Ph-ơng pháp hàn
ứng suất cho phép của mối hàn

Kéo [

]
,
k
Nén [

]
,
n
Cắt [

]
,
- Hàn hồ quang tay, dùng que hàn
42


và
50

- Hàn khí
0,9[

]
k
[

]
k

0,6[

]
k
- Hàn hồ quang tự động d-ới lớp thuốc, hàn
hồ quang tay dùng que hàn
A
42


và
A50

- Hàn tiếp xúc giáp mối
[

]
k
[

]
k
0,65[

]
k
Hàn tiếp xúc điểm - - 0,6[

]
k

Trong Bảng 1, [

]
k
- ứng suất kéo cho phép của kim loại đ-ợc hàn khi chị tải trọng
tĩnh.

Bảng 2
Hệ số a và b
Vật liệu a b
Thép cacbon 0,75 0,3
Thép hợp kim thấp 0,8 0,3




Bảng 3
Hệ số ứng suất tập trung k
68
Loại mối hàn Thép cacbon Thép hợp kim thấp
Mối hàn giáp mối, khi hàn tự động
Mối hàn giáp mối, khi hàn tay
Mối hàn góc, khi hàn tự động
Mối hàn góc, khi hàn tay
Mối hàn chồng
1,0
1,2
1,7
2,3
3,4

1,0
1,4
2,4
3,2
4,3
Cần chú ý rằng ph-ơng pháp chính để chống lại hiện t-ợng mỏi trong mối ghép
hàn là các biện pháp kết cấu nhằm giảm ứng suất tập trung ở miệng mối hàn.
Nếu trị số
tìm đ-ợc theo công thức (1) lớn hơn 1 thì lấy Điều này xảy
ra khi tải trọng thay đổi trị số nh-ng không thay đổi chiều (r

và cũng chứng tỏ
rằng trong tr-ờng hợp đó sức bền tĩnh có tác dụng quyết định đến mối hàn.

Đ 5.2 Tính mối ghép hàn
5.2.1. Mối hàn giáp mối (Hình 5.1)
Tr-ờng hợp mối hàn chịu kéo (nén) ta có điều kiện bền:
NN
NN
bs



bs
N


[

]

,
(5.2)
Hình 5.1. Mối hàn giáp mối
Trong đó:
b và s - chiều dài mối hàn và chiều dày tấm ghép ( khi hàn các tấm có
chiều dày khác nhau thì s lấy theo chiều dày nhỏ).
[

]
,
- ứng suất kéo nén cho phép của mối ghép (Báng 1)
69
Khi cần tăng sức bền của
mối ghép, có thể dùng mối
hàn xiên (hình 5.2). Điều
kiện bền của mối hàn xiên
xác định theo công thức:
b
N N

Hình 5.2. Mối hàn xiên


bs
N

sin


[

]
,
(5.3)
Trong tr-ờng hợp mối hàn chịu mô men uốn trong mặt phẳng của tấm ghép ta có
điều kiện bền:



W
M
u

[

]
,
(5.4)
Trong đó:
M
u
- Mô men uốn
W - Mô dun chống uốn:
W=
6
2
sb
Tr-ờng hợp mối hàn chịu kéo (nén) và uốn trong mặt phẳng các tấm ghép:

W
M
bs
N
u


[

]
,
(5.5)
Dấu cộng dùng cho mối ghép chịu kéo, dấu trừ dùng cho mối ghép chịu nén.
5.2.2. Mối hàn chồng (Hình 5.3)
Chiều cao mối hàn chồng lấy nh- sau:
k (5.6)
Trong đó:
k- chiều rộng cạnh mối hàn
hệ số phụ thuộc vào ph-ơng pháp hàn

s
K
K
khi hàn tay Hình 5.3. Kết cấu hàn chồng
khi hàn bán tự động
khi hàn tự động
70
Tùy theo vị trí t-ơng đối giữa phuơng của mối hàn và ph-ơng chịu lực, có thể
chia mối hàn chồng ra các loại sau:
5.2.2.1 Mối hàn ngang

Ph-ơng của mối hàn vuông góc với ph-ơng của lực. Mối hàn này dùng cho mối
ghép không quan trọng. Chiều dài mối hàn không hạn chế.
1. Khi mối hàn chịu kéo (nén) dọc theo tấm, điều kiện bền đ-ợc xác định nh-
sau:
Tr-ờng hợp hàn một mối (hình 5.4-a)


b
N


[]
,
(5.7)
s
b
N
N
b
N
s
N
Hình 5.4a. Hàn chồng một mối Hình 5.4b. Hàn chồng hai mối
Tr-ờng hợp hàn hai mối (hình 5.4-b)

b
N

2

[]
,
(5.8)
Trong đó:
b - chiều dài mối hàn
- chiều cao mối hàn
2. Khi mối hàn hai mối chịu mô men uốn trong mặt phẳng ghép


W
M
u

[]
,
(5.9)
Trong đó: W- mô đun chống uốn của tiết diện nguy hiểm của mối hàn ngang.
W=
6
2
2
b

71
3. Khi hàn hai mối chịu lực kéo (nén) và mô men uốn trong mặt phẳng ghép



b
N

2
W
M
u

[]
,
(5.10)
Dấu cộng dùng cho mối ghép chịu kéo, dấu trừ dùng cho mối ghép chịu nén.
5.2.2.2 Mối hàn xiên
Ph-ơng của mối hàn tạo với ph-ơng của lực một góc (hình 5. 5). Chiều dài mối
hàn xiên l không hạn chế. Điều kiện bền xác định theo công thức:

l
N


sin

[]
,
(5.11)
N
N
L

l 50K
N
N

Hình 5.5. Kết cấu hàn chồng ( xiên) Hình 5.5. Kết cấu hàn chồng ( dọc)
5.2.2.3 Mối hàn dọc
Ph-ơng của mối hàn song song với ph-ơng của lực. Vì trong mối hàn dọc ứng
suất phân bố không đều theo chiều dài mối hàn nên chiều dài mối hàn không lấy
quá 50K.
1. Khi mối hàn chịu kéo (nén) dọc theo tấm ghép.
Điều kiện bền của mối hàn khi hàn hai mối (Hình 5.6) đ-ợc tính nh- sau:

l
N

2

[]
,
(5.12)
r-ờng hợp các mối ghép có tiết diện không đối xứng, ví dụ nh- thép góc, lực N
phân bố cho các mối hàn tỷ lệ nghịch với khoảng cách e
1
và e
2
(Hình 5.7)
N
l1
N
l2
e1
e2
72
Hình 5.7. Kết cấu hàn chồng dạng tiết diện không đối xứng

21
2
ll
e

= N
b
e
2



21
1
ll
e

= N
b
e
1
Trong đó: e
1
và e
2
- khoảng cách từ đ-ờng trục của thanh đến mối hàn

b - chiều rộng của thanh
Các mối hàn 1 và 2 đ-ợc tính theo tải trọng N
1
và N
2
t-ơng ứng, do đó mối quan
hệ giữa e
1
và e
2
của mối hàn 1và 2 nh- sau:

1
2
2
1
l
l
e
e

(5.13)
Điều kiện (5.13) đảm bảo sức bền đều của hai mối hàn. ứng suất sinh ra trong
hai mối hàn sẽ bằng nhau và xác định theo công thức:

)(
21
ll
N

[]
,
(5.14)
Khi mối hàn chịu mô men trong mặt phẳng ghép (Hình 5.8)
Tr-ờng hợp này ứng suất phân bố không đều dọc theo chiều dài mối hàn. Chiều dài
mối hàn l càng lớn so với chiều rộng tấm ghép b thì ứng suất phân bố càng không
đều.
Nếu l

b (Hình 5.8a) có thể xác định ứng suất lớn nhất trong mối hàn theo công
thức:
l
M
b
l
M
b
Hình 5.8a. Mối hàn có (l

b) Hình 5.8b. Mối hàn có (b

l)


o
u
W
M

[]
,
(5.15)
Trong đó W
o
- mô men chống xoắn của mối hàn tại tiết diện nguy hiểm.
73
Nếu b


l (Hình 5.8b) có thể xác định ứng suất lớn nhất trong mối hàn theo công
thức:


u
u
W
M

[]
,
(5.16)
Trong đó W
u
- mô men chống uốn của mối hàn tại tiết diện nguy hiểm.
W
u
= l b
Khi mối hàn chịu lực và mô men uốn trong mặt phẳng ghép (Hình 5.9)

L
N

2
u
u
W
M

[]
,
(5.17)
N
l
M
b
Hình 5.9. Kết cấu hàn chồng chịu cả lực và mô men trong mặt phẳng ghép
5.2.2.4 Mối hàn hỗn hợp
1 Khi mối hàn chịu kéo (nén) dọc theo tấm ghép (Hình 5.10a)

L
N


[]
,
(5.18)

Trong đó:
L = 2l
d
+ l
n
l
d
- chiều dài mối hàn dọc
l
n
- chiều dài mối hàn ngang
ld
b
N
ln
Hình 5.10a. Mối hàn chịu lực dọc
2 Khi mối hàn chịu mô men uốn trong mặt phẳng ghép (Hình 5.10b)

6
2
n
nd
l
ll
M




[]

,
(19)
74
Trong thiết kế tiện lợi nhất là chọn
kích th-ớc mối hàn ngang l
n
và kích
th-ớc cạnh mối hàn K rồi theo công
thức (5.19) tính chiều dài mối hàn dọc
l
d
.
ln
ld
M
b
Hình 5.10b. Mối hàn chịu mô men uốn
3 Khi mối hàn chịu kéo (nén) và mô men uốn trong mặt phẳng ghép
(Hình 5.10c)

L
N


6
2
n
nd
l
ll

M




[]
,
(5.20)
ld
ln
M
b
N
Hình 5.10c. Mối hàn chịu cả lực dọc và mô men uốn trong mặt phẳng ghép
5.2.3. Mối hàn góc
Mối hàn góc dùng để ghép các thanh có bề mặt vuông góc với nhau.
Có hai kiểu hàn: kiểu chữ K nh- mối hàn giáp mối (Hình 5.11a) và kiểu hai bên
nh- mối hàn chồng (Hình 5.11b)
Mối hàn chịu lực kéo và mô men uốn (Hình 5.12)
S
S
Hình 5.11a Hình 5.11b
75
b
M
N
H×nh 5.12. Mèi hµn chÞu lùc kÐo vµ m« men uèn.
5.2.3.1 Tr-êng hîp hµn kiÓu ch÷ K:

W

M
bs
N
u


[

]
,
(5.21)

Trong ®ã: W=
6
2
sb
5.2.3.2 Tr-êng hîp hµn hai bªn:


W
M
b
N
u
2
2



[


]
,
(5.22)
Trong ®ã: W=
6
2

b