BÀI 2: TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CỦA MỐI HÀN

BÀI 2: TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CỦA MỐI HÀN


I. MỤC TIÊU CỦA BÀI:
- Nắm được ứng suất của mối hàn, tiêu chí đánh
giá độ bền của mối hàn.
- Tính được độ bền của mối hàn giáp mối, mối
hàn góc và mối hàn tổng hợp.
- Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân
xưởng.


II. Nội dung bài
1. Tính toán mối hàn giáp mối
a. ứng suất cho phép của mối hàn:
Khi tính toán các mối hàn trong các kết cấu bằng kim loại có hai
phương pháp xác định ứng suất cho phép:
Phương pháp thứ nhất: ứng suất cho phép trong mối hàn lấy
bằng trị số cho sẵn (trong bảng) dựa theo sức bền tính toán của mối
hàn. Cách này chủ yếu dùng trong xây dựng và các công trình công
nghiệp.
Phương pháp thứ hai: ứng suất cho phép của mối hàn được
xác định theo một tỷ lệ với ứng suất cho phép của kim loại cơ bản. Về
phương diện công nghệ thì phương pháp này là đủ chính xác, bởi vì
khi hàn thì cơ tính của kim loại mối hàn phụ thuộc nhiều vào cơ tính
của kim loại cơ bản.
Để xác định ứng suất cho phép của mối hàn người ta chia mối
hàn làm hai nhóm:
+ Nhóm 1: Gồm những mối hàn được thực hiện bằng hàn tự
động, bán tự động hay hàn hồ quang tay với que hàn chất lượng cao
N42A và N50A.

+ Nhóm 2: Gồm những mối hàn được thực hiện bằng hàn hồ
quang tay với que hàn chất lượng thường.


- Ứng suất cho phép của mối hàn được xác định theo bảng sau:
Dạng quá trình công
nghệ
Nhóm 1
Nhóm 2

ứng suất cho phép của 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 trong bảng là đối với thép các bon thấp, trung bình và thép hợp kim thấp.


Ví dụ: Thép CT-3 có ứng suất cho phép [ σ ]k = 16kN/cm2.
Vậy ứng suất cho phép ở mối hàn sẽ là:
- Khi hàn bằng que hàn N 42A thì:
[ σ ]’k = [ σ ]’n = [ σ ]k = 16 kN/cm2.

[ τ ]’ = 0,65 [ σ ]k = 10 kN/cm2.
- Khi hàn bằng 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 của mối hàn
• Khi tính toán độ bền của kết cấu hàn cần phải lưu ý sao cho liên kết
hàn phải có độ bền ngang với kim loại cơ bản của các phần tử của
kết cấu trong mọi điều kiện làm việc cũng như tải trọng tác động (tải
trọng tĩnh hay động …)
• Trong kết cấu hàn thì phần yếu nhất của kết cấu là khu vực mối hàn
và vùng ảnh hưởng nhiệt. Vì vậy việc áp dụng công nghệ hợp lý để
nâng cao chất lượng của mối hàn là rất quan trọng.
• Cơ tính của kết cấu hàn phụ thuộc vào hình dáng hợp lý của kết cấu.
Khi thiết kế mối hàn đúng và sử dụng phương pháp hàn hợp lý,
chọn phương pháp gia công cơ và nhiệt luyện kết cấu hàn thích hợp
thì cơ tính của kết cấu sẽ tăng.
• Trong kết cấu hàn có độ bền đồng đều giữa kim loại cơ bản và mối
hàn sẽ đạt được yêu cầu tiết kiệm (vì tận dụng tối đa tuổi thọ của các
phần tử trong kết cấu). Độ bền của mối hàn kém sẽ giảm khả năng
chịu tả của toàn bộ kết cấu và không cho phép sử dụng triệt để tiết
diện làm việc của các bộ phận.


c. Tính toán độ bền đối với mối hàn giáp mối
Khi có liên kết hàn giáp mối chịu tác dụng của ngoại lực thì
theo thiết kế nó có thể chịu được một 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 – là diện tích tiết diện ngang của phần tử xét (cm2).
W – Mô duyn chống uốn của tiết diện ngang (cm3).
W=

b2 s
6


Tương tự như trên ta tính được ứng lực cho phép của 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)
ở đây: F – là tiết diện ngang của mối hàn vì bỏ qua phần nhô
lên của mối hàn nên ta có:
F=S.L
(cm2).
S – chiều dày của tấm kim loại cơ bản (cm)
L – chiều dài tính toán của mối hàn (cm) (L = Lthực - 2S)

Nếu lực tác dụng lên mối hàn nơi xung yếu là P thì ứng
suất phát sinh ở mối hàn sẽ là:

σ =
’

Điều kiện bền sẽ là:

P
F

σ’ ≤ [ σ ]’


• Ví dụ 1. Tính ứng lực cho phép của mối hàn trong liên
kết hàn giáp mối biết vật liệu cơ bản là thép C – 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 mối hàn giáp mối như hình vẽ. Biết lực
kéo N=260KN , ,[Ϭ] =28KN/cm2, chiều dày S = 8mm.
Hãy xác định chiều rộng của tấm ghép để kết cấu đảm
bảo điều kiện bền?
N

N
B

S

Giải:Theo thuyết bền ta có:

σ max

N
=
≤ [ σ]
Fh

k

- Để mối hàn đảm bảo điều kiện bền thì biểu thức sau
phải thoả mãn:

N
Fh ≥
(*)
[σ ]h

Trong đó :
Fh = S.L
L là chiều dài của đường hàn.
- Thay vào (*) ta có:
- Như vậy để đảm bảo điều kiện bền của mối hàn ta chọn tấm
thép có chiều rộng là B = 117 mm.


• Bài tập 1. Tính ứng lực cho phép của mối hàn trong
liên kết hàn giáp mối biết vật liệu cơ bản là thép CT – 3

có [ σ ]k = 20kN/cm2, S = 4mm, L = 250mm.
• 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
= 22kN/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 = 250 kN. Biết: vật liệu cơ bản là thép C – 3 có
• [ σ ]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 = 20kN/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=260 KN,[Ϭ] =28 KN/cm2, Vật liệu có
S = 8 mm, α= 600. Hãy xác định chiều rộng của tấm ghép
để 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 – là chiều cao mối hàn.

K – là cạnh mối hàn thường lấy bằng chiều dầy vật hàn.
Vậy: N' = [ τ ]’ . 0,7. K. L
(kN)


• Ví dụ 1: Tính ứng lực cho phép của mối hàn trong liên
kết hàn góc.
• Biết vật liệu cơ bản là thép C – 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, = 28KN/cm2, B = 260mm. 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 suất tiếp.
[τ ] h là ứng suất tiếp giới hạn
h là chiều dày tính toán của mối hàn góc.
Đây là mối hàn chồng nên để đảm bảo điều kiện bền thì biểu 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
= 20kN/cm2, S = 5mm, L = 350mm.
• Mối hàn được thực hiện với que 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 =
20kN/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 = 250 kN. Biết: vật liệu cơ bản là thép C – 3 có
• [ σ ]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 góc để liên kết chịu được ứng lực là
N = 300 kN. Biết: vật liệu cơ bản là thép CT – 3 có
[ σ ]k = 20kN/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 + L3.
•
•
•

• Từ công thức trên ta có thể tính được chiều dài mối hàn
cần thiết để đảm bảo yêu cầu làm việc với ứng lực N’ nào
đó hay xác định được chiều dài mối hàn để đảm bảo cho
kết cấu làm việc với tuổi thọ tối đa nhất.

* TH2: Đối với chi tiết bất đối xứng
L1

L3

L2

Sơ đồ liên kết tổ hợp các mối hàn đối với chi tiết bất đối xứng
• Khi hàn các chi tiết bất đối xứng lên một tấm phẳng (như
thanh thép góc) thì ta cần bố trí các đường hàn sao cho lực
tác dụng (kéo hay nén) đi qua mặt trung tâm của thanh
thép góc, lực không phân bố đều nhau sang hai phía nên
cũng có nghĩa là các đường hàn 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