Какой катет нужен, чтобы накладка на раме не оторвалась? Тяни накладку, меняй катет, длину и вид шва, смотри запас прочности и нагружай до разрушения, чтобы увидеть, что порвется первым.
Стыковой шов продолжает лист, поэтому его тянут так же, как лист: сила делится на толщину и длину шва. Угловой шов устроен иначе. Он похож на треугольник, и рвется не по катету, а по самому узкому месту, по высоте треугольника 0,7k. Причем почти всегда срезом, как бы сила ни была направлена. Металл шва литой, в нем бывают поры и шлак, поэтому допускаемое напряжение для шва берут меньше, чем для листа: для среза примерно 0,6 от допускаемого растяжения основного металла.
Все расчеты швов на статическую нагрузку сводятся к одному: найти площадь, по которой шов порвется, и проверить, что напряжение не больше допускаемого. Числа берутся из опыта.
Выдержит ли стыковой шов растяжение?
Стыковой шов с полным проваром работает как сам лист: сила делится на толщину и длину шва. Усиление сверху в расчет не берут.
Выдержат ли угловые швы срез?
Площадь среза равна высоте шва 0,7k, умноженной на суммарную длину всех швов. Лобовые и фланговые швы складываются.
Какое напряжение допускать в шве?
Шов считают чуть слабее листа. Большие доли берут для качественных электродов и автоматической сварки с проверкой швов, меньшие для обычной ручной сварки.
Сечение углового шва в первом приближении прямоугольный равнобедренный треугольник с катетами k. Если провести через него разные плоскости от корня шва наружу, самой короткой окажется высота, опущенная из прямого угла на гипотенузу. Ее длина k · cos 45° = 0,707k. По этой плоскости шов и разрушается, поэтому ее называют расчетной высотой.
Выпуклость шва сверху в расчет не идет: на ней держаться нельзя, ее легко сточить. А вогнутый шов с той же шириной слабее, чем выглядит.
Лобовой шов на самом деле прочнее флангового процентов на тридцать, но по правилам расчета их считают одинаково, на срез. Это упрощение в сторону запаса. Если шов еще и трясет на дороге, одного этого расчета мало: нужен расчет на усталость, о нем тема «Усталость сварных конструкций».
Накладку на треснувшую раму самосвала подбирают так, чтобы швы держали ту же силу, что и сечение полки. По расчету видно, хватит ли швов по контуру или накладка нужна длиннее.
Ушки для строповки ковша, кузова или двигателя считают на срез швов с большим запасом. Оторвавшаяся проушина при подъеме груза в десятки тонн это авария.
Фары, лестницы, поручни, ящики для инструмента приваривают к раме угловыми швами. Короткий шов с маленьким катетом отваливается от тряски первым.
Стрелу и раму экскаватора собирают из толстых листов стыковыми швами с полным проваром. При контроле ультразвуком такой шов считают равнопрочным листу.
Подставки под самосвал, траверсы и съемники в мастерской тоже надо считать: катет «на глаз» часто вдвое меньше нужного.
Электроды с основным покрытием типа Э50А дают шов пластичнее и прочнее. Для ответственных швов на технике берут их, а Э42 оставляют для неответственных конструкций.
Нагрузка статическая, приложена по оси накладки, без изгиба и эксцентриситета. Угловые швы любой ориентации считаются на срез по высоте 0,7k, напряжение распределено по длине равномерно; фланговые длиннее 60k учитываются длиной 60k. Стыковой шов с полным проваром, площадь s·l. Допускаемые напряжения взяты по учебникам деталей машин для ручной дуговой сварки: [σ] 160 МПа для Ст3 и 210 МПа для 09Г2С; для шва 0,9[σ] и 0,6[σ] с обычными электродами и [σ] и 0,65[σ] с электродами Э50А. Сила разрушения условно принята в 2,3 раза больше допускаемой. Строительные нормы считают швы иначе, по расчетным сопротивлениям, и числа там другие. Усталость, остаточные напряжения и дефекты не учтены.