Порядок выполнения работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

«Оценка уровня качества сварных соединений»

Оборудование и материалы: сварные соединения с угловыми швами, линейка металлическая ГОСТ 427, штангенциркуль ШЦ11 ГОСТ 166.

Цель работы: Ознакомить студентов с оценкой уровней качества сварных соединений с угловыми швами по ГОСТ 23118, ТКП 45-5.04-121-2009, СТБ 1133, EN. Действующие стандарты связаны с СНиП II-23-81* «Металлические конструкции. Нормы проектирования». С 2015 г в РБ для проектирования металлических конструкций, их изготовления и монтажа следует применять европейские нормы, а также с 2017 допускается применять при оценке по 1и 2 группе предельных состояний СНиП II-23-81* при обязательном применении ТКП EN 1090-1.

Критерии приемки по СТБ EN 1090-2-2013 ВОЗВЕДЕНИЕ СТАЛЬНЫХ И АЛЮМИНИЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ Часть 2. Технические требования к стальным конструкциям

Существует 4 класса возведения конструкций, к которым привязаны требования к размерам и профилю сварных швов. Сварные элементы конструкций должны удовлетворять требованиям, установленным в раз делах 10 и 11 СТБ EN 1090-2-2013.

Класс возведения EXC1 — уровень качества D;

Класс возведения EXC2 —уровень качества C, но при наличии дефектов 5011, 5012 (подрез), 506 (наплыв), 601 (случайная дуга) и 2025 (концевая раковина кратера шва) по EN ISO 5817 — уровень качества D;

Класс возведения EXC3 — уровень качества B;

Класс возведения EXC4 — уровень качества B+, который представляет собой уровень качества B с учетом дополнительных требований, приведенных в таблице 17 СТБ EN 1090-2-2013.

Предельно допустимые размеры дефектов сварных швов, перечисленных ниже, приведены в EN ISO 5817.

Дефекты 505 (некачественная поверхность шва) и 401 (недостаточное сплавление на микроскопическом уровне) не учитываются при оценке.

Дополнительные требования к уровню качества B+

Наименование и обозначение дефекта Предельно допустимые размеры дефекта

а) Подрез (5011, 5012) Не допускается

Внутренние поры (2011–2014) Стыковые швы d £ 0,1s, но не более 2 мм

Угловые швы d £ 0,1a, но не более 2 мм

Включения твердых частиц (300)

Стыковые швы h £ 0,1s, но не более 1 мм l £ s, но не более 10 мм

Угловые швы h £ 0,1a, но не более 1 мм l £ a, но не более 10 мм

Линейное смещение (507) h < 0,05t, но не более 2 мм

Вогнутость корня шва (515) Не допускается

Дополнительные требования для мостовых настилов

а), b) Пористость и газовые поры (2011, 2012 и 2014)

Допускаются только малые единичные поры Скопление пор (2013) Максимальное количество пор — 2 % Продолговатая полость, свищ (2015 и 2016) Отсутствие длинных пор Некачественная подгонка, угловые швы (617) Поперечные швы контролируют по всей длине, допускается небольшой локальный зазор h £ 0,3 мм + 0,1a, но не более 1 мм СТБ EN 1090-2-2013 39

Предельно допустимые размеры дефекта

а) Непрерывный подрез (5011)

a) Для стыковых швов — допускается только локально h £ 0,5 мм

b) Для угловых швов — не допускается при расположении шва поперек усилия, подрез следует удалить шлифованием

Многочисленные разрывы в поперечном сечении (4.1) Не допускаются

Твердые включения (300) Не допускаются

Для оценки приемлемости дефектов используют EN 1993-1-1, EN 1993-1-9 и EN 1993-2.

Оценка уровня качества сварных соединений по ГОСТ 23118, ТКП 45-5.04-121-2009, СТБ 1133

Теоретическая часть.

При оценке категории и уровня качества следует руководствоваться материалами проектной документации: чертежами металлоконструкций стадии КМ или КМД, материалами расчётно-пояснительных записок в которых они должны быть указаны. По действующим нормативным документом за исключением EN, в зависимости от вида швов, конструкций в которых они использованы, конструктивного оформления, условий эксплуатации и групп конструкций, уровня напряжений в швах, швы сварных соединений разделяются на I, II, III категории, которые определяют высокий, средний и низкий уровни качества. Характеристики категорий и уровней качества приведены в таблице 1 или приложении Б ГОСТ 23118.

Расчёт по СНиП II-23-81*

В стыковых швах значение напряжения s_рследует определять по формуле 1.

s_р= , (1)

где N - усилие, приложенное к соединению;

t - расчетная толщина шва, равная толщине наиболее тонкого из соединяемых элементов;

- расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка;

- расчетное сопротивление сварного стыкового соединения, определяется согласно п. 3.4 СНиП II-23-81*;

- коэффициент условий работы, табл. 6* [1].

Согласно СНиП II-23-81* в соединениях с угловыми швами следует вычислять напряжения по двум сечениям: по металлу шва и границе сплавления и принимать при использовании таблицы 1 наибольшую величину.

Рисунок 1 Сечения углового шва по металлу шва (f) и границе сплавления (z)

Следует определить напряжения в угловых швах соединения в соответствии с п.5 используя методику СНиП II 23-81^*используя формулы 2 и 3, или методику ТКП 45-5.04-274-2012.

По металлу шва напряжения определяют по формуле:

t = , (2)

а по границе сплавления - по формуле:

t = , (3)

где и - коэффициенты, учитывающие глубину проплавления шва и границы сплавления, зависящие от вида сварки, катетов шва, диаметра сварочной проволоки, положения шва при сварке (п.11.2* СНиП II-23-81*);

- расчётная длина углового шва, принимается меньше его полной длины на 10 мм;

и - коэффициенты условий работы шва, (п.11.2* СНиП II-23-81*);

и - расчетные сопротивления угловых швов срезу по металлу шва и границе сплавления соответственно;

- определяется по табл. 56 СНиП II-23-81*;

где - временное сопротивление стали разрыву, табл. 51* СНиП II-23-81*.

Катеты должны удовлетворять условию ,

где принимается по табл. 38 СНиП II-23-81*

t_min- наименьшая толщина соединяемых элементов.

Расчёт по ТКП 45-5.04-274-2012

Эффективная толщина а углового шва принимается равной высоте вписанного между соединяемыми поверхностями и лицевой поверхностью треугольника (равностороннего или неравностороннего), измеренной перпендикулярно к внешней стороне этого треугольника. Эффективная толщина углового сварного шва должна быть не менее 3 мм.

Катет углового шва k_f измеряется по кратчайшему расстоянию по поверхности одного из свариваемых элементов до границы углового шва на поверхности второго свариваемого элемента.

Эффективную длину углового сварного шва следует принимать равной длине шва с полноразмерной эффективной толщиной а и определять как L_w=L-2a. Эффективная длина шва равна его конструктивной длине, если обеспечивается полноразмерность сварного шва по всей длине, включая начало и конец шва. Сварной угловой шов с эффективной длиной менее 30 мм или менее шестикратной эффективной толщины сварного шва не является несущим швом.

Расчетная площадь продольного сечения сварного шва

Рисунок 2 Определение геометрических размеров сечения углового шва

По упрощенному методу расчета несущая способность углового сварного шва будет обеспечена, если в каждой точке по его длине равнодействующая всех сил, передаваемых сварным швом единичной длины, удовлетворяет условию

β=0,8 для сталей С235,С245 (принимается по табл. 9 ТКП 45-5.04-274-),

Таблица 1. Оценка категории и уровня качества сварных швов по ГОСТ 23118, ТКП 45-5.04-121-2009, СТБ 1133

Категории и уровни качества швов сварных соединений	Типы швов соединений и характеристика условий их эксплуатации
I — высокий	1 — поперечные стыковые швы, воспринимающие растягивающие напряжения s_р ≥ 0,85 R _y (в растянутых поясах и стенках балок, элементов ферм и т. п.); 2 — швы тавровых, угловых, нахлесточных соединений, работающие на отрыв, при растягивающих напряжениях, действующих на прикрепляемый элемент, s_р ≥ 0,85 R _y, и при напряжениях среза в швах t_уш ≥ 0,85 R_wf; 3 — швы в конструкциях или в элементах конструкций, относящихся к 1 группе по классификации действующих нормативных документов, а также в конструкциях 2 группы в климатических районах строительства с расчетной температурой ниже минус 40 °С (кроме швов, отнесенных к типам 7—12);
II — средний	4 — поперечные стыковые швы, воспринимающие растягивающие напряжения 0,4 R _y ≤ s_р < 0,85 R _y, а также работающие на отрыв швы тавровых, угловых, нахлесточных соединений при растягивающих напряжениях, действующих на прикрепляемый элемент, s_р < 0,85 R _y, и при напряжениях среза в швах t_уш < 0,85 R_wf (кроме швов, отнесенных к типу 3); 5 — расчетные угловые швы, воспринимающие напряжения среза t_уш ≥ 0,75 R_wf, которые соединяют основные элементы конструкций 2 и 3 групп (кроме швов, отнесенных к типам 2 и 3); 6 — продольные стыковые швы, воспринимающие напряжения растяжения или сдвига 0,4 R ≤ s < 0,85 R; 7 — продольные (связующие) угловые швы в основных элементах конструкций 2 и 3 групп, воспринимающие растягивающие напряжения (поясные швы элементов составного сечения, швы в растянутых элементах ферм и т. д.); 8 — стыковые и угловые швы, прикрепляющие к растянутым зонам основных элементов конструкций узловые фасонки, фасонки связей, упоры и т. п.
III — низкий	9 — поперечные стыковые швы, воспринимающие сжимающие напряжения 10 — продольные стыковые швы и связующие угловые швы в сжатых элементах конструкций; 11 — стыковые и угловые швы, прикрепляющие фасонки к сжатым элементам конструкций; 12 — стыковые и угловые швы во вспомогательных элементах конструкций (конструкции 4 группы).
Условные обозначения: s_р — растягивающее напряжение металла шва; R _у — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести; t_уш — касательное напряжение металла углового шва; R_wf — расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва; s — напряжение металла шва; R — расчетное сопротивление металла шва.

Таблица 2. Оценка уровня качества углового шва по его геометрии по ГОСТ 23118, ТКП 45-5.04-121-2009, СТБ 1133

Наименование дефектов	Характеристика дефектов по расположению, форме и размерам	Допустимые дефекты по уровням качества
		Высокий	Средний	Низкий
1. Увеличение катета углового шва	h = К _ф – К	h ≤ 1 мм + + 0,1 К	h ≤ 1 мм + + 0,15 К	h ≤ 1 мм + + 0,2 К
		Макс. 2 мм	Макс. 3 мм	Макс. 5 мм
2. Уменьшение катета углового шва	h = К – К _ф	Не допускаются	Длинные дефекты не допускаются
			Короткие дефекты: h ≤ 0,З мм + 0,1 К
			Макс. 1 мм	Макс. 2 мм

Рис. 3. Образец №1

1. Материал: сталь класса или марки __________.

2. Сварка _________________________.

3. Сварочные материалы назначить по материалу образца.

Порядок выполнения работы.

1. Для конкретного образца сварного соединения, предложенного каждому студенту индивидуально, выбирается число сечений, штангенциркулем выполняются необходимые измерения, и заполняется таблица 3. Из значений, полученных в предпоследней и последней строке таблицы 3, выбирается одно значение h-увеличение катета, h-уменьшение катета сварного шва.

2. По назначенному преподавателем уровню качества вычисляется по формуле таблицы 2 максимальное значение дефекта в мм и сопоставляется с измеренным значением. На основании сопоставления измеренного значения и вычисленного определяется соответствие требуемого уровня качества шва образца.

3. Уровень напряжений в шве принять по указанию преподавателя.

Таблица 3

Сечение,n_i	1-1	2-2	3-3	4-4	5-5	6-6
К_ф_{(вертикальный), мм}
Кф(горизонтальный), мм
К_ф_{(минимальное),} _мм
К-расчётное значение катета, мм	S К _{ф(минимальное)}/n_{(число сечений)}= мм
h-увеличение катета
h-уменьшение катета

Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать не более 3-4 страниц теоретической части и включать дополнительно:

1. Эскиз с обозначением всех размеров детали и фотографию образца с расположением сечений, в которых выполнены измерения высот катетов швов.

2. Таблицу 3.

3. Оценку уровня качества соединения по таблице 2.

4. По заданию преподавателя вычертить эскиз сварного шва сварного соединения с допусками по геометрии для заданного уровня качества по стандарту на заданное сварное соединение и требования ГОСТ23118

5. Выводы по работе с оценкой уровня качества углового шва соединения исследованного в лабораторной работе по его геометрии.