Thiết kế mối hàn theo TCVN 5575 - Tiết diện, ứng suất & kiểm tra hai mặt cắt

Chiều cao tính toán

Mối hàn góc được kiểm tra không phải trên cạnh nhìn thấy mà trên chiều cao tính toán - mặt phẳng hẹp nhất qua mối hàn, nơi giả định xảy ra phá hoại. Với mối hàn cạnh đều cạnh $s$:

Mọi ứng suất thiết kế tác dụng trên diện tích $A_w = a\,L_{eff}$, với $L_{eff}$ là chiều dài hiệu dụng (toàn bộ chiều dài với mối hàn liên tục; nhân đôi với mối hàn hai phía). Chính chiều cao tính toán - không phải cạnh - quyết định khả năng của mối hàn.

Cạnh $s$ là kích thước ghi trên bản vẽ - thường 4 đến 12 mm, và ít nhất tương đương chiều dày phần nối mỏng hơn để mối nối nguội mà không nứt - còn chiều cao suy ra từ hệ số 0,707. Chiều dài hiệu dụng bỏ qua phần lồi đầu và cuối nơi mối hàn chưa đủ kích thước: với đầu không hàn vòng quanh góc, thường trừ một chiều cao ở mỗi đầu, và mối hàn ngắn hơn giá trị lớn hơn giữa 30 mm hoặc sáu lần cạnh được coi là không chịu lực. Chính các giới hạn cấu tạo này khiến một mối hàn dài và nhỏ thường hiệu quả hơn một mối hàn ngắn và dày - khả năng tỉ lệ với chiều dài, trong khi mối hàn dày thêm nhiệt, biến dạng và chi phí.

Ứng suất trên tiết diện hàn

Lực tác dụng được phân thành ba thành phần trên mặt tiết diện: ứng suất pháp $\sigma_\perp$, ứng suất cắt ngang $\tau_\perp$ (vuông góc trục hàn) và ứng suất cắt dọc $\,\tau_\parallel$ (dọc trục hàn). Lực vuông góc với mối hàn ở 45° so với tiết diện cho $\,\sigma_\perp = \tau_\perp$.

TCVN 5575 - kiểm tra hai mặt cắt

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575 kiểm tra mối hàn góc trên hai mặt cắt: qua kim loại mối hàn (chỉ số$\,f$) và theo biên nóng chảy với kim loại cơ bản (chỉ số $\,z$). Mỗi mặt cắt dùng hệ số chiều cao riêng ($\beta_f$, $\,\beta_z$ - phụ thuộc phương pháp hàn: hàn tay, bán tự động hay tự động) và cường độ tính toán riêng, đều nhân hệ số điều kiện làm việc $\,\gamma_c$:

Mặt cắt quyết định là mặt cho mức huy động lớn hơn: kim loại hàn tương đối mềm khiến mặt qua mối hàn ($\,f$) tới hạn, còn que hàn mạnh trên thép cơ bản mác thấp chuyển kiểm tra sang biên nóng chảy ($\,z$). Cả hai mặt đều phải thỏa mãn cho mọi mối hàn trong nhóm, nên mối hàn theo TCVN 5575 thường được định cỡ bởi cường độ biên nóng chảy$\,f_{ws} = 0.45\,f_u$ chứ không phải bởi que hàn.

Mối hàn giáp mép

Mối hàn giáp mép ngấu hoàn toàn kiểm tra như kim loại cơ bản (von Mises với cường độ tính toán$\,f = f_y/\gamma_M$, kèm $\gamma_c$); mối hàn ngấu một phần kiểm tra như mối hàn góc trên chiều cao tính toán $a_{eff}$, và rãnh hai phía cho hai tiết diện.

Nhóm mối hàn - phương pháp "mối hàn như một đường"

Khi một nhóm mối hàn (hộp, chữ C, hai đường) chịu lực trong mặt phẳng và mô men xoắn, cách kinh điển coi mối hàn là đường có tiết diện đơn vị. Tính chiều dài nhóm $L$, trọng tâm và mô men cực của đường hàn$\,I_p = I_y + I_z$. Lực trực tiếp trên đơn vị chiều dài là $f_{dir} = F/L$; xoắn thêm$\,f_{tor} = M\,r_{\max}/I_p$ tại điểm xa nhất. Hai thành phần cộng vectơ tại góc bất lợi nhất cho hợp lực đỉnh trên đơn vị chiều dài, chia cho tiết diện thực thành ứng suất kiểm tra với cùng giới hạn của tiêu chuẩn:

Chọn dạng nhóm hàn ở tab Nhóm mối hàn và nhập kích thước hộp cùng tải trọng trong mặt phẳng để có mức huy động lớn nhất.