Contraintes des joints de soudure et facteurs de concentration de contraintes

Contraintes des joints de soudure et facteurs de concentration de contraintes

Dans l’article précédent, nous avons discuté de la manière dont nous avons discuté des différents procédés de soudage Soudage à l’arc Soudage TIG, Soudage MIG, Soudage au gaz, avons également discuté de la façon de calculer la résistance du joint de soudage. Discutons des contraintes des joints de soudage et des différents facteurs de concentration de contraintes pour les joints soudés.

Contraintes des joints de soudure et facteurs de concentration de contraintes

Contrainte des joints de soudure

Les contraintes des joints de soudure sont difficiles à déterminer en raison des paramètres variables et imprévisibles. Ces paramètres sont l’homogénéité du métal fondu, les contraintes thermiques dans les soudures, le traitement thermique dû aux zones affectées par la chaleur et les modifications des propriétés physiques dues à la vitesse de refroidissement élevée.

Les contraintes du joint de soudure peuvent être obtenues en supposant les hypothèses suivantes pendant que le joint soudé est sous charge.

  1. La charge est répartie uniformément sur toute la longueur de la soudure
  2. La contrainte est répartie uniformément sur sa section efficace.

Le tableau suivant indique les contraintes admissibles pour les joints soudés pour l’assemblage de métaux ferreux avec des électrodes en acier doux sous une charge constante et de fatigue ou inversée.

Électrode nue Électrode nue Électrode enduite Électrode enduite
Types de soudure Charge constante
(Mpa)
Charge de fatigue
(Mpa)
Charge constante
(Mpa)
Charge de fatigue
(Mpa)
Soudures d’angle (tous types) 80 21 98 35
Soudures bout à bout pour charge de traction 90 35 110 55
Soudure bout à bout pour la charge de compression 100 35 125 55
Soudures bout à bout pour charge de cisaillement 55 21 70 35

Les données ci-dessus sont des données de manuel standard qui peuvent être utilisées pour un simple calcul de contrainte de joint de soudure.

Facteur de concentration de contrainte pour les joints soudés

La concentration des contraintes est due à une distribution irrégulière des contraintes. Cette répartition irrégulière des contraintes se produit dans un joint de soudure en raison du joint de soudure irrégulier.

Le renforcement fourni à la soudure produit une concentration de contraintes à la jonction de la soudure et du métal de base. Lorsque les pièces sont soumises à une charge de fatigue, le facteur de concentration de contraintes pour différents joints de soudure, tel qu’indiqué dans le tableau suivant, doit être pris en compte.

Type de joint de soudure Facteur de concentration de contrainte
Joint de crosse renforcé 1.2
Pointe du joint d’angle transversal 1.5
Fin de la soudure remplie parallèle 2.7
T-Butt Joint avec un coin pointu 2

Les facteurs énumérés ci-dessus pour la charge de fatigue. Pour le chargement statique sur le joint soudé, le facteur de concentration de contrainte est de 1,0.

Résolvons maintenant un problème simple pour calculer les contraintes de joint de soudure à partir des facteurs de concentration de contrainte mentionnés ci-dessus et des contraintes de joint de soudure admissibles.

Exemple de problème pour trouver la longueur du joint de soudure d’un échantillon donné

Une plaque de 100 mm de large et de 12,5 mm d’épaisseur doit être soudée à une autre plaque au moyen de soudures d’angle parallèles. Les plaques sont soumises à une charge de 50 kN. Trouvez la longueur de la soudure pour que la contrainte maximale ne dépasse pas 56 MPa. Considérons d’abord le joint sous charge statique, puis sous charge de fatigue.

Solution:

Contraintes des joints de soudure et facteurs de concentration de contraintes

Données données
Largeur = 100mm
Épaisseur = 12,5 mm = C’est la taille de la ou des soudures
Charge = 50 kN = 50 × 103N
Contrainte maximale admissible (τ) = 56 MPa = 56 N/mm2

Laisse nous dire je est la longueur de la soudure qui devait être déterminée.

Chargement statique

Pour le chargement statique, nous avons la contrainte maximale admissible (τ) = 56 MPa/1,0 = 56 N/mm2

Où 1 est le facteur de concentration de contrainte qui doit être utilisé chaque fois que nous concevons un joint de soudure.

Ainsi d’après l’article précédent, pour un joint d’angle double parallèle, la charge maximale (P) que peuvent supporter les plaques est donnée par (à partir de Équation 2)

P = 1,414 s × je × τ

50×103 =1.414 s × je × τ
50×103 = 1,414 × 12,5 × je × 56
50×103 = 990 je
je = 50 × 103 / 990
je = 50,5 mm

En ajoutant 12,5 mm pour le démarrage et l’arrêt de la passe de soudage, on obtient

je = 50,5 + 12,5 = 63 mm

Pour résister à une charge nominale de 50 kN, la plaque doit être soudée avec un double joint d’angle parallèle d’une longueur de 63 mm.

Charge de fatigue

Et pour le chargement de fatigue, nous avons la contrainte maximale admissible (τ) = 56 MPa/2,7 = 20,74 N/mm2

P = 1,414 s × je × τ

50×103 =1.414 s × je × τ
50×103 = 1,414 × 12,5 × je × 20,74
50×103 = 367 je
je = 50 × 103 / 367
je = 136,2 mm

En ajoutant 12,5 mm pour le démarrage et l’arrêt de la passe de soudage, on obtient

je = 136,2 + 12,5 = 148,7 mm

Pour résister à une charge de fatigue de 50 kN, la plaque doit être soudée avec un double joint d’angle parallèle d’une longueur de 149 mm.

Résolvez cet exemple de problème pour trouver vous-même la longueur du joint de soudure d’un échantillon donné.

Une plaque de 75 mm de large et de 12,5 mm d’épaisseur est assemblée à une autre plaque par une seule soudure transversale et une double soudure d’angle parallèle, comme illustré à la Fig. 10.15. Les contraintes maximales de traction et de cisaillement sont respectivement de 70 MPa et 56 MPa. Trouvez la longueur de chaque soudure d’angle parallèle, si le joint est soumis à la fois à une charge statique et à une charge de fatigue.

Contraintes des joints de soudure et facteurs de concentration de contraintes

Utilisez les formules de cet article pour résoudre et faites-nous savoir la réponse dans la zone de commentaires !

Conclusion

C’est ainsi que les facteurs de concentration de contraintes pour les joints de soudure sont pris en considération dans le calcul des résistances de soudage. De plus, la contrainte admissible du joint de soudage est indiquée ci-dessus pour votre référence, qui est l’entrée obligatoire pour le calcul de la longueur ou de la résistance du joint de soudage. Résolvez l’exemple de problème ci-dessus et faites-nous savoir quelle réponse vous obtenez dans la section commentaires ci-dessous.