Кутовий шов: перерахунок a і z та несуча здатність

Два позначення одного шва, які постійно плутають у цеху, і ціна цієї плутанини. Плюс перевірка: скільки такий шов узагалі тримає і чи не наварили ви зайвого.

Коротка відповідь

a = 0,7·z, а z = 1,41·a: розрахункова висота кутового шва — це катет, поділений на корінь із двох. Шов a4 має катет 5,7 мм, шов z5 — висоту 3,5 мм.

Геометрія

Кутовий шов у перерізі — трикутник. У нього є катети (сторони, що лежать на деталях) і висота, опущена з вершини на гіпотенузу. Ця висота й називається розрахунковою: вона проходить через найтонше місце шва, і саме за нею шов руйнується.

• a = z / √2 ≈ 0,707 · z — з катета в розрахункову висоту
• z = a · √2 ≈ 1,414 · a — назад

У позначенні на кресленні перед числом стоїть літера: a — розрахункова висота, z — катет. Літери немає — уточнюйте в конструктора, а не вгадуйте.

Завантажити схему: SVG · PNG

Несуча здатність

Розрахунок ведеться за спрощеним методом EN 1993-1-8:

fvw,d = fu / (√3 · βw · γM2), де γ_M2 = 1,25

Значення пораховано формулою EN 1993-1-8 за γM2 = 1,25, а не переписано, — таблиця й калькулятор розійтися не можуть.

Зверніть увагу на S420 і S460: коефіцієнт кореляції зростає швидше за міцність, тому розрахунковий опір шва в них не вищий, ніж у S355. Перехід на міцнішу сталь сам собою шви не підсилює.

Розумні межі

• Менше 3 мм шов практично не призначають: він охолоджується надто швидко, погано проварюється й схильний до тріщин.
• Більше 0,7 від товщини тонкої деталі шов не потрібен — міцнішим за основний метал він не стане.
• Багатопрохідний шов за розрахункової висоти понад приблизно 6 мм: за один прохід стільки наплавити важко, а спроба призводить до підрізів і напливів.

Скільки металу піде на обраний катет і у що це обійдеться, рахує калькулятор вартості шва. Допустимі відхилення геометрії — у калькуляторі ISO 5817.

Таблиця a–z: катет, наплавлення й несуча здатність швів a3–a12

Найходовіші значення в одному місці. Колонки обчислюються тими самими формулами, що й калькулятор вище та калькулятор наплавленого металу, тож таблиця не розійдеться з результатом, який ви отримаєте, ввівши свої дані.

Переріз із підсиленням +10 %, густина сталі 7,85 г/см³, прохід MAG близько 35 мм² — ті самі припущення, що в калькуляторі наплавленого металу. Несуча здатність: спрощений метод EN 1993-1-8, γM2 = 1,25, навантаження вздовж шва.

Як читати таблицю

Зліва направо: висота з креслення (a) → катет для шаблона (z) → скільки металу покласти на метр → чи вкладеться в один прохід → скільки шов тримає на кожні 100 мм довжини. Несуча здатність росте лінійно з a, а маса наплавлення — з квадратом. Звідси просте правило кошторису: шов a8 лише вдвічі міцніший за a4, але з'їдає вчетверо більше дроту (0,553 проти 0,138 кг/м). Колонки несучої здатності наведено для одного шва; двобічний — це два шви, значення подвоюється.

Приклади перерахунку a = 0,7·z покроково

Приклад 1: на кресленні «a5», сталь S355, шов 150 мм

Катет: z = 5 · 1,414 = 7,07, у цеху виставляєте шаблон на 7 мм і стежите, щоб менше не вийшло. Розрахунковий опір S355 — 251 Н/мм², отже, шов тримає 251 · 5 ≈ 1257 Н на кожен міліметр довжини, тобто близько 189 кН на всіх 150 мм. Калькулятор покаже те саме за a = 5, S355 і 150 мм.

Приклад 2: потрібен a6, а зварили катет 6 мм

Найчастіша помилка на практиці. Катет 6 мм дає a = 6 · 0,707 = 4,24 мм замість 6. Несуча здатність падає до 71 % від потрібної, а переріз наплавлення — удвічі (0,155 проти 0,311 кг/м). Шліфуванням такий шов не «дотягнути»: потрібен другий прохід до катета 8,5 мм. На прийманні це видно одразу — шаблон на a6 не дістає до лиця шва.

Приклад 3: лист 8 мм із S235 — який діапазон a має сенс

Верхня межа 0,7 · 8 = 5,6 мм, нижня — 3 мм. Калькулятор виведе це як «розумний діапазон a: 3…5,6 мм». Берете, наприклад, a4 (катет 5,7 мм): для S235 це 208 · 4 ≈ 831 Н/мм. Якщо конструкторові потрібно більше, шов не роздувають понад 5,6 мм, а подовжують або варять з двох боків.

Приклад 4: скільки дроту піде на 10 м шва a4

Переріз із підсиленням: 5,66² / 2 · 1,10 ≈ 17,6 мм², маса 17,6 · 0,00785 ≈ 0,138 кг/м, на 10 м — 1,38 кг наплавленого металу. Для MAG коефіцієнт виходу на сайті прийнято 0,93, тож дроту піде близько 1,49 кг. Той самий шов з двох боків — удвічі більше. Ціну такого метра з газом, електрикою й роботою рахує калькулятор вартості шва.

Як підібрати висоту a під товщину металу

1. Беріть тоншу з деталей, що з'єднуються. Саме вона обмежує шов: полиця 10 мм на листі 20 мм — рахуємо за 10.
2. Верхня межа: a ≤ 0,7·t. Вище раніше зруйнується основний метал; калькулятор попереджає про це окремим рядком.
3. Нижня межа: a ≥ 3 мм. EN 1993-1-8 (п. 4.5.2) не допускає несучого кутового шва з розрахунковою висотою менше 3 мм.
4. Довжина: шов коротший за 30 мм або за 6·a (що більше) за EN 1993-1-8 несучим не вважається. Для a5 це 30 мм, для a8 — 48 мм.
5. Кут між деталями від 60° до 120° — у цих межах норма розглядає з'єднання як кутовий шов; поза ними його рахують інакше.
6. Перевірте несучу здатність калькулятором і порівняйте із зусиллям від конструктора. Спрощений розрахунок передбачає навантаження вздовж шва; за складного напруженого стану конструктор застосовує напрямлений метод: √(σ⊥² + 3·(τ⊥² + τ∥²)) ≤ fu / (βw·γM2) і σ⊥ ≤ 0,9·fu / γM2.

Дуже довгі шви в напусткових з'єднаннях норма додатково знижує коефіцієнтом β_Lw — це стосується швів, довших приблизно за 150·a, тобто для a5 понад 750 мм. Це вже завдання для розрахунку конструктора.

Увігнутий, опуклий і нерівнокатетний шов

Завантажити схему: SVG · PNG

Опуклий. Напливання понад пряму, що з'єднує кінці катетів, до a не входить. Шов z6 з помітною «шапкою» все одно має a = 4,24 — він лише важчий і дає різкіший перехід до основного металу, що гірше для втомної міцності.

Увігнутий. Тут a міряють від кореня до найглибшої точки лиця, а не через катети. За катетів 8 мм плоский шов мав би a = 5,66; якщо лице просіло на 1 мм, лишається близько 4,7 мм. Шаблон, прикладений до катетів, покаже «a5,7» — і введе в оману.

Нерівнокатетний. Для катетів z₁ і z₂ розрахункова висота — це висота прямокутного трикутника: a = z₁·z₂ / √(z₁² + z₂²). Катети 6 і 8 мм дають 48 / 10 = 4,8 мм — більше, ніж у шва 6×6 (4,24), але менше, ніж у 8×8 (5,66). Враховуються обидва катети, а не довший.

Глибокий провар: коли можна рахувати більше, ніж a за лицем

MAG зі струминним перенесенням і зварювання під флюсом проплавляють корінь глибше за вершину трикутника. EN 1993-1-8 дозволяє додати цей провар до розрахункової висоти лише тоді, коли технологічні випробування показали, що він виходить стабільно. Без такого доказу (на практиці — WPQR із макрошліфом) a рахують за геометрією лиця, а провар іде в запас. На кресленні шов із глибоким проваром позначають окремо, щоб зварник не зменшив катет «на око».

Багатопрохідний шов: з якого розміру і скільки проходів

Колонка «Проходів MAG» у таблиці виходить з типового перерізу одного проходу MAG, близько 35 мм². З неї видно, що до a5 включно шов вкладається в один прохід, a6 потребує двох, a8 — трьох, a10 — чотирьох. Штучним електродом (близько 25 мм² за прохід) два проходи потрібні вже за a5, а за a10 — п'ять. Порядок — знизу вгору: перший прохід у корінь, наступні перекривають попередні, останній вирівнює лице, щоб катети вийшли рівними. Свій переріз і свій процес порахує калькулятор наплавленого металу й проходів.

Часті помилки на кресленні й у цеху

• Число без літери. «5» біля значка трикутника може бути і a5, і z5 — різниця за несучою здатністю понад 40 %. Уточнюйте до зварювання.
• a прочитали як z. Шов виходить на 29 % тоншим, з половиною перерізу (приклад 2).
• z прочитали як a. Навпаки: удвічі більше наплавлення, більше деформацій, а міцності додається рівно стільки, скільки дозволяє основний метал.
• Пропущено двобічний знак. Трикутники з обох боків лінії-виноски — це два шви, маса й час подвоюються. Як це виглядає на кресленні, показує сторінка про позначення швів.
• a більше за 0,7·t. Зазвичай це «для надійності» — вузол не посилює, тільки веде.
• Надто короткі ділянки. Переривчастий шов із ділянками коротшими за 30 мм або 6·a несучим не вважається.

Замір шаблоном: що ви насправді міряєте

Шаблон для кутових швів зазвичай має дві шкали: катета (прикладається до листа) і висоти a (прикладається до лиця під 45°). На плоскому й опуклому шві досить заміряти катети — менший із них, помножений на 0,707, дає a. На увігнутому шві a треба міряти напряму, бо катети її завищують. Міряйте в кількох місцях, зокрема біля кінців, де шов буває найтоншим. Допустимі заниження висоти й надмірну опуклість для рівнів B, C і D перевірите в калькуляторі ISO 5817, а результат заміру запишете в генераторі протоколу VT. Як вести шов, щоб катети вийшли рівними, — у розборі кутового шва в положенні PB.

Автор: Dmitry Frolov, зварник, виготовлення металоконструкцій Оновлено: 28 вересня 2026