nosivi dijelovi mehatroniČkih · pdf fileoblikovanje zavarenih konstrukcija 21 mehatroničke...
TRANSCRIPT
Zavareni spojevi - II. dio
NOSIVI DIJELOVI
MEHATRONIČKIH KONSTRUKCIJA
1 Mehatroničke konstrukcije
Prednosti zavarenih spojeva Nosivost zavarenih spojeva može biti približno
jednaka nosivosti osnovnog materijala,
Visoka nosivost se postiže pravilnim odabirom dodatnog materijala i parametara zavarivanja, te pravilnom izvedbom zavarenog spoja,
U odnosu na lijevane, kovane i zakovične konstrukcije, zavarene konstrukcije imaju tanje stjenke i do 30 % manju težinu,
Za manji broj proizvoda, zavareni spojevi su najviše ekonomični.
Mehatroničke konstrukcije 2
Nedostaci zavarenih spojeva Spajanje samo materijala koji imaju jednaku ili
približnu kvalitetu i sastav i koji su dobro zavarljivi,
Na mjestu spajanja dolazi do lokalnog zagrijavanja i neravnomjernog rastezanja i skupljanja, što prilikom hlađenja uzrokuje zaostala naprezanja,
Jako su opasna vlačna naprezanja, jer smanjuju čvrstoću konstrukcije, a s vodikom iz okoline mogu nastati i tzv. hladne pukotine,
Potrebna je odgovarajuća priprema spoja (oblikovanje i čišćenje od nečistoća i oksida),
Smanjena sposobnost prigušenja vibracija, te manja otpornost prema koroziji,
Zavareni spojevi su zbog svoje cijene neprimjereni za velikoserijsku proizvodnju.
Mehatroničke konstrukcije 3
Kako nastaje zavareni spoj?
Mehatroničke konstrukcije 4
Zavareni spoj temelji se na kohezijskim silama u zavaru, tako da poslije zavarivanja zavareni spoj čini neraskidivu cjelinu.
Zavarljivost je svojstvo materijala da se spajanjem zavarivanjem njegovih dijelova dobije upotrebljiv spoj.
Materijal je dobro zavarljiv ako je standardnom opremom i procedurom zavarivanja moguće ostvariti upotrebljiv spoj,
Materijal je slabo zavarljiv ako se spoj ostvaruje složenom opremom i procedurom zavarivanja.
Na zavarljivost materijala utječu sastav materijala, njegova kemijska i mehanička svojstva, te krutost konstrukcije.
Kako nastaje zavareni spoj?
Mehatroničke konstrukcije 5
Obzirom na način nastanka kohezijskih sila u
zavarenom spoju razlikuje se:
zavarivanje toplinskom energijom
(zavarivanje taljenjem),
zavarivanje s mehaničkom energijom (toplo i
hladno).
KOHEZIJSKE SILE – privlačne sile između sličnih molekula
(atoma) u zavaru koja ih nastoji ujediniti.
Zavarivanje toplinskom energijom
Mehatroničke konstrukcije 6
Pri zavarivanju s toplinskom energijom spajani
dijelovi iz jednakog ili srodnog materijala (osnovni
materijal), te dodatni materijal, zagrijavaju se na
temperaturu koja je viša od tališta materijala
dijelova koji se zavaruju.
Pri tome dolazi na mjestu spoja do stapanja taline
osnovnog i dodatnog materijala.
Materijal u zavarenom spoju ima strukturu lijeva, i
nakon potpunog otvrdnuća tvori čvrst, nerastavljiv
spoj između spojenih dijelova.
Zavarivanje toplinskom energijom
Mehatroničke konstrukcije 7
Donji dio zavara na dnu žlijeba naziva se korijen,
gornji dio na vrhu naziva se lice zavara.
Zavarivanje toplinskom energijom
Mehatroničke konstrukcije 8
Zbog brzog lokalnog zagrijavanja i hlađenja na mjestu zavara velik dio topline prelazi u osnovni materijal.
U određenom području u okolini zavara dolazi do promjene mikrostrukture osnovnog materijala dijelova koji se zavaruju.
To se područje naziva zona utjecaja topline (ZUT).
Promjena mikrostrukture u ZUT može dovesti do slabljenja zavarenog spoja (krta zakaljena struktura ili pogrubljenje zrna).
Brzo lokalno zagrijavanje i hlađenje između zavarivanja vodi do nastanka zaostalih unutrašnjih naprezanja u okolici zavara koje otklanjamo žarenjem (zagrijavane na približno 600°C i lagano hlađenje).
Zavarivanje s mehaničkom energijom
Mehatroničke konstrukcije 9
Zavarivanje s mehaničkom energijom (pritiskom) je postupak kod kojeg se dijelovi koji se međusobno spajaju (zavaruju) lokalno zagrijavanju i međusobno pritiskuju bez dodavanja materijala.
U području spoja spajani materijali su izloženi velikim plastičnim deformacijama.
To dovodi do izmjene strukture i time do difuzije na dodirnim površinama, lokalne rekristalizacije, te do nastanka adhezijskih i kohezijskih veza među dijelovima koji se spajaju.
Zavarom se naziva dio materijala, koji se deformacijski omekšao i pri tome rekristalizirao.
Zavarivanje s mehaničkom energijom
Mehatroničke konstrukcije 10
Toplo zavarivanje - dodirne površine dijelova se zagrijavaju do tjestastog stanja (do tališta), pospješuje se proces difuzije atoma preko kontaktnih površina i rekristalizacije pod djelovanjem mehaničke sile pritiska.
Hladno zavarivanje - za nastanak zavarenog spoja potrebne su veće sile pritiska, jer su kontaktne površine na sobnoj temperaturi.
U usporedbi sa zavarivanjem taljenjem, zavarivanje pritiskom je jednostavnije i ekonomičnije, i zato je primjereno za veliku serijsku proizvodnju.
DIFUZIJA - spontano miješanje dvije ili više tvari kroz njihovu dodirnu površinu (atomi i ioni izmjenjuju mjesta u kristalnoj rešetki).
Vrste zavarivanja
Mehatroničke konstrukcije 11
Prema materijalu koji zavarujemo razlikujemo:
Zavarivanje metalnih dijelova – čelik, sivi lijev, neželjezni
metali (plinsko, otporno, elektrolučno, plazmom,
elektronskim snopom, laserskim zrakama),
Zavarivanje nemetalnih dijelova – umjetne i
termoplastične mase (vrućim plinom, grijaćim tijelima,
tarno, visokofrekventno).
Prema dodavanju materijala razlikujemo:
Zavarivanje dodatnim materijalom,
Autogeno – spajanje jednakih ili sličnim materijala
Heterogeno – dodavanje materijala različitih sastava
Zavarivanje bez dodatnih materijala
Vrste zavarivanja
Mehatroničke konstrukcije 12
Prema položaju zavarivanja razlikujemo:
Horizontalno (u ravnini, na zidu, koso, u prostoru)
Vertikalno
Nad glavom
Vrste i oblici zavarenih spojeva
Mehatroničke konstrukcije 13
Zavareni spojevi dijele se obzirom na međusobni
položaj dijelova koji se zavaruju na:
Čelni (sučeoni) spoj
Kosi spoj
Preklopni spoj
Paralelni spoj
Kutni spoj
Višestruki (višedjelni) spoj
T- spoj
Križni spoj
Mehatroničke konstrukcije 14
Mehatroničke konstrukcije 15
Mehatroničke konstrukcije 16
Vrste i oblici zavarenih spojeva
Mehatroničke konstrukcije 17
Prema profilu zavara (obliku površine zavara):
Udubljeni
Ravni
Ispupčeni (izbočeni)
Prema prekinutosti zavara:
Prekinuti ili
isprekidani,
Neprekinuti ili
kontinuirani
Oblikovanje zavarenih konstrukcija
Mehatroničke konstrukcije 18
Izbjegavati skretanje toka sile u zoni zavarivanja
jer izaziva vršna naprezanja, posebno kod
dinamičkih opterećenja.
Bolje čelni nego preklopni spoj
Bolje udubljeni nego izbočeni kutni šav
Oblikovanje zavarenih konstrukcija
Mehatroničke konstrukcije 19
Izbjegavati vlačno naprezanje u korijenu zavara, staviti ga u tlačnu zonu jer je tako korijen otporniji.
Izbjegavati zarezna djelovanja jednoličnim i nevalovitim tjemenim zavarima i uporabom dvostranih zavara pri dinamičkom opterećenju.
a) V-zavar s lošim provarom korijena
b) V-zavar s dobrim provarom korijena
c) V-zavar s pročišćenim i zavarenim korijenom
d) X-zavar
Oblikovanje zavarenih konstrukcija
Mehatroničke konstrukcije 20
Izbjegavati gomilanje zavara. Lokalno zagrijavanje kod zavarivanja i zatim hlađenje dovode do deformacija. Što se veći broj zavara sastaje u jednoj točki i što su zavari deblji, to je i deformacija veće.
Dati prednost poluproizvodima. Poluproizvodi su
relativno jeftini pa se prednost daje plosnatim i
profilnim čelicima, cijevima, limovima itd.
Oblikovanje zavarenih konstrukcija
Mehatroničke konstrukcije 21
Izbjegavati skupe pripremne radove jer poskupljuju
konstrukciju. Izbjegavati tokarena smanjenja promjera,
kose ili okrugle rubove itd. Savijanjem limova često se
mogu uštedjeti zavari.
Paziti na pristupačnost zavara. Zavar mora biti pristupačan
alatu za zavarivanje!
Kritični presjeci i naprezanja u zavaru
Mehatroničke konstrukcije 22
Kritični presjeci i naprezanja u zavaru
Mehatroničke konstrukcije 23
Razlikujemo čelni zavar i kutni zavar.
Pod djelovanjem vanjskih opterećenja u
priključnim ravninama čelnih i kutnih zavara mogu
nastati različita naprezanja:
Vlačna, tlačna i smična opterećenja
Mehatroničke konstrukcije 24
Za vlačno, tlačno ili smično (poprečno i uzdužno)
opterećenje zavarenih spojeva silom F, koje uzrokuje
pojedino stanje naprezanja, određuju se pripadajuća
naprezanja po izrazu:
Smično opterećeni zavareni spojevi
Mehatroničke konstrukcije 25
Pod opterećenjem, u uzdužnim zavarima dužine lzv1 pojavljuju se uzdužna smična naprezanja τs. U poprečnom zavaru lzv2 nastaju poprečna smična naprezanja τs.
Naprezanja se računaju kao jednakovrijedna.
Ukupno smično naprezanje izračunava se tako da se u prikazanom primjeru odredi noseća površina:
Azv = Σa lzv = 2 a1 lzv1 + a2 lzv2 τs = F / Azv τzv, dop
Opterećenje savijanjem zavarenih spojeva
Mehatroničke konstrukcije 26
U slučaju opterećenja zavara momentom savijanja Ms određuje
se najveće normalno naprezanje od savijanja u zavarenom spoju
po izrazu:
Torzijska opterećenja zavarenih spojeva
Mehatroničke konstrukcije 27
Torzijska opterećenja zavarenih spojeva
Mehatroničke konstrukcije 28
Torzijski opterećeni kružni zavareni spojevi provjeravaju se po izrazu:
Treba provjeriti i smično naprezanje uzduž zavara:
Zato se čvrstoća provjerava prema izrazu:
Torzijska opterećenja zavarenih spojeva
Mehatroničke konstrukcije 29
Izračunajte obodnu silu Fo kojom je torzijski opterećen
zavar prema slici. Debljina zavara a = 5 mm, unutarnji
promjer kružnog zavara d = 40 mm, a dopušteno
smično naprezane zavara je τzv, dop = 80 N/mm2.