POŁĄCZENIA SPAWANEPOŁĄCZENIA SPAWANE

dr inż. Dariusz Czepiżak

1

Połączenia spawane należą do połączeń nierozbieralnych t t kt l Ob i ż i j d l t łtypu strukturalnego. Obciążenie z jednego elementu łączonego na drugi jest przekazywane za pomocą sił wiązań międzyatomowych.

Spawanie wymaga użycia skoncentrowanego źródła ciepła, wytwarzającego temperaturę znacznie przewyższającąwytwarzającego temperaturę znacznie przewyższającą temperaturę topnienia stali, po to, aby przetopić brzegi elementów łączonych na bardzo wąskiej szerokości (2÷3 mm), nie powodując przy tym parowania materiału i szerokiej strefynie powodując przy tym parowania materiału i szerokiej strefy zmian strukturalnych. Im bardziej jest skoncentrowane spawalnicze źródło ciepła, tym szybciej się roztapia stal przy brzegach łączonych, a tym samym mniejsza ilość ciepła zostanie wprowadzona w elementy łączone. W efekcie w złączu spawanym pozostaną mniejsze naprężenia i odkształcenia

2

spawanym pozostaną mniejsze naprężenia i odkształcenia spawalnicze.

Widok pierwszego na świecie spawanego mostu drogowego o konstrukcji kratowej, projektu prof. S. Bryły, 

zbudowanego w r. 1928 nad rzeką Słudwią (ok. 8 km za Łowiczem, na drodze do Poznania)

3

SPAWALNOŚĆZdolność stali do tworzenia połączeń spawanych o ściśle określonych właściwościach mechanicznych spełniających 

k lwymagania eksploatacyjne.

S l ść ż kl fik ć j kSpawalność można klasyfikować jako:

1 Metalurgiczną która zależy od sposobu wytworzenia1. Metalurgiczną, która zależy od sposobu wytworzenia stali, jej składu chemicznego i struktury, stopnia uspokojenia, sposobu obróbki elementów, rodzaju p j , p , jspoiwa itp.

4

2 Konstrukcyjną jest ona związana ze stopniem2. Konstrukcyjną jest ona związana ze stopniem sztywności konstrukcji i możliwością swobody odkształceń elementów spawanych, grubością tych p y , g ą yelementów oraz grubością, długością i rozmieszczenie spoin, sposobem kształtowania węzłów i elementów.

3. Technologiczną, która określa wymagania dotyczące wyboru procesów spawania doboru parametrówwyboru procesów spawania, doboru parametrów spawania, przyjęta kolejność wykonywania spoin, a także zastosowane metody obróbki cieplnej itakże zastosowane metody obróbki cieplnej i mechanicznej spoin.

5

W przypadku stali konstrukcyjnych pojecieW przypadku stali konstrukcyjnych pojecie spawalności jest zwykle upraszczane do zagadnienia uzyskania spawanego złącza bez pęknięć.

Pęknięcie: a) gorące, b) zimne, c) lamelarne

6

W zależności od spawalniczego źródła ciepła spawanie dzieli p g p psię na: gazowe i elektryczne. W pierwszym przypadku ciepło jest wytwarzane przez spalający się gaz (acetylen, wodór, metan) natomiast w drugim przez łuk elektryczny strumieńmetan), natomiast w drugim – przez łuk elektryczny, strumień plazmy, strumień elektronów, strumień fotonów.

Rodzaje spoin: a – czołowe, b – pachwinowe, c – szerokobruzdowe; 1, 2 – łączone elementy, 3 – spoina

7

SPOINY CZOŁOWEł d d b dSpoina jest czołowa wtedy, gdy brzeg przynajmniej jednego 

z dwu łączonych elementów jest przetopiony na całej grubościgrubości.

8

9

Zapobieganie kraterom polega na stosowaniu płytek wybiegowych, które mocuje się prowizorycznie spoinami czepnymi. Po wykonaniu spoiny płytki odcina się płomieniem acetylenowo-tlenowym lub piłą, a brzegi złącza szlifuje się (wyrównuje)(wyrównuje).

10

Łączenie spoin o różnych grubościach

11

SPOINY PACHWINOWEh kł d l kSpoiny pachwinowe są układane w naturalnym rowku, 

jaki tworzą dwa łączone elementy. 

Kształty spoin pachwinowych: a) płaska, b) wklęsła, c) wypukła, niesymetryczna płaska

12

Spoina pachwinowa wielościegowa (numery oznaczają kolejność układania ściegów)

13

Unika się kraterów na końcach spoiny, stosując albo korytka wybiegowe (rys 7 11) albo przedłużając spoinękorytka wybiegowe (rys. 7.11) albo przedłużając spoinę poza długość zakładu na przyległe pod kątem prostym brzegi (rys. 7.12) na 2a.brzegi (rys. 7.12) na 2a.

14

Nie należy zakładać spoin pachwinowych w wewnętrznych narożach kształtowników (rys. 7.13a, b), ponieważ są tonarożach kształtowników (rys. 7.13a, b), ponieważ są to miejsca o podwyższonej zawartości węgla, siarki i fosforu, a więc o gorszej spawalności stali.

15

SPOINY SZEROKOBRUZDOWE

Spoiny te występują przy prętach pełnych łączonych do płaskiej powierzchni lub przy łączeniu kształtowników rurowych prostokątnych.

16

Złącza spawane dzieli się na: doczołowe (rys. 7.14a), teowe (rys. 7.14b), krzyżowe (rys. 7.14c), zakładkowe (rys. 7.14d), ( y ) y ( y ) ( y )nakładkowe (rys. 7.14e).

17

Podział spoin ze względu na pozycję spawania jest następujący: podolna (rys. 7.16a), naboczna (rys. 7.16b), naścienna (rys. 7.16c), okapowa (rys 7 16d) pułapowa (rys 7 16e) pionowa (rys 7 16f)okapowa (rys. 7.16d), pułapowa (rys.7.16e), pionowa (rys.7.16f). 

18

OBLICZANIE ZŁĄCZY ZE SPOINAMI CZOŁOWYMISPOINAMI CZOŁOWYMI

Nośność obliczeniową spoin czołowych z pełnym przetopem przyjmuję się równą nośności obliczeniowej słabszej zprzyjmuję się równą nośności obliczeniowej słabszej z łączonych części.

19

EFEKTYWNY PEŁNY PRZETOP W CZOŁOWYM ZŁĄCZU TEOWYMW CZOŁOWYM ZŁĄCZU TEOWYM

20

OBLICZANIE ZŁĄCZY ZE SPOINAMI PACHWINOWYMISPOINAMI PACHWINOWYMI

Założenia:1.Jako efektywną długość spoiny pachwinowej leff przyjmuje się długość, na której spoina ma pełny przekrój. Można ją przyjmować jako długość całkowitą spoiny zmniejszoną o dwieprzyjmować jako długość całkowitą spoiny zmniejszoną o dwie efektywne grubości a.

2 Do przenoszenia obciążeń nie powinno się stosować spoin2.Do przenoszenia obciążeń nie powinno się stosować spoin pachwinowych o długości efektywnej mniejszej niż 30 mm ani też krótszych niż sześciokrotna grubość spoiny (6a).

3.Efektywna grubość spoiny pachwinowej nie powinna być mniejsza niż 3 mm i nie większa niż 0,7tmin przy spoinie j d t j i 0 5t i i d t j d i t tjednostronnej i 0,5tmin przy spoinie dwustronnej, gdzie tmin to grubość cieńszej z łączonych blach.

21

4. Spoiny pachwinowe można stosować do łączenia części, których ścianki tworzą kąt od 60º do 120º

22

Składowe naprężeń w przekroju spoiny pachwinowej

222 90 ff

Metoda kierunkowa sprawdzenia nośności spoiny pachwinowej

22

2II

22 9,0oraz)(3M

u

Mw

u ff

23

POŁĄCZENIA Z PASAMI BEZ ŻEBER

fweff ktstb 72 0,1, fyf

ftft

kppy

eff bff

b ,, pyp ftpuf ,

24

ZŁĄCZA DŁUGIE

W dk ł ń kł dk h dł ż h iż 150W przypadku połączeń zakładkowych dłuższych niż 150a przyjmuje się współczynnik redukcyjny βLw = βLw,1, przy czym:

w

jLw a

L1502,0

2,11, 25

SPOINY OBCIĄŻONE MIMOŚRODOWO

26

POŁĄCZENIA ZAKŁADKOWE OBCIĄŻONE SIŁĄ I MOMENTEMSIŁĄ I MOMENTEM

90 ff

22

2II

22 9,0oraz)(3M

u

Mw

u ff

27

NIZGODNOŚCI SPAWALNICZEPodział niezgodności spawalniczych ze względu na:

) ł ż ia) położenie• zewnętrzne (lub odkryte),•wewnętrzne (lub ukryte)wewnętrzne (lub ukryte),

b)wielkość•makroskopowe, które można wykryć gołym okiem lub przy powiększeniu 25x, lub za pomocą metod badań i i hnieniszczących,

•mikroskopowe, które można wykryć za pomocą metod o dużej rozdzielczości zwykle podczas badańdużej rozdzielczości, zwykle podczas badań metalograficznych.

28

RODZAJE NIEZGODNOŚCI

1. Pustki gazowe w postaci pęcherzy.

2. Wtrącenia stałe.ą

3. Przyklejenia.

4 Braki przetopu4. Braki przetopu.

5. Pęknięcia typu gorącego .

6. Niezgodności dotyczące kształtu złączy.

29

30

31

32

33

34

35

UJEMNE SKUTKI SPAWANIA

1. Zmiany strukturalne wokół spoiny.

2. Naprężenia spawalnicze.

3. Deformacje spawalnicze.

36

NAPRĘŻENIA SPAWALNICZE

37

38

ODKSZTAŁCENIA SPAWALNICZESKURCZ PODŁUŻNYSKURCZ PODŁUŻNY

39

SKURCZ POPRZECZNY

40

ZAPOBIEGANIE DEFORMACJOM

41

42