Osnove dizajna zavarivanja & naprezanja u zavarenim spojevima

Osnove dizajna zavarivanja

Zavareni spojevi podvrgnuti su različitim vrstama opterećenja i naprezanja kao što su uzdužna, poprečna, posmična, zamorna i torzijska opterećenja kao što je prikazano na slici 1 i koriste se za različite primjene, npr. željeznice, zrakoplovstvo, nafta i plin, konstrukcijska i teška izrada, da navedemo nekoliko.

Osnova za dizajn zavarivanja temelji se na razumijevanju ovih naprezanja, kako djeluju i utječu na komponentu.

Vrste naprezanja u zavarenim spojevima

Prvo važno razmatranje za dizajn je stres koji je izložen dijelu.

Postoji nekoliko vrsta naprezanja koja se mogu pojaviti u zavarenim spojevima:

1. Torzijska naprezanja: Javljaju se u spoju kada postoji sila uvijanja koja djeluje na zavarenu strukturu.
2. Smična naprezanja: Javljaju se u spoju kada postoji sila koja djeluje paralelno s površinom zavarene konstrukcije.
3. Naprezanja na savijanje: javljaju se u spoju kada postoji sila koja djeluje okomito na površinu zavarene konstrukcije.
4. Zaostala naprezanja: To su naprezanja koja ostaju u materijalu nakon završetka zavarivanja. Oni mogu biti uzrokovani hlađenjem metala i mogu rezultirati savijanjem ili iskrivljenjem spoja.
5. Toplinska naprezanja: To su naprezanja koja su uzrokovana zagrijavanjem i hlađenjem metala tijekom procesa zavarivanja. Oni mogu rezultirati pucanjem ili iskrivljenjem spoja ako se ne rukuju pravilno.
6. Mehanička naprezanja: To su naprezanja koja su uzrokovana silama koje se primjenjuju na spoj tijekom zavarivanja, poput skupljanja ili širenja metala. Također ih mogu uzrokovati vanjske sile kao što su vibracije ili udarci.
7. Naprezanja od zamora: To su naprezanja koja se javljaju tijekom vremena zbog opetovanog opterećenja i rasterećenja zgloba. Mogu dovesti do pucanja ili kvara spoja ako se njima ne upravlja pravilno.
8. Naprezanja puzanja: Ovo su dugotrajna naprezanja koja se javljaju u zavarenim spojevima pod stalnim opterećenjem tijekom dugog vremenskog razdoblja. Oni mogu dovesti do deformacije i otkazivanja zgloba ako se ne upravljaju pravilno.

Naprezanje u zavarenom spoju

Naprezanje u zavarenom spoju definira se kao opterećenje (ili sila) podijeljeno s površinom poprečnog presjeka (CSA) komponente koja je izložena opterećenju. Ako je sila, F, izražena u njutnima (N), a površina CSA u milimetrima na kvadrat (mm2), tada je vlačno naprezanje, dato simbolom σ, u njutnima po milimetru na kvadrat (N/mm2), što je isto kao megapaskali (MPa).

Jednadžba naprezanja često se piše kao:

Naprezanje (σ) = Opterećenje (F)/ Površina (A)

Naprezanja mogu djelovati ili kao vlačno naprezanje (odvajanje) ili kao tlačno naprezanje (gnječenje zajedno), ali se izračunavaju na isti način za svako, tj. opterećenje preko CSA. Vlačno naprezanje često se smatra opasnim jer je za širenje pukotine potrebno vlačno naprezanje.

Naprezanje u zavarenom spoju

Deformacija je promjena duljine uzrokovana primjenom sile podijeljene s izvornom duljinom. Pogledajte sliku 3, uz pretpostavku izvorne duljine L, tada je promjena duljine prikazana kao ΔL. Simbol za soj je grčko slovo epsilon, ɛ.

Smični napon u zavarenom spoju

Smični napon u zavarenom spoju su sile koje proizvode suprotno ali paralelno klizno gibanje između dva dijela u istoj ravnini kao što je prikazano na slici 1. U materijalima se plastična deformacija događa na ravninama visokih posmičnih naprezanja. U zavarivanju, kutni zavari su uglavnom projektirani za smično naprezanje.

Što je dizajn zavarivanja?

Projektiranje zavarivanja je proces planiranja i izrade izgleda, dimenzija i specifikacija zavarene konstrukcije ili komponente.

Uključuje uzimanje u obzir čimbenika kao što su vrsta materijala koji se zavaruje, vrsta postupka zavarivanja koji će se koristiti, veličina i oblik konstrukcije te opterećenja i naprezanja kojima će konstrukcija biti izložena.

Dizajn zavarivanja također uključuje odabir odgovarajućih tehnika zavarivanja, postupaka i opreme kako bi se osiguralo da je gotova konstrukcija čvrsta, sigurna i da zadovoljava sve potrebne kodove i standarde.

Uključuje odabir simbola zavarivanja, dizajn spoja, pripremu i dotjerivanje, redoslijed i postupak zavarivanja te metode pregleda.

To je važan korak u procesu zavarivanja jer pomaže osigurati da konačni proizvod bude siguran, izdržljiv i prikladan za namjeravanu svrhu.

Proračun konstrukcije zavarivanja

Izračuni dizajna zavarivanja koriste se za određivanje veličine, oblika i broja zavarenih spojeva potrebnih za konstrukciju ili komponentu, kao i potrebne količine dodatnog metala. Ovi izračuni pomažu osigurati da će gotova struktura biti čvrsta i sigurna, te da će zadovoljiti sve potrebne kodove i standarde. Neki od ključnih proračuna uključenih u dizajn zavarivanja uključuju:

• Proračuni čvrstoće: Ovi izračuni koriste se za određivanje veličine i broja zavarenih spojeva koji su potrebni da se osigura odgovarajuća čvrstoća strukture ili komponente. Na primjer, za određivanje veličine kutnog zavara potrebnog za spajanje dviju ploča, izračunava se dopušteno naprezanje u metalu zavara, efektivna veličina grla i veličina kraka.
• Proračuni kutnih zavara: Ovi izračuni koriste se za određivanje veličine kutnih zavara potrebnih za osiguravanje odgovarajuće čvrstoće strukture ili komponente.
• Proračuni opterećenja: Ovi se izračuni koriste za određivanje opterećenja i naprezanja kojima će konstrukcija ili komponenta biti izložena i kako bi se osiguralo da će zavarena konstrukcija moći izdržati ta opterećenja i naprezanja. Na primjer, da bi se odredilo maksimalno opterećenje kojem će most biti izložen, izračunava se težina mosta, težina vozila koja će prelaziti most i opterećenje vjetrom koje djeluje na most.
• Izračuni učinkovitosti spoja: Ovi se proračuni koriste za određivanje čvrstoće spoja kao postotak čvrstoće osnovnog metala. Na primjer, preklopni spoj s kutnim zavarom projektiran je s učinkovitošću spoja od 75%. To znači da je čvrstoća spoja 75% čvrstoće osnovnog metala.
• Izračuni izobličenja: Ovi se izračuni koriste za određivanje količine izobličenja koje će nastati kao rezultat zavarivanja i za poduzimanje koraka za smanjenje ili kontrolu tog izobličenja. Na primjer, kod zavarivanja cijevi mora se izračunati toplinsko širenje i skupljanje cijevi kako bi se spriječilo savijanje i savijanje cijevi.
• Proračuni zamora: Ovi se izračuni koriste za određivanje vijeka trajanja zavarene konstrukcije od zamora i za osiguranje da će struktura moći izdržati cikličko opterećenje tijekom vremena. Na primjer, vijek trajanja zavarenog spoja na kraku dizalice izračunat je kako bi se osiguralo da će spoj izdržati cikličko opterećenje uzrokovano kretanjem dizalice tijekom vremena.
• Proračuni puzanja: Koriste se za određivanje vijeka puzanja zavarene konstrukcije i za osiguranje da će struktura moći izdržati stalna opterećenja tijekom vremena. Na primjer, vijek puzanja zavarenog spoja u visokotlačnom cjevovodu izračunava se kako bi se osiguralo da spoj izdrži konstantna opterećenja uzrokovana visokotlačnim fluidom tijekom vremena.

Važno je napomenuti da ove izračune trebaju obavljati iskusni inženjeri ili stručnjaci za zavarivanje uz korištenje specijaliziranog softvera, kako bi se osigurala točnost i integritet dizajna.

Koja je karakteristika dobrog dizajna zavarivanja?

Jedna važna karakteristika dobrog dizajna zavarivanja je da treba osigurati strukturni integritet i sigurnost konačnog proizvoda.
To znači da bi zavarena konstrukcija ili komponenta trebala moći izdržati opterećenja i naprezanja kojima će biti izložena bez kvara ili oštećenja.
Dobar dizajn zavarivanja također treba uzeti u obzir životni vijek strukture i potencijal za zamor, koroziju i puzanje.

Open this in UX Builder to add and edit content