ANVENDTE SVEISEMETODER · 2015-05-12 · GAS- LYSBUE- sveising sveising SVEISING SVEISING Eksplosjons- Søm- sveising sveising pulver MIG TIG Friksjons- Brendstuk- sveising Sveising

Sveiseforbindelser (lectures notes)

Henning Johansen © side 1

ANVENDTE SVEISEMETODER De vanlige sveisemetodene:

Figur .

Sveisemetoder generelt.

SVEISEMETODER SMELTE- ANDRE MOTSTANDS- SVEISING METODER SVEISING Kaldtrykks- Punkt- GAS- LYSBUE- sveising sveising

SVEISING SVEISING Eksplosjons- Søm- sveising sveising

pulver MIG TIG Friksjons- Brendstuk- sveising Sveising Elektro- Ultralyd Høyfrekvens- gas induksjon Elektron- stråle Laser



SVEISEANGIVELSER PÅ TEGNINGER Norsk Standard, NS 1421, viser hvordan sveiser skal angis med symboler på tegninger.

Figur.

I figuren er:

1: pillinje 2: henvisningslinjer:

2a: referanselinje (hellinje) 2b: identifiseringslinje (stiplet linje)

3: sveisesymbol

Eksepler på bruk av grunnsymboler etter NS 1421:

Tabell.



RIKTIG FUGETYPE

NS 472 foreskriver fugeformer for konstruksjonsstål og

NS 473 for aluminium

Tabell.

Fugeformer for konstruksjonsstål.



SPENNINGSFORDELING I SVEISEFORBINDELSER Figuren viser hvordan kraftstrømmen går i noen sveiseforbindelser. Vi kan danne oss et bilde av spenningsforløpet ved å tegne tenkte kraftlinjer (som ved å tenke væskers strømning i rør).

Forbindelse : Kraftflyt : Spenningsfordeling i snitt A:

Figur.



Figurene under viser spenningsfordeling og kraftlinjer i noen sveiseforbindelser

Figur. Kilsveis.

a) spenningsfordelingen. s = strekkspenning og b = bøyespenning b) kraftlinjer

Figur.

Spenningsfordeling og kraftlinjer langs kilsveis.



SVEISESPENNINGER Etter sveising vil det opptre restspenninger i konstruksjonsdetaljen. Figuren under viser restspenninger etter buttsveis mellom to ikke innspente plater. a) Buttsvis i frittliggende plate b) Fordeling av lengdespenningene x over bredden y-y c) Fordeling av tverrspenningene y over lengden x-x kurve 1: For ikke-innspente plater kurve 2: For innspente plater

Figur.

Typisk fordeling av restspenninger i ikke-innspente plater med buttsveis.

Det er viktig å tenke på hvor sveisene plasseres i en konstruksjon. Plasser sveisene der hvor spenningene er lave, hvis mulig.

Figur.

Plassering av sveiser i dampbeholder med jevnt fordelt indre trykk.



SVEISBARHET OG SVEISESIKKERHET Sveisbarhet Et materiale er godt sveisbart når det kan sveises med vanlige metoder og tilsettmaterialer på en enkel måte uten spesielle ekstra tiltak for å oppnå et tilfredsstillende resultat.

o Sveisen skal være uten sveisefeil av betydning o Sveisen, sveisemetallet og den varmepåvirkete sone av grunnmaterialet, skal ha egenskaper som er minst like gode som grunnmaterialet

Sveisbarheten er avhengig av: ◦ Grunnmaterialets egenskaper ◦ Anvendt sveisemetode ◦ Materialdimensjoner - sier bare noe om grunnmaterialet ◦ Sveisebetingelser ◦ Konstruksjonsutforming ◦ Aktuelle driftsforhold for den sveiste konstruksjonen

Sveisesikkerhet Gir uttrykk for driftssikkerheten til sveist stålkonstruksjon. De alvorligste defekter eller feil som en sveiseoperasjon kan føre til i sveisen eller i varmepåvirket sone, og som kan tilbakeføres til grunnmaterialets egenskaper er:

▫ Varmsprekker ▫ Kaldsprekker ▫ Inneslutninger ▫ Forringelse av grunnmaterialets egenskaper i overgangssonen

Sveisesikkerhetsbegrepet skjelner mellom tre typer feil: 1. Mindre, opprinnelige sprekker (rotfeil, kratersprekker, kantsår osv.) 2. Utmattingssprekker (kommer ofte fra de samme sveisefeil som nevnt over) 3. Sprøbrudd - mest alvorlige brudd i sveiste konstruksjoner

Forutsetningene for at et sprøbrudd kan oppstå (forenklet):

▪ fleraksiale spenninger ▪ begynnelsessprekk ▪ sprøtt materiale - viktigste variabel. De fleste standarder løser dette med krav til valg av materialkvalitetsgrupper eller pålitelighetsklasser

- omfatter hele den sveiste konstruksjonen

- forekommer i nesten alle konstruksjoner



EN KONSTRUKSJON BEREGNES ETTER 2 OMSTENDIGHETER: 1) LASTOMSTENDIGHETENE

Belastning eller påkjenning. Denne er gitt igjennom konstruksjonens hensikt. Eksempel, Kranbro hvor last er egenvekt og kranlast.



2) HVA KONSTRUKSJONEN TÅLER

Hvordan den kan oppføre seg før den ikke lenger kan sies å fylle sin funksjon.

Figur. Grensetilstander.

a) Brudd. b) Driftsteknisk uheldig deformasjon.

c) Slitasjemessig og driftsmessig uønsket deformasjon.

a) Kranlasten blir så stor at kranen bryter sammen.

b) Ved noe mindre last bøyer kranbroen seg så mye at løpekatten ikke kjører ordentlig på den, men søker mot midten på broen.

c) Når kranbroen bøyer seg ned, forandrer kranen sporvidde. Kransene på kranhjulene ligger da mot skinnene og gjør at kranen går for tregt.

BRUDDGRENSETILSTANDEN

BRUKSGRENSETILSTANDEN

c) Når kranbroen bøyer seg ned, forandrer kranen sporvidde. Kransene på kranhjulene ligger da mot skinnene og gjør at kranen går for tregt.



ELASTISKE BEREGNINGSMETODER- forutsetter at konstruksjonen er i elastisk tilstand

BEREGNINGSMETODER

GRENSETILSTANDER

BRUDDGRENSETILSTANDEN DEFINERT kapasitet. FASTLEGGES i relasjon til faren for:

- brudd - store elastiske forskyvninger - tøyninger som kan sammenlignes med brudd

BRUKSGRENSETILSTANDEN DEFINERT grense som ikke skal overskrides ved forutsatt bruk. FASTLEGGES i relasjon til faren for uakseptable:

- forskyvninger - tøyninger - spenninger - nedbøyninger - o.l.

Basert på maksimale laster. Bruddgrenselaster.

Dimensjonerende last: fd γFF

F = last som virker fγ = lastfaktor - avhenger av lasttype (NS3490)

= 1,5 for dominerende nyttelast = 1,05 for andre nyttelaster = 1,2 for egenlast

Basert på tillatte, virkelige opptredende laster. Brukslaster.

Dimensjonerende last: FFd

F = last som virker

Maksimal elastisk bæreevne.

Dimensjonerende spenning:

M

ydd

2xyyx

2y

2x.opptrj

fσf3

Fy σf = flytegrensen til materialet

Mγ = materialfaktor (= 1,1 for grunnmateriale og buttsveiser)

(γM for sveiseforbindelser, se butt- og kilsveis)

)σ(fσ ddeopptredend

Tillatt spenning.

Tillatt spenning:

F

Ftill

2xyyx

2y

2xopptrj n

σσ3

Fσ = flytegrense til materialet Fn = sikkerhetskoeffisient (avhengig av konstruksjonens- og

belastningens art, nF = 1,5 – 2,5 vanligvis)

tilleopptredend σσ



SVEISTE KONSTRUKSJONER GENERELT Som lastbærende sveiser benyttes:

■ Buttsveis (med full eller delvis gjennomsveising) □ K-sveis (med full eller delvis gjennomsveising) ● Kilsveis

Figur.

Buttsveiser, kilsveiser og K-sveiser.



■ BUTTSVEIS GENERELT:

kapasiteten av en buttsveis med full gjennomsveising = kapasiteten av den svakeste av de platene som inngår i forbindelsen Sveisens kapasitet påvises ved spenningene:

dim..optr σ eller

dj f

M

y2xyyx

2y

2x γ

f3τσσσσ

hvor: optr. = opptredende spenning dim. = dimensjonerende spenning

fy = F = flytegrense for forbindelsens svakeste del M = materialfaktor = 1,1 som for grunnmateriale

Forutsetning: Det benyttes elektrode som gir sveisavsett som har flytegrense og bruddfasthet som ikke underskrider grunnmaterialets verdier. Buttsveis med delvis innsveising dimensjoneres som kilsveis. a-målet settes til: a = anom.2mm

Figur. Buttsveiser med delvis gjennomsveising.



□ K-SVEISER (T-buttsveiser) som består av delvis gjennomsveiste buttsveiser forsterket med kilsveis. Kan dimensjoneres som buttsveis med full gjennomsveising. Forutsetter:

- nominelt a-mål, anom. ≥ tsteg - usveist gap cnom. ≤ 0,2t

cnom. = 3mm maksimum Hvis disse forutsetningene ikke er tilstede:

Dimensjonering som for kilsveis med a = anom. – 2mm

Figur.

Fuger for K-sveiser (T-buttsveiser).



Buttskjøt og T-skjøt

Buttskjøt T-skjøt

Figur. Butt- og T-skjøt.

- Normalspenning:

ltF

sAFσ

- Skjærspenning:

ltR

sAR

Hvor As = sveisetverrsnitt

l = lengde t = tykkelse sveis/plate

R

R F

t F

F

t



● KILSVEIS Kilsveis generelt Sveisesnitt (skravert areal a · l): Spenningskomponenter: Normalspenninger: - normalt på sveiseretningen

Skjærspenninger: - parallell med lengderetningen Spenningene antas jevnt fordelt over sveisens rotmål a.

Jevnførende spenning (generelt) etter deviasjonshypotesen: 2xyyx

2y

2xj 3τσσσσ

Jevnførende spenning for kilsveis:

2ll

2ll

2ll

2j 33τσσσσ

a

l

Figur. Sveisesnitt a·l.



Figur. Laster og resulterende spenningskomponenter.



Kilsveis etter maksimal elastisk spenningstilstand (bruddgrensetilstanden)

Sveisens kapasitet pr. lengdeenhet kan beregnes etter metode a) eller b): Metode a) Beregner spenningskomponentene på basis av opptredende krefter pr. lengdeenhet sveis. Spenningskomponenter defineres etter figuren under: Sveisens kapasitet påvises ved spenningene:

WβMγuf2

ll3τ23τ2σ .dj.opptr (vi setter = 0)

og

Mγuf

σ

hvor:

fu = B = bruddfastheten for forbindelsens svakeste del W = korrelasjonsfaktor avhengig av grunnmaterialets nominelle bruddfasthet

etter tabell under. M = materialfaktor = 1,25 for kilsveis. Tar hensyn til evt. kapasitetsreduksjon forårsaket av korrosjon eller

mekanisk nedbrytning.

Figur.

Spenningskomponenter i kilsveisen. Spenningene antas jevnt fordelt over sveisens rotmål a.

Tabell.

Bruddfasthet fu og Korrelasjonsfaktor W.



Metode b) Beregner sveisens kapasitet pr. lengdeenhet, uavhengig av kraftens retning i forhold til sveisens orientering: Kapasitet pr. lengdeenhet:

N/mmafF dW,dW, hvor:

a = sveisens a (rot) -mål fW,d = sveisens dimensjonerende skjærspenning

31

γf

3τf

wM

udddW,

hvor: τd = dimensjonerende skjærspenning

fu = bruddfastheten, B, for forbindelsens svakeste del W = korrelasjonsfaktor

M = materialfaktor (= 1,25 for kilsveis)

a

l3

l2

l1

α

F

Figur.



Sveisesømmens geometri kilsveisens nominelle a-mål, anom. = høyden av den største trekant som kan innskrives i kilsveisens tverrsnitt

Figur.

Definisjon av a-mål for kilsveiser. generelt : amin. = 3mm ved automatisk pulversveising : a = 1.2anom. for a ≤ 10mm a = anom. + 2mm for a > 10mm Sveisens lengde ved lastoverføring skal være l ≥ 40mm

eller l ≥ 6a

Figur.

Automatisk pulversveising gir ekstra innsveising.

a

anom.



Sveiseforbindelser utsatt for strekk / trykk Eksempel 1 Buttsveis med full gjennomsveising

Gitt: - materiale S235 (St37) - f = 1,5 - M = 1,1 KONTROLLER SVEISEN! Løsning: Opptredende normalspenning:

2100N/mmopptr.σ10015

1,5310100btfγF

opptr.σ

Dimensjonerende normalspenning:

2213,6N/mm1,1235

Mγyf

dfdσ

dσopptr.σ

100 < 213,6 OK!

F

b=100

F=100kN

t=15

Figur 14.1



Eksempel 2 Kilsveis, langsgående Stenger:

AγFσ f

A=? A1 = 708 = 560mm2 minst, dimensjonerende

A2 = 2506 = 600mm2

1

f

AγFσ

setter stM

yd γ

fσσ

stM

y

1

f

γf

AγF

N1204801.15,1

355560γγfA

FstMf

y1

6

8

Gitt: - manuell buesveising - materiale S355 - Msv =1,25 Mst =1,1- f =1,5 - sveisene like sterke som stengene BESTEM: L l

6 F/2F

50 70

Figur 14.2

F/2

F F



Sveis:

2ll

2ll

22j 3τ3ττ3σσ

4alγF3

4AγF3σ f

s

fj

WsvM

ud.opptrj βγ

fσ

setter dopptr.σ

WM

uf

βγf

4alγF3

sv

WMf

u

βγ3f4alF

sv

43,2mm51044

1204800,925,15,13f4a

F3l

u

WMf sv

Velger l = 50mm

450

a

amaks.= 6sin450 = 4,25mm velger a = 4mm

maks. 6



Eksempel 3 Kilsveis, tversgående Stenger:

AFγσ f

o.opptr

setter: Opptredende spenning = dimensjonerende spenning, ddo fσσ

M

yf fA

F

kN4,85N455.851,15,12351060fA

FMf

y

Gitt: - sveisene er like sterke som stengene - det sveises med manuell buesveising - materiale er S235 - M-stengene = 1,1 - M-sveisene = 1,25 BESTEM: a) Sveisens a-mål b) Kraften F

F10

60

Figur 14.3

F

F F



Sveis:

s

f

A2Fγ

21τσ

s

f2222ll

22j A2

F2

12243τ3ττ3σσ

oopptr.s

fj σ

A2Fγσ

Setter: Opptredende spenning = dimensjonerende spenning, ddo fσσ

WM

u

s

f

βγf

A2Fγ

2

3

u

fWMs mm6,251

3602104,855.18,025,1

f2FA

mm2,460

6,251L

Aa s

Velger a = 5mm

450

450

= når vinkel = 450 (vanligvis)

2σσ2

21σ45sinτσ 0

0



Eksempel 4 Kilsveis, belastet i en skrå retning Sveisens kapasitet pr. lengdeenhet kan beregnes uavhengig av kraftens retning i forhold til sveisens orientering.

N/mmafF dW,dW, Sveisens dimensjonerende skjærspenning:

2

wM

uddW, 261,7N/mm

31

0,91,25510

31

γf

τf

afl

FF dW,sv

fdW,

2,5mm261,71702

101501,5fl

Fγa3

dW,sv

f

Velger a = 3mm

a

16

120

170

450

F Gitt: - manuell buesveising - materiale S355 -F = 150kN - M =1,25 f =1,5 BESTEM: Sveisens a-mål

Figur 14.4



Sveiseforbindelser utsatt for bøyning Eksempel 5 Bjelke sveist fast i en vegg med kilsveis.

Bøyespenning : yIMσ

sveisx

bb

hvor: Mb = bøyemoment Ix = flate treghetsmoment y = avstand

Skjærspenning p.g.a. bøying: sx

b bISTτ

sveis

hvor: T = skjærkraft S = statisk moment av flaten

utenfor beregningsplanet b = bredden av beregningsplanet



Fordelingen av b og b vises til venstre i figuren under.

Figur 15.1 Bjelke sveis fast i vegg med kilsveis.

Figuren viser at skjærspenningen b blir omtrent like stor over hele høyden h og at den er liten i overkant og underkant. Vi kan derfor forenkle beregningene ved å anta at hele skjærkraften tas opp av de vertikale sveisene og at den fordeler seg jevnt over h. Belastningen F ligger parallelt med skjærkraften T, så den tilsvarer:

ha2Fτ ll

(se figuren)

b er vanligvis liten. Unntak er for veldig korte bjelker, da blir b (Mb) liten og b blir stor i forhold. Da bør vi beregne b etter gitte ligning.

b = ‖

≈



Gitt: - F = 6.250N - b = 10mm h = 100mm L = 300mm a = 4mm Kontroller flattstål og sveis. - materiale S235 - manuell buesveising FLATTSTÅL:

Nmm10281330062505,1LFM 3fb

43

33

x mm108331210010

12hbI

2

3

3

x

bb N/mm9,168

2100

10833102813

2h

IMσ

.maks

2f N/mm4,9

1001062505,1

hbFγτ

22222

bj N/mm7,1694,939,168τ3σσ.maks

Opptredende spenning ≤ dimensjonerende spenning

2

M

ydjopptr. N/mm6,213

1,1235

γf

fσσ

169,7 < 213,6 OK!



SVEIS: Vi må kontrollere snitt A og B i figuren.

33x hba2ha2b

121I

sveis

4333x mm10105610010421004210

121I

sveis

Snitt A:

23

3

x

bb N/mm8,1434

2100

101056102813a

2h

IMσ

sveis

A

‖ = 0

222ll

22j τ3στ3τσσ

bb2

j σ2σ2

2σ2τ4σbb

2

Aj mm/N6,2038,1432σ

450

450

b b b 2

σ45sinστσ b0bbb

0



Snitt B: 2

3

3

x

bb N/mm2,133

2100

101056102813

2h

IM

σsveis

A

2b

bb N/mm2,942

2,1332

στσ

2f

ll N/mm7,1110042

62505,1ha2

Fγτ

2222

ll22

Bj N/mm4,1897,1132,944τ3τσσbb

Kontroll:

WM

udopptr.jj βγ

fσσσσA.maks

3608,025,1

3606,203

OK!

og

M

ub

γf

2σ

σ A

28825,1

3607,10128,143

OK!

‖



Sveiseforbindelser utsatt for vridning - Forbindelser med sirkulære tverrsnitt:

Vrispenning: rIMτ

sveisp

vv

44p da2d

32πI

sveis

Forenkling:

a4πdI

3

psveis gyldig når d >> a

Figur 16.1 Ringformet kilsveis utsatt for vridning.

hvor: Mv= vridemoment Ip = polart flate treghetsmoment r = radius, avstand til beregningspunkt



Ved innfesting av "kasseprofiler", anvendes:

Bredts formel: aA2

Mτo

vv

Hvor: Ao = Areal innskrevet av sveisens rot uavhengig av kasseprofilets form.

Figur 16.2 Rektangulært tverrsnitt. Ao = bh i Bredts formel.

Eksempel: Rektangulært tverrsnitt

abh2Mτ v

v gyldig når 2

bh5,0



OPPSUMMERING

Dimensjonerende last: fd FF F = last som virker

fγ = lastfaktor = 1,5 for dominerende nyttelast = 1,05 for andre nyttelaster = 1,2 for egenlast

Buttsveis og grunnmateriale

Opptredende spenning Dimensjonerende spenning

dim..optr σ

M

y2xyyx

2y

2x γ

f3τσσσσ

fy = F = flytegrense for forbindelsens svakeste del M = materialfaktor = 1,1 som for grunnmateriale

Kilsveis

Spenningene antas jevnt fordelt over sveisens rotmål a-mål:

Spenningskomponenter: Normalspenninger: settes = 0 - normalt på sveiseretningen

Skjærspenninger: - parallell med lengderetningen

Opptredende spenning Dimensjonerende spenning

dim..optr σ

WM

u222

γf

33τσ

(vi setter = 0)

og

M

u

γf

fu = B = bruddfastheten for forbindelsens svakeste del (fra tabell) W = korrelasjonsfaktor avhengig av grunnmaterialets nominelle bruddfasthet (fra tabell)

M = materialfaktor = 1,25 for kilsveis

Documents

ANVENDTE SVEISEMETODER · 2015-05-12 · GAS- LYSBUE- sveising sveising SVEISING SVEISING Eksplosjons- Søm- sveising sveising pulver MIG TIG Friksjons- Brendstuk- sveising Sveising