NOSIVI DIJELOVI MEHATRONIČKIH · PDF fileOblikovanje zavarenih konstrukcija 21 Mehatroničke konstrukcije

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.


Kako nastaje zavareni spoj?


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?


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


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.



Donji dio zavara na dnu žlijeba naziva se korijen,

gornji dio na vrhu naziva se lice zavara.



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


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


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


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


Prema položaju zavarivanja razlikujemo:

Horizontalno (u ravnini, na zidu, koso, u prostoru)

Vertikalno

Nad glavom

Vrste i oblici zavarenih spojeva


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




Vrste i oblici zavarenih spojeva


Prema profilu zavara (obliku površine zavara):

Udubljeni

Ravni

Ispupčeni (izbočeni)

Prema prekinutosti zavara:

Prekinuti ili

isprekidani,

Neprekinuti ili

kontinuirani

Oblikovanje zavarenih konstrukcija


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



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



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.



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


Kritični presjeci i naprezanja u zavaru


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


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


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


U slučaju opterećenja zavara momentom savijanja Ms određuje

se najveće normalno naprezanje od savijanja u zavarenom spoju

po izrazu:

Torzijska opterećenja zavarenih spojeva




Torzijski opterećeni kružni zavareni spojevi provjeravaju se po izrazu:

Treba provjeriti i smično naprezanje uzduž zavara:

Zato se čvrstoća provjerava prema izrazu:



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.

Documents

NOSIVI DIJELOVI MEHATRONIČKIH · PDF fileOblikovanje zavarenih konstrukcija 21 Mehatroničke konstrukcije