asamblari demontabile
DESCRIPTION
Asamblari demontabileTRANSCRIPT
Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
ASAMBLARI DEMONTABILE
Prin asamblare demontabila se intelege un ansamblu o piesa complexa instrument care se poate desface in piesele componente fara a modifica forma sau caracteristicile functionale ale pieselor
In cadrul acestei categorii fac parte
- asamblari filetate ndash deja analizate la capitolul 3
- asamblari prin pene
- asamblari cu bolturi si stifturi
- asamblari conice prin presare
- asamblari cu inele tronconice
- asamblari prin caneluri
- asamblari bazate pe diferenta de dimensiuni
1 ASAMBLARI PRIN PENE
Penele sunt organe de imbinare demontabile care fixeaza sau regleaza pozitia a doua piese Folosirea penelor prezinta avantajul realizarii unor asamblari simple si ieftine dar in acelasi timp slabesc rezistenta prin introducerea unor concentratori mari de tensiuni
11 CLASIFICARE UTILIZARE MATERIAL
In tabelul 1 se prezinta o clasificare a penelor
Datorita faptului ca sunt supuse la solicitari mari de incovoiere forfecare presiune de contact penele se executa din OL60 OL70 si OLC45
Rezistenta minima de rupere a materialelor din care se realizeaza penele trebuie sa fie de 60daNmmsup2
Tabelul 1
Nrctr Felul penei Criteriu de clasificare
Denumirea
1 Pene transversale
Scop Pene de fixarePene de reglare
Pene de sigurantaForma Pene cu o fata
inclinataPene cu doua fete
inclinateMod de utilizare cu prestrangere
fara prestrangere2 Pene
longitudinaleImbinari prin
strangerePene inclinate
Pene tangentialeImbinari fara
strangerePene paralele
Pene disc
12 PENE TRANSVERSALE
Se prezinta in continuare cateva exemple de utilizare a penelor transversale
In figura 1- pene transversale pentru asamblare fara prestrangere Se observa ca intre elementele 1 si 2 care trebuie asamblate cu ajutorul mansonului 5 exista un joc j
Fig 1
Un exemplu de asamblare cu strangere este prezentata in figura 2 Pana 3 este presata astfel incat asigura contactul piesei 2 cu subansamblul 1 in care se monteaza
Fig 2 Fig 3
In figura 3 se prezinta un exemplu de asamblare de reglare Pana 1 a carei pozitie poate fi riguros controlata cu ajutorul piulitelor 4 prin deplasarea sus-jos imprima cuzinetului 2 o miscare stanga-dreapta in lagarul 3 obtinandu-se astfel reglarea la pozitie a cuzinetului
121 CONSIDERATII TEORETICE SI ELEMENTE DE CALCUL
Pentru buna functionare a penelor transversale este necesar ca acestea sa se mentina in imbinare in timpul exploatarii sa se asigure deci autofixarea sau autofranarea penelor in locasul lor
Constructiv acest lucru se poate realiza prin limitarea unghiurilor de inclinare a fetelor penei la valorile obisnuite din conditia de autofranare
Schema de calcul se prezinta in figura
Fig 4
Dupa cum se poate observa in figura sunt prezentate fortele intr-o asamblare fara pre-strangere
Se face ipoteza simplificatoare ca se pot neglija componentele orizontale ale fortelor de frecare
In aceasta situatie conditia de autofixare devine
Frsquo1 + 2 Frsquo2 le Frsquorsquo1 + 2 Frsquorsquo2 (1)
Dar
Frsquo1 = Ftg α1
2 Frsquo2 = 2 tg α2 = Ftg α2
Frsquorsquo1 = μ1Fn1cos α1
2 Frsquorsquo2 = 2 μ2Fn2cos α2
Dar
Fn1 =
Fn2 =
Deci relatia (1) devine
Ftg α1 + Ftg α2 le Fμ1 + Fμ2 (2)
In relatia (2) μ1 = tg ρ1 si μ2 = tg ρ2 unde ρ1 si ρ2 sunt unghiuri de frecare
In final se obtine
tg α1 + tg α2 le tg ρ1 + tg ρ2
α1 + α2 le ρ1 + ρ2 (3)
Relatia (3) prezinta conditia de autofranare si spune ca autofranarea este asigurata atunci cand suma unghiurilor de inclinare este mai mica decat suma unghiurilor de frecare
Pentru penele cu o singura fata inclinata
α1 = α α2 = 0 si (3) devine
α le ρ1 + ρ2 sau (4)
α le 2ρ daca ρ1 = ρ2 = ρ
In tabelul 2 se prezinta valorile recomandate pentru unghiurile de inclinare a penelor
Tabel 2
Felul penei si utilizare tg αPene de fixare cu demontari dese 120Pene de fixare cu demontari rare 1100helliphellip150Pene de reglare din capul bielelor 110helliphellip15
Pene de reglare cu autofixare supuse la socuri
1100helliphellip150
In cazul asamblarilor cu prestrangere initiala trebuie determinata forta de introducere a penei Frsquo care este necesara realizarii fortei de prestrangere F0 Schema de calcul este prezentata si in figura 5
Fig 5
Forta F0 de prestrangere este proiectia pe orizontala a rezultantelor R1 si R2 Aceste rezultante se obtin din suma vectoriala a fortelor Fn1 Fn2 cu fortele de frecare μ1Fn1 si μ2Fn2 care apar la introducerea frontala a penei sub actiunea fortei Frsquo
Din conditia de echilibru se scrie
Frsquo = Frsquo1 + 2 Frsquo2 (5)
Dar Frsquo1 = F0tg (α1 + ρ1)
Frsquo2 = frac12 F0 tg (α2 + ρ2)
Relatia (5) devine Frsquo = F0tg (α1 + ρ1) + F0 tg (α2 + ρ2) (6)
In situatia cea mai des intalnita α1 = α α2 = 0 ρ1 = ρ2 = ρ si atunci relatia (6) devine
Frsquo = F0 [tg (α + ρ) + tg ρ]
Penele transversale fara strangere si la care α1 = α2 = 0 prezinta o schema de incarcare ca cea din figura 6 si se calculeaza la
- incovoiere relatia de calcul fiind
σi = = le σai
- forfecare relatia de calcul fiind
ζf = le ζaf
- solicitari de contact cu relatia
σs = le σas - manson-pana
σs = le σas - arbore-pana
In relatiile de mai sus
σai = c = 145hellip18
σaf = (02 + 03) σ 02
σas = 08 σ 02
Fig 6
13 PENE LONGITUDINALE
Forma de baza a penelor longitudinale este prezentata in figura 7
Penele longitudinale se caracterizeaza prin faptul ca se monteaza paralel cu axa pieselor de imbinat
Aceasta categorie de pene se foloseste la asamblarea a doua piese coaxiale cu scopul de a transmite miscarea de rotatie si moment
Tipurile de pene longitudinale sunt reglementate de STAS 430-74 iar dimensiunile penelor in sectiune transversala de STAS 431-81 433-73 434-73 1004-81 1007-81 1006-71
Fig 7
In tabelul 3 se prezinta o clasificare mai detaliata decat cea din tabelul 1
In continuare se prezinta pe scurt cateva tipuri de pene longitudinale
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Nrctr Felul penei Criteriu de clasificare
Denumirea
1 Pene transversale
Scop Pene de fixarePene de reglare
Pene de sigurantaForma Pene cu o fata
inclinataPene cu doua fete
inclinateMod de utilizare cu prestrangere
fara prestrangere2 Pene
longitudinaleImbinari prin
strangerePene inclinate
Pene tangentialeImbinari fara
strangerePene paralele
Pene disc
12 PENE TRANSVERSALE
Se prezinta in continuare cateva exemple de utilizare a penelor transversale
In figura 1- pene transversale pentru asamblare fara prestrangere Se observa ca intre elementele 1 si 2 care trebuie asamblate cu ajutorul mansonului 5 exista un joc j
Fig 1
Un exemplu de asamblare cu strangere este prezentata in figura 2 Pana 3 este presata astfel incat asigura contactul piesei 2 cu subansamblul 1 in care se monteaza
Fig 2 Fig 3
In figura 3 se prezinta un exemplu de asamblare de reglare Pana 1 a carei pozitie poate fi riguros controlata cu ajutorul piulitelor 4 prin deplasarea sus-jos imprima cuzinetului 2 o miscare stanga-dreapta in lagarul 3 obtinandu-se astfel reglarea la pozitie a cuzinetului
121 CONSIDERATII TEORETICE SI ELEMENTE DE CALCUL
Pentru buna functionare a penelor transversale este necesar ca acestea sa se mentina in imbinare in timpul exploatarii sa se asigure deci autofixarea sau autofranarea penelor in locasul lor
Constructiv acest lucru se poate realiza prin limitarea unghiurilor de inclinare a fetelor penei la valorile obisnuite din conditia de autofranare
Schema de calcul se prezinta in figura
Fig 4
Dupa cum se poate observa in figura sunt prezentate fortele intr-o asamblare fara pre-strangere
Se face ipoteza simplificatoare ca se pot neglija componentele orizontale ale fortelor de frecare
In aceasta situatie conditia de autofixare devine
Frsquo1 + 2 Frsquo2 le Frsquorsquo1 + 2 Frsquorsquo2 (1)
Dar
Frsquo1 = Ftg α1
2 Frsquo2 = 2 tg α2 = Ftg α2
Frsquorsquo1 = μ1Fn1cos α1
2 Frsquorsquo2 = 2 μ2Fn2cos α2
Dar
Fn1 =
Fn2 =
Deci relatia (1) devine
Ftg α1 + Ftg α2 le Fμ1 + Fμ2 (2)
In relatia (2) μ1 = tg ρ1 si μ2 = tg ρ2 unde ρ1 si ρ2 sunt unghiuri de frecare
In final se obtine
tg α1 + tg α2 le tg ρ1 + tg ρ2
α1 + α2 le ρ1 + ρ2 (3)
Relatia (3) prezinta conditia de autofranare si spune ca autofranarea este asigurata atunci cand suma unghiurilor de inclinare este mai mica decat suma unghiurilor de frecare
Pentru penele cu o singura fata inclinata
α1 = α α2 = 0 si (3) devine
α le ρ1 + ρ2 sau (4)
α le 2ρ daca ρ1 = ρ2 = ρ
In tabelul 2 se prezinta valorile recomandate pentru unghiurile de inclinare a penelor
Tabel 2
Felul penei si utilizare tg αPene de fixare cu demontari dese 120Pene de fixare cu demontari rare 1100helliphellip150Pene de reglare din capul bielelor 110helliphellip15
Pene de reglare cu autofixare supuse la socuri
1100helliphellip150
In cazul asamblarilor cu prestrangere initiala trebuie determinata forta de introducere a penei Frsquo care este necesara realizarii fortei de prestrangere F0 Schema de calcul este prezentata si in figura 5
Fig 5
Forta F0 de prestrangere este proiectia pe orizontala a rezultantelor R1 si R2 Aceste rezultante se obtin din suma vectoriala a fortelor Fn1 Fn2 cu fortele de frecare μ1Fn1 si μ2Fn2 care apar la introducerea frontala a penei sub actiunea fortei Frsquo
Din conditia de echilibru se scrie
Frsquo = Frsquo1 + 2 Frsquo2 (5)
Dar Frsquo1 = F0tg (α1 + ρ1)
Frsquo2 = frac12 F0 tg (α2 + ρ2)
Relatia (5) devine Frsquo = F0tg (α1 + ρ1) + F0 tg (α2 + ρ2) (6)
In situatia cea mai des intalnita α1 = α α2 = 0 ρ1 = ρ2 = ρ si atunci relatia (6) devine
Frsquo = F0 [tg (α + ρ) + tg ρ]
Penele transversale fara strangere si la care α1 = α2 = 0 prezinta o schema de incarcare ca cea din figura 6 si se calculeaza la
- incovoiere relatia de calcul fiind
σi = = le σai
- forfecare relatia de calcul fiind
ζf = le ζaf
- solicitari de contact cu relatia
σs = le σas - manson-pana
σs = le σas - arbore-pana
In relatiile de mai sus
σai = c = 145hellip18
σaf = (02 + 03) σ 02
σas = 08 σ 02
Fig 6
13 PENE LONGITUDINALE
Forma de baza a penelor longitudinale este prezentata in figura 7
Penele longitudinale se caracterizeaza prin faptul ca se monteaza paralel cu axa pieselor de imbinat
Aceasta categorie de pene se foloseste la asamblarea a doua piese coaxiale cu scopul de a transmite miscarea de rotatie si moment
Tipurile de pene longitudinale sunt reglementate de STAS 430-74 iar dimensiunile penelor in sectiune transversala de STAS 431-81 433-73 434-73 1004-81 1007-81 1006-71
Fig 7
In tabelul 3 se prezinta o clasificare mai detaliata decat cea din tabelul 1
In continuare se prezinta pe scurt cateva tipuri de pene longitudinale
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Fig 2 Fig 3
In figura 3 se prezinta un exemplu de asamblare de reglare Pana 1 a carei pozitie poate fi riguros controlata cu ajutorul piulitelor 4 prin deplasarea sus-jos imprima cuzinetului 2 o miscare stanga-dreapta in lagarul 3 obtinandu-se astfel reglarea la pozitie a cuzinetului
121 CONSIDERATII TEORETICE SI ELEMENTE DE CALCUL
Pentru buna functionare a penelor transversale este necesar ca acestea sa se mentina in imbinare in timpul exploatarii sa se asigure deci autofixarea sau autofranarea penelor in locasul lor
Constructiv acest lucru se poate realiza prin limitarea unghiurilor de inclinare a fetelor penei la valorile obisnuite din conditia de autofranare
Schema de calcul se prezinta in figura
Fig 4
Dupa cum se poate observa in figura sunt prezentate fortele intr-o asamblare fara pre-strangere
Se face ipoteza simplificatoare ca se pot neglija componentele orizontale ale fortelor de frecare
In aceasta situatie conditia de autofixare devine
Frsquo1 + 2 Frsquo2 le Frsquorsquo1 + 2 Frsquorsquo2 (1)
Dar
Frsquo1 = Ftg α1
2 Frsquo2 = 2 tg α2 = Ftg α2
Frsquorsquo1 = μ1Fn1cos α1
2 Frsquorsquo2 = 2 μ2Fn2cos α2
Dar
Fn1 =
Fn2 =
Deci relatia (1) devine
Ftg α1 + Ftg α2 le Fμ1 + Fμ2 (2)
In relatia (2) μ1 = tg ρ1 si μ2 = tg ρ2 unde ρ1 si ρ2 sunt unghiuri de frecare
In final se obtine
tg α1 + tg α2 le tg ρ1 + tg ρ2
α1 + α2 le ρ1 + ρ2 (3)
Relatia (3) prezinta conditia de autofranare si spune ca autofranarea este asigurata atunci cand suma unghiurilor de inclinare este mai mica decat suma unghiurilor de frecare
Pentru penele cu o singura fata inclinata
α1 = α α2 = 0 si (3) devine
α le ρ1 + ρ2 sau (4)
α le 2ρ daca ρ1 = ρ2 = ρ
In tabelul 2 se prezinta valorile recomandate pentru unghiurile de inclinare a penelor
Tabel 2
Felul penei si utilizare tg αPene de fixare cu demontari dese 120Pene de fixare cu demontari rare 1100helliphellip150Pene de reglare din capul bielelor 110helliphellip15
Pene de reglare cu autofixare supuse la socuri
1100helliphellip150
In cazul asamblarilor cu prestrangere initiala trebuie determinata forta de introducere a penei Frsquo care este necesara realizarii fortei de prestrangere F0 Schema de calcul este prezentata si in figura 5
Fig 5
Forta F0 de prestrangere este proiectia pe orizontala a rezultantelor R1 si R2 Aceste rezultante se obtin din suma vectoriala a fortelor Fn1 Fn2 cu fortele de frecare μ1Fn1 si μ2Fn2 care apar la introducerea frontala a penei sub actiunea fortei Frsquo
Din conditia de echilibru se scrie
Frsquo = Frsquo1 + 2 Frsquo2 (5)
Dar Frsquo1 = F0tg (α1 + ρ1)
Frsquo2 = frac12 F0 tg (α2 + ρ2)
Relatia (5) devine Frsquo = F0tg (α1 + ρ1) + F0 tg (α2 + ρ2) (6)
In situatia cea mai des intalnita α1 = α α2 = 0 ρ1 = ρ2 = ρ si atunci relatia (6) devine
Frsquo = F0 [tg (α + ρ) + tg ρ]
Penele transversale fara strangere si la care α1 = α2 = 0 prezinta o schema de incarcare ca cea din figura 6 si se calculeaza la
- incovoiere relatia de calcul fiind
σi = = le σai
- forfecare relatia de calcul fiind
ζf = le ζaf
- solicitari de contact cu relatia
σs = le σas - manson-pana
σs = le σas - arbore-pana
In relatiile de mai sus
σai = c = 145hellip18
σaf = (02 + 03) σ 02
σas = 08 σ 02
Fig 6
13 PENE LONGITUDINALE
Forma de baza a penelor longitudinale este prezentata in figura 7
Penele longitudinale se caracterizeaza prin faptul ca se monteaza paralel cu axa pieselor de imbinat
Aceasta categorie de pene se foloseste la asamblarea a doua piese coaxiale cu scopul de a transmite miscarea de rotatie si moment
Tipurile de pene longitudinale sunt reglementate de STAS 430-74 iar dimensiunile penelor in sectiune transversala de STAS 431-81 433-73 434-73 1004-81 1007-81 1006-71
Fig 7
In tabelul 3 se prezinta o clasificare mai detaliata decat cea din tabelul 1
In continuare se prezinta pe scurt cateva tipuri de pene longitudinale
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Se face ipoteza simplificatoare ca se pot neglija componentele orizontale ale fortelor de frecare
In aceasta situatie conditia de autofixare devine
Frsquo1 + 2 Frsquo2 le Frsquorsquo1 + 2 Frsquorsquo2 (1)
Dar
Frsquo1 = Ftg α1
2 Frsquo2 = 2 tg α2 = Ftg α2
Frsquorsquo1 = μ1Fn1cos α1
2 Frsquorsquo2 = 2 μ2Fn2cos α2
Dar
Fn1 =
Fn2 =
Deci relatia (1) devine
Ftg α1 + Ftg α2 le Fμ1 + Fμ2 (2)
In relatia (2) μ1 = tg ρ1 si μ2 = tg ρ2 unde ρ1 si ρ2 sunt unghiuri de frecare
In final se obtine
tg α1 + tg α2 le tg ρ1 + tg ρ2
α1 + α2 le ρ1 + ρ2 (3)
Relatia (3) prezinta conditia de autofranare si spune ca autofranarea este asigurata atunci cand suma unghiurilor de inclinare este mai mica decat suma unghiurilor de frecare
Pentru penele cu o singura fata inclinata
α1 = α α2 = 0 si (3) devine
α le ρ1 + ρ2 sau (4)
α le 2ρ daca ρ1 = ρ2 = ρ
In tabelul 2 se prezinta valorile recomandate pentru unghiurile de inclinare a penelor
Tabel 2
Felul penei si utilizare tg αPene de fixare cu demontari dese 120Pene de fixare cu demontari rare 1100helliphellip150Pene de reglare din capul bielelor 110helliphellip15
Pene de reglare cu autofixare supuse la socuri
1100helliphellip150
In cazul asamblarilor cu prestrangere initiala trebuie determinata forta de introducere a penei Frsquo care este necesara realizarii fortei de prestrangere F0 Schema de calcul este prezentata si in figura 5
Fig 5
Forta F0 de prestrangere este proiectia pe orizontala a rezultantelor R1 si R2 Aceste rezultante se obtin din suma vectoriala a fortelor Fn1 Fn2 cu fortele de frecare μ1Fn1 si μ2Fn2 care apar la introducerea frontala a penei sub actiunea fortei Frsquo
Din conditia de echilibru se scrie
Frsquo = Frsquo1 + 2 Frsquo2 (5)
Dar Frsquo1 = F0tg (α1 + ρ1)
Frsquo2 = frac12 F0 tg (α2 + ρ2)
Relatia (5) devine Frsquo = F0tg (α1 + ρ1) + F0 tg (α2 + ρ2) (6)
In situatia cea mai des intalnita α1 = α α2 = 0 ρ1 = ρ2 = ρ si atunci relatia (6) devine
Frsquo = F0 [tg (α + ρ) + tg ρ]
Penele transversale fara strangere si la care α1 = α2 = 0 prezinta o schema de incarcare ca cea din figura 6 si se calculeaza la
- incovoiere relatia de calcul fiind
σi = = le σai
- forfecare relatia de calcul fiind
ζf = le ζaf
- solicitari de contact cu relatia
σs = le σas - manson-pana
σs = le σas - arbore-pana
In relatiile de mai sus
σai = c = 145hellip18
σaf = (02 + 03) σ 02
σas = 08 σ 02
Fig 6
13 PENE LONGITUDINALE
Forma de baza a penelor longitudinale este prezentata in figura 7
Penele longitudinale se caracterizeaza prin faptul ca se monteaza paralel cu axa pieselor de imbinat
Aceasta categorie de pene se foloseste la asamblarea a doua piese coaxiale cu scopul de a transmite miscarea de rotatie si moment
Tipurile de pene longitudinale sunt reglementate de STAS 430-74 iar dimensiunile penelor in sectiune transversala de STAS 431-81 433-73 434-73 1004-81 1007-81 1006-71
Fig 7
In tabelul 3 se prezinta o clasificare mai detaliata decat cea din tabelul 1
In continuare se prezinta pe scurt cateva tipuri de pene longitudinale
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
In tabelul 2 se prezinta valorile recomandate pentru unghiurile de inclinare a penelor
Tabel 2
Felul penei si utilizare tg αPene de fixare cu demontari dese 120Pene de fixare cu demontari rare 1100helliphellip150Pene de reglare din capul bielelor 110helliphellip15
Pene de reglare cu autofixare supuse la socuri
1100helliphellip150
In cazul asamblarilor cu prestrangere initiala trebuie determinata forta de introducere a penei Frsquo care este necesara realizarii fortei de prestrangere F0 Schema de calcul este prezentata si in figura 5
Fig 5
Forta F0 de prestrangere este proiectia pe orizontala a rezultantelor R1 si R2 Aceste rezultante se obtin din suma vectoriala a fortelor Fn1 Fn2 cu fortele de frecare μ1Fn1 si μ2Fn2 care apar la introducerea frontala a penei sub actiunea fortei Frsquo
Din conditia de echilibru se scrie
Frsquo = Frsquo1 + 2 Frsquo2 (5)
Dar Frsquo1 = F0tg (α1 + ρ1)
Frsquo2 = frac12 F0 tg (α2 + ρ2)
Relatia (5) devine Frsquo = F0tg (α1 + ρ1) + F0 tg (α2 + ρ2) (6)
In situatia cea mai des intalnita α1 = α α2 = 0 ρ1 = ρ2 = ρ si atunci relatia (6) devine
Frsquo = F0 [tg (α + ρ) + tg ρ]
Penele transversale fara strangere si la care α1 = α2 = 0 prezinta o schema de incarcare ca cea din figura 6 si se calculeaza la
- incovoiere relatia de calcul fiind
σi = = le σai
- forfecare relatia de calcul fiind
ζf = le ζaf
- solicitari de contact cu relatia
σs = le σas - manson-pana
σs = le σas - arbore-pana
In relatiile de mai sus
σai = c = 145hellip18
σaf = (02 + 03) σ 02
σas = 08 σ 02
Fig 6
13 PENE LONGITUDINALE
Forma de baza a penelor longitudinale este prezentata in figura 7
Penele longitudinale se caracterizeaza prin faptul ca se monteaza paralel cu axa pieselor de imbinat
Aceasta categorie de pene se foloseste la asamblarea a doua piese coaxiale cu scopul de a transmite miscarea de rotatie si moment
Tipurile de pene longitudinale sunt reglementate de STAS 430-74 iar dimensiunile penelor in sectiune transversala de STAS 431-81 433-73 434-73 1004-81 1007-81 1006-71
Fig 7
In tabelul 3 se prezinta o clasificare mai detaliata decat cea din tabelul 1
In continuare se prezinta pe scurt cateva tipuri de pene longitudinale
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Frsquo = F0 [tg (α + ρ) + tg ρ]
Penele transversale fara strangere si la care α1 = α2 = 0 prezinta o schema de incarcare ca cea din figura 6 si se calculeaza la
- incovoiere relatia de calcul fiind
σi = = le σai
- forfecare relatia de calcul fiind
ζf = le ζaf
- solicitari de contact cu relatia
σs = le σas - manson-pana
σs = le σas - arbore-pana
In relatiile de mai sus
σai = c = 145hellip18
σaf = (02 + 03) σ 02
σas = 08 σ 02
Fig 6
13 PENE LONGITUDINALE
Forma de baza a penelor longitudinale este prezentata in figura 7
Penele longitudinale se caracterizeaza prin faptul ca se monteaza paralel cu axa pieselor de imbinat
Aceasta categorie de pene se foloseste la asamblarea a doua piese coaxiale cu scopul de a transmite miscarea de rotatie si moment
Tipurile de pene longitudinale sunt reglementate de STAS 430-74 iar dimensiunile penelor in sectiune transversala de STAS 431-81 433-73 434-73 1004-81 1007-81 1006-71
Fig 7
In tabelul 3 se prezinta o clasificare mai detaliata decat cea din tabelul 1
In continuare se prezinta pe scurt cateva tipuri de pene longitudinale
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Fig 6
13 PENE LONGITUDINALE
Forma de baza a penelor longitudinale este prezentata in figura 7
Penele longitudinale se caracterizeaza prin faptul ca se monteaza paralel cu axa pieselor de imbinat
Aceasta categorie de pene se foloseste la asamblarea a doua piese coaxiale cu scopul de a transmite miscarea de rotatie si moment
Tipurile de pene longitudinale sunt reglementate de STAS 430-74 iar dimensiunile penelor in sectiune transversala de STAS 431-81 433-73 434-73 1004-81 1007-81 1006-71
Fig 7
In tabelul 3 se prezinta o clasificare mai detaliata decat cea din tabelul 1
In continuare se prezinta pe scurt cateva tipuri de pene longitudinale
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
a) ndash Pene inclinate
Acestea au fata dinspre butuc inclinata Sub actiunea fortei de strangere pana strange radial arborele si butucul Aceste pene prezinta siguranta in exploatare transmit momente mari dar au dezavantajul ca produc ovalizari dezaxari
Penele inclinate pot avea diferite forme capete drepte sau inclinate cu nas sau fara nas La penele cu nas accesul pentru montaredemontare este posibil pe o singura parte
b) ndash Pene inclinate subtiri
Aceste pene transmit momente mai mici decat cele anterioare deoarece se inlocuieste canalul de pana din arbore cu o tesitura Introduc concentratorii mici de tensiune se recomanda pentru valori de diametru de pana la 230 mm Se pot executa si in varianta cu nas
c) ndash Pene inclinate concave
Acestea se ingroapa numai in butuc transmit momente mici se folosesc la diametre mai mici de 150 mm
d) ndash Pene tangentiale
Se monteaza perechi inclinarea fiind data suprafetei de contact dintre cele doua pene Prin bataie una contra celeilalte se produce o forta de apasare foarte mare de aceea pot transmite momente foarte mari
e) ndash Pene paralele
Au forma paralelipipedica si se monteaza cu joc radial
Nu produc dezaxari permit deplasarea pe arbore
In cazul solicitarilor mari pentru a evita smulgerea penele paralele se fixeaza pe arbore cu suruburi
f) ndash Pene disc
Partea ingropata in arbore este in forma de disc
Avantajul este ca pot lua pozitia dupa butuc prin balansare in locasul circular Se recomanda la diametre de pana la 38 mm
Formele constructive pentru penele de la punctele ahellipf sunt prezentate in anexa (A1 figura AIhellipAx)
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Tabelul 3
Tip imbinare PanaTip Denumire
1 Imbinari prin strangere
Pene inclinate Fara nas Pana inclinata A
Pana inclinata B
Pana inclinata C
Cu nas Pana inclinata cu
nasPene inclinate
subtiriFara nas
Cu nasPene inclinate
concaveFara nas
Cu nasPene tangentiale Pentru solicitari
constantePene
tangentialePentru solicitari
variabile2 Imbinari fara
strangerePene paralele Obisnuite Pana
paralela APana
paralela BPana
paralela CSubtiri
Pana paralela cu
gauri de fixare
Pene disc Pana disc
131 ELEMENTE DE CALCUL
a) Calculul asamblarilor cu pene inclinate
Datorita inclinarii penei sub actiunea fortei de introducere F (figura 8) se creeaza forta de strangere Fr ce produce o reactiune intre butuc si arbore pe partea opusa
In stare de repaos Fr se poate considera uniform repartizata pe latimea penei ndash figura 9a
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Sub actiunea momentului motor Mt si a celui rezistent Mr apare tendinta de rotire dintre butuc si arbore In aceste conditii luand in considerare si fortele de frecare starea de repartizare a presiunilor pe latimea penei se modifica ndash figura 9b
In calcule se neglijeaza fortele de frecare si se considera o repartitie triunghiulara ndash figura 9c
Fig 8
Fig 9
a1) Pana inclinata
In ipoteza ca pana asigura strangerea radiala necesara schema de calcul este cea din figura 10
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Fig 10
Mt = Fr x + μFr y + frac12 dFf unde (8)
Fr = frac12 blp p ndash presiunea de contact
l ndash lungimea penei
Daca x = b y = d Ff = μFr atunci
Mt = blp b + μ blp d + dμ blp
Mt = bsup2lp + μ bldp + μ bldp
Mt = bsup2lp + μ blpd
In final Mt = blp (9)
Mt ndash moment de torsiune transmisibil
Deoarece penele sunt standardizate ele se aleg si se verifica nu se dimensioneaza
Verificarea se face in doua moduri
- calculand cu relatia 9 pe Mt care se compara cu momentul transmis in realitate sau
- se verifica presiunea de contact cu relatia
pa (10)
a2) Pana inclinata subtire
In fig 11 se reprezinta repartizarea fortelor
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
In aceleasi conditii adica
Se obtine relatia de calcul 9
Verificarea la presiunea de contact se face cu relatia 10
Momentul transmisibil reprezinta aprox 40 din momentul pe il poate transmite arborele
a3) Pana inclinata concava
Forta de strangere se repartizeaza uniform pe latimea penei
(11)
Momentul transmisibil se calculeaza cu relatia
(12)
a4) Pene tangentiale
Schema de calcul se reprezinta in fig 12
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Daca Ft ndash forta periferica corespunzatoare momentului transmis neglijand forta de stragere initiala Fr valoarea momentului transmisibil va fi
(13)
In relatia 13 l - lungimea penei
b) Indicatii privind pozitia penelor longitudinal cu strangere
In cazul cand o singura pana nu poate transmite momentul dat sau cand lungimea necesara pentru o singura pana ar depasi valorile recomandate 1lt(15-2)d se utilizeaza montarea mai multor pene
Utilizarea a doua sau trei pene cu strangere nu inseamna dublarea sau triplarea momentului de strangere deoarece reactiunea rezultanta intre butuc si arbore nu creste in aceeasi masura (fig 13)
Fig 13
Pozitia cea mai buna atat pentru solidarizarea butucului cu arborele cat si pentru
ovalizare minima este
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
c) Calculul asamblarilor cu pene paralele
Penele paralele se monteaza in locasul lor cu joc radial (fig 14)
Fig 14
Din acest motiv momentul este preluat si transmis doar de fetele laterale
Schema de solicitare a unei pene paralele in functie de sensul de rotire al arborelului este prezentata in figura 15a
Fig 15a
Momentul transmis se poate calcula cu relatia
Mt=yFt sau daca
Mt= dFt
Aceeasi relatie se poate scrie si in functie de presiunea de contact
Mt=ypA unde y - distanta fata de punctual de aplicare a fortei
P ndash presiunea unitara
A ndash suprafata ce transmite moment
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Dar y A hl deci
Mt= hlpd
In fig15b se prezinta repartizarea neuniforma a eforturilor de suprafetele de contact
Neuniformitatea se formeaza pe de o parte datorita tendintei de scoatere a penei din locas iar pe de alta parte datorita existentei fortelor de frecare dintre suprafetele in contact
Fig 15b
Penele paralele se verifica la presiunea de contact si forfecare cu relatiile
Pef= Pa
Ъef= Ъaf
d)Calculul asamblarilor cu pene disc
O asamblare cu pana disc este prezentata in fig16
Momentul Mt transmisibil se calculeaza cu relatia
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Pana este solicitata preponderent la presiunea de contact pe suprafata si la forfecarea pe
sectiunea
In tabelul 4 se dau valorile pentru presiunile de contact admisibile pentru calculul asamblarilor cu pene longitudinale
Tabelul 4
Material
Presiunea admisibila - sarcina
statica
N
pulsatorie
N
alternativa
N
Otel forjat
100divide150 70 100 35 50
Otel aliat cu Ni
100 150 70 100 35 50
Fonta 70 80 45 55 22 28
2 Asamblari cu bolturi si stifturi
21 Asamblari cu bolturi
Bolturile sunt organe de masini in forma cilindrica folosite ca elemente de legatura in articulatii Se construiesc in doua variante de baza
-bolturi cu cap in doua variante A si B ndash fig 17
-bolturi fara cap tot in doua variante ndash fig 18
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
In constructia de masini se folosesc si alte variante constructive de bolturi cateva dintre acestea fiind prezentate in fig 19
Ca materiale se recomanda OL50 OLC35 OLC45 in funtie de solicitari
Bolturile sunt solicitate la strivire inconvoiere si forfecare In calcule se neglijeaza influenta jocurilor si a deformatiilor elastice asupra repartitiei sarcinilor si se adopta schema de calcul din fig 20
a) Solicitare de forfecare
cu A ndash aria sectiunii de forfecare
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
b) Solicitari de contact
δas pentru strivirea intre bolt si tija
δas pentru strivirea intre bolt si furca
c) Solicitare de inconvoiere cu W ndash modul de rezistenta al boltului
Valorile pentru tensiunile admisibile sunt
22 Asamblari cu stifturi
Stifturile se folosesc in special pentru a fixa pozitia relativa a doua piese
In cazul solicitarilor mici stifturile se pot inlocui cu pene si bolturi care reprezinta solutii mai economice
Formele de baza utilizate sunt
- stifturi cilindrice
- stifturi conice
Fiecare din cele doua categorii pot fi netede sectionate tubulare sau filetate Formele constructive se prezinta in fig21 ndash cilindrice si fig22 ndash conice
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Stifturile de centrare se folosesc perechi montate cat mai departe unul de altul Stifturile conice spre deosebire de cele cilindrice nu isi pierd efectul de strangere in urma unor montari si demontari repetate si se executa cu autofranare In anexa (A3) se prezinta exemple de utilizare a stifturilor conice si cilindrice
Materialele recomandate sunt OL50 OLC45 OLC17 OSC 8
Stifturile tubulare si cele spintecate se confectioneaza din otel de arc
cu
Stifturile sunt solicitate cu precadere la forfecare si solicitare de contact calculele fiind generate de relatiile deja cunoscute Astfel
-solicitare de forfecare cu
Se va tine seama de numarul sectiunilor de forfecare ndash solicitare de contact
pentru strivire intre stift si manson si
pentru strivire intre stift si arbore
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
In relatiile de mai sus cu
d ndash diametrul stiftului
In tabelul 5 se indica valorile admisibile pentru eforturile unitare Pa in ipoteza sarcinilor statice Pentru sarcini variabile valorile se caracterizeaza cu un coeficient k=07 ndash sarcini pulsatorii sau k=05 ndash sarcini alternant simetrice
Tabel 5
Material OL37 OL60 OL70 OLT Fonta100 150 180 825 675
85 125 150 - -
55 85 100 - -
3 Asamblari conice prin presare
Schema de principiu pentru o asamblare de acest gen este prezentata in fig 4 23
Forta radiala necesara pentru asigurarea transmiterii momentului de torsiune fara patinare este realizata fie prin exercitarea unei forte axiale cu ajutorul unei piulite in cazul imbinarilor fara autoblocare (2 Lgtρ) fie prin strangere proprie prin crearea unui ajustaj conic cu strangere
Fig 23
In tabelul 6 se fac recomandari pentru conicitati in functie de cuplul de materiale din asamblare
Pentru un element de portiune conica forta normal elementara se va calcula cu relatia
(27)
Tabelul 6
Cuplu de materiale
Asamblare cu autoblocare
Asamblare fara autoblocare
Conicitate Unghi inclinare
Conicitate Unghi inclinare
Otel otel
Otelfonta
Fontafonta
11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
5deg4238
2deg5145
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
20
30
50
1deg2556
5717
3423Otelbronz 11866
1666
1207
15deg
16deg42
22deg30
15
10
20
30
50
5deg4238
2deg5145
5717
3423
Otelaliaje aluminiu
15
1866
1666
1207
5deg4238
15deg
16deg42
22deg30
110
20
30
50
2deg5145
1deg2558
5717
3423
iar momentul de frecare elementar
(28)
In cazul unei presiuni constante pe suprafata de contact
(29)
Dar deci
Semnificatiile notatiilor din relatiile 27 28 si 29 se gasesc in fig 2
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Pentru ca imbinarea sa transmita momentul Mt trebuie sa fie indeplinita conditia
sau
unde c ndash coeficient de siguranta
Se poate scrie
Din relatia de mai sus se poate obtine presiunea superficial minima
Aceasta presiune se realizeaza datorita unei forte axiale de presare care este conform fig 25
sau
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Se poate usor deduce relatia fortei de deplasare
Avantajul principal al asamblarii conice prin presare este ca se pot realiza diferentele de diametre ale celor doua piese (butuc-arbore) la o cursa mica prin deplasarea axiala
Dezavantejele sunt
- dificultatea calcularii exacte a tensiunilor axiale radiale si tangentiale la ajustajele conice
- necesitatea realizarii unei conicitati riguros exacte la butuc si arbore
515 Sudabilitatea metalelor
Sudabilitatea este caracteristica ce determina aptitudinea metalelorin conditii de sudare datede a realize asamblari
Sudabilitatea este determinata de
- proprietatile metalului de baza
- tehnologia de sudare
- conceptia constructiva a elementelor constructiei
- caracterul si nivelul solicitarilor in timpul exploatarii
Referitor la sudabilitate se mai folosesc si alte notiuni derivateca siguranta la sudare si comportarea la sudare
Compozitia chimica este elemental ce influenteaza determinant comportarea la sudare Este motivul pentru carerespectarea retetei chimice devine obligatorie
In cazul laminatelor din oteluri carbon obisnuitese considera ca se asigura o comportare la sudare bunafara masuri specialedaca se respecta limitele din tabelul 52
Tabel 52
elem
val
C Mn MnSi Si P S
[] lt 025 lt 05 21 lt 02 lt 006 le 006
Elementul cu cea mai mare influenta asupra comportarii la sudareeste carbonulOdata cu cresterea continutului in carbon creste posibilitatea de calire fapt care se evidentiaza prin aparitia in zona de sudare a unor zone de duritate mare
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
In fig52 se prezinta variatia duritatii de-a lungul unei liniiintr-o sectiune perpendiculara pe directia de depunere a unui strat de sudura
Fig52
O variatie a duritatii ca cea din figura 52 este caracteristica pentru sudurile realizate pe material laminat la caldsau normalizat
Se observa ca valorile maxime ale duritatiicresc odata cu cresterea continutului de carbon De asemenease remarca marirea diferentei dintre duritatea maxima atinsa si duritatea materialului de baza
Cresterea continutului de carbon creste si pericolul formarii porilor in cusaturadatorita cresterii probabilitatii arderii carbonuluisi deci a formarii de compusi gazosi in baia de metal topit
Pentru a putea tine cont si de influenta cumulata a carbonului si a elementelor de aliereasupra sudabilitatiia fost necesara stabilirea unei metode cantitative de evidentiere a efectului studiat
S-a introdus astfelnotiunuea de carbon echivalent C exprimata printr-o relatie liniara intre concentratiile diferitelor elemente
In tabelul 53 sunt datedupa HARDEN si VOLDRICH limitele uzuale admise pentru Ce pentru care sudarea se face fara preincalzire
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
In afara de C si grosimea pieselor de studiatduritatea maxima admisa in zona influentata termicdepinde si de parametrii tehnologici
Astfel exista posibilitatea caprin adaptarea acestorala specificul otelului sudatsa se realizezeo micsorare a duritatii maxime
Tabel 53
Ce = C + Mn6 + (Cr + Mo + V)5 + (Ni + Cu)15Conditia satisfacuta Duritate
maxima
HV
Ce
Grosimea placii (mm)
6 12 25 50
Fara fisuri la sudare
350 060 050 045 045
Siguranta in exploatare
250 045 040 035 030
In figura 53 se observa influenta grosimii pieselor si avitezei de sudare asupra duritatii maxime din zona influentata termic
In functie de valoarea carbonului echivalent si de tipul electrodului folosi(acid sau basic) se determina cu ajutorul tabelului 5 un indice conventional de subunitate notat I
Tabel 54
Electrod acid Electrod basic I020 025 A
021 ndash 023 026 ndash 029 B024 ndash 027 030 ndash 035 C028 ndash 032 036 ndash 040 D033 ndash 038 041 ndash 045 E039 ndash 044 046 ndash 049 F
045 050 G
516 Clasificarea asamblarilor sudate
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Asamblarile sudate pot fi realizate prin
- cusaturi cap la capsau
- cusaturi in colt
Simbolizarea asamblarilor sudate este prezentata in tabelul55
Tabel 55
Nr
Tipul
sudurii
Denumirea sudurii
Simbol Reprezentare Reprezentare simplificata
0 1 2 3 4 5 1 Sudura
cap la cap
Sudura in V
2 Sudura in V pe support
3
Sudura in U
4
Sudura in Y pe ambele parti
5
Sudura in U pe ambele parti
6
Sudura in colt
Sudura in colt
pe ambele parti
7 Sudura in colt
pe o parte
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
8 Sudura prin
suprapunere
Sudura in gaura
9 Sudura prin puncte
10
Sudura in linie
Reprezentareacotarea si notarea completa a sudurilor pe deseneeste reglementata de STAS 735-87
52Calculul imbinarilor sudate
In calculul imbinarilor sudate se folosesc aceleasi principii si metode ca in rezistenta materialelorConditia initiala care se pune este principiul de egala rezistentaadica imbinarile sudate sa aiba aceeasi rezistenta ca si restul constructiei
In acest modse evita supradimensionarile
521 Sudurile cap la cap
In figura 5 se prezinta o imbinare sudata cap la cap ce constituie sectiunea de calcul
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Fig5
Lungimea cordonului de sudura -1- este determinata de lungimea tablelor care se studiaza
Datorita imperfectiunii cordoanelor de sudura la capete se considera ca lungime de calcul
l = ls ndash 2∙s (52)
Grosimea cusaturii -a- trebuie sa fie mai mare decat grosimea -s- a tablelor
Pentru materialul de baza forta maxima ce poate fi preluata cu incarcarea din figura este
F1 = ls ∙ s ∙ σa (53)
Forta maxima preluata de cordonul de sudura
F2 = l ∙ a ∙ σas (54)
Dar F1 = F2 deci l ∙ a ∙ σas = ls ∙ s ∙ σa
Se obtine
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
(55)
Deoarece ls gt l si σa gt σas intr-adevar a gt s
Practica recomanda pentru a
a = (12125) s (56)
Rezistentele admise ale cordonului - σas - comparativ cu materialul de baza - σa - sunt
- pentru tractiune σas = (0609) σa
- pentru compresiune σas = (0751) σa
Daca (fig54) sudura este solicitata si de moment un momentul incovoietor Mi atunci efortul unitar in cursatura va fi
Daca cordonul va fi supus simultan si fortei F si momentului Mi efortul unitar va fi
Pentru solicitarea la forfecare a sectiunii
528 Deformatii si tensiuni remanente
5281 Originea deformatiilor si tensiunilor remanente
Tensiunile remanente ce apar in piesele sudate se datoreaza variatiilor de temperatura la care este supusa piesa in timpul sudarii
Daca incalzirea si racirea se fac uniform in tot corpul piesei iar dilatarea si contractia sunt libere starile de eforturi si modificarile de volum cauzate de incalzire sunt reversibile la racire Conditiile de mai sus nu pot insa sa fie asigurate
Efectele incalzirii locale produse in timpul sudarii pot fi reversibile in situatia in care tensiunile provocate de incalzirea locala si neuniforma nu ar depasi limita de elasticitate a metalului
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Trecandu-se in domeniul plastic metalul ramane dupa racire cu deformatii si tensiuni remanente
La asamblarea prin sudare a doua table din cauza aportului mare de caldura concentrata intr-o zona restransa se produc dilatari Dupa racire metalul depus se contracta antrenand si metalul de baza din vecinatate
Deformatiile care apar sunt insotite si de o stare tensionala de tensiuni remanente Daca grosimea tablelor este suficient de mica se pot neglija tensiunile perpendiculare pe
planul acestora ramanand tensiunile in lungul cusaturii- - si cele perpendicular pe
cusatura ndash -Aceste tensiuni sunt in echilibru deoarece nu sunt generate de forta exterioara
5282 Masuri pentru combaterea deformatiilor si tensiunilor remanente
Pentru ca piesa sa fie folosita in bune conditii in urma operatiei de sudare deformatiile si tensiunile trebuiesc inlaturate intr-o masura cat mai mare
Se prezinta cateva masuri ce au ca efect mentinerea deformatiilor si tensiunilor remanente la valori relativ mici nesuparatoare
-succesiunea corecta a executarii cusaturilor
Elementele ce se sudeaza se recomanda sa fie asezate astfel incat deplasarea acestora in timpul incalzirii si racirii sa se faca liber Astfel in cazul cusaturilor cap la cap tablele se vor aseza ca in fig 517
Fig 517
-Deformarea in sens opus
Pentru ca piesele ce se sudeaza sa revina la forma initiala acestea primesc o deformatie initiala corespunzatoare de sens contrar care se obtine mecanic cu ajutorul unor dispozitive ca cel din figura 518 sau prin incalzire cu flacara
1-Ghiare de deformare
2-Surub de actionare
3-Piesa de deformat
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Fig 518
-Fixarea rigida a pieselor ce se imbina
Fixarea in dispozitive este folosita pentru impiedicarea deformatiilor la sudarea in serie mare
Dupa racire piesele isi pastreaza forma dar raman cu tensiuni remanente de valori mari Acestea se diminueaza cu unul din procedeele prezentate in continuare
-Preincalzirea
Determinarea temperaturii de preincalzire a pieselor ce se sudeaza se face de regula in functie de continutul de carbon
-Detensionarea
Detensionarea se recomanda cu precadere la sudarea otelurilor aliate sau a otelurilor carbon de dimensiuni mari
Diagrama de detensionare se prezinta in fig 519
Fig 519
529 Consideratii generale privind proiectarea constructiilor sudate
Proiectarea corecta a constructiilor sudate solicita pe de o parte stapanirea tuturor parametrilor procedeelor de sudare iar pe de alta parte acceptarea ca metoda de realizare a pieselor si a sudurii pe langa procedeele clasice (turnare forjare matritare etc)
Principiul de baza care guverneaza dimensionarea asamblarilor sudate este principiul de egala rezistenta
Se prezinta in continuare si alte principii ce stau la baza proiectarii constructiilor sudate
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
-asigurarea continuitatii fluxului liniilor de forte prin alegerea unei forme adecvate a pieselor
-marirea rigiditatii constructiilor sudate prin micsorarea lungimii libere a elementelor
-micsorarea tensiunilor datorate constructiei si a efectului de crestatura
-realizarea constructiilor simetrice pentru a minimaliza tensiunile interne
-la cordoanele de sudura solicitate din exterior sa nu existe grosimi sub 4 mm
-constructia sudata sa fie asamblata din parti componente cat mai mari pentru micsorarea numarului de cordoane
5291 Exemple contructive de imbinari sudate
In constructia de masini exista elemente realizate exclusiv prin sudare cum ar fi recipienti grinzi boghiuri etc
In fig 520 se prezinta un arbore cotit realizat prin sudura
In fig 521 este prezentata o roata dintata realizata prin sudura
In fig 522 este prezentata o carcasa de reductor realizata prin sudura
Fig 520 Fig 521
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Fig 522
53 Asamblari nituite
531 Generalitati descriere clasificare
Nituirea face parte din categoria asamblarilor nedemontabile Odata cu dezvoltarea procedeelor de sudare nituirea si-a restrans aria de raspandire in momentul de fata utilizandu-se
- la piesele supuse la sarcini variabile unde sudura este inca un procedeu nesigur
- piese din aliaje usoare din domeniul aviatiei
- piese din materiale greu sudabile
Forma generala a unui nit este prezentata in fig523 El se compune din
- tija nitului -1
- capul fix -2
-capul de inchidere -3
Intre nit si piesele ce urmeaza a fi asamblate se lasa un joc de diametru - j -
Formarea capului nitului care se mai numeste si operatie de nituire se poate face
- la rece ndash cand diametrele sunt de maxim 12 mm
- la cald - cand diametrul nitului depaseste 12mm
Din punct de vedere constructiv exista mai multe solutii constructive atat pentru Formarea tijei cat si pentru cap
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
Tija nitului poate fi plina ndash fig 522 sau tubulara Aceasta se foloseste la diametre cuprinse in game 4 ndash 20 mm si cu o grosime a peretelui de 025- 15 mm fiind foarte utilizate in aviatie mecanica fina si industrie usoara
Dupa Forma capului se intalnesc
a) cap semirotund - fig52 a - sunt cele mai utilizate Este usor de realizat dar este voluminos si citeodata greu de amplasat in imbinare
b)
cap inecat ndash fig52b - necesita prelucrari suplimentare la piesele ce urmeaza a fi imbinate Rezistenta capului este slaba in raport cu tija aceluiasi nit
Fig52
c) cap plat - fig52c - cu o gama restransa de utilizare ndash dogarie
d) cap tronconic - fig52 d - din punct de vedere al rezistentei corespund foarte bine dar cu o tehnologie destul de greoaie
e) cap semiinecat - fig52e - imbina avantajul rezistentei nitului cu cap semirotund cu avantajul ocuparii unui spatiu restrans al capului inecat
f) cap tronconic si semiinecat - fig52f - sunt utilizate ca nituri de rezistenta ndash etansare Aduna dezavantajele de la ambele tipuri ndash cap tronconic si inecat
a
b
c
d
e
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
g) nituri confectionate din teava - fig52g - capul se formeaza prin altuire cu o raza de curbura mai mica sau mai mare
Din punct de vedere al destinatiei exista
- Nituri de rezistenta Acestea au capete semirotunde tronconice plate semiinecate
- Nituri de rezistenta ndash etansare pentru care se folosesc capete semirotunde semiinecate tronconice tronconice si semiinecate
- Nituri de rezistenta si rezistenta - etansare se folosesc capete inecate
Materiale folosite in realizarea niturilor sunt
- otel carbon cu Clt015 in mod obisnuit OL34 OL37
- Cupru tras si recopt
- Alama
- Aluminiu
- Duraluminiu
- Otel aliat in special cu Mo si Cr
In anexa (A52 tabII ) se prezinta principalele dimensiuni ale niturilor din otel conform STAS
Imbinarile nituite se clasifica si ele dupa destinatie dupa cum urmeaza
- imbinari de rezistenta ndash se folosesc in constructia masinilor a constructiilor metalice
- imbinari de etansare ndash la rezervoarele deschise
- imbinari de rezistenta si de etansare ndash se folosesc la realizarea cazanelor
Imbinarile dupa modul de realizare pot fi
- directe - 525
- cu eclipsa - fig526
- cu doua eclipse - fig 527 - simetrice si fig 528 ndash asimetrice
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-
532 Calculul imbinarilor nituite
Intr-o imbinare nituita directa tablele sunt solicitate la inconvoiere fig - 529
Dezaxarea fortei cu un brat egal cu grosimea tablei ndash s ndash ( fig529a ) produce un moment inconvoietor cu efect in curbarea tablelor ( fig529b)
In plus in cazul nituirii la cald racirea nitului produce o forat de tractiune in nit care
se poate calcula cu relatia Fa = E t (539)
In relatie - coeficient de dilatare liniara
E ndash modul de elasticitate
T ndash diferenta de temperatura fata de mediul ambiant
In aceste conditii Fa - strange piesele in capetele nitului solicitarea intre table transmitandu-se cu ajutorul fortei de frecare In metodologia calculului asamblarilor nituite se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare
- Niturile preiau o solicitare de forfecare
- Repartizarea solicitarii este uniforma in nit
- Eforturile suplimentare se iau in consideratie doar cu coeficienti de reducere a rezistentelor admisibile
- Asamblari demontabile - clasificare utilizare material
-