ZAVARENI SPOJEVI METALA

Zavarivanje = spajanje dijelova koji su na mjestu spoja dovoenjem topline omekani ili rastopljeni, uz dodavanje dodatnog materijala ili bez njega. Nakon hlaenja i skruivanja materijala dijelovi ostaju spojeni. lice ava 1 = zona taljenja (av), 2 = zona utjecaja topline, 3 = zona nepromijenjenoga osnovnog metala

korijen ava Meusobno se zavarivati mogu: - metali: elik do 0,3% C (iznad toga uz odreene uvjete), bakar, mjed, aluminij - plastomeri (ABS, PA, POM ).

Zavarivanje je gotovo u potpunosti istisnulo zakovine spojeve u strojarstvu i graevinarstvu. Zakivanje se zadralo kod spajanja aluminijskih limova kod trupova aviona i kabina iara.

Zavar = materijal nanesen na mjestu spajanja zavarivanjem u jednom prolazu.

av = materijal nanesen zavarivanjem na mjestu spajanja; moe se sastojati od jednog ili vie zavara.

Zavareni spoj = spoj dobiven zavarivanjem. Zavareni dio = vie pojedinanih dijelova meusobno povezanih zavarivanjem (sa ili bez dodatnog materijala) Zavareni sklop = vie zavarenih dijelova meusobno povezanih zavarivanjem

av

Vijak zavaren za ploicu

Kota Poluga

Leaj

Brodski trup

Brodsko kormilo (Uljanik)

Automobilska karoserija (Mazda)

Nosai krova bazena na Kantridi

Kabine skijakih iara

Zavareni spojevi su prikladni za: - prijenos sila, momenata savijanja i momenata uvijanja - jeftino povezivanje elemenata konstrukcija, naroito za mali broj izradaka - upotrebu na visokim temperaturama - izradu nepropusnih spojeva.

Prednosti zavarenih konstrukcija u odnosu na odljevke: - teina manja i do 50% jer stjenke mogu biti tanje - nisu potrebni modeli ili kalupi - vea krutost jer sivi lijev ima oko 2 puta manji E - koriste se jeftini poluproizvodi: limovi, profili i cijevi.

[Rol

lof/M

atek

: M

asch

inen

elem

ente

, V

iew

eg, 2

003]

Prednosti zavarenih spojeva u odnosu na vijane i zakovine: - manja teina jer nema preklapanja limova - manja teina jer nema glava vijaka ili zakovica i matica - struktura se ne oslabljuje rupama - lake ienje zbog glatkih povrina. Nedostaci spajanja zavarivanjem: - uglavnom za iste/sline materijale - nije pogodno za vrlo sloene oblike - taljenje na mjestu zavarivanja dovodi do promjene strukture i poveanja krhkosti - zaostala naprezanja i/ili deformacije konstrukcije - kvaliteta ovisi o vjetini zavarivaa - zavarivanje na gradilitu je esto tee nego spajanje vijcima ili zakovicama.

Zaostale deformacije nakon zavarivanja:

Najei postupci zavarivanja: 1. Zavarivanje taljenjem: - Elektroluno zavarivanje

- Plinsko (autogeno) zavarivanje

2. Zavarivanje pod tlakom: - Tokasto zavarivanje

a) obostrano, b) jednostrano - Bradaviasto zavarivanje

Najei oblici zavarenih spojeva:

Vrste avova prema DIN 1912:

ELNI AV

RUBNI AV

KUTNI AV

Zarubljeni av

Kutni av

Polovini V-av V-av

I-av

K-av

J-av

U-av

Y-av

X-av Polovini Y-av

Plitki K-av

Dvostruki U-av

Dvostruki J-av

Dvostruki kutni av

Rubni V-av

Dvostruki Y-av

Rubni plosnati av

Rubni kutni av

av sa strmim bokovima

OSNOVE OBLIKOVANJA ZAVARENIH KONSTRUKCIJA

1. Izbjegavati koncentraciju naprezanja (zarezno djelovanje): lo spoj osnovnog i dodatnog materijala moe prouzroiti veliku koncentraciju naprezanja u korijenu ava, pa se kod dinamikih optereenja posebno zavaruje korijen (ili se izvodi dvostrani av). Nejednolino ili valovito vueni zavari isto djeluju kao zarezi, kao i krateri na poetku i kraju zavara.

[Dec

ker:

El.

str.

, Gol

den

Mar

ketin

g +

Teh.

knj

iga,

200

6]

V-av, loe provaren korijen ava

V-av, dobro provaren korijen ava

V-av, proien i zavaren korijen

Dvostrani V-av

2. Izbjegavati skretanje toka sila u zoni zavarivanja: skretanje u zoni ava uzrokuje lokalnu koncentraciju (porast) naprezanja pa se kod dinamikih optereenja smanjuje dinamika vrstoa.

Bolje elni nego preklopni spoj Bolje udubljeni nego izboeni kutni av

Loe Dobro

3. Izbjegavati vlana naprezanja u korijenu ava: izdrljivost materijala kod vlanog optereenja je najee manja nego kod tlanog, a korijen ava je posebno osjetljiv zbog moguih nepravilnosti (koncentracija naprezanja) pa ga po mogunosti treba staviti u zonu tlanih optereenja:

korijen ava

4. Izbjegavati gomilanje zavara: Lokalno zagrijavanje kod zavarivanja i zatim hlaenje dovode do deformacija. to se vei broj zavara sastaje u jednoj toki i to su zavari deblji, to je i vitoperenje jae. Izvitoperene zavarene dijelove treba izravnati zagrijavanjem i kovanjem.

dobro

5. Dati prednost poluproizvodima: poluproizvodi su relativno jeftini pa se prednost daje plosnatim i profilnim elicima, cijevima, limovima itd.

6. Izbjegavati skupe pripremne radove jer poskupljuju konstrukciju: valja izbjegavati tokarena smanjenja promjera, kose ili okrugle rubove itd. Savijanjem limova esto se mogu utedjeti zavareni avovi:

Zavareni zupanik

Tokareni vijenac i glavina; rebro kompliciranog oblika

Vijenac, glavina i rebra jednostavnog oblika

Mnogo dijelova i avova

Savinut lim malo dijelova i avova

7. Paziti na pristupanost avova: av mora biti pristupaan alatu za zavarivanje!

Korijen ava je nepristupaan Dobro

PRORAUN ZAVARENIH SPOJEVA

Preporuke za proraun i konstrukciju dijele se na sljedea podruja: 1. Strojogradnja: kuita, postolja, poluge, zupanici, remenice i sl. 2. Tlane posude, kotlovi, cijevi 3. eline konstrukcije: visokogradnja, mostogradnja, dizalice Zavarene konstrukcije podlijeu i posebnim propisima. Brodogradnja ima posebne propise klasifikacijskih drutava (Hrvatski registar brodova, Lloyds Register of Shipping, Det Norske Veritas ).

STROJOGRADNJA ZAVARENI SPOJEVI DOBIVENI

TALJENJEM Raunska debljina ava Raunska duljina ava Budui da su krajevi avova nepravilni (krateri, koncentracija naprezanja), kod kratkih avova ija je duljina manja od 15a, poeljno je (ali se ne mora) raunati s malo manjom raunskom duljinom ava l = stvarna duljina ava - 2a

a) elni av, b) ravni kutni av, c) izboeni kutni av, d) udubljeni kutni av, e) nejednoliki kutni av Kod kutnih avova a mora biti najmanje 3 mm. Openito debljina ava ne treba biti vea od 0,7t (t = debljina najtanjeg dijela); vea debljina ava znai veliko zagrijavanje koje mijenja strukturu materijala i oslabljuje ga.

Normalno naprezanje pri vlaku ili tlaku - okomito na av

( ) = la

Ftv,

l = (d+a). elni av Kutni av

Kod ovakvog vlanog optereenja se naprezanje izraunava kao omjer sile i povrine presjeka ava. Ukupna raunska povrina presjeka optereenih avova koja preuzima optereenje Aw = (al) Openito e i za vlak i za tlak naprezanje biti

Oznake:

= okomito na av = paralelno sa avom

tv,

presjek se zarotira

elni av:

Kutni av:

Normalno naprezanje pri vlaku ili tlaku - paralelno sa avom Sila F moe djelovati i uzdu ava i onda optereuje zavarene dijelove kao cjelinu. U tom je sluaju normalno naprezanje paralelno sa avom i jednako normalnom naprezanju u poprenom presjeku A zavarenih dijelova, pri emu se povrina poprenog presjeka ava zanemaruje:

21tIIv, AAAAF

+==

Ova se naprezanja u praksi ne kontroliraju! A1

A2

A1 A2

t v,II

Normalno naprezanje pri savijanju - paralelno sa avom

U poprenom presjeku avova se u tom sluaju javlja naprezanje jednako onome u meusobno zavarenim dijelovima:

yI

M= sIIs

y = udaljenost od neutralne linije do korijena ava I = moment tromosti poprenog presjeka zavarenog dijela pri proraunu koristiti Steinerovo pravilo (vidi primjer u knjizi)

Niti ova naprezanja se u praksi ne kontroliraju!

s II

Ms

(avovi idu uzdu savinutog nosaa)

Ms

nosa (greda)

Nosa koji se sastoji od meusobno zavarenih limova optereen je momentom savijanja Ms.

- Najprije treba odrediti poloaj teita T svih avova (Steinerovo pravilo knjiga primjer str. 201).

- Radi pojednostavljenja, umjesto do teita avova, udaljenosti y2 i y3 se raunaju do korijena avova. - Rauna se ukupni moment tromosti Ix uk = suma momenata tromosti pojedinih avova, uzimajui u obzir Steinerovo pravilo.

Normalno naprezanje pri savijanju - okomito na av s(avovi se nalaze u poprenom presjeku nosaa)

s

2333

3332

222

3222

111

311

uk 12122

122 ylaalylaalylalaI x ++

++

+=

Ms

Dva donja vertikalna ava Dva gornja kratka ava Gornji dugi av

Zanemaruju se izrazi u kojima se pojavljuju male veliine a23 i a33:

2333

2222

2111

311

uk 2122 ylaylaylalaI x ++

+=

s

Najvee naprezanje s1 javit e se na donjem kraju vertikalnih avova jer su ta mjesta najudaljenija od osi x-x koja prolazi kroz teite. Naravno, uputno je provjeriti i najvee vlano naprezanje s3 .

yIM

=ukx

ss

Ms

Naprezanje je jednako Najvee naprezanje

s

Najvee vlano naprezanje

Tangencijalno naprezanje pri smicanju

Sila F djeluje: - paralelno sa avovima duljine l1 u kojima izaziva tangencijalno naprezanje II - okomito na av duljine l2 u kojemu izaziva tangencijalno naprezanje . Budui da su II i zapravo meusobno paralelni, moe ih se aritmetiki zbrojiti pa je ukupno tangencijalno naprezanje: Ako bi na jedan av djelovale dvije meusobno okomite sile koje bi izazivale II i , ova bi naprezanja trebalo zbrojiti vektorski, tj. bilo bi

( ) =

laF

Ukupna duljina avova (a.l) = a(2l1+l2)

(sila djeluje u ravnini u kojoj su avovi)

22II +=

F

F

U nekim sluajevima se tangencijalna naprezanja II ili mogu javiti i u elnim avovima:

F

F

II

( ) =

laF

Tangencijalno naprezanje pri torziji paralelno sa avom

( ) =

laF

II

Naprezanje:

II

(a.l) = 2.a.(d+a).

Moment torzije T se moe zamisliti kao djelovanje obodne sile F na polumjeru r pa e sila koja djeluje uzdu ava biti

rTF =

U uzdunom smjeru nosaa optereenog na savijanje poprenom silom Fq nastaju u avu i posmina naprezanja; pojasni limovi se meusobno ele pomaknuti u uzdunom smjeru: S = statiki moment povrina presjeka pojasnih limova: S (mm3) = A0.y0 I = moment tromosti itavog presjeka konstrukcijskog dijela (mm4) a ukupna debljina svih zavarenih avova (mm); na slici je a = 2a1

=aI

SFqII

Tangencijalno naprezanje pri savijanju nosaa (normalno naprezanje ne treba raunati ve objanjeno)

II

Istodobno djelovanje normalnog i tangencijalnog naprezanja

Ms

Na zavareni spoj vratila i glavine djeluju moment savijanja Ms i moment torzije T. Normalno naprezanje u avu uslijed savijanja jednako je naprezanju na povrini vratila:

323

sss

== dM

WM

Tangencijalno naprezanje II izazvano torzijom ve je izraunato. Ukupno djelovanje naprezanja s i II izraava se ekvivalentnim naprezanjem:

U nekom opem sluaju je gdje moe biti i zbroj normalnih naprezanja izazvanih vlakom i savijanjem, a moe biti II ili .

2II

2se 2 +=

22e 2 +=

Kriterij vrstoe Mora biti ispunjeno: dop dop e dop Orijentacijski podaci za doputena naprezanja dop i dop u zavarenim avovima dani su u tablici.

av Naprezanje Kvaliteta zavara

Optereenje

Statiko Ishodino dinamiko

Izmjenino dinamiko

Materijal spojenih dijelova S235

(0361) S355

(0561) S235

(0361) S355

(0561) S235

(0361) S355

(0561)

elni sa zavarenim korijenom

Vlak, tlak, savijanje, ekvivalentno naprezanje

I II III

160 130 110

220 175 155

110 85 75

130 105 90

55 45 40

65 50 45

Smicanje I II III

100 80 70

140 110 100

70 55 50

80 65 55

35 30 25

40 32 28

elni bez zavarenog korijena

Vlak, tlak, savijanje, ekvivalentno naprezanje

I II III

140 110 100

180 145 125

95 75 65

100 80 70

45 35 32

50 40 35

Kutni ravni Svako I II III

90 70 60

110 85 75

60 50 40

70 55 50

30 25 20

35 30 25

Kutni udubljeni Svako I II III

120 95 85

150 120 100

75 60 50

90 70 60

40 30 25

45 35 30

Dvostruki kutni ravni Svako I II III

140 110 100

190 150 130

90 70 60

120 95 85

50 40 35

55 45 40

Orijentacijski podaci za doputena naprezanja dop i dop u N/mm2 u zavarenim avovima

Kvalitete zavara:

STROJOGRADNJA ZAVARENI SPOJEVI DOBIVENI ZAVARIVANJEM POD TLAKOM

Tokasto i bradaviasto zavareni spojevi Posebnost tokasto i bradaviasto zavarenih spojeva je ta da se toka zavara pri proraunu vrstoe zamilja kao posmino optereeni zatik za koji se onda vri proraun.

Jednorezni spoj Dvorezni spoj Broj rezova m = 1 m = 2

Specifini pritisak 1 u zamiljenom provrtu jednoreznog spoja

Specifini pritisak 1 u zamiljenom provrtu dvoreznog spoja

d = promjer toke zavara

n broj toaka zavara s = debljina lima

Povrina presjeka zavara:

n = 3 zavara m = 1 rez

Posmino naprezanje u toki zavara: 4

2 =

dA

AmnF

=

sdnF

=l

Budui da se koristi analogija sa zatikom, treba proraunati i specifini pritisak na stjenke zamiljenog provrta u limu:

Iako je moda promjer toke zavara vei, najvea vrijednost promjera d s kojim se smije kontrolirati naprezanje je (mm) gdje je smin (mm) debljina najtanjeg lima u spoju. Smjernice za tokasto zavarene spojeve:

min5 sd =

Debljina lima (mm) 0,5...1 1...1,5 1,5...2 2...3 3...5 Promjer tokastog zavara d (mm) 4...8 6...10 8...10 10...12 10...14 Razmak tokastih zavara (3...6) d

Kriterij vrstoe za tokasto zavarene spojeve Treba biti: dop 1 l dop

Vlana vrstoa Rm (N/mm2) 250 300 350 400 450 500 550 600

dop Statiko optereenje

Ishodino dinamiko optere. Izmjenino dinamiko optere.

60 40 20

75 50 25

90 55 30

100 65 35

110 70 35

125 80 40

135 90 45

150 95 50

Jednorezan spoj l dop

Statiko optereenje Ishodino dinamiko optere.

Izmjenino dinamiko optere.

165 110 55

200 130 65

235 150 75

265 175 90

300 195 100

335 215 110

365 240 120

400 260 130

Dvorezan spoj l dop

Statiko optereenje Ishodino dinamiko optere.

Izmjenino dinamiko optere.

275 180 90

335 215 110

390 250 125

445 285 145

500 320 160

555 355 180

610 390 195

665 425 215

TLANE POSUDE, KOTLOVI, CIJEVI ZAVARENI SPOJEVI DOBIVENI TALJENJEM

Ova vrsta spojeva je detaljno obraena na konstrukcijskim vjebama o tlanim spremnicima. Ovdje se samo ponovno istiu najvanije postavke. - Spojevi moraju biti nepropusni i vrlo vrsti - Vei otvori se pojaavaju - Valja izbjegavati gomilanje avova.

Najmanja potrebna debljina stjenke se1 za cilindrine plateve tlanih posuda pod unutarnjim pretlakom pri Dv/Du 1,2

321v

321u

e122

cccp

SK

pDcccp

SK

pDs ++++

=+++

se1 = najmanja potrebna debljina stjenke (mm) Du, Dv = unutarnji i vanjski promjer plata (mm) p = najvii doputeni pogonski tlak (N/mm2) K = proraunska vrstoa (N/mm2) - iz tablice prema debljini se1 i temperaturi

S = faktor sigurnosti (dop = K/S) - iz tablice = faktor oslabljenja zbog zavara (0,8 ... 1) c1, c2, c3 (mm) = dodaci na debljinu stijenke zbog odstupanja stvarne debljine lima (c1), korozije (c2) i obzidavanja tj. teina zida (c3).

Proraunska vrstoa K (N/mm2) elika stijenki tlanih posuda i parnih kotlova:

Faktor sigurnosti S za tlane posude i parne kotlove

54321v

e24

ccccc

SKpDs +++++

= faktor oblika dna tlanih posuda - iz tablice c4, c5 (mm) dodatak na debljinu stijenke zbog vanjskog tlaka (mogueg splonjavanja ili utisnua) (c4) odnosno konstrukcijski dodatak (c5). Plateve i dna izloena vanjskom tlaku treba raunati prema gornjim izrazima uz = 1.

Najmanja potrebna debljina stjenke se2 bombiranih dna:

Tlani spremnici se ispituju pod ispitnim tlakom pmax = 1,3p i pri tome faktori sigurnosti plata i dna S moraju biti vei od 1,1.

Sigurnost plata: Sigurnost dna:

1,12

max21e1

maxu

C20 >+

=

pccs

pDvKS

1,14

max21e2

maxu

C20 >+

=

pccs

pDvKS

Najmanja potrebna debljina stjenke s za cijevi pod unutarnjim ili vanjskim pretlakom pri Dv 200 mm i Dv/Du 1,7

21u

2cc

pSK

pds ++

s = najmanja potrebna debljina stjenke (mm) du = unutarnji promjer cijevi (mm) p = najvii doputeni pogonski tlak (N/mm2) K = proraunska vrstoa cijevi (N/mm2) - iz tablice prema s i temperaturi S = faktor sigurnosti (dop = K/S) - iz tablice = faktor oslabljenja zbog zavara (0,8 ... 1) c1, c2 (mm) = dodaci na debljinu stjenke zbog odstupanja stvarne debljine lima (c1) i korozije (c2).

Proraunska vrstoa K (N/mm2) beavnih elinih cijevi:

Prikljuci: izmjere avova moraju zadovoljiti sljedee uvjete:

dup 1000 N/mm

dup 1000 N/mm

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50