SPAJANIE

Prof. dr hab. inż. Jurij Dobriański

Spajanie

1

Połączenia nierozłączne:

a) spajane,

w tym:

• spawane,
• zgrzewane,
• lutowane,
• klejone,

b) Odkształcane plastycznie:

• zawalcowane
• łapkowe,
• zagniatane,
• nitowe

c) wciskowe,

• skurczowe
• wtłaczane,

2

METODY SPAJANIA

Spajanie, proces trwałego łączenia

materiału przez uzyskiwanie jego

ciągłości.

METODY SPAJANIA

• spawanie,
• zgrzewanie,
•lutowanie i
•klejenie.

Spajanie

3

Spawanie, trwałe połączenie części

przez

miejscowe roztopienie powierzchni

stykowych

z dodawaniem lub bez dodawania

spoiwa.

• gazowe,
• elektryczne (łukowe),
• termitowe,

rzadziej stosowane

• elektronowe,
• laserowe.

Spajanie

4

Zgrzewanie –

trwałe łączenie materiałów (metali, tworzyw

sztucznych)

przez silne dociśnięcie

do siebie łączonych części,

bez podgrzania lub z wcześniejszym

podgrzaniem miejsc łączonych

–oporowe (elektryczne),
–gazowe (za pomocą palników acetylenowo-tlenowych),
– termitowe,
–indukcyjne (elektryczne),
–tarciowe,
–dyfuzyjne
–zgniotowe
–ultradźwiękowe.

Spajanie

5

SPAWANIE

Spajanie

6

Spoina

1. spoina i rowek

dla spoiny,

2. lico spoiny,

3. brzeg lica,

4. grań spoiny,

5. strefa wpły

wów cieplnych,

6. gardziel row

ka,

7. rąbek (próg),

8. wtop

Spajanie

7

Przewagi spawania

• Zaoszczędzanie metalu w porównaniu z

– nitowaniem – ok. 20%,

– odlewami staliwnymi – do 30%,

– odlewami żeliwnymi – do 50%.

• Koszt spawania jest ok. 25% mniejszy od

kosztu nitowania lub odlewania.

Spajanie

8

Rodzaje wg źródła ciepła

• spawanie elektryczne

– lukowe,
– żużlowe (nie luk lecz prąd elektryczny, 50 mm –

2 m).

• gazowe (acetylenowo-tłenowe) do spawania:

– cienkościennych blach i rur,
– żeliwa,
– niektórych stopów nieżelaznych,
– w pracach naprawczych i montażowych, gdzie

spawanie elektryczne jest utrudnione

Spajanie

9

Rodzaje wg innych kryteriów

• Wg rodzaju elektrody:

– topliwa,

– nietopliwa (np. wolframowa, węglowa).

• Wg ukrycia metalu stopionego

(dlaczego

ukrycie?)

:

– łukiem nieosłoniętym (w atmosferze

powietrza),

– łukiem osłoniętym

•

za pomocą warstwy topnika,

•

w atmosferze gazu obojętnego (np. CO

2

– detowe),

•

lub gazu szlachetnego (np. Ar – argonowe).

Spajanie

10

Rodzaje spoin względem

pracy

• nośne

(powinny być obliczone

wytrzymałościowo)

,

• szczelne,

• sczepne.

Spajanie

11

Rodzaje spoin względem kształtu i

ułożenia

• czołowe i

• pachwinowe

i

• krawędziowe

,

• grzbietowe,

• narożne,

• otworowe

– a – grubość obliczeniowa
– g – grubość części

łączonych

Spajanie

12

Przygotowanie (ukosowanie)

krawędzi

a), b) i c) – blachy o grubości do 4 mm przy spawaniu ręcznym i do 16 mm — przy automatycznym

– bez uprzedniego przygotowania krawędzi,

d) grubość do 25 mm,

e) grubość ponad 25 mm

Spajanie

13

Kształty ukosowania

• Jednostronne: 1/2 V, 1/2Y i K,

• Dwustronne: V, Y, X , U i X,

• Dla grubości do 25 mm – V, 1/2 V

• Dla grubości do 50 mm – X i K

• Ponad 50 mm – U, 2U, 2V

Spajanie

14

Klasyfikacja szwów

• wg usytuowania w

przestrzeni

:

a. dolne – najmocniejsze
b. pionowe
c. poziome
d. sufitowe – najsłabsze
• wytrzymałości są w

stosunku jak:

1 : 0,85 : 0,9 :

0,8.

Spajanie

15

Ułożenia

spoin

• a) szwy wzdłużne 1,

poprzeczne 2, skośne 3,

• b) szwy pachwinowe

łańcuchowe,

• c) — przestawne,
• d) połączenie doczołowe,
• e) połączenie

zakładkowe,

• f) połączenie

nakładkowe,

• g) połączenie

przykładkowe

(przylgowej,

• h) połączenie „na zamek",
• i) kątowe połączenie

stykowe narożne,

• j, k) — teowe,
• I) krzyżowe,
• ł) kątowe połączenie

stykowe wpustowe

Spajanie

16

Spawalność metali i stopów

• łatwo spawalne – stałe niskowęglowe (do ok.

0,25% C)

• niespawalne – stale o zawartości powyżej 0,4%

C

• średnio spawalne – stale niskostopowe o

niewielkiej zawartości węgla

• trudno spawalne – Stale wysokostopowe,

żeliwo szare, stopy miedzi, aluminium i jego
stopy

Spajanie

17

Obliczenie spoin czołowych

a)

rozciąganie (ściskanie),

b)

ścinanie,

c)

zginanie

Spajanie

18

Rozciąganie spoin

czołowych

F

r

, F

c

— siła rozciągająca (ściskająca) spoinę

S — przekrój obliczeniowy spoiny (S = a·l); przyjmuje się tu przekrój

geometryczny bez uwzględnienia wypukłości spoiny

a — grubość obliczeniowa spoiny; w przypadku spoiny czołowej a = g,

gdzie g — grubość cieńszej z łączonych części

l — długość obliczeniowa szwu spawanego; można przyjmować l = b

(gdzie b — szerokość pasa), pod warunkiem wyprowadzenia spoiny
na podkładki; w przeciwnym przypadku uwzględnia się długość 2c
dwóch kraterów, przyjmując l = b - 2c ≈ b - 2a;

k‘

r

i k'

c

— naprężenia dopuszczalne przy rozciąganiu (ściskaniu)

spoiny

r

r

r

k

S

F









c

r

c

k

S

F









Spajanie

19

Naprężenie dopuszczalne

(przy obciążeniach statycznych)

k‘ = z

0



z



k

r

k

r

– naprężenie dopuszczalne przy

rozciąganiu materiału rodzimego części
łączonych

z

0

– współczynnik statycznej

wytrzymałości spoiny, zależny od
rodzaju obciążenia i warunków spawania

z – współczynnik jakości spoiny

Spajanie

20

Współczynniki wytrzymałości i

jakości spoin

(przy obciążeniach statycznych)

Spajanie

21

Ścinanie spoin

czołowych

S  przekrój obliczeniowy spoiny; S = g ∙ l =

a (b  2a),

k'

t

 naprężenie dopuszczalne; k'

t

≈ 0,65 k

r

t

t

k

S

F









Spajanie

22

Ścinanie spoin

czołowych

• M

g

 moment zginający,

• W

x

 wskaźnik przekroju na zginanie:

• k'

g

 naprężenie dopuszczalne; k'

g

≈ 0,9

k

r

g

x

g

g

k

W

M









Spajanie

23

Spoiny pachwinowe

a)poprzeczny szew podwójny

połączenia zakładkowego,

b)przeciąganie szwów i

wyprowadzanie kraterów
poza naroża,

c)zginanie spoiny pachwinowe

położonej,

d)spoiny pachwinowe

położone niesymetrycznie
względem linii działania
obciążenia

Spajanie

24

Obliczenie spoin

pachwinowych

na

ścinanie

Spajanie

25

• F – siła przypadająca na jeden szew połączenia

• S – przekrój obliczeniowy spoiny: S=a·l

• a, l — grubość, długość obliczeniowa spoiny

• a = h·cos 45° ≈ 0,7 h (dla blach h=g, więc a ≈ 0,7

g)

• k‘

t

– naprężenie dopuszczalne: k‘

t

= 0,65 k

r

t

k

S

F









oblicza się w przekroju niebezpiecznym (o

najmniejszym polu) MM, leżącym w

płaszczyźnie dwusiecznej kąta prostego

pachwiny spoinowej (rys).

Zginanie spoin

pachwinowych

Przy projektowaniu połączeń części (np. kątowników) o spoinach leżących

niesymetrycznie względem linii działania siły  przyjmuje się, że rozkład
naprężeń w przekroju jest równomierny, więc ich wypadkowa przechodzi

przez środek ciężkości przekroju. Obciążenie poszczególnych szwów

znajdziemy zatem na podstawie równości momentów statycznych po obu

stronach linii działania sił. Otrzymamy





6

3

6

7

,

0

2

2

a

b

a

l

h

W

x











t

x

g

k

W

M









wskaźnik przekroju na

zginanie

Spajanie

26

Nazwy i

znormalizo

wane

oznaczenia

spoin

Spajanie

27

Dodatkowe oznaczenia

spoin

Spajanie

28

Spajanie

29