4 03 NAPRĘŻENIA SPAWALNICZE I ODKSZTAŁCENIA


Politechnika Gdańska
Wydział Mechaniczny
Katedra Technologii materiałów Maszynowych i Spawalnictwa
NAPRŻENIA SPAWALNICZE I
ODKSZTAACENIA
Temat 4.3
Materiały pomocnicze
Opracował dr inż.. Wojciech Kiełczyński
Gdańsk 2004
DEFINICJE
STAN NAPRŻEC ISTNIEJCY W MATERIALE, NA KTÓRY NIE DZIAAAJ
ZEWNTRZNE OBCIŻENIA ( ACZNIE Z SIAAMI CIŻKOSCI) LUB INNE
yRÓDAA NAPRŻEN ( JAK TERMICZNY GRADIENT) NAZYWAMY
NAPRŻENIAMI WAASNYMI LUB
POZOSTAJCYMI. UKAADY NAPRŻEC WAASNYCH W MATERIALE S W
RÓWNOWADZE, TZN. WYPADKOWA SIA LUB MOMENTÓW BDCA ICH
PRZYCZYNA MUSI BYĆ W RÓWNOWADZE
WPROWADZENIE
Oceną stanu naprę ż eń wł asnych  pospawalniczych, z racji praktycznego
aspektu zajmowano się od dawna. Jednak dopiero na począ tku lat
dziewię ć dziesią tych nastą pił a intensyfikacja badań i publikacji. Zasadniczy
cel poznawczy tych prac obejmuje dokł adniejsze poznanie zjawisk termo-
sprę ż ysto-plastycznych zachodzą cych podczas procesu spawania i wynika z
rozwoju zarówno metod obliczeniowych jak i metod doś wiadczalnych.
Problem obecnoś ci naprę ż eń pozostają cych, a ś ciś lej mówią c okreś lenie i
przewidywanie jego rozkł adu w konstrukcji jest przedmiotem
zainteresowania zarówno technologów, konstruktorów jak i badaczy,
zajmują cymi się projektowaniem, wytwarzaniem, i optymalizacją
konstrukcji spawanych
Klasyfikacja naprężeń własnych
" Pierwszego rodzaju makroskopowe-
obejmujące swym zasięgiem szereg ziarn
metalu,
" Drugiego rodzaju obejmujące jedno lub
kilka ziarn,
" Trzeciego rodzaju oddziaływujące w
zakresie sieci krystalicznej.
yRÓDAA NAPRŻEC
WAASNYCH
" PRZERÓBKA PLASTYCZNA  kucie, gięcie,
walcowanie itp.
" OBRÓBKA SKRAWANIEM.
" SPAWANIE I CICIE TERMICZNE oraz
procesy pochodne.
" PROCESY OBRÓBKI CIEPLNEJ lub
TERMOMECHANICZNEJ włączając w to
hartowanie, azotowanie, obróbka termiczna
laserem, nawęglanie itp..
NAPRŻENIA I ODKSZTAACENIA POZOSTAJCE W
POACZENIACH SPAWANYCH
Powstają na skutek nierównomiernego zmiennego w czasie i przestrzeni
rozkł adu temperatur podczas spawania
ZAGADNIENIE CIEPLNE
Sformułowanie Problemu
Równanie różniczkowe przewodzenia ciepła
"
cp  = "(" ) + qv
"t
cp ( ) - ciepło właściwe,  ( ) - gęstość materiału, ( ) - współczynnik przewodzenia
ciepła,  - temperatura, qv - wydajność wewnętrznego zródła ciepła, t - czas.
Warunki brzegowo-początkowe 
 = h
S1
"
= g
S2
"n
"
 = (ot - )
S2 S2
"n
Warunek początkowy
 = ot
t=to
Funkcjonał ekwiwalenty do równania różniczkowego przewodzenia ciepła
2
2 2
Ą# ń#
1 " # ś# "
"
# ś# # ś#
e S i
J = qdV - qS ds - Qi
x "
+"ó# ś# ź# + y ś# ź# + z ś# "z ź# Ą#dV - +" +"
ś# ź#
2 "x "y
# # # #
ó# # # Ą# u
V V S
Ł# Ś#
Wartość funkcjonału w całym obszarze jest równa sumie funkcjonałów
J V
po wszystkich elementach
Je
e
J =
"J
e
temperaturę (x, y, z) wewnątrz każdego obszaru, opisanego w prostokątnym
układzie x, y, z, określa się za pomocą jej wartości węzłowych Ti, i pewnych funkcji
interpolacyjnych (x, y, z)
m
(x, y, z) =
"(x, y, z)Ti gdzie m- jest liczbą węzłów w elemencie.
i=1
co w zapisie macierzowym ma postać
 = T
1
e T T T T T
J =
s "TQi
+"T ,T,sTdV - +"T  qdV - +"T  qS dS -
2
ee
i
S
VV
Macierzowe równanie przewodzenia ciepła
.
AT + łT = Q
gdzie:
- macierz pojemności cieplnej, - wektor temperatur w węzłach, -
A T B
.
macierz przewodnictwa ciepła, T - wektor pochodnych temperatur w
węzłach,  wektor obciążeń zewnętrznych zredukowanych do węzłów
Q
podstawiając:
.
1
t+"t t
T = (T - T )"t
gdzie: t  czas, t  krok czasowy
"
otrzymuje się
1 1
#
t+"t t
At+"t
ś# - Bś#T = Qt+"t + BT
ź#
"t "t
# #
t+"t t+"t
CT = F
gdzie:
1 1
#
t
C = At+"t - Bś# F + Qt+"t + BT
ś# ź#
"t "t
# #
V=0,2cm/s
V=0.5cm/s
V=1.0cm/s
ODKSZTAACENIA
SPAWALNICZE
PODSTWOWE RODZAJE
ODKSZTAACEC
Odkształcenia w wytwarzanej konstrukcji
spowodowane jest przez trójosiowe
zmiany wymiarów powstające podczas
spawania:
1. Skrócenie poprzeczne,
2. Skrócenie podłużne,
3. Zmiana kąta spowodowana obrotem
wokół linii spawania.
RODZAJE ODKSZTAACEC 1
A ) POPRZECZNE ODKSZTAACENIE B ) KTOWE ODKSZTAACENIE SPOINY
SPOINY CZOAOWEJ
D ) KTOWE ODKSZTAACENIE SPOINY
PACHWINOWEJ
Empiryczna zależności kąta
odkształcenia
RODZAJE ODKSZTAACEC 2
Efekt ściągania spoiny
Obojętna

Środek ciężkości spoiny
E ) EFEKT ŚCIGANIA SPOINY POWYŻEJ OSI OBOJTNEJ
Środek ciężkości spoiny
Obojętna

Efekt ściągania spoiny
F ) EFEKT ŚCIGANIA SPOINY PONIŻEJ OSI OBOJTNEJ
SPOSOBY MINIMALIZACJI ODKSZTAACEC 1
STOSOWANIE UKOSOWANIA
- UKOSOWANIE  X 
ZBYT DUŻY NADLEW
ZWIKSZENIE ODKSZTAACEC STOSOWANIE UKOSOWANIA
- UKOSOWANIE  Y 
30
A
MAX.
ZMNIEJSZENIE
KTA UKOSOWANIA
A ) NIE PRZEWYMIAROWYWAĆ SPOINY
60
MAX.
0.8 TO 1.6 mm
B ) POPRAWNE PRZYGOTOWANIE BRZEGÓW
I ACZENIE
yLE DOBRZE
C ) SPOINY PRZERYWANE
D ) MINIMALNA LICZBA ŚCIEGÓW
A
Wpływ kolejności spawania i kąta
rozwarcia rowka na odkształcenia
SPOSOBY MINIMALIZACJI ODKSZTAACEC 2
MNIEJSZE
ODKSZTAACENIE
MNIEJSZE
ODKSZTAACENIE
E ) SPAWANIE W POBLIŻU OSI OBOJTNEJ
F ) RÓWNOWAŻENIE SPOINY WOKÓA
OSI OBOJTNEJ
C
D
1 2 3 4
B
A
C
D
G ) SPAWANIE ODCINKOWO WSTECZNE H ) PRZECIWUGICIE
Szczegóły spawania odcinkowo-
wstecznego
Redukcja odkształceń drogą
kontroli kolejności spawania
Przeciwugięcie
Zmiana konstrukcji węzła
SPOSOBY MINIMALIZACJI ODKSZTAACEC 3
I ) USZTYWNIENIE
6
H ) PRZECIWUGICIE
6 5 5
4
3 3
4
3
2
2
2 1 1
1
4
K ) SPAWANIE WZGLDEM OSI
J ) KOLEJNOŚĆ SPAWANIA
SYMETRII
Utwierdzenie elementów
spawanych
Technologia spawania
Redukcja odkształceń za pomocą
ciepła
Redukcja odkształceń za pomocą
ciepła cd.
Problem utraty stateczności


Wyszukiwarka