Sprawozdanie ze stali nr 2

Temat : Rodzaj spoin. Badanie wytrzymałości spoin

Wykonali:

1. Piotr Fortas

2. Dawid Lewandowski

3. Justyna Maćkiewicz

4. Emilian Marciniak

5. Paweł Melańczuk

6. Arkadiusz Plis

7. Mariusz Rytczak

8. Michał Stanisławski

9. Tomasz Stolarczyk

10. Adrian Wichrowski

1. Wstęp teoretyczny:

Spawanie jest podstawowym sposobem stałego łączenia elementów stalowych, a rozmaite procesy spawalnicze stosuje się we wszystkich rodzajach konstrukcji metalowych. Spawanie należy do termicznych sposobów łączenia, wymagających miejscowego doprowadzenia ciepła do łączonych elementów i zmiany stanu w złączu (ze stałego w ciekły). Podczas spawania metal łączonych części ulega miejscowemu stopieniu, a część złącza powstająca z metalu stopionego w procesie łączenia nazywa się spoiną. Do wykonania połączenia spawanego jest na ogół potrzebny dodatkowy metal, zwany spoiwem. Mogą to być topiące się podczas spawania elektrody metalowe lub specjalny drut o składzie chemicznym zbliżony do składu materiałów łączonych elementów.

Złącze spawane powstaje w wyniku połączenia dwóch lub większej liczby elementów konstrukcyjnych jedną lub kilkoma spoinami. W zależności od kształtu i ustawienia łączonych krawędzi, złącza dzieli się na doczołowe, kątowe i przylgowe.

Rozwiązania konstrukcyjne oraz technologia wykonania połączeń spawanych powinny zapewniać nie tylko ich odpowiednią nośność, ale również trwałość i możliwość renowacji powłok przeciwkorozyjnych itp. Połączenia spawane powinny być tak projektowane, aby spiętrzenia naprężeń w złączach i elementach konstrukcyjnych były jak najmniejsze, zwłaszcza w wypadku konstrukcji obciążonych dynamicznie i eksploatowanych w ujemnych temperaturach.

Połączenia spawane oblicza się wg stanu granicznego nośności, ale w innym ujęciu niż nośności elementów konstrukcyjnych. Porównuje się, bowiem wartości obliczeniowe naprężeń (σ,τ) w przekroju spoiny z wytrzymałością łączonej stali f_d i współczynnika α. Wartości współczynników wytrzymałości obliczeniowej spoin zależą od rodzaju spoin, rodzaju naprężeń oraz granicy plastyczności stali elementów łączonych. Rozróżniono współczynniki α_┴ i α_║ w zależności od rodzaju i kierunku naprężeń w stosunku do osi oraz przekroju spoiny. Jeśli spawaniem łączy się dwa gatunki stali o różnej wytrzymałości obliczeniowej f_d to wytrzymałość obliczeniową spoin ustala się przyjmując cechy stali o mniejszej wytrzymałości.

a - spoina

b- strefa częściowego przetopu

c - strefa przegrzania o strukturze gruboziarnistej

d - strefa normalizacji o strukturze drobnoziarnistej

e - strefa rekrystalizacji

f - strefa największej twardości i kruchości

1 - stopiwo

2 - wtop (warstwa stopionego metalu rodzimego)

3 - głębokość wtopienia

4 - strefa wpływów cieplnych w metalu rodzimym

5 - materiał rodzimy

6 - lico spoiny

7 - gran spoiny

8 - brzeg spoiny

Klasyfikacja spoin:

Ze względu na charakter pracy:

-nośne

-sczepne

Ze względu na sposób wykonania:

-ciągłe

-przerywane

Ze względu na konstrukcję:

-czołowe, układane w specjalnych rowkach utworzonych wskutek zukosowania brzegów

elementów łączonych

-pachwinowe, układane w naturalnych rowkach, powstających miedzy powierzchniami

łączonych elementów,

- otworowe, powstające w wyniku wypełnienia otworów lub szczelin wykonanych

w jednym z elementów łączonych

Ze względu na położenie spoin:

-podolne, os podłużna spoiny pozioma, jej lico skierowane ku górze

-pionowe, elementy łączone i os spoiny są pionowe

-naścienne, elementy łączone są pionowe, os spoiny jest pozioma

-pułapowe, os podłużna spoiny pozioma, jej lico skierowane ku dołowi

Spoiny czołowe

.

Spoiny pachwinowe

2. Przebieg badania:

Trzy rodzaje próbek połączonych zakładkowo złączeniami spawanymi oraz próbki ze złączeniem doczołowym, pomierzono a następnie poddano próbie rozciągania w maszynie wytrzymałościowej.

Rys.1. Schematy poszczególnych rodzajów próbek:

Rys.1.c.d.

3. Wyniki oznaczenia:

Wyniki oznaczenia zostały umieszczone w tabeli:

Tabela 1:

Nr próbki	Rodzaj próbki	l1 [mm]	l2 [mm]	b1 [mm]	b2 [mm]	g1 [mm]	g2 [mm]	a1 [mm] (*)	a2 [mm] (*)	a3 [mm] (*)	a3 [mm] (*)	Rpl [kN]	F [kN] (**)	Rodzaj zerwania
1	1	49,4	49,8	---	---	4,8	4,9	3,53	3,53	---	---	---	48,5	w spoinie
2	1	49,8	50,4	---	---	5,1	5,2	3,53	3,53	---	---	---	73	w spoinie
3	1	51,0	51,5	---	---	5,0	4,9	3,53	3,53	---	---	80	80	w spoinie
4	2	---	---	50,2	50,6	5,1	5,7	3,61	3,68	---	---	80	105	w spoinie
5	2	---	---	50,4	49,8	5,1	5,0	3,61	3,68	---	---	78	110	w materiale
6	2	---	---	50,3	50,5	5,0	5,2	3,53	3,61	---	---	80	107	w spoinie
7	3	47,1	47,8	50,5	50,8	5,0	5,1	3,53	3,53	3,53	3,61	80	111	w materiale
8	3	49,5	50,2	50,0	50,4	5,1	5,4	3,53	3,53	3,53	3,61	81	114	w materiale
9	3	49,6	50,2	50,4	50,9	5,3	5,6	3,53	3,53	3,53	3,61	81	115	w materiale
10	4	---	---	50,5	51	5,3	5,2	5,2	---	---	---	78	84	w spoinie
11	4	---	---	53,4	53,1	5,3	5,1	5,1	---	---	---	75	76	w spoinie
12	4	---	---	50,3	50,7	5,2	5,1	5,1	---	---	---	77	77	w spoinie

(*) a₁,a₂,a₃,a₄ -grubość spoiny wyznaczona zgodnie z punktem 6.3.2 normy PN-90/B-03200,

(**) F- siła, przy której nastąpiło zerwane próbki.

4. Opracowanie wyników oznaczenia:

111

Wyznaczenie nośności spoin:

Wg normy PN-90/B-03200 nośność połączeń zakładkowych, przy obciążeniu osiowym można sprawdzać ze wzoru (wzór 93 normy):

gdzie:

τ -naprężenie wypadkowe,

a -grubość spoiny,

l -długość spoiny

α_║ -współczynnik wytrzymałości spoiny czołowej, wg. Tablicy 18

normy PN-90/B3200,

f_d -wytrzymałość obliczeniowa stali.

W złożonym stanie naprężeń (schemat nr 3) dla spoin pachwinowych warunek wytrzymałości jest określony następująco:

,

przy czym jeżeli:

wówczas wzór przyjmuje postać:

,

gdzie:

κ=0,7 dla stali o R_e ≤255 MPa

5 Wyniki:

Pierwszy rodzaj próbek:

	a [mm]	l [mm]	p [kN]	τ [kN/mm2]
1	3,53	49,6	48,5	0,138502
2	3,53	50,1	73	0,206386
3	3,53	51,3	80	0,220886

Drugi rodzaj próbek:

	a[mm]	b[mm]	p[kN]	τ [kN/mm2]
1	3,65	50,4	105	0,570776
2	3,65	50,1	110	0,601537
3	3,57	50,4	107	0,594682

Trzeci rodzaj próbek:

L.P.	a[mm]	l[mm]	b[mm]	P [ kN]	τll [kN/mm^2]	τL [kN/mm^2]
1	3,55	47,5	50,7	111	0,658265	0,218043
2	3,55	49,9	50,2	114	0,643541	0,226166
3	3,55	49,9	50,7	115	0,649186	0,2259

Czwarty rodzaj próbek:

L.P.	a[mm]	b[mm]	p[ kN]	τ [kN/mm^2]
1	5,2	50,7	84	0,318616
2	5,1	53,3	76	0,279587
3	5,1	50,5	77	0,298971

6 Wnioski:

Z wykonanych pomiarów i badan wynika, ze największe naprężenia w chwili zerwania miały próbki z trzeciego rodzaju, czyli pachwinowe. Nastąpiło w tych próbkach zerwanie materiału a nie spoin. W pozostałych przypadkach zerwanie wystąpiło na spoinie. Świadczy to mniejszej wytrzymałości na zerwanie niż spoin pachwinowych.

Największą sile mogą przenieść spoiny pachwinowe oraz spoiny podłużne. Spoiny czołowe i podłużne są wstanie przenieść znacznie mniejsze siły

---