Laboratorium „Technologie bezwiórowe” |
Nr ćwiczenia: 2 |
Temat ćwiczenia: „Badanie odkształceń spawalniczych” |
|
Imię i nazwisko: 1.Piotr Fortas 2.Dawid Lewandowski 3.Justyna Maćkiewicz 4.Emilian Marciniak 5.Mariusz Rytczak |
Grupa: B31 B |
Ocena ze sprawdzianu:
Ocena ze sprawozdania:
|
Ocena końcowa: |
Spis treści:
1.Część teoretyczna.
2.Część doświadczalna.
2.1.Opis elementów spajalnych oraz stosowanych urządzeń, sprzętu i wyposażenia.
2.2.Opis przebiegu ćwiczenia.
3.Opracowanie wyników badań i analiza.
4.Wnioski.
Część teoretyczna
Odkształcenia naprężenia w konstrukcjach spawanych występują na skutek sił wewnętrznych spowodowanych nierównomiernym nagrzewaniem elementów w procesie spawania oraz właściwości rozszerzania i kurczenia się materiału pod wpływem cyklu cieplnego spawania. Naprężenia i odkształcenia pod wpływem tych zjawisk są wywołane zmianami stanu fizycznego materiału i w odróżnieniu od naprężeń i odkształceń wywołanych siłami zewnętrznymi działającymi na konstrukcje określa się jako naprężenia i odkształcenia własne. W zależności od kierunków działania wyróżnia się naprężenia jedno-, dwu- i trzyosiowe. Inny podział dotyczy naprężeń pierwszego, drugiego i trzeciego rodzaju.
W czasie spawania element poddawany jest skomplikowanym procesom cieplnym oraz przemianom strukturalnym. Rysunek poniżej przedstawia rozkład temperatur wokół przesuwającego się źródła ciepła.
Obszary wokół spoiny poddawane są zróżnicowanemu nagrzewaniu i chłodzeniu do temperatury początkowej. Towarzyszy temu zjawisko intensywnej dylatacji. Przyrost długości wynikać będzie z zależności :
, gdzie
- przyrost długości [mm], l-długość początkowa [mm],
- współczynnik rozszerzalności cieplnej [K-1] i
- przyrost temperatury [K]. podczas nagrzewania i chłodzenia zmieniają się własności mechaniczne materiału tzn. granica plastyczności[ Re], moduł sprężystości wzdłużnej (E) i współczynnik rozszerzalności cieplnej (
).
Przy obciążeniu konstrukcji do granicy plastyczności (ß=1) nastąpi całkowity zanik naprężeń własnych, a w konstrukcji pojawi się maksymalne odkształcenie trwałe.
Sposoby zapobiegania i zmniejszania naprężeń własnych w elementach spawanych:
odpowiednia metoda spawania
działanie obciążeń zewnętrznych: młotkowanie lub rolowanie spoiny po spawaniu
zastosowanie podgrzewania wstępnego- podwyższenie temperatury stali w trakcie spawania do temperatury 200˚C- usuwa to do 50% naprężeń
obróbki cieple- wyżarzanie normalizujące stali, którego celem jest zmiana struktury na krystaliczną
Odkształcenia spawalnicze dzielimy na poprzeczne, podłużne i kątowe. Zapobiegać odkształceniom kątowym można w fazie projektowania konstrukcji. Aby uniknąć odkształceń powinno się stosować odpowiednią kolejność ściegów w trakcie spawania, oraz stosowanie odpowiednio odkształconych stanowisk spawalniczych, które „wyprostują” proces spawania.
Rozkład naprężeń w doczołowym złączu spawanym i dwuteowniku:
Część doświadczalna:
Cel ćwiczenia:
Badania odkształceń spawalniczych w napawanym obiekcie.
2.1 Opis elementów spajalnych oraz stosowanych urządzeń, sprzętu i wyposażenia:
Do wykonania ćwiczenia użyto:
- spawarkę o naprężeniu 240A,
-elektrodę ER 146 φ6,
- dwuteownik o długości 100cm i wysokości 10cm,
- 3 czujniki umieszczone bezpośrednio pod dwuteownikiem.
2.2 Opis przebiegu ćwiczenia:
Na górnej półce belki wykonano napoinę spawarką o naprężeniu 240A oraz elektrodą ER 146 φ6. Podczas jej wykonania odczytywano wskazania z 3 czujników umieszczonych bezpośrednio pod dwuteownikiem. Długość teownika podzielono na 20 odcinków. Podczas spawania, przy każdym przejściu napoiny przez odciek dokonywano odczytu wskazań czujników. Następnie odczyty wykonano w odstępach 10 sekundowych podczas ochładzania belki.
Schemat stanowiska badawczego:
3. Opracowanie wyników badań
Nr odcinka |
Czas [s] |
Wskazania czujników |
|||||
|
|
A |
B |
C |
|||
|
|
Nagrzewanie /Chłodzenie |
Nagrzewanie /Chłodzenie |
Nagrzewanie /Chłodzenie |
|||
1 |
190 |
5,00 |
9,25 |
7,00 |
6,00 |
6,00 |
8,60 |
2 |
180 |
5,07 |
8,99 |
7,02 |
6,08 |
6,15 |
8,35 |
3 |
170 |
5,07 |
8,75 |
7,02 |
6,19 |
6,25 |
8,15 |
4 |
160 |
5,07 |
8,45 |
7,02 |
6,28 |
6,50 |
7,90 |
5 |
150 |
5,07 |
8,17 |
7,02 |
6,47 |
6,93 |
7,75 |
6 |
140 |
5,10 |
7,87 |
7,03 |
6,46 |
7,50 |
7,60 |
7 |
130 |
5,20 |
7,60 |
6,98 |
6,54 |
8,20 |
7,40 |
8 |
120 |
5,34 |
7,32 |
6,70 |
6,61 |
8,80 |
7,35 |
9 |
110 |
5,55 |
7,07 |
6,45 |
6,68 |
9,40 |
7,10 |
10 |
100 |
5,83 |
6,82 |
6,24 |
6,75 |
9,80 |
6,95 |
11 |
90 |
6,17 |
6,59 |
5,85 |
6,81 |
10,10 |
6,83 |
12 |
80 |
6,57 |
6,38 |
5,60 |
6,86 |
10,35 |
6,71 |
13 |
70 |
7,07 |
6,19 |
5,42 |
6,92 |
10,40 |
6,59 |
14 |
60 |
7,50 |
6,00 |
5,35 |
6,97 |
10,40 |
6,46 |
15 |
50 |
8,00 |
5,80 |
5,37 |
7,02 |
10,05 |
6,37 |
16 |
40 |
8,45 |
5,60 |
5,45 |
7,08 |
9,75 |
6,26 |
17 |
30 |
8,92 |
5,48 |
5,55 |
7,12 |
9,60 |
6,15 |
18 |
20 |
9,25 |
5,33 |
5,62 |
7,17 |
9,30 |
6,07 |
19 |
10 |
9,41 |
5,19 |
5,72 |
7,21 |
9,10 |
5,98 |
20 |
0 |
9,45 |
5,05 |
5,82 |
7,25 |
8,45 |
5,90 |
Wykresy zależności odkształceń belki w funkcji jej długości:
Wykresy zależności odkształceń belki w czasu jej stygnięcia:
Wnioski
Czujnik numer 1:podczas ogrzewania, czyli wykonania napoiny odczyty na czujniku wyraźnie wzrastały, co świadczy o tym, że wzrastała temperatura i pojawiły się naprężenia ściskające. Na pozostałych czujnikach pojawiły się naprężenia rozciągające. Natomiast podczas chłodzenia odczyty te malały wraz z upływem czasu, czyli temperatura malała.
Czujnik numer 2: podczas ogrzewania, czyli wykonania napiony odczyty na czujniku malały, natomiast podczas ochładzania -rosły
Czujnik numer 3: podczas ogrzewania, czyli wykonania napiony odczyty rosły- temperatura rosła, natomiast podczas chłodzenia odczyty malały-, czyli temperatura malała.
W trakcie procesów spawania ( lub napawania) wydzielane ilości ciepła powodują znaczne zmiany w strukturze łączonych przedmiotów, oraz powstanie odkształceń
Odkształcenia w pionie ( mierzone przez czujniki) po okresie chłodzenia około 200 sekund powraca do stanu przed napawania.
Odkształcenia półki nie powróciły do stanu poprzedniego, oznacza to plastyczne odkształcenie półki pod wpływem naprężeń.
8
Wyszukiwarka