SUD. SUD. ÎMBINĂRI SUDATE

SUD-T. STRUCTURA ŞI MODELAREA ÎMBINĂRILOR SUDATE

            CUPRINS

               SUD-T.1 DEFINIRE

               SUD-T.2 STRUCTURI CONSTRUCTIVE

               SUD-T.3 DOMENII DE UTILIZARE, AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE

               SUD-T.4 CLASIFICARE

               SUD-T.5 MATERIALE ŞI TEHNOLOGII  

               SUD-T.6 FORME ŞI CAUZE DE SCOATERE DIN UZ SAU DE COMPORTARE NECORESPUNZĂTORE

               SUD-T.7 PARMETRII FUNCŢIONALI ŞI CONSTRUCTIVI

               SUD-T.8 MODELE DE CALCUL

                               SUD-T.8.1 Modele de calcul a tensiunilor din cordonul de sudură pentru cazul solicitărilor compuse

                                                  SUD-T.8.1.1 Model de calcul a sudurilor cap la cap

                                                  SUD-T.8.1.2 Model de calcul a sudurilor de colţ 

                                                  SUD-T.8.1.3 Model de calcul a sudurilor prin puncte 

               SUD-T.9 SOLUŢII FUNCŢIONALE ŞI FORME CONSTRUCTIVE

 

 

SUD-T.1 DEFINIRE

 

Sudarea  este procedeul tehnologic prin care se obţine o legătură nedemontabilă între două sau mai multe piese cu aceleaşi structuri sau apropiate, ale căror suprafeţe îmbinate au fost aduse, prin  încălzire locală, în stare lichidă sau plastică.

Îmbinările sudate sunt legături nedemontabile realizate prin forţe de coeziune intermoleculară din materialele pieselor îmbinate care sunt procesate prin încălzire locală până la starea lichidă (de topire), cu sau fără material de adaos (de obicei, de acelaşi tip cu materialele îmbinate) şi/ cu sau fără aplicarea unei forţe exterioare de apăsare.

 

 

 

SUD-T.2 STRUCTURI CONSTRUCTIVE   

 

a

b

c

d

Fig. SUD-T.2.1 Structuri de îmbinări sudate: a – corpul unei roţi dinţate; b – în puncte; c – pentru conducte; d – pentru recipienţi

 

 

SUD-T.3 DOMENII DE UTILIZARE, AVANTJE ŞI DEZAVANTAJE 

 

Domenii principale de utilizare: construcţii metalice (poduri, structuri în construcţii, hale industriale etc.), construcţii de maşini (corpuri de roţi dinţate şi roţi de transmisie, carcase), construcţii navele, cazane şi recipienţi, etc.

 

Tab. SUD-T.3.1 Avantajele şi dezavantajele îmbinărilor sudate

Avantaje

Dezavantaje

-         economie de material (până la 40% faţă de turnare);

-         etanşeitate bună;

-         rigidităţi mărite;

-         posibilitatea automatizării;

-         procedee de obţinere cu productivitate ridicată

-   incertitudinile legate de deformaţiile şi tensiunile remanente induse de şocul termic şi de contracţie diferită la răcire (acest dezavantaj se diminuează prin tratamente termice sau mecanice);

- pentru control se folosesc metode moderne costisitoare de control nedistructiv (cu ultrasunete, raze γ; magnetic);

-   calitatea sudurii, în cazul procedeelor manuale, depinde de abilităţile şi atenţia sudorului;

-   modificări structurale ale materialelor îmbinate

 

SUD-T.4 CLASIFICARE

Tab. SUD-T.4.1 Clasificarea filetelor elementelor de asamblare

Criteriul

Tipul

Schema

Obs.

Poziţia relativă a pieselor îmbinate

Cap la cap

Fig. SUD-T.4.1

La sudarea tablelor subţiri, marginile nu se prelucrează; Prelucrarea se poate executa pe o parte sau pe amblele părţi

De colţ

Fig. SUD-T.4.4

Prin suprapunere (frontale, laterale, înclinate, combinate, cu eclise, în decupaje); în unghi: pe muchie (pe o parte bilaterală); în T

După forma suprafeţei cordonului de sudură

Convexă

Fig. SUD-T.4.2

Formele sunt dependente de procedeele de sudare

Dreaptă

Concavă

Procedeul tehnologic

Prin topire

Fig. SUD-T.4.3; 4.4; 4.5

Se execută prin topirea locală a pieselor de îmbinat împreună cu materialul de adaus

Prin presiune

Fig. SUD-T.2.1,b

Se execută prin presarea şi încălzirea locală până la plasticizare a pieselor de îmbinat. Se pot executa suduri în puncte sau în linie

Forma marginilor pieselor

Înclinată; în V, J

Fig. SUD-T.4.1,a,b

Prelucrările pot fi pe o parte sau pe ambele

În  J, U

Fig. SUD-T.4.1,c,d

Prelucrările pot fi pe o parte sau pe ambele

Forma cordonului

Continuă

Fig. SUD-T.4.5,a

 

Discontinuă

Fig. SUD-T.4.5,a,b

 

 

                   

a

b

c

d

a

b

c

Fig. SUD-T.4.1 Formele marginilor sudurilor cap la cap (pe o parte sau  pe ambele părţi): a – înclinată (K); b – în V; c – în J  d –  în U 

Fig. SUD-T.4.2 Formele secţiunilor sudurilor: a – dreaptă; b – convexă; c – concavă

 

 

a

b

c

a

b

c

d

e

f

a

b

c

Fig. SUD-T.4.3 Suduri de colţ în T: a, b – bilaterale; c  –unilaterală

Fig. SUD-T.4.4 Suduri de colţ prin suprapunere: a – bifrontală; b – bilaterală; c  –combinată; d  – cu eclise; d  – în decupaj circlar; d  – în decupaj oval

Fig. SUD -T.4.5 Forma cordonului de sudură: a – continuă ; b – întreruptă simetric; c  – întreruptă alternativ

 

SUD-T.5 MATERIALE ŞI TEHNOLOGII  

 

Sudabilitatea este proprietatea metalelor de a putea fi sudate pentru a forma legături intermoleculare puternice; pentru oţeluri sudabilitatea este determinată de procentul de carbon (foarte bună pentru C < 0,25%).

 

Sudarea prin topire este procedeul tehnologic de sudare prin care piesele îmbinate se încălzesc local, până la topire împreună cu materialul de adaos (electrod) de acelaşi tip cu materialele de bază; încălzirea locală se poate obţine prin arderea unui gaz (acetilenă, gaz metan etc.) în amestec cu oxigenul sau prin intermediul unui arc electric format între electrod şi piesă care produce o concentrare de căldură mărită.

 

Sudarea prin presare este procedeul tehnologic de sudare, fără adaus de material, prin care piesele asamblate se încălzesc, numai până la plasticizare, cu aplicarea unei forţe de apăsare locală care generează concentrări puternice de energie:  sudarea cu jet de plasmă, sudarea cu laser (cu fascicul de electroni), sudarea prin presare la rece.

    

SUD-T.6 FORME ŞI CAUZE DE SCOATERE DIN UZ SAU DE COMPORTARE NECORESPUNZĂTOARE

 

Tab. SUD-T.6.1 Forme şi cauze de comportare necorespunzătoare sau de scoatere din uz

Forme

Consecinţe

Apariţie

Cauze

Manifestare

Evitare

Ruperea la suprasarcini

Scoaterea din uz

Ruperea apare în zona secţiunii cu aria minimă

Suprasarcini accidentale şi/sau cu şoc

Întreruperea transmiterii sarcinii

Evitarea apariţiei suprasarcinilor

Ruperea la oboseală

Scoaterea din uz

Ruperea apare în zonele în care există defecte structurale sau incluziuni 

Solicitările variabile şi concentratorul de tensiune

Întreruperea transmiterii sarcinii

Limitarea prin calcul a tensiunilor de oboseală  la valori admisibile; măsuri constructive pentru diminuarea a cauzelor

 

Coroziunea

Scoaterea din uz

În cazul sudurilor care lucrează în medii corozive

Depăşirea rezistenţei la strivire a materialului piuliţei sau şurubului

Scăderea în timp a secţiunii periculoasă a sudurii

Măsuri de diminuarea proceselor corosive

 

SUD-T.7 PARMETRI FUNCŢIONALI ŞI CONSTRUCTIVI

 

 

SUD-T.8 MODELE DE CALCUL

 

SUD-T.8.1 Modele de calcul a tensiunilor din cordonul de sudură pentru cazul solicitărilor compuse

 

Ipoteze de calcul:

-         deoarece determinarea solicitărilor şi stărilor de tensiuni din piesele sudate şi, mai ales, din cordoanele de sudură sunt probleme complexe , calculul de rezistenţă este un  calcul convenţional;

-         sudura se proiectează în aşa fel încât rezistenţa cordonului să fie egală cu cea a materialului de bază; în cazul îmbinării pieselor din materiale diferite se adoptă rezistenţa sudurii egală cu a materialului mai moale;

-         deoarece cordonul de sudură este o structură cu o dimensiune (lungimea) mult mai mare decât celelalte două care descriu secţiunea transversală, într-un punct din planul longitudinal (secţiunea critică), se evidenţiază următoarele tensiuni: σl – tensiunea normală longitudinală (perpendiculară pe planul transversal);  σt – tensiunea normală transversală (perpendiculară pe planul longitudinal); τfl – tensiunea de forfecare longitudinală (din planul longitudinal);  τft – tensiunea de forfecare transversală (din planul transversal); pentru calcule se neglijează tensiunea normală longitudinală, σl

Condiţia de rezistenţă a cordonului de sudură:

-         Conform teoriei de rezistenţă  a V-a, tensiunea echivalentă,

 ,         (SUD-T.8.1.1)

 

unde: σats = min(σr1, σr2)/c cu σr1,2 – tensiunile de rupere ale materialelor îmbinate; c =  1,25…2, factorul de siguranţă; tensiunile (σt, τl, τt) în cordonul de sudură se determină separat pentru solicitările simple în raport cu aria secţiunii critice longitudinală.

-         În practica de proiectare se foloseşte frecvent relaţia,

             (SUD-T.8.1.2)

 

Fig. SUD-T.8.1 Model de calcul general

 

SUD-T.8.1.1 Model de calcul a sudurilor cap la cap

 

Ipoteze de calcul:

-         acţiunea forţei longitudinale N determină în cordonul de sudură tensiuni normale de tracţiune transversale, σtN;

-         acţiunea forţei transversale T determină în cordonul de sudură tensiuni de forfecare longitudinale,  τlT;

-    acţiunea momentului de încovoiere, Mî, determină  în cordonul de sudură tensiuni normale de tracţiune/compresiune transversale, σtMî  cu maximul σîs max;

-         secţiunea critică se consideră dreptunghiulară cu lungimea lcs = l-2a (nu se iau în considerare porţiunile de cap unde cordonul de sudură este incomplet) şi lăţimea, a ≈ s (nu se ia în considerare concavitatea).

Condiţia de rezistenţă a sudurii, (conform rel. SUD-T.8.1.2):

,       (SUD-T.8.1.1.1)

unde: 

, tensiunea de tracţiune datorită forţei longitudinale N;

,  tensiunea de forfecare datorită forţei transversal T;

, tensiunea maximă de tracţiune datorită momentului de încovoiere Mî;  

lcs = l-2a – lungimea de calcul a sudurii; σats = min(σr1, σr2)/c cu σr1,2 – tensiunile de rupere ale materialelor îmbinate; c =  1,25…2, factorul de siguranţă

 

Fig. SUD-T.8.1.1.1 Model de calcul

 

SUD-T.8.1.2 Model de calcul a sudurilor de colţ  laterale

 

 

 

 

Ipoteze de calcul:

-         acţiunea forţei longitudinale Tl determină în cordonul de sudură tensiuni de forfecare longitudinale, τlTl;

-         acţiunea forţei transversale Tt, asupra cordoanelor de sudură se echivalează cu forţele transversale,   şi   care

 

     determină tensiuni de compresiune, σcTl, şi respectiv de forfecare, τtTt;

-         acţiunea forţei normale N, asupra cordoanelor de sudură se echivalează cu forţele transversale,   şi   care determină

 

     tensiuni de tracţiune, σtN, şi respectiv de forfecare, τtN;

-          acţiunea momentului de torsiune,  Mt, asupra cordoanelor de sudură se echivalează cu cuplul de forţe,  care determină tensiunile

     de forfecare longitudinale, τ1Mt;

-         secţiunea critică asociată cordonului de sudură în care tensiunile de forfecare longitudinale au acelaşi sens se consideră dreptunghiulară cu lungimea lcs = l – 2a (nu se iau în considerare porţiunile de cap unde cordonul de sudură este incomplet) şi lăţimea egală cu grosimea maximă a cordonului de sudură, a ≈ 0,7s (nu se ia în considerare concavitatea).

Condiţia de rezistenţă a sudurii (conform rel. SUD-T.8.1.2)

,             (SUD-T.8.1.1.2)

 unde:

, tensiunea de tracţiune datorită forţei normale N;

, tensiunea de compresiune  datorită forţei transversale Tt;

 , tensiunea de forfecare din plan transversal datorită forţei transversale Tt;

 , tensiunea de forfecare din plan transversal datorită forţei normale N;

, tensiunea de forfecare din plan longitudinal datorită forţei longitudinale Tl;

 

, tensiunea de forfecare din plan longitudinal datorită momentului de

 torsiune, Mt; σats = min(σr1, σr2)/c cu σr1,2 – tensiunile de rupere ale materialelor îmbinate; c =  1,25…2, factorul de siguranţă

 

Fig. SUD-T.8.1.2.1 Model de calcul a sudurilor de colţ laterale

 

SUD-T.8.1.3 Model de calcul a sudurilor prin puncte

 

 

Fig. SUD-T.8.1.3.1 Model de calcul a sudurilor în puncte

 Ipoteze de calcul:

- se consideră că punctele de sudură sunt identice şi încărcate egal;

- convenţional, se adoptă, calcul la forfecare.

 

Tensiunea de forfecare dintr-un punct de sudură,

 =  =  ≤  ,

 

unde: F reprezintă forţa exterioară; τafs este tensiunea admisibilă la forfecare a materialului cel mai slab; n - numărul punctelor de sudură; d - diametrul punctului de sudură

 

 

SUD-T.9 SOLUŢII FUNCŢIONALE ŞI FORME CONSTRUCTIVE