Curs 6 Sudura

CONSTRUC II CONSTRUC II METALICE

Îmbinări cu sudură2

•Datorită avantajelor pe care le prezintă, sudura este în prezent unul din mijloacele cele mai utilizate de îmbinare în domeniul construcţiilor metalice.

•Sudura reprezintă procesul de îmbinare a elementelor ț

•Sudura reprezintă procesul de îmbinare a elementelor metalice prin acțiunea temperaturii cu sau fără aplicarea presiunii locale.


Avantajele utilizării îmbinărilor sudate :

•Nu este necesară găurirea elementelor structurale,datorită acestui fapt secțiunile pieselor îmbinate nu vor suferi slăbiri locale•Nu sunt necesare elemente suplimentare de îmbinare ( eclise, gusee, corniere)•Mai economice decât îmbinările nituite datorită consumului redus de material și a forței de muncă.•Permit o transmitere uniformă a eforturilor între elementele îmbinate, putând fi realizate

ț

ș ț

•Permit o transmitere uniformă a eforturilor între elementele îmbinate, putând fi realizate îmbinări cu continuitate perfectă•Îmbinărle sudate permit realizarea oricărei configurații de nod.•Viteza mare de execuție•Aspect plăcut

Dezavantajele îmbinărilor sudate :•Sunt nedemontabile•Porțiunea adiacentă îmbinării este afectată termic, astfel proprietățile oțelului suferă modificări. Cel mai însemnat efect este creșterea fragilității și scăderea rezistenței la oboseală.•Datorită răcirii inegale a porțiunii sudate pot apărea deformări locale ale elementelor prin apariția tensiunilor suplimentare.•Erorile de execuție cum sunt pungile de aer sau pătrunderea incompletă sunt greu de detectat.


Tipuri de îmbinări sudate :

După procesul de sudare :

•PRIN PRESARE•Prin forjare •Prin topire cu termit

ț

•Prin topire cu termit •Sudarea cu rezistențe

•Sudarea cap la cap •Sudarea în puncte •Sudarea în linie

•PRIN TOPIRE FĂRĂ PRESARE•Sudarea cu gaz •Sudarea cu arc electric

•Sudarea cu arc electric descoperit •Sudarea cu arc acoperit sub strat de flux •Sudarea cu arc în mediu de gaz protector

commons.wikimedia.org





ț

mechanicalinfo.wordpress.com









ț





www.soutec.com





ț









ț






PRIN PRESAREPrin forjare : Piesele se încălzesc la temperaturi înalte iar ulterior prin lovire materialul în zona de contact a elementelor fuzioneazăPrin topire cu termit : Termitul este un amestec sub formă de pulbere de oxizi de fier 77% și aluminiu 23%. Prin aprindere cu un arc electric este generată o reacție puternică exotermă care constă în reducerea oxizilor de fier și crearea a celor de aluminiu , temperatura degajată ajungand la

ș

ț

fier și crearea a celor de aluminiu , temperatura degajată ajungand la 3595oC. Datorită pierderilor de temperatură aceasta scade pana la valoarea de 2500oC suficientă pentru a conduce la topirea locală a pieselor îmbinate. Acest tip de sudură se utilizează în principal la îmbinarea șinelor de cale ferată și a toroanelor.


Sudarea cu rezistențțțțe : Sudarea cap la cap : Acest procedeu se utilizează în principal la îmbinarea șinelor de cale ferată. Capetele pieselor sunt prinse în bancul mașinii de sudură în poziție aliniată. Prin cele două piese este trecut un curent de mică tensiune și intensitate ridicată (3000-4000A). Suprafața de contact a pieselor se încălzește ajungând în stare plastică, iar concomitent cu introducerea curentului este exercitată o presiune mecanică asupra pieselor realizându-se sudarea. În acest proces de sudare se formează o bavură în exteriorul secțiunii inițiale a elemntelor care se înlătură după finalizarea procesului de sudare.

ț ț

sudare.Sudarea în puncte : Procesul de sudare în puncte este utilizat în cazul îmbinărilor prin suprapunere a două elemente, de regulă table plane. Electrozii sunt amplasați pe ambele fețe a îmbinării. Prin electrozi , care sunt în contact cu piesele de îmbinat și presează punctual pe acestea, este trecut un curent cu intensitate ridicată. În suprafața de contact dintre piesele metalice care se îmbină corespondente poziției electrozilor materialul din ambele piese este topit sub formă lenticulară fuzionând.Sudarea în linie : Se realizează similar cu sudare în puncte însă electrozii au formă de role care acționează de o parte și de alta a pachetului de table și care prin rotire antrenează piesele ce urmează a se suda. Prin presiunea exercitată de role asupra elementelor de îmbinat care se încălzesc în porțiunea de contact datorită trecerii curentului de mare intensitate prin electrozi se generează cordoane de sudură etanșe și continue.


PRIN TOPIRE FĂRĂ PRESARESudarea cu gaz : Îmbinarea se realizează prin arderea focalizată a amestecului gazos (oxi-acetilenă, oxi-hidrocarbon sau oxi-hidrogen) care atinge temperaturi foarte înalte topindmaterialul. Datorită producerii modificărilor fizico-mecanice însemate locale și datorită lipsei de protecție a băii de material topit în care pătrunde oxigen și azot din aer, acest tip de îmbinarese utilizează doar în cazul structurilor secundare și a elementelor subțiri care nu pot fi sudatecu arc electric.Sudarea cu arc electric: Acest proces de sudură este cel mai des utilizat în domeniulstructurilor metalice. Căldura generată de arcul electric se concentrează pe o suprafață

ș

structurilor metalice. Căldura generată de arcul electric se concentrează pe o suprafațărestrânsă și astfel zona afectată de modificari fizico-mecanice este redusă. Procesul de sudurăconstă în trecerea unui curent de intensitate mare prin piesa de îmbinat și un electrod care nu este în contact direct cu suprafața de sudat.

Sudarea cu arc electric descoperit : Acest tip de sudură se execută manual. Prinapropierea electrodului de piesa metalică la o distanță minimală se formează un arc electric între electrod și piesă. Datorită temperaturii ridicate generate de arc capătulelectrodului este topit împreună cu învelușul acestuia. Electrodul este alcătuit dintr-o tijămetalică cu proprietăți similare cu cele ale piesei de îmbinat care este acoperită cu un înveliș din pulbere cu rolul de a ușura amorsarea și întreținerea arcului electric și protecțiabăii împotriva oxigenului din atmosferă prin formarea zgurei. Zgura este îndepărtată dupărăcirea cordonului.


Sudarea cu arc acoperit sub strat de flux : Acest procedeu reprezintă o variantă automată de sudură cu arc. Electrodul utilizat în acest caz este reprezentat printr-o sârmă fără înveliș de pulbere înfășurată pe tambur și se derulează pe măsură ce se consumă. Arcul electric este acoperit de un strat de flux care este depus în fața electrodului cu rol în stabilizarea arcului electric și în protecția băii de metal topit. Tot pri intermediul pulberii de flux care este o pulbere minerală se pot introduce diferite materiale de aliere la nivelul cordonului de sudură. Acest tip de sudură conferă o productivitate mult sporită ț

ț

cordonului de sudură. Acest tip de sudură conferă o productivitate mult sporită față de sudura cu arc deschis. Nu necesită o pregătire specială a sudorilor însă nu poate fi utilizată decât pentru cordoane plane.Sudarea cu arc în mediu de gaz protector : Această metodă utilizează electrozi fără înveliș care pot fi fuzibili sau nefuzibili (wolfram, tungsten), iar protecția băii de metal topit împotriva oxidării se realizează printr-un curent de gaz inert (bioxid de carbon) care acoperă arcul format între electrod și piesă.


Tipuri de îmbinări sudate :După configurațțțție :

•Îmbinările sudate cap la cap

•Îmbinări sudate prin suprapunere

•Îmbinări cu eclise sudate

Cap la capPrin suprapunere

Cu eclisa

•Îmbinări cu eclise sudate

•Îmbinări sudate ”T”

•Îmbinări în cruce

•Îmbinări cu sudură oblică

•Îmbinări cu sudură în crestătură

•Îmbinări cu sudură în gaură

"T" CruceOblica


Îmbinările sudate cap la cap : se realizează la piesele ce sunt dispuse una în prelungirea celeilalte, cordonul de sudură realizându-se în rostul dintre piese. Capetele pieselor în zona de contact pot fi prelucrate sau neprelucrate. Aceste îmbinări sunt cel mai des utilizate datorită unei bune comportări la acţiunea forţelor exterioare. Îmbinări sudate prin suprapunere : Se realizează prin amplasarea pieselor una peste alta pe o anumită lungime, îmbinarea realizându-se cu cordoane în relief dispuse în lungul suprapunerii, transversal acesteia la capătul pieselor sau atat longitudinal cât și transversal. Dezavantajul acestor îmbinări este că se consumă material prin suprapunerea pieselor. Datorită necoliniarităţii pieselor apare şi un moment încovoietor în îmbinare astfel solicitările

ț

ș

Datorită necoliniarităţii pieselor apare şi un moment încovoietor în îmbinare astfel solicitările exterioare sunt transmise mai puțin eficient decât în cazul îmbinării cap la cap.Îmbinări cu eclise sudate: La aceste îmbinări piesele se dispun , una în prelungirea celeilalte. Realizarea îmbinării se realizează prin dispunerea unor eclise (platbande) fie pe o singură faţă a pieselor, fi pe ambele feţe. Eclisele se fixează prin cordoane de sudură în relief dispuse transversal, longitudinal sau transversal și longitudinal.Îmbinări sudate ”T” : Aceste îmbinări se realizează între două piese dispuse perpendicular una pe alta. Fixarea se realizează cu cordoane de sudură în relief sau în adâncime. Îmbinări în cruce : Acest tip de îmbinare similar cu îmbinarea în ”T” se utilizează în cazul în care una dintre piese depășește planul celeilalte, fiind continuă prin îmbinare, iar cealaltă este realizată din două bucăţi dispuse perpendicular pe piesa continuă. De obicei aceste îmbinări se realizează cu cordoane în relief, dar se pot utiliza şi cusături în adâncime prin prelucrarea capetelor pieselor întrerupte.


Tipuri de îmbinări sudate :După pozițțțția de sudare :•Îmbinări sudate în plan•Îmbinări sudate orizontal in plan vertical•Îmbinări sudate vertical in plan vertical•Îmbinări sudate peste cap

in Plan Orizontal

Orizontal in plan Vertical Vertical in plan Vertical

peste cap


Tipuri de îmbinări sudate :După geometria cordoanelor :

•Suduri în relief•Suduri de colț

•Continue•Întrerupte

•Suduri în crestătură

www.paxcam.comwww.paxcam.com

•Suduri în crestătură

•Suduri în adâncime •Suduri cap la cap•Suduri în gaură

www.osc.edu www.cmstestdenver.comwww.coherent.com

www.mig-welding.co.uk


Suduri în reliefSuduri de colțțțț continue sau întrerupte :Sudurile de colţ se folosesc la asamblarea pieselor a căror feţe supuse îmbinării formează între ele unghiuri cuprinse între 60°şi 120°. Sunt admise şi unghiuri mai mici de 60°, dar în astfel de cazuri sudura se consideră sudură cap la cap cu pătrundere parţială.Caracteristici geometrice :

a = grosimea cordonului de sudurăa = grosimea cordonului de sudurăl = lungimea cordonului de sudură

Grosimea cordonului de sudură ”a” se ia egală cu înălţimea celui mai mare triunghi (cu laturi egale sau inegale) care poate fi înscris în secţiunea transversală a sudurii, măsurată perpendicular pe latura exterioară a acestuia.


Suduri în reliefSuduri de colțțțț continue sau întrerupte :Grosimea minimă a cordonului este întabelată :

țGrosimea maximă a cordonului se calculează cu relația : amin = 0.7 x tmin

tmin reprezintă grosimea celei mai subțiri piese îmbinate


Suduri în reliefSuduri de colțțțț continue sau întrerupte :Lungimea cordonului de sudură (lc) se determină din calcul , iar valorii obținute i se va adăuga o lungime suplimentara de valoare 2xa deoarece porțiunile de la începutul și respectiv finalul cordonului se consideră alterate.La capete sau la marginile pieselor, extremităţile sudurilor de colţ se întorc în jurul colţurilor, fără a fi întrerupte şi având aceiaşi grosime, pe o lungime egală cu cel puţin de două ori mărimea catetei secţiunii transversale a sudurii, cu excepţia puţin de două ori mărimea catetei secţiunii transversale a sudurii, cu excepţia cazurilor în care accesul sau configuraţia îmbinării nu permite acest lucru. Întoarcerile de la capete sunt indicate pe desene.Lungimea admisă pentru un cordon de sudură în relief se încadrează în limitele :

Minim : Maxim :

-pentru lungimi mai mari de 150a se va efectua calculul pentru suduri lungi.


Suduri în reliefSuduri de colțțțț continue sau întrerupte :Cordoanele de sudură pot fi continue sau întrerupte. Cordoanele continue, la care cordonul se execută fără întrerupere pe toată lungimea, se utilizează, în general, pentru îmbinările de rezistenţă şi etanşare iar cele întrerupte se folosesc la îmbinările de asamblare.

Cordoanele de colț întrerupte nu se folosesc în medii corozive.Cordoanele de colț întrerupte nu se folosesc în medii corozive.Pe traseul oricărei suduri de colţ întrerupte se prevăd întotdeauna suduri la extremităţile pieselor îmbinate.


Suduri în reliefSuduri de colțțțț întrerupte :Pentru sudurile întrerupte se vor respecta condițiile geometrice următoare :

Cea mai mică dintre Lwe ≥ 0,75 b şi 0,75 b1

Pentru barele cu secţiune compusă supuse laintindere:Cea mai mică dintre

L1 ≤ 16 t ; 16 t1 ; 200 mm

Pentru barele cu secţiune compusă comprimate sau solicitate la forfecare:Cea mai mică dintre

L2 ≤ 12 t ;12 t1 ; 0,25 b ; 200 mm


Suduri în reliefSuduri de colțțțț în crestătură :

Sudurile în crestătură reprezintă suduri de colț realizate în găuri circulare sau alungite care au rol de a transmite forțe tăietoare sau pentru a preveni flambarea sau depărtarea pieselor suprapuse.

Dimensiunea găurilor nu trebuie să fie mai mică decât de patru ori Dimensiunea găurilor nu trebuie să fie mai mică decât de patru ori grosimea piesei în care este realizată crestătura.


Calculul sudurii în reliefMetoda direcțțțțională

- În această metodă forţele transmise pe unitatea de lungime a sudurii de colţ sunt descompuse în componente paralele şi componente perpendiculare în raport cu axa sudurii-Se acceptă o distribuţie uniformă a tensiunilor pe secţiunea ariei a sudurii

-σ⊥⊥⊥⊥- tensiuni normale, perpendiculare pe aria de calcul a sudurii,

-σ|| -tensiuni normale, paralele cu axa sudurii,(nuse iau în considerare la verificarea rezistenţei de

calcul a sudurilor de colţ)

-τ⊥⊥⊥⊥ -tensiuni tangenţiale (în planul sudurii), perpendiculare pe axa sudurii,

- τ|| -tensiuni tangenţiale (în planul sudurii), paralele cu axa sudurii.


Calculul sudurii în reliefMetoda direcțțțțională

Verificarea :

iar

fu - este valoarea nominală a rezistenţei de rupere la tracţiune a materialului piesei

( )2

2

||

223

Mw

uf

γβττσ

⋅≤++ ⊥⊥

2

9.0

M

uf

γσ ≤⊥

fu - este valoarea nominală a rezistenţei de rupere la tracţiune a materialului piesei mai slabe din îmbinare,βw - este coeficientul de corelare, conform tabelului


Calculul sudurii în reliefMetoda simplificată

Verificarea : unde :RdwEdw FF

,,≤

eff

EdEdw

l

FF =

,

afF dvwRdw ⋅=,,

Fw,Ed este forţa de calcul pe unitatea de lungime a sudurii,Fw,Rd este forţa capabilă a sudurii, pe unitatea de lungime.

fvw,d - este forţa de calcul la forfecare a sudurii.fu - este valoarea nominală a rezistenţei de rupere la tracţiune a materialului piesei mai slabe din îmbinare,βw - este coeficientul de corelare, conform tabelului prezentat anterior

dvwRdw ,,

2

,3 Mw

udvw

ff

γβ ⋅⋅=


Îmbinările lungi în reliefMetoda simplificatăO îmbinare sudată se consideră lungă când lungimea cordonului depășește valoarea l>150a. În acest caz rezistenţa de calcul a unei suduri în colţ se reduce prin multiplicare cu un coeficient de reducere βLw pentru a ţine seama de efectele neuniformităţii distribuţiei tensiunilor pe lungimea ei. Valoarea coeficientului se determină cu relațiilor :relațiilor :•Daca : l >150acoeficientul de reducere βLw se ia egal cu βLw.1 determinat de:

Lj- este lungimea totală a suprapunerii în direcția de transfer a efortului

•Daca : l >1.7 mcoeficientul de reducere βLw se ia egal cu βLw.2 ,determinat de:

Lw - este lungimea sudurii (în metri).

1150

2.02.1

1.≤

⋅

⋅−=

a

L j

Lwβ

171.1

2.

wLw

L−=β 16.0

2.≤≤ Lwβ


Suduri în adâncimeSuduri cap la cap cu pătrundere completă

Rezistenţa de calcul a sudurilor cap la cap cu pătrundere completă se ia egală cu rezistenţa de calcul a celei mai slabe piese îmbinate, cu condiţia ca sudura să fie făcută cu materiale consumabile corespunzătoare, care să asigure obţinerea epruvetelor de tracţiune realizate din metalul depus prin sudare, cu o limită minimă de curgere şi o rezistenţă minimă de rupere, cel puţin egale cu cele ale materialului de curgere şi o rezistenţă minimă de rupere, cel puţin egale cu cele ale materialului de bază. Grosimea cordonului de sudură se ia egal cu grosimea celei mai subțiri piese îmbinate:

a=tmin

Cap la cap


Suduri în adâncimeSuduri cap la cap cu pătrundere parţială

Rezistenţa de calcul a unei suduri cap la cap cu pătrundere parţială se determină folosind metoda pentru suduri cap la cap cu pătrundere adâncă. Grosimea unei suduri cap la cap cu pătrundere parţială nu se ia mai mare decât adâncimea pătrunderii care poate fi realizată în mod efectiv pe toată lungimea sudurii.sudurii.


Suduri în adâncime

Îmbinări cap la cap în T Rezistenţa de calcul a unei îmbinări cap la cap în T, constând dintr-o pereche de suduri cap la cap bilaterale, cu pătrundere parţială, completate cu suduri în colţ suprapuseA.poate fi determinată ca la o sudură cap la cap dacă:

•grosimea nominală totală a ariei de sudură, exclusiv •grosimea nominală totală a ariei de sudură, exclusiv porţiunea nesudată, nu este mai mică decât grosimea t a inimii ansamblului îmbinării în T, cu condiţia ca porţiunea nesudată să nu fie mai mare decât t/5 sau 3 mm.

B. trebuie calculate folosind metoda pentru sudurile în colţ sau pentru sudurile în colţ cu pătrundere adâncă dacă nu îndeplinesc condiţiile specificate, în funcţie de adâncimea pătrunderii. Grosimea sudurii se determină conform prevederilor pentru sudurile de colţ şi pentru sudurile cap la cap cu pătrundere parţială.

anom,1 + anom,2 ≥ t

și

cnom ≤ min( t/5 , 3 mm)


Suduri în adâncimeCalculul sudurilor cap la cap:

Relația de verificare a sudurilor cap la cap este :

F este efortul efectiv total de calcul al sudurii

RdwEdw FF,,

≤

Fw,Ed este efortul efectiv total de calcul al suduriiFw,Rd este forţa capabilă totală a sudurii.

Aw este aria planului de rupere a cordonului de sudură cap la cap cu pătrundere completă sau cu pătrundere parțială.fw,d - este rezistenţa de calcul a celei mai slabe piese îmbinate

EdEdw FF =,

wdwRdw AfF ⋅=,,


Suduri în adâncimeCalculul sudurilor cap la cap:



RdwEdw FF,,

≤


Aw este aria planului de rupere a cordonului de sudură cap la cap cu pătrundere completă sau cu pătrundere parțială.

EdEdw FF =,

wdwRdw AfF ⋅=,,


Suduri în adâncimeCalculul sudurilor în gaură :



RdwEdw FF,,

≤


Aw este aria de calcul a sudurii şi şi se ia egală cu aria găurii. fvw,d - este rezistenţa de calcul la forfecare a sudurilor

EdEdw FF =,

wdwvRdw AfF ⋅=,.,

Documents

Curs 6 Sudura