123



Stránky připravuje:

Ing. Jaromír Lukášek, CSc.
lukasek@welding.cz

Aktualizováno: 10/05/2007

98_3-2   Deformace a vnitřní pnutí při svařování

Popisují se nejnovější výzkumy ve výpočtech deformací a vlastních pnutí ve svařovaných konstrukcích. Pro simulaci svařovacího procesu se stále více používají programy na bázi konečných prvků (FE). Zvláštní pozornost je věnována deformacím a pnutím, které zůstanou po spojovacím procesu. Při současném vývojovém stavu hardwaru a softwaru lze deformace a pnutí vypočítat pro přiměřeně velké stavebně podobné struktury na základě kompletních trojrozměrných modelů. Přitom je možno značně zohlednit při svařování vznikající nelineární chování materiálu závislé na čase a teplotě. V článku se referuje o FE-analýze deformací a pnutí vznikajících při svařování nejprve na jednoduchých modelových konstrukčních strukturách ve srovnání s experimentálními výsledky. Týká se to návarů a tupých spojů na deskách a dále koutových svarů na T-spojích. Práce srovnává naměřené hodnoty s výpočtovými hodnotami pro zvolené příklady, což je pro praxi velmi cenné. Na obr. 1 je uvedeno rozdělení vnitřních pnutí kolmo na svar na desce o rozměrech 100x90x10 mm a naměřené hodnoty jsou srovnány s výpočtovými. Další výzkumy tohoto druhu ve výzkumných organizacích, které se zabývají svařováním, jsou pro vědecké objasnění problémů deformací a pnutí velmi nutné.


Obr.1 Rozdělení vnitřních pnutí kolmo na svar


V další práci je pozoruhodný příspěvek k těmto problémům. Referuje o číslicové simulaci vlastních pnutí a deformací ve svarových spojích slitin AlMgSi. Rovněž zde je použita metoda konečných prvků. Podle termodynamické simulace svařovacího procesu podle Sudnika a jiných je odvozen ekvivalentní zdroj tepla, který se pohybuje modelem příčného řezu spojového místa. Je přitom zohledněn pokles tvrdosti v tepelně ovlivněném pásmu podle metalurgického modelu definovaného Myhrem a Grongem. Jako příklad použití je uvedena podélně svařovaná podlahová deska osobního vagónu, která byla svařena způsobem MIG s dvěma dráty a pokusně použitým CO2- laserem. Jsou srovnávány výsledky. Obr. 2 a 3 ukazují síť konečných prvků tepelně vodivého modelu pro oblast spoje pro oba svařovací způsoby a pro tu dobu platná vnitřní pnutí od svařování. Zkoušku v ohybu podlahové desky svařené způsobem MIG a laserově jako experimentální výsledek ukazuje obr. 4. V práci jsou uvedené výsledky zpracovány do přímých doporučení pro konstruktéry. Deformace byly při MIG-svařování zřetelně vyšší, jak se očekávalo. Jsou formulovány důsledky pro svářečské postupy.

Obr. 2 Síť konečných prvků modelu
vedení tepla v oblasti svaru

a) MIG-svar, černé čtverečky
označují body sítě s udanou teplotou
solidu v čase t=0,45 s.
b) CO2-laserový svar, černé čtverečky
označují body sítě s udanou teplotou
solidu v čase t=0,125 s.
Obr. 3 Vnitřní pnutí ve svaru
v podélném směru v příčném
řezu v místě spoje

a) Po jednostranném MIG-svařování
dvěma dráty a po odstranění upínek.
b) Po jednostranném svařování
CO2-laserem a po odstranění upínek.


Obr. 4 Průhyb podlahové desky osobního
vagónu po svaření a po uvolnění upínek


Další článek se zabývá problematikou celkové stability svařovaných ocelových mostů s ohledem na vnitřní pnutí způsobené svařováním. Autoři zavedli do zatěžovacích výpočtů vnitřní svařovací pnutí, která jsou definována v obr. 5. Pro odborníky ze svařovací výroby to jsou aktuelní pokyny pro údaje, tj. výpočty a měření vnitřního pnutí v závislosti na oceli, na rozměrech dílců, na svařovacím procesu a na volitelných svařovacích parametrech.


Obr. 5 Nastavená vnitřní svařovací
pnutí při výpočtech zatěžování
svařovaných ocelových mostů.


Další článek se zabývá přesností výroby ve výrobě lodí při použití rovnání plamenem. Modernizace a výstavba německých loděnic v posledních deseti letech je učinily ve srovnání se zahraničními loděnicemi opět konkurence schopné. Zavedením MAG-svařování bylo možno aktualizovat i svařovací proces. Manipulace při MAG-svařování vedou k lepší kvalitě a k definovanému nižšímu tepelnému příkonu. Přesná výroba ve stavbě lodí má jednoznačný cíl: Odstranění nadbytečné práce. Rovnání plamenem může být přínosem při odborném provedení s předem danými pracovními pravidly, optimálními metodami a přístroji. Rovná se dvojplamenovými, resp. trojplamenovými hořáky. Vznikající úhlové smrštění je při rovnání na protější straně zvláště velké, přičemž příčné a podélné, působí na straně svaru a zvětšuje úhlovou deformaci. Optimální působení plamene se docílí, jestliže asi jedna třetina rovnacího tepla pronikne do plechu a asi dvě třetiny působí proti zbývajícím plechům, viz obr. 6a.


Obr. 6 Přesná výroba v loděnicích za pomoci rovnání plamenem
a) Přívod tepla pro odstranění úhlových deformací
b) Účelný pracovní postup při snižování deformací.

Při rovnání plamenem plechů o tloušťce do 8 mm jsou tepelná pole přerušovaná. Pevnost výztuh tím není ohrožena. Podélné smrštění zůstává malé a tomu odpovídá i ztráta klenutí stropu. Délka oblasti přívodu tepla je asi 250 až 350 mm, délka přerušení asi 100 mm. Je přitom třeba dbát, aby jeden plamen byl veden přesně nad výztuhami. Ostatní plameny musí být přesazeny podle deformací polí, viz obr. 6b. Tato metoda přesné výroby má význam i pro jiné průmyslové účely svařovací techniky. Ukazuje, jak je možno teoretické a zejména výpočetní metody výzkumu využít pro konkrétní úkoly praxe.


Další článek o přesné výrobě pojednává o přivařování svorníků jako o pomoci montáži. Přivařování svorníků získalo v moderních loděnicích pevné místo. Řada použití je tak dalece vyvinuta, že bylo docíleno zřetelné zvýšení produktivity práce. Osvědčilo se zejména u hliníku a vysokolegovaných ocelích. Jako znovu použitelný můstek je použit hliníkový profil vysoké pevnosti podle obr. 7. Příspěvek ukazuje, že pro zvládnutí deformací se mohou osvědčit i jednoduché metody.


Obr. 7 Hliníkový můstek pro podložení kořene svaru.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz