4.3. Zaostala naprezanja i
deformacije (IWE)
Prof.dr.sc. Branko Bauer
1
UVOD
Zaostala naprezanja i deformacije imaju negativan utjecaj na proizvodnju i
nosivost zavarenih konstrukcija.
•
•
•
•
Vlačna zaostala naprezanja smanjuju dinamičku izdržljivost i korozijsku
postojanost (napetosna korozija). Mogu uzrokovati nastanak pukotina
uslijed stezanja (posebno kod pripajanja), te nastanak krhkog i terasastog
loma (lamelarno trganje).
Zaostala naprezanja mogu se osloboditi kod naknadne strojne obrade i
uzrokovati deformaciju obrađivanog dijela
Tlačna zaostala naprezanja smanjuju stabilnost konstrukcijskog elementa
Deformacije mogu uzrokovati prelaženje dozvoljenih tolerancija,
nepoklapanje dijelova za montažu i prevelikih razmaka u grlu žlijeba
Na temelju navedenih negativnih utjecaja potrebno je zaostala naprezanja i
deformacije smanjiti na minimum.
2
POJMOVI
Zaostala naprezanja
Unutarnja naprezanja u konstrukcijskom elementu. To su prisilno nastala
naprezanja koja su uravnotežena u strukturi.
∑ unutarnjih sila = 0
∑ unutarnjih momenata = 0
Tipični postupci koji uzrokuju nastanak zaostalih naprezanja su oni koje
karakterizira neravnomjeran ciklus zagrijavanja i hlađenja na sobnu
temperaturu.
To su: lijevanje, toplo valjanje, toplo deformiranje, zavarivanje i ravnanje
plinskim plamenom.
3
POJMOVI
Zaostala naprezanja: zapravo se sastoje od toplinskih i strukturnih naprezanja.
TOPLINSKA NAPREZANJA:
U području zavarenog spoja dolazi do neravnomjernog zagrijavanja i hlađenja na
sobnu temperaturu. Tako nastaju u tom području različita onemogućena
rastezanja i stezanja, čija su posljedica toplinska naprezanja. Mogu se popustiti
razrezivanjem.
STRUKTURNA NAPREZANJA:
Proces hlađenja odvija se vremenski i mjestimice vrlo različito. S time su
povezane različite promjene strukture. One uzrokuju povećanje volumena, a
posljedica su strukturna naprezanja. U pravilu se ne mogu popustiti
razrezivanjem.
U njemačkoj literaturi: toplinska i strukturna naprezanja zovu se vlastita
“Eigenspannungen” i u praksi se tako nazivaju.
U nekim izvorima: vlastita su samo toplinska naprezanja.
4
POJMOVI
STRUKTURNA NAPREZANJA
PRIMJER: hlađenje kugle od
ugljičnog čelika zagrijane na
temperaturu austenitizacije.
Pri bržem hlađenju površina se
lako zakali, što nije slučaj sa
unutrašnjosti. Zakaljivanjem
čelika dolazi do porasta
volumena.
Vanjski sloj (martenzit) je većeg
volumena od unutrašnjosti (F+P)
i nastanu naprezanja između
unutrašnjih i vanjskih slojeva,
koja u nekim slučajevima mogu uzrokovati i pukotine.
ZAVARIVANJE – Slična pojava javlja se u ZUT-u. Austenitno područje u ZUT-u je
relativno usko, pa je tako usko i područje povećanja naprezanja zbog porasta
volumena. Porast volumena zbog nastanka martenzita smanjuje zaostala
naprezanja izazvana stezanjem zavara kod zakaljivih čelika.
5
POJMOVI
DEFORMACIJE KOD ZAVARIVANJA
Opći pojam za odstupanja konstukcijskog elementa od definiranog oblika
nakon unošenja topline i hlađenja na sobnu temperaturu.
4 načina deformiranja kod zavarivanja:
- Skraćenje elementa u uzdužnom smjeru (uzdužna deformacija)
- Skraćenje elementa poprečno na uzdužnu os (poprečna deformacija)
- Iskrivljenje - neravna površina (uzdužna i poprečna deformacija)
- Kutno deformiranje (sučeljeni i kutni spoj)
UZDUŽNA
POPREČNA
ISKRIVLJENJE
KUTNA
6
NASTAJANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA I
DEFORMACIJA
OPĆENITO
Svaki metal se prilikom zagrijavanja rasteže u svim smjerovima, a prilikom
hlađenja se steže.
Ako je komad metala slobodan i ravnomjerno se zagrijava, rastegnut će se bez
ograničenja i ponovo ravnomjernim hlađenjem i stezanjem vratiti na
početne dimenzije. Prisilna naprezanja i deformacije ovdje se ne javljaju.
ZAVARIVANJE se također sastoji od zagrijavanja i hlađenja. Međutim ovaj
postupak razlikuje se od gore opisanog u slijedećim točkama:
1. Zagrijavanje i hlađenje odvija se neravnomjerno
2. Rastezanje zagrijanog materijala onemogućava okolni hladni materijal
3. Stezanje zagrijanog dijela također onemogućava okolni hladni materijal
4. Različita kemijska, fizikalna i mehanička svojstva materijala i različite
debljine radnih komada zahtijevaju različite unose topline
5. Različiti postupci zavarivanja imaju različite unose topline, a time i različite
tijekove izotermi
7
NASTAJANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA I
DEFORMACIJA
VELIKI TEMPERATURNI GRADIJENT – javlja se kod zavarivanja taljenjem i
kreće se od temperature taljenja materijala do temperature udaljenih dijelova
zavarivanog komada, obično na temperaturi okoline.
IZVORI TOPLINE
TOČKASTI – elektrolučni postupci, plinsko zavarivanje
LINIJSKI – laser, elektronski mlaz, trenje, neke varijante elektrootpornog
PROSTORNI – termitne smjese, zavarivanje difuzijom
TOČKASTI I LINIJSKI
IZVORI daju lokalizirano
zagrijavanje i velike
temperaturne gradijente.
8
NASTAJANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA I
DEFORMACIJA
IZOTERME – konture dobivene povezivanjem mjesta istih temperatura
TANKA PLOČA - Pomičan toplinski izvor kreće se brzinom v po tankoj ploči.
Toplina se širi od izvora na sve strane jednako, ali su izoterme zgusnute u smjeru
kretanja, pa imaju tipičan izduženi oblik. Obzirom na malu debljinu ploče, nema
temp. gradijenta po debljini.
DEBELA PLOČA – može se idealizirati u polubeskonačno tijelo. Temperaturni
gradijent postoji u sva tri smjera.
STVARNI SLUČAJEVI U ZAVARIVANJU – između tanke i debele ploče.
9
NASTAJANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA I
DEFORMACIJA
POSTUPAK ZAVARIVANJA jako
utječe na oblik temperaturnog
polja.
VEĆA GUSTOĆA SNAGE → uže
temperaturno polje (elektronski
mlaz, laser)
MANJA GUSTOĆA SNAGE → šire
temperaturno polje (plinski
plamen)
Plinsko zavarivanje (311)
REL (111)
10
NASTAJANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA I
DEFORMACIJA
OBLIK ZAVARIVANOG KOMADA – utječe na oblik toplinskog polja.
DOSADAŠNJI TEORIJSKI PRIMJERI: veliki komadi gdje je vođenje topline u svim
smjerovima jednako.
STVARNI ZAVARIVAČKI RADOVI: pojava nesimetričnih polja zbog nesimetričnih
komada. Kod zavarivanja manjih komada, može se cijeli komad zagrijati, tako da je
temperaturni gradijent malen.
ZAKLJUČAK
Zbog mnogo različitih čimbenika samo je uvjetno moguće dati jednoznačna
rješenja o zaostalim naprezanjima i deformacijama u zavarenoj konstrukciji.
Prilikom primjene formula, treba biti pažljiv, jer su gotovo sve formule dobivene
pokusima s malim i uskim trakama lima.
11
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA METALA
Imaju mjerodavan utjecaj na zaostala naprezanja i deformacije.
NAJVAŽNIJA SVOJSTVA:
1. Modul elastičnosti, E N/mm2
2. Granica razvlačenja, Re N/mm2
3. Koeficijent linearnog rastezanja, αT mm m-1 K-1
4. Toplinska vodljivost, λ W/mK
5. Specifična toplina, c kJ kg-1 K-1
1. Modul elastičnosti, E N/mm2
Mjera za krutost materijala. Veći otpor deformacijama imaju materijali sa velikim
modulom elastičnosti. On ovisi o temperaturi i sa porastom temperature
opada.
12
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA METALA
2. Granica razvlačenja, Re, N/mm2
Da bi se zavar za vrijeme hlađenja mogao stegnuti, zaostala naprezanja moraju
doseći granicu razvlačenja metala zavara Re.
Što je veća granica razvlačenja u području zavarenog spoja, toliko su veća i
zaostala naprezanja. Iz toga proizlazi i povećan rizik od nastanka pukotina.
UTJECAJ POVEĆANJA TEMPERATURE NA
RAZLIČITA MEHANIČKA SVOJSTVA za
konstrukcijski čelik S355. [Riebesahm i
Traeger]
Kod približno 200 C čelik doseže maksimalnu
Rm kod istovremeno najnižeg istezanja.
Opasnost od nastanka pukotina je ovdje
posebno visoka.
Stoga se u mnogim normama preporučuje
izbjegavati udarna opterećenja, deformiranje i
vibriranje na zavarenom dijelu za vrijeme tog
toplinskog stanja.
13
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA METALA
3. Koeficijent linearnog rastezanja αT , mm m-1 K-1
Ovaj koeficijent je mjera za rastezanje zagrijanog materijala u uzdužnom smjeru.
Uobičajeno služi za određivanje promjene dužine.
Kako se materijali prilikom zagrijavanja rastežu u tri smjera, može se zahtijevati i
određivanje volumnog rastezanja. γ ~ 3αT
Usporedba koeficijenata αT za različite materijale.
Konstr. č.
Nehrđ. č.
Bakar
Aluminij
Metali sa visokim αT
•Više se rastežu i stežu od materijala s niskim αT
•Imaju veliko stezanje nakon zavarivanja
•Imaju veći rizik nastanka velikih deformacija
Prostorno gledano, ako se
komad metala usporedi sa
dijelom zavara, može se
zaključiti da se zavar
rasteže i steže i u smjeru
debljine ploče koja se
14
zavaruje.
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA METALA
4. Toplinska vodljivost λ , W/mK
Toplinska vodljivost je mjera za količinu topline, koja u danom toplinskom polju,
prostrujava površinu uslijed razlike u temperaturi.
Nehrđ. č.
Konstr. č.
Aluminij
Bakar
Metali sa dobrom toplinskom vodljivosti brzo odvode dovedenu toplinu. Da bi
postigli toplinski zastoj kod zavarivanja npr. bakra, potreban je vrlo veliki dovod
topline.
To vodi do nastanka velikog temperaturnog polja, s kojim je povezano veliko
rastezanje i velike deformacije, ali i blaži temperaturni gradijent.
Metali sa vrlo lošom toplinskom vodljivosti vode do nastanka vrlo malih
temperaturnih polja sa velikim bubrenjem materijala uz strmiji temperaturni
gradijent.
15
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA METALA
4. Toplinska vodljivost λ , W/mK
LOŠIJA TOPLINSKA VODLJIVOST
BOLJA TOPLINSKA VODLJIVOST
uže toplinsko polje
šire toplinsko polje
strmiji temperaturni gradijent
blaži temperaturni gradijent
16
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA METALA
5. Specifična toplina c , kJ kg-1 K-1
Specifična toplina je ona količina topline koja je potrebna da bi temperaturu
kilograma nekog materijala povisili za jedan Kelvin.
Ova vrijednost ovisi o temperaturi i raste sa porastom temperature. Za opći
konstrukcijski čelik vrijedi:
Konstr. č.
Kod
Kod
Kod
Bakar
Konstr. č.
Nehrđ. č.
Aluminij
Sa porastom specifične topline uvijek je povezan unos topline. To dovodi do porasta:
•Toplinski uzrokovanih rastezanja
•Bubrenja
•Stezanja i deformacija
17
UVJETI UČVRŠĆENJA
1. SLOBODNO RASTEZANJE – SLOBODNO STEZANJE
Za vrijeme zagrijavanja slobodni vrh
štapa može se rastezati. Nakon
hlađenja na sobnu temperaturu štap je
ponovno postignuo svoju početnu
duljinu.
Sobna temperatura
Pod ovim uvjetima učvršćenja u štapu
ne nastaju zaostala naprezanja.
Zagrijano stanje
Formula za izračunavanje produljenje
štapa:
Ohlađivanje na
sobnu temperaturu
18
UVJETI UČVRŠĆENJA
2. SLOBODNO RASTEZANJE – ONEMOGUĆENO STEZANJE
Slobodni kraj štapa može se slobodno
rastezati za Δl za vrijeme zagrijavanja.
Sobna temperatura
U rastegnutom stanju učvrsti se
slobodni kraj.
Za vrijeme hlađenja onemogućeno je
stezanje, pa nastaju zaostala naprezanja povezana sa smanjenjem
presjeka.
Zagrijano stanje
Učvršćeno prije početka hlađenja
Zaostala naprezanja ostaju u štapu i
nakon hlađenja.
Ohlađivanje na sobnu temperaturu
19
UVJETI UČVRŠĆENJA
Zaostala naprezanja mogu imati sljedeće djelovanje na konstrukcijski
element:
• Nastaje plastična deformacija povezana sa smanjenjem presjeka. Zaostala
naprezanja se djelomično smanje. To pretpostavlja duktilno ponašanje
materijala.
• Nastaju pukotine ili lom. Plastična deformacija i redukcija presjeka štapa se
ne događaju. Takvo ponašanje tipično je za materijale koji nisu duktilni.
Veličina zaostalih naprezanja odgovara vlačnim naprezanjima, koja se dobiju
kada se uzorak za vlačno ispitivanje razvuče za jednaku dužinu Δl.
20
UVJETI UČVRŠĆENJA
3. ONEMOGUĆENO RASTEZANJE – SLOBODNO STEZANJE
Za vrijeme zagrijavanja štap se ne
može slobodno rastezati u uzdužnom smjeru. Najprije nastaju tlačna
naprezanja u štapu.
Uslijed zagrijavanja Re se značajno
smanjuje. Uzdužno produljenje nije
moguće.
Nastaje plastična deformacija u
obliku bubrenja. Tlačna naprezanja
se smanjuju.
Sobna temperatura
Zagrijano stanje
Prilikom hlađenja omogućeno je
slobodno stezanje. Nakon hlađenja
na sobnu temperaturu štap se skratio
i ostao nabubren.
Načelno nema zaostalih naprezanja.
Ohlađivanje na
sobnu temperaturu
21
UVJETI UČVRŠĆENJA
4. ONEMOGUĆENO RASTEZANJE – ONEMOGUĆENO STEZANJE
Za vrijeme zagrijavanja štap se ne
može slobodno rastezati u uzdužnom
smjeru. Nastaju tlačna naprezanja.
Kao u slučaju 3. nastaje plastična
deformacija u obliku bubrenja.
Tlačna naprezanja se smanjuju.
Za vrijeme hlađenja onemogućeno je
stezanje, pa nastaju zaostala naprezanja povezana sa smanjenjem
presjeka.
Sobna temperatura
Zagrijano stanje
Kao u slučaju 2., ovisno o duktilnosti
materijala nastati će ili plastična
deformacija ili pukotine.
Ovaj slučaj tipičan je za zavarivanje.
Ohlađivanje na
sobnu temperaturu
22
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
1. UTJECAJ GRANICE RAZVLAČENJA
Štap se upne na oba kraja u jedan kruti konstrukcijski element i zagrijava.
Uslijed onemogućenog uzdužnog rastezanja nastaju tlačna naprezanja.
Iznos tlačnih naprezanja
(uz pretpostavku elastičnog ponašanja)
Materijal: čelik S235 prema EN 10025
Re = 235 N/mm2
Duljina:
Kruta konstrukcija
l0 = 100 mm
Temperaturne razlike ΔT: 60 C / 80 °C / 100 °C / 120 °C
Formule:
23
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
NAPREZANJA KAO POSLJEDICA RAZLIKE TEMPERATURE:
Porast temperature za 100 C dovodi već do prelaženja granice razvlačenja,
pa tako i do plastičnih deformacija ukrućenog štapa.
Za granicu razvlačenja 235 N/mm2 može se izračunati maksimalno
istezanje u elastičnom području:
24
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
2. UTJECAJ TALINE
Upeti (uklješteni) štap, sa jedne strane učvršćen ravnomjerno se zagrijava na
~1500 C (teoretski).
S povećanjem temperature značajno opada Re i modul elastičnosti, tako da je
otpornost deformiranju smanjena. Zbog onemogućenog rastezanja dolazi do
plastične deformacije. Materijal bubri i tlačna naprezanja se razgrađuju.
Za vrijeme hlađenja štap se skrati i na sobnoj temperaturi je ~2% kraći. Ovih 2%
mogu se usporediti sa stezanjem kod lijevanja, jer zagrijavanje štapa odgovara
temperaturi tekućeg čelika.
25
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
3. UTJECAJ UVJETA UČVRŠĆENJA IZ PRIMJERA 1. I 2.
U ovom slučaju štap je učvršćen s obje strane. Zagrijavanje i hlađenje
odgovaraju PRIMJERU 2.
Kod hlađenja štap se želi skratiti 2%.
Zaostala naprezanja su vlačna i nalaze se u elastičnom području stezanja.
U ovom stanju, prije razrezivanja spoja, što proizlazi iz uvjeta ravnoteže moraju
postojati naprezanja u krutoj konstrukciji. To su naprezanja nastala uslijed
djelovanja reaktivnih sila.
Nakon razrezivanja spoja s jedne strane dogodi se elastični povrat štapa.
Elastični povrat događa se uslijed u štapu još zaostalih vlačnih naprezanja.
Koliko je istezanje za taj dio može se izmjeriti.
Izmjereno istezanje je 0,1%.
26
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
3. UTJECAJ UVJETA UČVRŠĆENJA IZ PRIMJERA 1. I 2.
27
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
4. RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U RADNOM KOMADU
Na plosnatom profilu, na užoj strani navarena je gusjenica.
Nastala je vruća zona koja se sastoji od taline i ZUT-a. Ta se zona želi rastegnuti,
ali joj hladna zona to ne dopušta.
Nakon hlađenja na sobnoj temperaturi ostala su zaostala naprezanja u profilu.
Ovaj proces zagrijavanja i hlađenja odgovara onom iz PRIMJERA 3.
Rađeni su brojni pokusi u prošlosti na plosnatim profilima, dodatno su na ispitne
uzorke postavljene tenzometarske mjerne trake.
Raspodjela zaostalih naprezanja prikazana je na slici.
28
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
1. RASPODJELA NAPREZANJA U SUČELJENOM SPOJU
Općenito
Za vrijeme zavarivanja zagrijava se približno do temperature taljenja i osnovni materijal
koji se nalazi neposredno uz metal zavara. Temperatura osnovnog materijala
udaljenog od metala zavara je značajno niža.
Zagrijani osnovni materijal pokušava se rastezati u svim smjerovima, ali mu to
onemogućava okolni hladni materijal, što dovodi do:
•malog rastezanja u poprečnom smjeru. Ako nema zazora, nastaju tlačna naprezanja.
•U smjeru još hladnog materijala nastaju najprije tlačna naprezanja. Kad se prijeđe
izoterma od 600 °C, čelik izgubi otpornost deformiranju i dolazi do plastične
deformacije u obliku bubrenja.
•I u hladnijim područjima nastaju tlačna naprezanja, koja također prelaze Re i koja se
razgrade plastičnom deformacijom.
•Rastezanje taline također je onemogućeno okolnim hladnijim materijalom i dolazi do
bubrenja.
29
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
Za vrijeme hlađenja stežu se i talina i zagrijana područja osnovnog materijala.
Kao rezultat plastične deformacije (bubrenja) povezan s hladnijim dijelovima ploče,
koji djeluju kao ukrućenja, stezanje se može samo djelomično dogoditi i zaostala
naprezanja ostaju.
Napomena:
Pri temperaturi većoj od 600 °C, Re je vrlo niska i plastične deformacije materijala
se mogu jednostavno dogoditi. Nastala zaostala naprezanja koja nastaju uslijed
stezanja brzo se oslobode nastalom plastičnom deformacijom.
Sa opadanjem temperature ponovno raste Re i sposobnost plastične deformacije
opada. Plastične deformacije više nisu moguće. Zaostala naprezanja uslijed
stezanja ne mogu se više osloboditi.
30
PRIKAZ PODRUČJA RASTEZANJA I STEZANJA ZA VRIJEME ZAVARIVANJA
Područje stezanja
U području BC događa se
stezanje. Istovremeno se u
području CD postiže
maksimalno rastezanje, a
područje DE se zagrijava i
počinje rastezati.
Stezanje je
završilo
Područje koje
se hladi
(stezanje)
Područje
rastezanja
Obje pojave, rastezanje i
stezanje dovode do smanjenja
razmaka između limova.
Tijek
temperature u
uzdužnom
smjeru zavara
Zagrijano
područje
(rastezanje)
31
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
2. RASPODJELA UZDUŽNIH NAPREZANJA U SUČELJENOM SPOJU
Uzdužna naprezanja rezultiraju iz stezanja zavarenog spoja i njegove zagrijane
okoline u smjeru njegove uzdužne osi.
Pretpostavka:
Sučeljeni spoj podIjelimo u uzdužnom smjeru na pola. Svaka od polovica može se
poistovjetiti s navarom na plosnatom profilu PRIMJER 4. Tijek zaostalih naprezanja
može se preuzeti iz tog primjera.
+
+
-
+
-
PLOČE S NAVARIMA
-
-
KADA SE PLOČE ZAVARE
32
NASTAJANJE I RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
3. RASPODJELA POPREČNIH NAPREZANJA U
SUČELJENOM SPOJU
Navarivanjem gusjenice na usku stranu plosnatog
profila nastaju visoka zaostala vlačna naprezanja.
Ona dovode do deformacije profila.
Poprečna naprezanja nastaju direktno stezanjem zavarenog spoja i njegove
zagrijane okoline poprečno na njegovu uzdužnu os, a indirektno uzdužnim
stezanjem. Na poprečno stezanje još dodatno utječe razlika tijeka hlađenja
površine i unutrašnjosti zavarenog spoja (okolina) te volumne strukturne promjene.
Raspodjela
poprečnih
naprezanja
-
+
+
-
-
33
RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U SUČELJENOM SPOJU
Prikazana je raspodjela naprezanja u jednostrano zavarenom sučeljenom
spoju. Limovi su bili slobodni. Time je zajamčeno slobodno stezanje.
Zavarivano je u jednom smjeru od jednog do drugog ruba lima.
mjestimice Re
Uzdužna naprezanja
Raspodjela
uzdužnih
naprezanja
mjestimice Re
Raspodjela
poprečnih
naprezanja
Poprečna naprezanja
34
RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U SUČELJENOM
SPOJU
Raspodjela poprečnih naprezanja primjenom različitih redosljeda zavarivanja.
Istovremeno zavarivanje od sredine prema van
Zavarivanje unatrag
Suprotno s obje strane ali bez prekidanja
Isprekidano zavarivanje
35
RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U SUČELJENOM SPOJU
PRIMJER – SUČELJENO ZAVARIVANJE DVIJE SLOBODNE PLOČE
Širina ploča izmjeri se prije (l1, l2) i poslije zavarivanja (l1’ i l2’).
Ovisno o postupku zavarivanja i debljini ploče, ploče će se stisnuti za 1 do 3 mm.
Da ploče nisu bile slobodne, već zavarene u krutom okviru, one bi se trebale
rastegnuti za toliki iznos. U pločama veće širine pojavit će se manje naprezanje u
krutom okviru od uskih ploča.
36
RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U SUČELJENOM SPOJU
REZANJE SLOBODNO ZAVARENIH PLOČA
Prilikom mjerenja dimenzija odrezaka mjenjaju se dimenzije na mjernim bazama.
znači
U pločama postoje zaostala toplinska naprezanja koja se oslobađaju razrezivanjem.
37
PODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
NAPREZANJA USLIJED REAKTIVNIH SILA
(REAKTIVNA NAPREZANJA)
PLOČE ZAVARENE U KRUTOM OKVIRU - imaju u sebi uz zaostala toplinska i
reaktivna naprezanja. Rezanjem ploča iz okvira poništavaju se reaktivna
naprezanja a zaostala toplinska ostaju.
38
PODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
TOPLINSKA NAPREZANJA – lokalizirana su uz zavar i njihova se veličina brzo
smanjuje udaljavanjem od zavara. Promjena veličine i predznaka je znatno veća
nego kod reaktivnih naprezanja. Toplinska naprezanja u ravnini ploče su pravilno
raspodijeljena, dok po debljini pokazuju velike promjene veličine i predznaka. Za
limove tanje od 25-30 mm zanemaruju se naprezanja po debljini.
NAPOMENA: U određenoj literaturi toplinska naprezanja još se nazivaju
VLASTITA NAPREZANJA. U njemačkoj literaturi izraz VLASTITA
NAPREZANJA obuhvaća i TOPLINSKA i STRUKTURNA naprezanja, kao što je
navedeno u uvodu.
39
PODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA
STRUKTURNA NAPREZANJA – još se nazivaju i mikronaprezanja. Pokazuju
izuzetne oscilacije veličine i predznaka u malim područjima
SUPERPOZICIJA ZAOSTALIH NAPREZANJA
reaktivna + toplinska + strukturna
40
ZAOSTALA NAPREZANJA U ZAVARENOM SPOJU
ZAKLJUČAK
Zavareni spoj se steže i želi postati manji. Zbog više ili manje
onemogućenog stezanja zavar se prvo plastično, a zatim sa
smanjenjem temperature i elastično deformira. Uslijed
nemogućnosti oslobađanja elastične deformacije zavar je
opterećen zaostalim vlačnim naprezanjem.
Iz toga slijedi da su zadnje ohlađena mjesta pod vlačnim
zaostalim naprezanjima, dok se u okolini stvaraju tlačna
naprezanja. Zaostala vlačna naprezanja u uzdužnom smjeru
mogu mjestimice doseći vrijednosti Re.
41
RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U
ZAVARENIM ELEMENTIMA S KUTNIM SPOJEVIMA
Općenito se može zaključiti da
proizvod koji se obrađuje već
sadrži zaostala naprezanja.
Nakon zavarivanja traka u I profil
zaostala naprezanja se nadodaju
na ona uslijed zavarivanja.
Raspodjela naprezanja
u uzdužnom smjeru
Iz toga proizlazi slijedeća
raspodjela naprezanja.
Raspodjela naprezanja u uzdužnom
smjeru na unutarnjoj strani profila
42
RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U
ZAVARENIM ELEMENTIMA S KUTNIM SPOJEVIMA
Veličina granice razvlačenja ne može se usporediti sa granicom razvlačenja
čistog osnovnog materijala, jer ovdje, kao i kod sučeljenih spojeva istovremeno
djeluju uzdužna i poprečna naprezanja.
Poprečna naprezanja
Uzdužna naprezanja
43
RASPODJELA ZAOSTALIH NAPREZANJA U
ZAVARENIM ELEMENTIMA S KUTNIM SPOJEVIMA
Eksperimentima sa T-spojevima dobivena su uzdužna naprezanja od 500 do
600 N/mm2.
Mjerno područje
44
VIŠEOSNO STANJE NAPREZANJA
U dosada opisanom tijeku
zaostalih naprezanja stezanje i
naprezanja u smjeru debljine
nisu uzimana u obzir. Kod
pokusa sa tankim materijalom
stezanje u smjeru debljine je
malo i može se zanemariti.
Činjenica je da s povećanjem
debljine radnog komada
(pokusima utvrđeno ~30mm)
brzo rastu i zaostala
naprezanja u smjeru debljine i
također dosežu Re.
Zaostala vlačna
naprezanja u
uzdužnom smjeru
Zaostala vlačna
naprezanja u
smjeru debljine
Zaostala vlačna
naprezanja u
poprečnom
smjeru
Uslijed ovih dodatnih naprezanja imamo troosno stanje naprezanja. Ono
sadrži visoki rizik nastanka pukotina i povoljno djeluje na nastanak krhkog
loma.
45
PONAŠANJE MATERIJALA PRI TROOSNOM STANJU NAPREZANJA
Ako u materijalu vlada troosno stanje naprezanja mijenja se ponašanje materijala u
odnosu na ono dobiveno jednoosnim statičkim vlačnim pokusom u slijedećim
točkama:
• Re značajno raste i doseže skoro trostruku vrijednost normalne Re
• Duktilnost a time i rezerve za plastičnu deformaciju značajno se smanjuju
• Istezljivost A% se smanjuje na minimum
• Sklonost nastanku pukotina se povećava
Ovakvo promijenjeno ponašanje materijala potvrđeno je pokusima koje je proveo
“Ludwick” na čeliku S275.
Napravljene su epruvete sa različitim zarezima i ispitane pomoću statičkog
vlačnog pokusa. Rezultati se nalaze u sljedećem dijagramu Naprezanje-istezanje.
46
PONAŠANJE MATERIJALA PRI TROOSNOM STANJU NAPREZANJA
prema Ludwicku
Rez
pile
Mjerna duljina
47
PONAŠANJE MATERIJALA PRI TROOSNOM STANJU NAPREZANJA
Epruveta a) može se bez ograničenja stezati i nastaje jednoosno stanje
naprezanja. Dobivena granica razvlačenja odgovara onoj u EN 10025 za S275.
Od epruvete b) do epruvete f) zarezi su sve oštriji. To je potrebno da bi presjek
na kojem dolazi do loma upregnuli i tako onemogućili da se ravnomjerno steže.
Pored uzdužnog naprezanja sa svakim zarezom dolazi do nastanka naprezanja
u radijalnom i tangencijalnom smjeru. Nastalo je troosno stanje naprezanja.
Izračunato
naprezanje
Zarezno
naprezanje
Uzdužno Radijalno Tangencijalno
naprezanje naprezanje naprezanje
48
PONAŠANJE MATERIJALA PRI TROOSNOM STANJU NAPREZANJA
Ovaj pokus je pokazao da svaki zarez dovodi do manje ili više izraženog troosnog
stanja naprezanja.
Prema tome, kod zavarenih spojeva nastaje izraženo troosno stanje naprezanja.
Prema profesoru Erkeru (od 1953. još uvijek vrijedi)
“Do pukotina dolazi kada se ne mogu stvoriti zaostala vlačna naprezanja zbog
nedovoljne deformabilnosti materijala.
Zaostala naprezanja ne dovode do nastanka pukotina, već nedovoljna
deformabilnost materijala.”
Iz tog razloga postaje jasno zašto su nepravilnosti u zavarenim spojevima npr.
ugorine, nepoželjne.
ugorine
49
STEZANJE I DEFORMACIJE
Deformacije uvijek djeluju na krutost i fleksibilnost konstrukcije.
Odnos zaostalih naprezanja i deformacija
Tankostjena konstrukcija → rizik od velikih deformacija
→ zato mala zaostala naprezanja
Debelostjena konstrukcija → rizik od velikih zaostalih naprezanja
→ zato male deformacije
zaostala naprezanja
deformacije
smanjenje
onemogućenost stezanja
povećanje
50
UTJECAJNI ČIMBENICI NA DEFORMACIJE
1. UNOS TOPLINE (J/mm) ovisi o
postupku (plinsko, REL, plazma,
LASER) i parametrima:
- koncentracija izvora topline (W/cm2)
- veličina izvora odnosno taline
- maks. temperatura izvora topline
2. IZVOĐENJE ZAVARIVANJA
- redoslijed zavarivanja
- kontinuirano – automatski
- diskontinuirano – ručno
- nastavak na hladno, nastavak na
vruće → razlika
51
UTJECAJNI ČIMBENICI NA DEFORMACIJE
3. TEHNOLOGIJA ZAVARIVANJA
- jednoslojno, višeslojno
- broj prolaza – više / manje
- pripremni radovi
●predgrijavanje
● vrsta žljeba, dužina žljeba
● pripajanje (pripoj min. 50 mm)
4. KONSTRUKCIJA
- vrsta materijala
- dimenzije
- oblik
NAJVAŽNIJA SVOJSTVA MATERIJALA:
Imaju znatan utjecaj na zaostala naprezanja i
deformacije.
1. Modul elastičnosti, E, N/mm2
2. Granica razvlačenja, Re, N/mm2
3. Koeficijent linearnog rastezanja, αT , mm m-1 K-1
4. Toplinska vodljivost, λ, W/mK
5. Specifična toplina, c, kJ kg-1 K-1
52
ZAŠTO DOLAZI DO KUTNE DEFORMACIJE
Grijanje
(H) hladno ne dozvoljava prilikom
grijanja rastezanje toplom (T) i
doći će do sabijanja zavara
∆l1 = α*l1* ∆t
>
∆l2 = α*l2* ∆t
Hlađenje
(H) Hladno ne dozvoljava stezanje prilikom hlađenja. Lice – širi dio zavara, želi
se skratiti za ∆l1, a korijen koji je uži, želi se skratiti za ∆l2 koje je manje od
∆l1. To uzrokuje nastanak kutne deformacije.
•
Kada je ∆l1 ~ ∆l2, ne dolazi do kutne deformacije, već samo nastaje
poprečna i uzdužna.
•
Kada se radi u više slojeva i više prolaza po jednom sloju, dobivamo najveću
kutnu deformaciju jer se svi prolazi stežu oko prvog najslabijeg.
53
STEZANJE I DEFORMACIJE
1. UZDUŽNO STEZANJE
Zaostala naprezanja u uzdužnom smjeru zavarenog spoja dovode do skraćenja
radnog komada.
Neće biti velikih deformacija ako je:
• Debljina materijala dovoljno velika
• Položaj linije težišta zavarenih spojeva identičan sa linijom težišta radnog
komada
sučeljeni spoj
kutni spoj
54
STEZANJE I DEFORMACIJE
UZDUŽNO STEZANJE
Za sučeljene i kutne spojeve može se uzeti ista veličina odnosno iznos stezanja.
U proizvodnji se može računati sa sljedećim vrijednostima:
Za debelostjene, velike dijelove → 0,1 mm/m zavara
Za tankostjene dijelove - tablica
Odnos presjek
zavara / presjek
osnovnog materijala
Iznos stezanja
[mm/m zavara]
> 1:150
0,1
= 1:80
0,3
< 1:50
1,0
Napomena:
Ako su zavareni spojevi
jedan pored drugog,
veličine stezanja
treba odrediti za
svaki zavar i kasnije
zbrojiti.
55
STEZANJE I DEFORMACIJE
2. ZAKRIVLJENOST I ISKRIVLJENJE
ZAKRIVLJENOST se javlja kada težišnica zavarenih spojeva nije identična sa
težišnicom radnog komada, a istodobno radni komad nije dovoljno krut.
Velika zakrivljenost
Nema zakrivljenosti
56
STEZANJE I DEFORMACIJE
ISKRIVLJENJE se javlja kod
tankostijenih konstrukcija koje nisu
jako krute. Kod zavarenih I-nosača
često je iskrivljen hrbat.
3. POPREČNO STEZANJE
Veličina ovisi o:
• volumenu zavarenog spoja
• veličini ZUT-a.
Navedeni parametri su različiti za sučeljene i kutne spojeve, stoga će i iznos
stezanja biti različit.
Kutni spoj ima manje poprečno stezanje od sučeljenog. To je zbog toga jer je
lamela u odnosu na svoju debljinu samo djelomično rastaljena i zagrijana.
S povećanjem debljine lamele, smanjuje se ZUT, a time i poprečno stezanje.
57
STEZANJE I DEFORMACIJE
POPREČNO STEZANJE (čelik S235)
Kutni spoj
Sučeljeni spoj
presjek
postupak
iznos
stezanja
mm
111
2 sloja
presjek
postupak
iznos
stezanja
mm
111 u PB
111 u PA
5 slojeva, korijen
žljebljen, 2 sloja
u korijenu
111 u PB
2 sloja
311 (desna tehnika)
u PA
111 u PB
2 sloja
58
STEZANJE I DEFORMACIJE
IZNOSI STEZANJA - Ovisno o postupku zavarivanja, unešenoj energiji kao i širini
i debljini zavara mogu se koristiti:
KUTNI SPOJEVI
→ 0,1 do 0,4 [mm/zavar]
SUČELJENI SPOJEVI → 0,6 do 3,3 [mm/zavar]
Vrijednosti je pokusima oderdio Malesius na čeliku S235.
4. KUTNO STEZANJE
Nastaje kada se poprečno stezanje pretežno odvija na površini lima.
Ovisi o:
• širini zavara
• debljini završnog sloja
• broju prolaza i slojeva, koji se slažu jedan preko drugog
Sljedeće vrijednosti se mogu koristiti za procjenu kuta stezanja. Pokuse je proveo
Malesius na slobodnim neukrućenim limovima od čelika S235.
59
STEZANJE I DEFORMACIJE
Kut stezanja kod sučeljenog spoja (S235)
presjek
postupak
111
3 sloja
kut
stezanja
α
presjek
postupak
kut
stezanja
α
111
8 slojeva
veće širine
111
5 slojeva
111
8 slojeva
zavareno u
22 prolaza
111 u PA
5 slojeva, korijen
žljebljen, 3 sloja
u korijenu
111, 1/3 strane
4 sloja
121, 2/3 strane
1 sloj
60
STEZANJE I DEFORMACIJE
Kut stezanja kod kutnog spoja (S235)
presjek
postupak
kut
stezanja
α
presjek
postupak
111
1 sloj u PA
111
2 sloja u PA
111
2 sloja u PA
111
3 sloja u PA
111
2 sloja u PA
111
3 sloja u PA
kut
stezanja
α
61
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
Naprezanja uslijed vanjskog djelovanja mogu se izračunati prema pravilima
tehničke mehanike.
Zaostala naprezanja mogu se odrediti iz modela prema pravilima termodinamike.
Veliki broj varijabli koje se ovdje javljaju, ne dozvoljava točno određivanje veličine
naprezanja. Većina formula odnose se na jednostavne zavarene spojeve i konstrukcije, a ne na složene iz više elemenata.
Neke od varijabli:
• Veličina zaostalih naprezanja u samom proizvodu
• Vrsta i kemijski sastav materijala
• Priprema spoja
• Neravnomjerno zagrijavanje i hlađenje kod zavarivanja
• Uvjeti učvršćenja (slobodni / učvršćeni dio)
• Različita mehanička i fizikalna svojstva materijala
Važno je moći procijeniti veličinu očekivanih zaostalih naprezanja u konstrukciji.
Uobičajeno se koristimo poznatim formulama i iskustvenim vrijednostima.
Određivanje zaostalih naprezanja se provodi vrlo rijetko. Mogu se koristiti
metode bez razaranja i s razaranjem.
62
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
1. BEZ OŠTEĆIVANJA KONSTRUKCIJE
1.1. Rentgenska difrakcija (difrakcija x-zračenja)
1.2. Ultrazvučno mjerenje naprezanja
1.3. Magnetska metoda
1.4. Indentacija (utiskivanje kuglice)
2. MALO OŠTEĆENJE KONSTRUKCIJE
2.1. Gunert (kružni žljeb)
2.2. Bušenje provrta
2.3. Trepanacija (lokalno razrezivanje)
2.4. Metoda s krhkim lakom
3. VELIKO OŠTEĆENJE KONSTRUKCIJE
3.1. Stablein-Devidenkova
Izrežu se dijelovi konstrukcije
3.2. Saxova
i mjere se deformacije
3.3. Potpuno razrezivanje
pomoću naprava.
63
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
1. BEZ OŠTEĆIVANJA KONSTRUKCIJE
1.1. Rentgenska difrakcija
•
•
Naprezanja se mogu odrediti
samo u slijedećim granicama:
Na površini od 0,1 do 1 mm2
Do dubine od 0,01 mm
(mjeri površinski sloj, ne ide po
dubini, nije za teren)
Ako se želi dublje mjeriti, treba materijal rezati na slojeve. Zbog navedenih uvjeta
ova se metoda može koristiti samo u laboratoriju.
Mjeri se kut pod kojim se odbijaju zrake i može se vidjeti razmak između atoma.
Na temelju razmaka atoma odredi se naprezanje.
64
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
1.2. Ultrazvučno mjerenje naprezanja
Jednostavno, metoda relativno točna. Bazira se na promjeni brzine širenja
ultrazvučnih valova kroz materijal.
Nedostatak- potrebni izvrsni kalibracijski etaloni ( čelik s naprezanjem, čelik bez
naprezanja), za dobivanje točnih rezultata metoda je dosta složena.
1.3. Magnetska metoda
Potrebani su uzorci kako bi utvrdili kako se
zatvara magnetsko polje kroz materijal
sa zaostalim naprezanjim, a kako kroz
onaj bez zaostalih naprezanja.
1.4. Indentacija
Utisne se kuglica. Ako postoje zaostala
naprezanja nastati će elipsa.
Nepouzdano očitanje.
65
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
Metode s razaranjem
Svode se na određivanje duljine neke mjerne baze na zavarenom komadu,
razrezivanjem komada i mjerenjem nastalih deformacija. Važno je da se vađenje
uzorka, obrada i mjerenje rade pri konstantnoj temperaturi.
Mjeri se elastični povrat ili izrezanog komada ili elementa iz kojeg je izrezan.
Tlačna naprezanja – izrezani dio se produlji
Vlačna naprezanja – izrezani dio se stegne i skrati
Mjerenje PRI dvoosnom stanju naprezanja
Potrebno je izvršiti mjerenje u najmanje tri različita smjera. Mjerenja i daljnji
izračun pojednostavljuju se ako su poznati smjerovi glavnih naprezanja.
Mogu se prethodno odrediti metodom sa puknutim lakom.
2. MALO OŠTEĆENJE KONSTRUKCIJE
2.1. Gunert (kružni žljeb)
Utisnu se dvije kuglice na mjernom mjestu. Izmjeri se udaljenost između
otisaka - l0. Prstastim glodalom izradi se kružni utor. Na taj način oslobode
se mjerna mjesta od utjecaja okoline. Ovisno o vrsti zaostalih naprezanja
razmak između otisaka će se smanjiti, povećati ili ostati isti.
66
Gunert slika
67
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
2.2. Metoda zabušivanja provrta – najčešća
Za samo mjerenje istezanja/stezanja mogu se koristiti:
•mjerne kuglice (osjetnik istezanja sa kuglastim kontaktima)
•tenzometarske trake (elektrootporni tenzometri – najčešće)
Bušenjem provrta oslobodi se naprezanje od okoline i razmak kuglica odnosno
duljina trake se promijeni. To traje 1 sat/rupica (relativno dugo).
Neprolazna rupa
TOČNOST MJERENJA
veća je što je manji
razmak mjernih točaka
od ruba rupe
PROMJER RUPE
izabran prema veličini
mjernih elemenata i
iznosi od 1,5 do 3 mm, a
dubina rupe je ~ 2mm.
Tenzometarske
trake
Utisnute zakaljene kuglice
68
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
Kod mjernih kuglica pomak rubova rupe mjeri se radijalno, kako moraju biti
raspoređene i kuglice. Koriste se mehanički dilatometri sa točnošću očitavanja
obično 0,001 mm. Mjeri se prije i poslije bušenja. Iz izmjerenih pomaka odrede
se početna naprezanja.
Tenzometarske mjerne trake također se postavljaju radijalno u odnosu na
rupu. Potrebne su najmanje tri trake. Trake pokazuju promjenu otpora prilikom
rastezanja. Promjena otpora se izražava kao promjena napona u mjernom
mostu. Promjene napona se izražavaju kao odgovarajuće produljenje koje se
množi s modulom elastičnosti i dobiva se naprezanje. Predznak se određuje na
temelju produljenja (porast napona) ili skraćenja trake (pad napona).
Ako se provrt smanji, znači da
su vlačna naprezanja.
Ako se poveća – tlačna
naprezanja.
Tenzometarske trake
69
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
2.3. Trepanacija (lokalno razrezivanje)
Izreže se komad i mjere se deformacije, te se izračuna naprezanje.
Važno je da se određivanje naprezanja izvodi na uzorcima velikih dimenzija
koji odgovaraju teorijskom modelu beskonačne ploče. U suprotnom bi se
mogli dobiti krivi rezultati.
Za jednoosno stanje naprezanja množi se prema Hookovom zakonu linijska
deformacija ε i modul elastičnosti E i dobije se iznos naprezanja σ.
prije izrezivanja
poslije izrezivanja
70
ODREĐIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
2.4. Metoda s krhkim lakom
Na ispitivano područje nanese se sloj krhkog laka. Zatim se zabuše plitke rupe
promjera 3mm.
TLAČNA NAPREZANJA- na laku se jave prstenaste pukotine oko rupe
VLAČNA NAPREZANJA- pukotine se šire radijalno oko rupe
Metoda se koristi za orijentacijski uvid u polje zaostalih naprezanja.
71
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
TOPLINSKE METODE
1. PREDGRIJAVANJE
2. ŽARENJE ZA SMANJENJE ZAOSTALIH NAPREZANJA (najbolja metoda)
2.1. Žarenje cijele konstrukcije
2.2. Lokalno žarenje
3. TERMOPLASTIČNI POSTUPAK – POPUŠTANJE PLINSKIM PLAMENOM
MEHANIČKE METODE
1.
2.
3.
4.
5.
Iskivanje zavara
Hladno statičko rastezanje cijelog konstrukcijskog elementa
Vibriranje
Valjanje
Eksplozija
72
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
1. PREDGRIJAVANJE
Predgrijavanjem je moguće reducirati veličinu i protezanje zaostalih naprezanja, a
time i smanjiti deformaciju.
Predgrijavanjem se reducira
• Unos topline i veličina ZUT-a. To je važno kod zavarivanja materijala sa visokom
toplinskom vodljivosti npr. aluminija i bakra
• Zaostala naprezanja kod materijala sa malom duktilnosti npr. čelični ljev
Osim toga predgrijavati treba i zbog sljedećeg:
• Brzina ohlađivanja se smanji, a time i maksimalna tvrdoća. Može se dobiti
mekana mikrostruktura sa tvrdoćom ≤350 HV 10 kod niskolegiranih čelika.
To je posebno važno:
• Kod pripajanja i kod zavarivanja korijena na debelostjenim konstrukcijama
kao i kod materijala sklonim otvrdnjavanju
• Kod zavarivanja u hladnim vremenskim uvjetima
• Ubrzavanja difuzije vodika, koji se nalazi u zavaru, a time sprječavanja
nastanka pukotina induciranih vodikom
• Vršne vrijednosti naprezanja u debelostjenim proizvodima se smanjuju
73
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
Preporuča se ravnomjerno predgrijavanje s obje strane spoja. Temperatura
predgrijavanja ovisi o kemijskom sastavu, unosu energije, odvođenju topline, debljini
lima i vrsti spoja.
2. ŽARENJE ZA SMANJENJE NAPREZANJA (NAJBOLJA METODA)
Pritom se uz zaostala naprezanja od zavarivanja smanjuju i naprezanja od valjanja i
ona nastala ravnanjem konstrukcije.
Stručno žarenje - ravnomjerno i lagano zagrijavanje i hlađenje. Brzina zagrijavanja
100-200 °C/h, brzina hlađenja 20 °C/h. Time se trebaju smanjiti vršne vrijednosti
naprezanja koji vode k nastanku pukotina. K tome se nužno zahtijeva dokumentirati
tijek vremena i temperature kao dokaz da je provedena toplinska obrada.
Za opće konstrukcijske čelike temperatura žarenja iznosi između 580 i 680 °C, a
trajanje žarenja 3 min/mm najdebljeg dijela.
Smanjenje zaostalih naprezanja se zasniva na plastičnoj deformaciji puzanjem.
U osnovi razlikujemo tri vrste žarenja za smanjenje naprezanja:
• Žarenje cijele konstrukcije (globalno)
• Lokalno žarenje
• Plinsko popuštanje
74
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
2.1. Žarenje cijele konstrukcije
Najbolja i najpouzdanija metoda za smanjenje zaostalih naprezanja.
Zaostala naprezanja mogu se smanjiti na 15% prvotno dobivenih vrijednosti.
Preostala zaostala naprezanja od 50 do 100 N/mm 2 su za konstrukciju bezopasna.
2.2. Lokalno žarenje
Može se zahtijevati kada:
• konstrukcija ne stane u peć,
• transport do peći ili gradnja peći preskupa ili nije moguća,
• Komad se ne stigne žariti zbog prekratkih rokova.
Da bi uspješno smanjili naprezanja, zona žarenja mora biti što šira. Iz mnogih
pokusa dobivene su formule za optimalnu širinu zone žarenja. Formule se mogu
pronaći u odgovarajućim normama i pravilnicima.
Mnoge od formula uzimaju u obzir promjer cijevi R i debljinu proizvoda t. Tako se
može odrediti minimalna širina žarenja bg:
75
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
MINIMALNA ŠIRINA ŽARENJA bg
Pod ovim pretpostavkama
moguće je zaostala
naprezanja raspodijeliti na
obje strane zavara.
Smanjena naprezanja
mogu se sada raspodijeliti
na veće područje, tako da
se više ne pojavljuju
izražene vršne vrijednosti
naprezanja.
zahtijevana
širina žarenja
temperatura
žarenja
uska širina
žarenja
76
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
Primjeri toplinske obrade za smanjenje zaostalih naprezanja
77
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
3. TERMOPLASTIČNI POSTUPAK ILI POPUŠTANJE PLINSKIM PLAMENOM
(NISKOTEMPERATURNA OBRADA)
Uvedeno je 50-tih godina u brodogradnji i izradi velikih spremnika. Posebno visoka
uzdužna zaostala naprezanja, mogu se značajno smanjiti ovim postupkom.
Lijevo i desno pored zavara postave se višestruki plamenici koji se pomiču
paralelno sa zavarom. Oba područja zagrijavaju se na 150 °C do 200 °C. Sam
zavareni spoj zagrije se na približno 50 °C do 100 °C.
Na kratkom razmaku iza plamenika idu dvije sapnice koje raspršuju vodenu maglu
po zagrijanom području.
Dobije se lokalna, ograničena toplinska zona. Zagrijana zona se rasteže.
Rastezanje sprječavaju hladnija područja i dolazi do plastične deformacije, a time i
do razgradnje zaostalih naprezanja nakon hlađenja.
Dobri rezultati dobivaju se na površini lima na kojoj se nalaze plamenici. Sa
suprotne strane znatno su lošiji rezultati, tako da se isti postupak mora napraviti i s
druge strane lima.
78
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
Višestruki plamenik
Sapnice s
vodenom maglom
Debljina lima
20 do 40 mm
79
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
TERMOPLASTIČNI POSTUPAK - POPUŠTANJE PLINSKIM PLAMENOM
Područje koje djeluje
kao kruti okvir ili stega
Vlačno naprezanje u
uzdužnom smjeru
Poprečna naprezanja
( bubrenje)
Danas se manje koristi,
dijelom zbog postojanja
ogromnih peći i
transportera ogromnih
konstrukcija do peći, a
dijelom što se primjenom
žilavijih materijala u
brodogradnji i izradi velikih
spremnika smanjila
potreba za popuštanjem
zaostalih naprezanja.
80
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
TERMOPLASTIČNI POSTUPAK - POPUŠTANJE PLINSKIM PLAMENOM
Raspodjela zaostalih naprezanja
81
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
MEHANIČKE METODE
1. ISKIVANJE ZAVARA
Smije se primjeniti samo kod materijala koji imaju veliku duktilnost. Nakon
ohlađivanja, svaki prolaz se iskiva u smjeru zavarivanja.
Tako se metal zavara širi suprotno od smjera stezanja i plastično deformira.
Vlačna naprezanja se pritom smanjuju. Deformacija je jednaka ili veća od
stezanja, što zahtjeva dovoljno rastezljiv dodatni materijal, da podnese takve
deformacije bez pucanja.
Iskivanje metala zavara i ZUT-a kod materijala koji nisu duktilni može dovesti do
nastanka pukotina. Ovdje se preporuča, prije iskivanja predgrijati područje
zavarenog spoja. Mogu se iskivati još usijani zavari, ali smo onda ograničeni
samo na kratke zavare (popravak). Završni sloj se ne preporuča iskivati da ne
dođe do prevelikog očvršćenja na površini i eventualnog kasnijeg pucanja.
Svaki sljedeći sloj odžaruje iskivani i poništi strukturne promjene izazvane
iskivanjem. Praktično kod reparature krhkih materijala (sivi lijev, neke bronce).
82
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
Iskivanje poslije svakog zavarenog sloja osim završnog. Uz smanjenje
naprezanja smanjuju se i deformacije radnih komada.
2. STATIČKO RASTEZANJE
Dobivenim zaostalim naprezanjima dodaju se vanjska naprezanja u istom smjeru.
U područjima sa visokim zaostalim naprezanjima i gdje ona sa dodatnim
naprezanjima djeluju u istom smjeru, Re će biti mnogo ranije dosegnuta, nego
kad nema zaostalih naprezanja.
Sa povećanim vanjskim djelovanjem raste i područje tečenja, tako da se materijal
može plastično deformirati i tako se popuste zaostala naprezanja.
Nakon uklanjanja vanjskih naprezanja, zaostala naprezanja smanjila su se na
slijedeću vrijednost:
SMANJENA ZAOSTALA NAPREZANJA = Re – VANJSKO NAPREZANJE
83
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
Granica razvlačenja
Zaostala naprezanja
Radno opterećenje
Zaostala naprezanja
Predopterećenje
>Radno opterećenje
Zaostala naprezanja
nakon predopterećenja
Radno opterećenje
84
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
Samo radno opterećenje provodi određeno popuštanje zaostalih naprezanja
nakon prvog opterećenja, na mjestima gdje dolazi do lokalne plastične
deformacije zbog superpozicije radnih i zaostalih naprezanja.
Za provođenje statičkog hladnog istezanja moramo uzeti u obzir:
•
Duktilnost materijala uključujući sposobnost razvlačenja i deformiranja
•
Utjecaj zareznog djelovanja uključujući nepravilnosti u zavarenim spojevima
•
Provođenje nerazornih ispitivanja prije i nakon opterećivanja
•
Debljinu različitih dijelova i s time povezane skokove krutosti
•
Temperaturu okoline za vrijeme opterećenja
•
Brzinu opterećivanja
•
Mjerenje nastalih deformacija za vrijeme i nakon opterećenja
85
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA
TLAČNA PROBA – također predstavlja statičko opterećenje kojom se u velikoj
mjeri popuste zaostala naprezanja.
Ustanovljeno je da se otpornost krhkom lomu povećava kod prethodno
deformiranih zavara. To se tumači zaobljavanjem vrhova oštrih zareza prilikom
rastezanja i smanjenjem koncentracije naprezanja, kao i kod žarenja.
Statičko rastezanje treba izvoditi na temperaturama višim od temperature prelaza u
krhko stanje, da ne dođe do loma pri prvom opterećenju.
Može se izvoditi samo kod rastezljivih materijala.
PRIMJENA
Ovaj način smanjenja naprezanja ipak se malo koristi, osim za tlačne posude, gdje
tlačna proba dosta jednoliko rasteže posudu i pritom izaziva jednoliku plastičnu
deformaciju. Naime velike konstrukcije trebaju mnogo utega da izazovu velika
naprezanja (opterećeni kamioni kod mostova).
Određeno nepovjerenje postoji da će se inicirati male pukotine koja će ostati u
konstrukciji, ali nema podataka o štetnom djelovanju statičkog rastezanja.
86
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
3. VIBRACIJSKO POPUŠTANJE
Za potpuno zavarene konstrukcije ne koristi se ova metoda jer se treba držati
sljedećih pretpostavki:
•
Najmanje vrijednosti amplitude naprezanja zahtijevaju se za uspješno popuštanje
naprezanja. Te najmanje vrijednosti dobiju se samo kad se vibriranje izvodi
rezonantnom frekvencijom radnog komada.
•
Mora se vibrirati sa različitim frekvencijama, jer se potrebne amplitude mogu
postići samo lokalno.
•
Pogonska čvrstoća može se smanjiti zbog unesenih titraja. Da bi taj negativan
utjecaj smanjili treba raditi sa većim amplitudama i manjim brojem ciklusa.
•
Ni ovdje nije moguće dati jasne izjave o veličini zaostalih naprezanja, a mjerenje
sa tenzometarskim trakama zbog vremenskih i cijenovnih razloga otpadaju.
Primjenjuje se kod jednostavnih konstrukcija, kod kojih se traži poboljšanje
stabilnosti za daljnju mehaničku obradu, a vršna naprezanja se mogu
smanjiti do 30%. Sada se kod tokarenja ne događaju deformacija zbog
oslobađanja zaostalih naprezanja.
87
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
Obrada zavarenih i lijevanih komada vibriranjem
Nastala vibracijska naprezanja superponiraju se sa zaostalim i kad pređu Re
izazivaju malu plastičnu deformaciju usljed čega dolazi do smanjenja
zaostalih naprezanja za odgovarajući iznos.
88
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
4. VALJANJE
Valjanjem se izazove plastična deformacija i smanje se naprezanja.
89
SMANJIVANJE ZAOSTALIH NAPREZANJA - METODE
5. EKSPLOZIJA
Zavareni spoj se prekrije slojem
eksploziva i detonira.
Dolazi do plastičnog tečenja i
smanjenja zaostalih
naprezanja.
90
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
1. IZBOR OSNOVNOG MATERIJALA
Uzeti u obzir sljedeće čimbenike:
Zaostala naprezanja od zavarivanja
Stanje naprezanja od vanjskog utjecaja
Minimalnu temperaturu okoline
Naprezanje u smjeru debljine (i nastalo od zavarivanja)
Brzina kojom djeluju vanjski utjecaji
Duktilnost i granica razvlačenja materijala
Debljina konstrukcije
Kemijski sastav i C ekvivalent
Za izbor materijala mogu se koristiti slijedeće norme i pravilnici:
DASt 009
DASt 014
ENV 1993-1-1: 1992 Prilog C
E DIN EN 1011-2
91
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
2. IZBOR DODATNOG MATERIJALA
Dodatni materijal mora imati dobru duktilnost i istezljivost.
Važna mehanička svojstva - tablica
Dodatni
materijali prema
Vrsta obloge
Istezljivost
Udarna radnja
loma ISO-V
+20°C
HRN EN ISO
499
A
24-32
65-110
RR
22-28
60-110
RB
26-30
80-110
B
25-34
110-195
92
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
3. ZAVARIVANJE PRI NISKIM TEMPERATURAMA
Treba poduzeti sljedeće mjere:
•
•
•
•
Zaštiti mjesto zavarivanja šatorima
Cijeli šator se treba ravnomjerno zagrijavati
Predgrijavanje cijelog područja zavara po velikoj površini (do 300mm sa
svake strane spoja) tako da se progrije stijenka
Omotati zavare izolacijskim materijalom da se smanji brzina hlađenja
4. KONSTRUKCIJA
4.1. Izbjegavati debelostjene konstrukcije
dobro
loše
93
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
4.2. PAZITI NA OGRANIČENJE DEBLJINE KUTNOG ZAVARA a
Zbog utjecaja unesene energije treba paziti i držati se graničnih vrijednosti za a,
Npr. prema DIN 18800-1, Element 519
→ min. a ≥ max. t0,5 -0,5 [mm] za korijenski sloj
Za izbjegavanje pukotina
Za izbjegavanje deformacija → max. a ≤ min. t * 0,7 [mm]
4.3. IZBJEGAVATI KRIŽANJE ZAVARA
Križanje zavara uvijek dodvodi do višeosnog stanja naprezanja i zato se treba
izbjegavati.
To nije u svim slučajevima moguće. U takvim je slučajevima redosljed
zavarivanja mjerodavan za veličinu zaostalih naprezanja.
94
loše
dobro
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
5. PLANIRANJE REDOSLIJEDA ZAVARIVANJA
5.1. Obzirom na zaostala naprezanja
Za dobivanje što manjih zaostalih naprezanja, potrebno je, koliko je to moguće,
sve pojedinačne dijelove konstrukcije pustiti da se što više slobodno stežu.
Iz tog razloga zavarivački radovi se izvode:
•
•
Od sredine prema van
Zavarene spojeve koji ukrućuju konstrukciju treba zadnje zavariti
95
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
5.2. Obzirom na deformacije
Zahtjev je konstrukcija bez deformacija nakon zavarivanja. Stoga treba:
• prvo zavariti zavare koji ukrućuju konstrukciju,
• zavare izvoditi izvana prema sredini.
Te mjere pretpostavljaju da osnovni i dodatni materijal imaju dobru duktilnost.
PRIMJER – Montažni zavar s obje strane ukrućenog I-nosača
Radionički
zavari
Pomoćni
potpornji
Montažni zavari
96
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
Redoslijed zavarivanja:
Radionica:
Prvo se zavare svi kutni spojevi. Oni završavaju približno 300 mm do montažnog
zavara. Takvim postupkom:
•
•
jednostavnije je hrbat i lamelu dovesti u položaj;
postići će se ravnomjerna raspodjela zaostalih naprezanja nakon
zavarivanja.
Montaža:
Počinje se sa zavarima koji će nakon uklanjanja potpornja biti vlačno opterećeni.
Dodatno je pravilo, zavariti sučeljene spojeve prije kutnih.
Tako se dobije redoslijed:
1. Zavarivanje donje lamele
2. Zavarivanje gornje lamele ili istovremeno zavarivanje obje lamele
3. Zavarivanje hrbata
4. Zavarivanje kutnog spoja donje lamele
5. Zavarivanje kutnog spoja gornje lamele
97
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
Kod zavarivanja lamela važno je izbjeći
kutnu deformaciju. Stoga se zavar
priprema kao nesimetrični X-spoj.
Redosljed zavarivanja lamele
1. Početi na većem otvoru
2. Izvaditi korijen. Ako se žljebi, potrebno je
naknadno pobrusiti. Provesti ispitivanje
površinskih pukotina.
3. Zavarivanje korijenske
strane.
4. Popuniti stranu sa velikim otvorom.
98
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMIZACIJU DEFORMACIJA
REDOSLIJED ZAVARIVANJA
99
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I
MINIMALIZACIJU DEFORMACIJA
REDOSLIJED ZAVARIVANJA
Zakrpe
100
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
6. RASPOREĐIVANJE ZAVARENIH SPOJEVA
Zavarene spojeve treba postaviti u blizinu neutralne osi radnog komada.
loše
dobro
loše
dobro
101
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
7. NAPRAVE ZA ZAVARIVANJE
Pomoćna sredstva kao što su stege i stezne naprave služe za postizanje linearnosti
i točnosti dosjedanja.
Dijelovi se stegnu
prije zavarivanja
8. PREDNAPREZANJE / PREDNAMJEŠTANJE
RADNIH KOMADA
Dijelovi se međusobno
stegnu radi točnog
dosjedanja
Svi zavari su sa gornje strane
cijevi što uzrokuje kutnu
deformaciju. Cijev je
prednapregnuta za iznos
kutne deformacije u
suprotnu stranu, tako da
nakon zavarivanja bude
ravna.
102
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
8. PREDNAPREZANJE / PREDNAMJEŠTANJE RADNIH KOMADA
Nakon zavarivanja
Prije zavarivanja (prednamještanje za
kutno stezanje)
Nakon zavarivanja
Prije zavarivanja (predsavijanje)
9. PROVJERAVANJE DIMENZIJA KONSTRUKCIJE
Dimenzije radnih komada treba redovito provjeravati. Treba paziti da su svi
zavarivački radovi i ravnanje završili tog dana i da su se svi dijelovi konstrukcije
ohladili na sobnu temperaturu.
103
TOPLINSKO RAVNANJE
Grije se na suprotnoj strani deformiranog elementa, da se izazove kontra
deformacija odnosno izravnavanje. (paziti da nije zakaljiv materijal-pukotine)
OBLICI ZAGRIJANIH MJESTA
a) Toplinska točka
b) Toplinski krug
c) Toplinska linija
d) Toplinske paralelne linije
e) Toplinski klin
f) Toplinski polumjesec
Lokalnim grijanjem postiže se
efekt sabijanja tople zone i
stezanje za ∆l.
104
TOPLINSKO RAVNANJE
Postupak:
1. Grijati iznad 600 °C (plastična deformacija). Kod čelika crveni žar 750°C.
2. Sva zagrijana mjesta moraju biti oštro ograničena.
3. Zagrijana mjesta ne smiju biti prevelika da se postigne efekt sabijanja.
4. Brzo zagrijavanje.
5. Odrediti i označiti mjesta zagrijavanja.
6. Nikada isto mjesto dva puta grijati.
7. Koristiti dvostruko veći plamenik nego za zavarivanje lima iste debljine.
105
IZNOSI ZAOSTALIH NAPREZANJA I DEFORMACIJA
1 KRHKI LOM – lom bez prethodne deformacije. Opasan je jer može nastati i pri
niskim radnim naprezanjima (unutar projektiranih), ako materijal postane krhak
djelovanjem raznih čimbenika (temperature, strukturnih promjena uslijed
zavarivanja, troosnog naprezanja, oštrih zareza). Nastaje kad u konstrukciji
postoji dovoljno oštar zarez koji izaziva takvu koncentraciju naprezanja, da dolazi
do širenja pukotine iako su nominalna naprezanja niska. Na uzorcima bez zareza
nikada nije došlo do krhkog loma pri niskim naprezanjima.
Krhki lom ne može nastati ako nema oštrog zareza bez obzira na veličinu zaostalih
naprezanja. Tek kad je pukotina nastala, zaostala vlačna naprezanja
potpomažu njenom širenju, ako je povoljno orjentirana.
Zaostala naprezanja štetno djeluju tek pri temperaturama nižim od prelazne
temperature materijala u krhko stanje.
Toplinsko i mehaničko popuštanje zaostalih naprezanja povećava otpornost
krhkom lomu. To poboljšanje se pripisuje povećanju plastičnosti materijala
djelovanjem toplinske obrade, odnosno zaobljavanju vrhova eventualnih malih
zareza u konstrukciji prilikom mehaničkog preopterećenja.
106
IZNOSI ZAOSTALIH NAPREZANJA I DEFORMACIJA
Vrh zareza može se “zaobliti” plastičnom deformacijom kod preopterećenja samo
kod deformabilnih čelika. Kod krhkih ne dolazi do zaobljavanja, već se pukotina širi,
uz veliku koncentraciju naprezanja u vrhu, koja ne dozvoljava njeno zaustavljanje,
premda je nominalno srednje naprezanje nisko.
Neophodan uvjet za širenje pukotine je postojanje vlačnog naprezanja.
Nominalno naprezanje se povećava sa širenjem pukotine, ali zaostalo
vlačno naprezanje se smanjuje kako se pukotina širi, što može dovesti do
zaustavljanja pukotine, ako vrh pukotine dođe u zonu smanjenih naprezanja.
2. NAPETOSNA KOROZIJA- neke kombinacije metal-okolina izazivaju brzi
korozivni napad na mjestima gdje na površini postoje vlačna naprezanja,
bilo nominalna ili zaostala. Treba izabrati materijal koji je sam po sebi
otporan na takvu koroziju.
3. STATIČKA NOSIVOST – nemaju značajan utjecaj na statičku nosivost pri
temperaturama višim od prijlazne temperature u krhko stanje.
107
IZNOSI ZAOSTALIH NAPREZANJA I DEFORMACIJA
4. DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST – djelovanje zaostalih naprezanja ovisi o
vrsti opterećenja konstrukcije. Tlačna djeluju na povećanje dinamičke
izdržljivosti i često se namjerno unose npr. čekićanje. Zaostala vlačna ne
djeluju štetno ako je opterećenje simetrično izmjenično ili vlačno pulsirajuće,
tj. ako prevladava vlačna komponenta promjenjivog naprezanja.
5. LAMELARNO TRGANJE – javlja se kod kutnog zavarivanja debljih
materijala koji imaju izraženo lošija mehanička svojstva po debljini, nego u
smjeru uzduž i popreko na smjer valjanja.
Zaostala vlačna naprezanja djeluju na
pojavu lamelarnog trganja i to tijekom
izrade konstrukcije. Mjere koje
smanjuju zaostala naprezanja
smanjuju opasnost i od lamelarnog
trganja.
Naknadno popuštanje ovdje nije
korisno jer pukotine nastaju tokom
stezanja pri hlađenju.
108
IZNOSI ZAOSTALIH NAPREZANJA I DEFORMACIJA
5. TOPLE PUKOTINE – česte su u završnom krateru kod elektrolučnog
zavarivanja i kod kružnih zavara malog promjera, gdje se javljaju visoka
zaostala naprezanja. Osim zaostalih naprezanja važan utjecaj imaju i
metalurški učinci kod zavarivanja, pa se izbjegavanje toplih pukotina obavlja
promjenom tehnologije zavarivanja i eventualno dodatnog materijala.
6. HLADNE PUKOTINE – nastaju nakon potpunog hlađenja zavara i postizanja
maksimalnog nivoa zaostalih naprezanja. Njihovo nastajanje i širenje može trajati
satima, pa i danima. Uz zaostala naprezanja ove pukotine uzrokuju povišen
sadržaj vodika i krhke strukture u ZUT-u. Toplinska obrada za popuštanje
zaostalih naprezanja uklanja opasnost od hladnih pukotina, ako se provodi
odmah nakon zavarivanja dok se zavar ne ohladi. Zagrijavanjem se omogućava
vodiku da brže izađe iz ZUT-a difuzijom.
109
OPĆA PRAVILA ZA IZBJEGAVANJE PUKOTINA I MINIMALIZACIJU
DEFORMACIJA
ZAKLJUČAK
Zaostala naprezanja od zavarivanja
•
•
•
•
•
Javljaju se uvijek kod upotrebe normalnih postupaka zavarivanja 111, 121, 135,
136 itd. bez djelovanja vanjskih sila.
Ne primjećuju se.
Dovode do troosnog stanja naprezanja u kojem prevladavaju vlačna naprezanja,
koja su daleko iznad normalne granice razvlačenja. Istezanje značajno opada,
zbog čega se mogu pojaviti pukotine, krhki i terasasti lom.
Dovode do deformacija radnih komada, posebno kad nisu dovoljno kruti.
Najbolje se mogu popustiti (smanjiti) žarenjem cijele konstrukcije u peći.
Cilj dobivanja minimalnih zaostalih naprezanja i deformacija može se postići kada se
konstruktor drži pravila:
“Najbolja zavarena konstrukcija je ona sa najmanjim brojem zavarenih spojeva”
110
ZAOSTALA NAPREZANJA I DEFORMACIJE
LITERATURA
1. Weldment Distortion, Welding Handbook, Lincoln, poglavlje 3.1. str 1-19.
2. Merkblatt DVS 610, Allgemeine Richtlinien für die Planung der
Schweisstechnischen Fertigung im Schienenfarzeugbau, 1997.
3. Merkblatt DVS 1002 Teil 1, Schweißeigenspannungen- Einteilung,
Bennenung, Erklärungen
4. Merkblatt DVS 1002 Teil 2 Verfahren zur Verringerung
Schweißeigenspannungen
5. Milan Živčić, Sprečavanje i toplinsko ravnanje deformacija na zavarenim
konstrukcijama, HDTZ, Zagreb 1986.
6. B.Anzulović, Zaostala naprezanja i deformacije u zavarenim
kontrukcijama, Split.
7. John Allen, Distortion - Prevention by fabrication techniques, TWI.
8. John Allen, Distortion - Prevention by design, TWI.
9. Omer W. Blodgett, Controlling Distortion In Design dio 1,2i3, Welding
Magazine, 2007.
111