NOSIVI DIJELOVI MEHATRONIČKIH KONSTRUKCIJA Zavareni spojevi - II. dio 1 Mehatroničke konstrukcije Prednosti zavarenih spojeva  Nosivost zavarenih spojeva može biti približno jednaka nosivosti osnovnog materijala,  Visoka nosivost se postiže pravilnim odabirom dodatnog materijala i parametara zavarivanja, te pravilnom izvedbom zavarenog spoja,  U odnosu na lijevane, kovane i zakovične konstrukcije, zavarene konstrukcije imaju tanje stjenke i do 30 % manju težinu,  Za manji broj proizvoda, zavareni spojevi su najviše ekonomični. 2 Mehatroničke konstrukcije Nedostaci zavarenih spojeva  Spajanje samo materijala koji imaju jednaku ili približnu      3 kvalitetu i sastav i koji su dobro zavarljivi, Na mjestu spajanja dolazi do lokalnog zagrijavanja i neravnomjernog rastezanja i skupljanja, što prilikom hlađenja uzrokuje zaostala naprezanja, Jako su opasna vlačna naprezanja, jer smanjuju čvrstoću konstrukcije, a s vodikom iz okoline mogu nastati i tzv. hladne pukotine, Potrebna je odgovarajuća priprema spoja (oblikovanje i čišćenje od nečistoća i oksida), Smanjena sposobnost prigušenja vibracija, te manja otpornost prema koroziji, Zavareni spojevi su zbog svoje cijene neprimjereni za velikoserijsku proizvodnju. Mehatroničke konstrukcije Kako nastaje zavareni spoj?  Zavareni spoj temelji se na kohezijskim silama u zavaru, tako da poslije zavarivanja zavareni spoj čini neraskidivu cjelinu.  Zavarljivost je svojstvo materijala da se spajanjem zavarivanjem njegovih dijelova dobije upotrebljiv spoj.  Materijal je dobro zavarljiv ako je standardnom opremom i procedurom zavarivanja moguće ostvariti upotrebljiv spoj,  Materijal je slabo zavarljiv ako se spoj ostvaruje složenom opremom i procedurom zavarivanja.  Na zavarljivost materijala utječu sastav materijala, njegova kemijska i mehanička svojstva, te krutost konstrukcije. 4 Mehatroničke konstrukcije Kako nastaje zavareni spoj?  Obzirom na način nastanka kohezijskih sila u zavarenom spoju razlikuje se:  zavarivanje toplinskom energijom (zavarivanje taljenjem),  zavarivanje s mehaničkom energijom (toplo i hladno). KOHEZIJSKE SILE – privlačne sile između sličnih molekula (atoma) u zavaru koja ih nastoji ujediniti. 5 Mehatroničke konstrukcije Zavarivanje toplinskom energijom  Pri zavarivanju s toplinskom energijom spajani dijelovi iz jednakog ili srodnog materijala (osnovni materijal), te dodatni materijal, zagrijavaju se na temperaturu koja je viša od tališta materijala dijelova koji se zavaruju.  Pri tome dolazi na mjestu spoja do stapanja taline osnovnog i dodatnog materijala.  Materijal u zavarenom spoju ima strukturu lijeva, i nakon potpunog otvrdnuća tvori čvrst, nerastavljiv spoj između spojenih dijelova. 6 Mehatroničke konstrukcije Zavarivanje toplinskom energijom  Donji dio zavara na dnu žlijeba naziva se korijen, gornji dio na vrhu naziva se lice zavara. 7 Mehatroničke konstrukcije Zavarivanje toplinskom energijom  Zbog brzog lokalnog zagrijavanja i hlađenja na mjestu     8 zavara velik dio topline prelazi u osnovni materijal. U određenom području u okolini zavara dolazi do promjene mikrostrukture osnovnog materijala dijelova koji se zavaruju. To se područje naziva zona utjecaja topline (ZUT). Promjena mikrostrukture u ZUT može dovesti do slabljenja zavarenog spoja (krta zakaljena struktura ili pogrubljenje zrna). Brzo lokalno zagrijavanje i hlađenje između zavarivanja vodi do nastanka zaostalih unutrašnjih naprezanja u okolici zavara koje otklanjamo žarenjem (zagrijavane na približno 600°C i lagano hlađenje). Mehatroničke konstrukcije Zavarivanje s mehaničkom energijom  Zavarivanje s mehaničkom energijom (pritiskom) je postupak kod kojeg se dijelovi koji se međusobno spajaju (zavaruju) lokalno zagrijavanju i međusobno pritiskuju bez dodavanja materijala.  U području spoja spajani materijali su izloženi velikim plastičnim deformacijama.  To dovodi do izmjene strukture i time do difuzije na dodirnim površinama, lokalne rekristalizacije, te do nastanka adhezijskih i kohezijskih veza među dijelovima koji se spajaju.  Zavarom se naziva dio materijala, koji se deformacijski omekšao i pri tome rekristalizirao. 9 Mehatroničke konstrukcije Zavarivanje s mehaničkom energijom  Toplo zavarivanje - dodirne površine dijelova se zagrijavaju do tjestastog stanja (do tališta), pospješuje se proces difuzije atoma preko kontaktnih površina i rekristalizacije pod djelovanjem mehaničke sile pritiska.  Hladno zavarivanje - za nastanak zavarenog spoja potrebne su veće sile pritiska, jer su kontaktne površine na sobnoj temperaturi.  U usporedbi sa zavarivanjem taljenjem, zavarivanje pritiskom je jednostavnije i ekonomičnije, i zato je primjereno za veliku serijsku proizvodnju. DIFUZIJA - spontano miješanje dvije ili više tvari kroz njihovu dodirnu površinu (atomi i ioni izmjenjuju mjesta u kristalnoj rešetki). 10 Mehatroničke konstrukcije Vrste zavarivanja  Prema materijalu koji zavarujemo razlikujemo:  Zavarivanje metalnih dijelova – čelik, sivi lijev, neželjezni metali (plinsko, otporno, elektrolučno, plazmom, elektronskim snopom, laserskim zrakama),  Zavarivanje nemetalnih dijelova – umjetne i termoplastične mase (vrućim plinom, grijaćim tijelima, tarno, visokofrekventno).  Prema dodavanju materijala razlikujemo:  Zavarivanje dodatnim materijalom,  Autogeno – spajanje jednakih ili sličnim materijala  Heterogeno – dodavanje materijala različitih sastava  Zavarivanje bez dodatnih materijala 11 Mehatroničke konstrukcije Vrste zavarivanja  Prema položaju zavarivanja razlikujemo:  Horizontalno (u ravnini, na zidu, koso, u prostoru)  Vertikalno  Nad glavom 12 Mehatroničke konstrukcije Vrste i oblici zavarenih spojeva  Zavareni spojevi dijele se obzirom na međusobni položaj dijelova koji se zavaruju na:  Čelni (sučeoni) spoj  Kosi spoj  Preklopni spoj  Paralelni spoj  Kutni spoj  Višestruki (višedjelni) spoj  T- spoj  Križni spoj 13 Mehatroničke konstrukcije 14 Mehatroničke konstrukcije 15 Mehatroničke konstrukcije 16 Mehatroničke konstrukcije Vrste i oblici zavarenih spojeva  Prema profilu zavara (obliku površine zavara):  Udubljeni  Ravni  Ispupčeni (izbočeni)  Prema prekinutosti zavara:  Prekinuti ili isprekidani,  Neprekinuti ili kontinuirani 17 Mehatroničke konstrukcije Oblikovanje zavarenih konstrukcija  Izbjegavati skretanje toka sile u zoni zavarivanja jer izaziva vršna naprezanja, posebno kod dinamičkih opterećenja.  Bolje čelni nego preklopni spoj  Bolje udubljeni nego izbočeni kutni šav 18 Mehatroničke konstrukcije Oblikovanje zavarenih konstrukcija  Izbjegavati vlačno naprezanje u korijenu zavara, staviti ga u tlačnu zonu jer je tako korijen otporniji.  Izbjegavati zarezna djelovanja jednoličnim i nevalovitim tjemenim zavarima i uporabom dvostranih zavara pri dinamičkom opterećenju. a) V-zavar s lošim provarom korijena b) V-zavar s dobrim provarom korijena c) V-zavar s pročišćenim i zavarenim korijenom d) X-zavar 19 Mehatroničke konstrukcije Oblikovanje zavarenih konstrukcija  Izbjegavati gomilanje zavara. Lokalno zagrijavanje kod zavarivanja i zatim hlađenje dovode do deformacija. Što se veći broj zavara sastaje u jednoj točki i što su zavari deblji, to je i deformacija veće.  Dati prednost poluproizvodima. Poluproizvodi su relativno jeftini pa se prednost daje plosnatim i profilnim čelicima, cijevima, limovima itd. 20 Mehatroničke konstrukcije Oblikovanje zavarenih konstrukcija  Izbjegavati skupe pripremne radove jer poskupljuju konstrukciju. Izbjegavati tokarena smanjenja promjera, kose ili okrugle rubove itd. Savijanjem limova često se mogu uštedjeti zavari.  Paziti na pristupačnost zavara. Zavar mora biti pristupačan alatu za zavarivanje! 21 Mehatroničke konstrukcije Kritični presjeci i naprezanja u zavaru 22 Mehatroničke konstrukcije Kritični presjeci i naprezanja u zavaru  Razlikujemo čelni zavar i kutni zavar.  Pod djelovanjem vanjskih opterećenja u priključnim ravninama čelnih i kutnih zavara mogu nastati različita naprezanja: 23 Mehatroničke konstrukcije Vlačna, tlačna i smična opterećenja  Za vlačno, tlačno ili smično (poprečno i uzdužno) opterećenje zavarenih spojeva silom F, koje uzrokuje pojedino stanje naprezanja, određuju se pripadajuća naprezanja po izrazu: 24 Mehatroničke konstrukcije Smično opterećeni zavareni spojevi  Pod opterećenjem, u uzdužnim zavarima dužine lzv1 pojavljuju se uzdužna smična naprezanja τs. U poprečnom zavaru lzv2 nastaju poprečna smična naprezanja τs.  Naprezanja se računaju kao jednakovrijedna.  Ukupno smično naprezanje izračunava se tako da se u prikazanom primjeru odredi noseća površina: Azv = Σa lzv = 2 a1 lzv1 + a2 lzv2 25 Mehatroničke konstrukcije τs = F / Azv  τzv, dop Opterećenje savijanjem zavarenih spojeva  U slučaju opterećenja zavara momentom savijanja Ms određuje se najveće normalno naprezanje od savijanja u zavarenom spoju po izrazu: 26 Mehatroničke konstrukcije Torzijska opterećenja zavarenih spojeva 27 Mehatroničke konstrukcije Torzijska opterećenja zavarenih spojeva  Torzijski opterećeni kružni zavareni spojevi provjeravaju se po izrazu:  Treba provjeriti i smično naprezanje uzduž zavara:  Zato se čvrstoća provjerava prema izrazu: 28 Mehatroničke konstrukcije Torzijska opterećenja zavarenih spojeva  Izračunajte obodnu silu Fo kojom je torzijski opterećen zavar prema slici. Debljina zavara a = 5 mm, unutarnji promjer kružnog zavara d = 40 mm, a dopušteno smično naprezane zavara je τzv, dop = 80 N/mm2. 29 Mehatroničke konstrukcije