Κεθάλαιο 4.6.1: Παπαμένοςζερ Σάζειρ

Transcript

1 Κεθάλαιο 4.6.1: Παπαμένοςζερ Σάζειρ Παραμζνουςεσ τάςεισ είναι οι τάςεισ που επιδροφν ςε ζνα ςϊμα μετά τθνα πομάκρυνςθ όλων των εξωτερικϊν φορτίων (δυνάμεων ι ροπϊν). Οι παραμζνουςεσ τάςεισ ςτισ μεταλλικζσ καταςκευζσ αναπτφςςονται κατά τθ διάρκεια διάφορων κατεργαςιϊν όπωσ: κατεργαςίεσ μορφοποίθςθσ, π.χ. χφτευςθ, πυροςυςςωμάτωςθ (sintering) κατεργαςίεσ αφαίρεςθσ υλικοφ, π.χ. τόρνευςθ, φρεηάριςμα, λείανςθ κατεργαςίεσ διαμορφϊςεων, π.χ. ζλαςθ, ςφυρθλάτθςθ, κάμψθ κερμικζσ και επιφανειακζσ κατεργαςίεσ, π.χ. βαφι, ενανκράκωςθ κ.λ.π. κατεργαςίεσ ςυναρμολόγθςθσ, π.χ. ςυγκολλιςεισ, ςυνδζςεισ κ.λ.π. τισ ςυγκολλιςεισ τιξεωσ, θ τοπικι κζρμανςθ του υλικοφ προκαλεί τθν ανάπτυξθ κερμικϊν τάςεων και παραμορφϊςεων, κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ. Οι τάςεισ και οι παραμορφϊςεισ παραμζνουν μετά το πζρασ τθσ ςυγκόλλθςθσ και μπορεί να ζχουν ςθμαντικι επίδραςθ ςτθ μθχανικι αντοχι των ςυγκολλιςεων. Οι υψθλζσ εφελκυςτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ ςτθν περιοχι τθσ ραφισ μπορεί να προκαλζςουν ρθγμάτωςθ ι και πρόωρθ αςτοχία τθσ καταςκευισ. Οι κλιπτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ ςτο βαςικό μζταλλο μπορεί να μειϊςουν τθν αντοχι ενόσ ελάςματοσ ςε λυγιςμό. Παράλλθλα οι παραμορφϊςεισ των ςυγκολλιςεων μπορεί να λάβουν υψθλζσ τιμζσ, πάνω από τα όρια των αποδεκτϊν ανοχϊν και να καταςτιςουν μια καταςκευι ακατάλλθλθ για χριςθ. Οι παραμζνουςεσ τάςεισ ταξινομοφνται ςε δφο κατθγορίεσ ανάλογα με τον μθχανιςμό που τισ προκαλεί: Σάςεισ που προκαλοφνται από εξαναγκαςμζνθ ςυναρμογι καταςκευαςτικϊν ςτοιχείων Σάςεισ που προκαλοφνται από ανομοιόμορφθ κατανομι πλαςτικϊν και κερμικϊν παραμορφϊςεων Ιζοπποπία ηων παπαμένοςζων ηάζεων Όπωσ είπαμε πιο πάνω, οι παραμζνουςεσ τάςεισ επιδροφν ςε ζνα ςϊμα, το οποίο δεν υποβάλλεται ςε εξωτερικι φόρτιςθ. Αυτό ςθμαίνει ότι θ ςυνιςταμζνθ δφναμθ και θ 1/38

2 ςυνιςταμζνθ ροπι, που προζρχονται από τισ παραμζνουςεσ τάςεισ πρζπει να μθδενίηονται ςε οποιαδιποτε διατομι, οπότε: Αυτό πρακτικά ςθμαίνει ότι εάν ςε μία περιοχι αναπτφςςονται εφελκυςτικζσ τάςεισ, τότε ςε μία άλλθ περιοχι τθσ διατομισ κα αναπτφςςονται κλιπτικζσ τάςεισ για εξιςορρόπθςθ Παπαμένοςζερ ηάζειρ από εξαναγκαζμένη ζςναπμογή το χ.α.1(α) φαίνεται μία απλι καταςκευι που αποτελείται από δφο ςτακερά ςτθρίγματα 1 και 2. Δφο ράβδοι Ρ 1 και Ρ 2 είναι ςυνδεδεμζνεσ και με τα δφο ςτθρίγματα. Θ μεςαία ράβδοσ Ρ Μ ζχει μικρότερο μικοσ από τισ δφο πλαϊνζσ ράβδουσ και είναι ςυνδεδεμζνθ μόνο με το ςτιριγμα 1.Εάν τραβιξουμε τθν ράβδο Ρ Μ και τθν εξαναγκάςουμε να ςυνδεκεί με το ςτιριγμα 2, τότε το ςφςτθμα κα φορτιςτεί, κα αποκτιςει δθλαδι παραμζνουςεσ τάςεισ. Θ ράβδοι Ρ 1 και Ρ 2 κα φορτιςτοφν ςε κλίψθ, ενϊ θ ράβδοσ Ρ Μ κα φορτιςτεί ςε εφελκυςμό. Μάλιςτα θ τάςθ ς m ςτθ μεςαία ράβδο κα είναι διπλάςια από τθν τάςθ ς 1 που αναπτφςςεται ςτισ πλαϊνζσ ράβδουσ, δθλαδι: ϊςτε να ικανοποιθκεί θ ςυνκικθ ιςορροπίασ που προβλζπει θ ςχζςθ (1). Οι παραμζνουςεσ τάςεισ ς m και ς 1 που αναπτφςςονται ςτθν απλι καταςκευι του χ.α.1(α) οφείλονται ςτθν εξαναγκαςμζνθ ςυναρμογι τθσ ράβδου Ρ Μ ςτο ςτιριγμα 2. Σο χ. Α.1(β) δείχνει τθ κατανομι των παραμενουςϊν τάςεων ςτθν τομι ΑΑ. 2/38

3 4.6.4 Παπαμένοςζερ ηάζειρ από ανομοιόμοπθη καηανομή πλαζηικών παπαμοπθώζεων Ασ δοφμε τϊρα πωσ θ ανομοιόμορφθ κζρμανςθ και ψφξθ ενόσ ςϊματοσ μπορεί να προκαλζςει τθν ανάπτυξθ ανομοιόμορφων πλαςτικϊν παραμορφϊςεων, γεγονόσ που προκαλεί τθν ανάπτυξθ παραμενουςϊν τάςεων. το χ. Α.2(α) φαίνεται πάλι το ςφςτθμα των τριϊν ράβδων, με τθ διαφορά ότι τϊρα και οι τρεισ ράβδοι ζχουν το ίδιο μικοσ. το ςφςτθμα δεν επιβάλλονται κακόλου εξωτερικά φορτία. τθ ςυνζχεια κερμαίνουμε μόνο τθ μεςαία ράβδο μζχρι τθ κερμοκραςία Σ Γ και ςτθ ςυνζχεια τθν αφινουμε να ψυχκεί ςτθ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ Σ 0. Κατά τθ διάρκεια του κερμικοφ κφκλου, οι ράβδοι Ρ 1 και Ρ 2 παραμζνουν ςτθ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ Σ 0. το χ.α.2(β) φαίνεται θ μεταβολι τθσ τάςθσ ςτθ μεςαία ράβδο Ρ Μ κατά τον κερμικό κφκλο. Κατά τθν κζρμανςθ τθσ μεςαίασ ράβδου αναπτφςςεται μία κλιπτικι τάςθ, διότι οι ράβδοι Ρ 1 και Ρ 2 εμποδίηουν τθ διαςτολι τθσ μεςαίασ ράβδου. Με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ θ τάςθ ακολουκεί τθ γραμμι ΑΒ και παραμζνει ελαςτικι, ζωσ ότου θ τάςθ φκάςει τθν τιμι το όριο διαρροισ του υλικοφ ςτθ κερμοκραςία Τ B. Από το ςθμείο αυτό, θ τάςθ ακολουκεί τθ μεταβολι του ορίου διαρροισ του μετάλλου με τθ κερμοκραςία, δθλαδι τθ καμπφλθ ΒΓ. το ςθμείο Γ (κερμοκραςία Σ Γ ) αρχίηει θ ψφξθ τθσ μεςαίασ ράβδου. Θ ράβδοσ αρχίηει να αποφορτίηεται. Θ αποφόρτιςθ είναι πάντα ελαςτικι και ζτςι θ τάςθ ςτθ μεςαία ράβδο ακολουκεί τθ γραμμι ΓΔ. Όταν θ ράβδοσ αποφορτιςτεί εντελϊσ (ς=0 ςτο ςθμείο Δ) είναι ακόμθ κερμι. Θ ςυνεχιηόμενθ ψφξθ τθσ προκαλεί τθν ςυςτολι τθσ θ οποία όμωσ πάλι εμποδίηεται από τισ ράβδουσ Ρ1 και P2 οι οποίεσ δεν παραμορφϊνονται. Ζτςι προκαλείται τϊρα ανάπτυξθ εφελκυςτικισ τάςθσ ςτθ μεςαία ράβδο. Θ τάςθ αυτι αυξάνεται με τθν πτϊςθ τθσ κερμοκραςίασ και ακολουκεί τθ γραμμι ΔΕ. το ςθμείο Ε θ τάςθ φτάνει το όριο διαρροισ του υλικοφ ςτθ κερμοκραςία Σ Ε. Με τθν περαιτζρω ψφξθ τθσ ράβδου, θ τάςθ ακολουκεί τθ καμπφλθ ΕΗ, δθλαδι τθ μεταβολι του ορίου διαρροισ του υλικοφ με τθν πτϊςθ τθσ κερμοκραςίασ. τθ κερμοκραςία δωματίου Σ 0 (ςθμείο Η), θ τάςθ ς z ςτθν ράβδο ιςοφται με το όριο διαρροισ του υλικοφ Θ τάςθ ς z είναι θ εφελκυςτικι παραμζνουςα τάςθ ςτθ μεςαία ράβδο. Όπωσ είπαμε και πιο πάνω ςτισ πλαϊνζσ ράβδουσ Ρ1 και Ρ2 αναπτφςςονται τάςεισ με αντίκετο πρόςθμο, δθλαδι κλιπτικζσ τάςεισ ίςεσ με ς z /2. Εάν υποβάλλαμε και τισ τρεισ ράβδουσ ςτον ίδιο κερμικό κφκλο ταυτόχρονα, τότε θ παραμζνουςα τάςθ κα ιταν μθδενικι. Σο γεγονόσ ότι υποβάλλαμε μόνο τθ μεςαία ράβδο ςτον κερμικό κφκλο οδιγθςε ςτθν ανάπτυξθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ. το παράδειγμα του χ.α.2 είναι φανερόσ ο ρόλοσ τθσ πλαςτικισ παραμόρφωςθσ τθσ μεςαίασ ράβδου. Ζτςι ςτθ περίπτωςθ αυτι θ ανάπτυξθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ οφείλεται ςτθν ανομοιόμορφθ κατανομι τθσ κερμικισ-πλαςτικισ παραμόρφωςθσ ςτο ςφςτθμα των τριϊν ράβδων (ςτθν εγκάρςια κατεφκυνςθ y). Από το χ.α.2 φαίνεται ότι θ κζρμανςθ τθσ ράβδου ςε οποιαδιποτε κερμοκραςία πάνω από τθ κερμοκραςία Σ κ (ςθμείο Κ) κα προκαλοφςε τθν ανάπτυξθ παραμζνουςασ τάςθσ 3/38

4 ίςθσ με το όριο διαρροισ ςε κερμοκραςία δωματίου ( ). το τζλοσ του Κεφαλαίου παρουςιάηεται μία ανάλυςθ για τον υπολογιςμό τθσ παραμζνουςασ τάςθσ ςτθ μεςαία ράβδο Μποροφμε ςτο παράδειγμα αυτό να αντιςτοιχιςουμε τθ μεςαία ράβδο Ρ Μ με τθ ραφι τθσ ςυγκόλλθςθσ, ενϊ το βαςικό μζταλλο δεξιά και αριςτερά από τθ ραφι, να το αντιςτοιχιςουμε με τισ πλαϊνζσ ράβδουσ Ρ 1 και Ρ 2 (χ.α.3). το χ.α.3(α) φαίνεται θ κατανομι τθσ παραμζνουςασ τάςθσ, με εφελκυςτικι τάςθ ς2 ςτθ μεςαία ράβδο και κλιπτικζσ τάςεισ ς 2 /2 ςτισ πλαϊνζσ ράβδουσ. το χ. Α.3(β) φαίνεται θ κατανομι τθσ παραμζνουςασ τάςθσ ςτο ςυγκολλθμζνο ζλαςμα (τομι ΑΑ'). τθν περιοχι τθσ ραφισ αναπτφςςεται εφελκυςτικι τάςθ ς 2 ίςθ με το όριο διαρροισ του υλικοφ ενϊ ςτο βαςικό μζταλλο αναπτφςςονται κλιπτικζσ τάςεισ. υμπεραςματικά μποροφμε να ποφμε ότι θ παραμζνουςα τάςθ ςτθ ςυγκόλλθςθ προκαλείται από τθν ανομοιόμορφθ κατανομι των κερμικϊν παραμορφϊςεων και ειδικότερα από τθ διαμικθ ςυςτολι που λαμβάνει χϊρα κατά τθν ψφξθ του υλικοφ τθσ ραφισ. θμειϊνουμε ότι οι κερμικζσ παραμορφϊςεισ περιλαμβάνουν ςε ςθμαντικό ποςοςτό, πλαςτικζσ παραμορφϊςεισ του υλικοφ. 4/38

5 Θ ανομοιομορφία των παραμορφϊςεων προκαλείται από τθν τοπικι και ιςχυρά ανομοιόμορφθ κζρμανςθ του ελάςματοσ. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ αναπτφςςονται κερμοκραςιακζσ κατανομζσ με εξαιρετικά ζντονεσ κλίςεισ. το χ.α.4 φαίνεται θ αντιςτοιχία των κερμοκραςιακϊν κατανομϊν και τθσ ανάπτυξθσ τθσ διαμικουσ παραμζνουςασ τάςθσ ςτθ ςυγκόλλθςθ. τθν τομι ΑΑ' το υλικό δεν ζχει ακόμθ κερμανκεί και θ τάςθ είναι μθδενικι. τθν τομι ΒΒ ςτο ςθμείο ακριβϊσ κάτω από το τόξο, ςχθματίηεται θ λίμνθ ςυγκόλλθςθσ. Επειδι το υγρό δεν μπορεί να υποςτθρίξει μθχανικι φόρτιςθ θ τάςθ εκεί είναι μθδενικι. το ςτερεό ςε επαφι με τθ λίμνθ ςυγκόλλθςθσ αναπτφςςεται κλιπτικι τάςθ διότι παρεμποδίηεται θ διαςτολι του από το παρακείμενο βαςικό μζταλλο. Θ κλιπτικι τόςθ ιςοφται με το όριο διαρροισ του υλικοφ, το οποίο ζχει μειωκεί ςθμαντικά λόγω τθσ υψθλισ κερμοκραςίασ που επικρατεί ςτθν περιοχι αυτι. Μακρφτερα από τθ ςυγκόλλθςθ (κατά τον άξονα y) θ τάςθ μετατρζπεται ςε εφελκυςτικι για να εξιςορροπθκεί θ κλιπτικι τάςθ κοντά ςτθ ςυγκόλλθςθ. τθν τομι ΓΓ θ ςυγκόλλθςθ ζχει αρχίςει να ψφχεται και θ περιοχι τθσ ραφισ να ςυςτζλλεται. Ζτςι για τουσ λόγουσ που περιγράψαμε πιο πάνω, θ τάςθ ςτθν περιοχι τθσ ραφισ γίνεται εφελκυςτικι, ενϊ δεξιά και αριςτερά από τθ ραφι επικρατοφν κλιπτικζσ τάςεισ για λόγουσ ιςορροπίασ. τθν τομι ΔΔ' θ ςυγκόλλθςθ ζχει ψυχκεί ςτθ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ και θ παραμζνουςα τάςθ ζχει αποκτιςει τθν τελικι κατανομι ςχ(y). 5/38

6 4.6.5 Καηανομέρ Παπαμενοςζών Σάζεων ε ςυγκολλιςεισ ςυμβολισ (χ.α.5) αναπτφςςονται παραμζνουςεσ τάςεισ, οι ςθμαντικότερεσ των οποίων είναι θ διαμικθσ τάςθ ς χ και θ εγκάρςια τάςθ ς y. Για τθν προζλευςθ τθσ διαμικουσ τάςθσ ςυηθτιςαμε πιο πάνω. Θ διαμικθσ τάςθ είναι εφελκυςτικι ςτθν περιοχι τθσ ραφισ και μειϊνεται γριγορα με τθν απόςταςθ y από τον άξονα ςυγκόλλθςθσ και μετατρζπεται ςε κλιπτικι. Θ κατανομι τθσ διαμικουσ τάςθσ ς χ (y) μπορεί να εκφραςτεί ωσ: όπου ς max είναι θ μζγιςτθ εφελκυςτικι τάςθ και b το πλάτοσ τθσ εφελκυςτικισ ηϊνθσ (πολλαπλάςια του πλάτουσ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ). Θ εγκάρςια τάςθ ς y προκαλείται κυρίωσ από τθν εγκάρςια ςυςτολι του μετάλλου ςτθν περιοχι τθσ ραφισ. Εφελκυςτικζσ τάςεισ επικρατοφν ςτο μζςο τθσ ραφισ, ενϊ ςτα άκρα τθσ ραφισ οι τάςεισ είναι κλιπτικζσ. Οι πιο πάνω κατανομζσ αφοροφν 6/38

7 χ.α5 ςυγκόλλθςθ ελάςματοσ ελεφκερου από εξωτερικοφσ περιοριςμοφσ. Εάν επιβλθκοφν εξωτερικοί περιοριςμοί, π.χ. από ςτιριξθ των ελαςμάτων ι από άλλεσ ςυγκολλιςεισ, που ζχουν προθγθκεί τότε θ κατανομι των παραμενουςϊν τάςεων μεταβάλλεται. Για παράδειγμα εάν οι άκρεσ του ελάςματοσ του χ. Α.6 πακτωκοφν, τότε θ κατανομι τθσ εγκάρςιασ τάςθσ ς y δεν κα είναι αυτι που προβλζπεται για το ελεφκερο ζλαςμα (διακεκομμζνθ γραμμι), αλλά αυτι που δείχνει θ πλιρθσ γραμμι. Είναι προφανζσ ότι θ πάκτωςθ των άκρων παρεμποδίηει τθν εγκάρςια ςυςτολι και επιβάλλει μία ομοιόμορφθ εφελκυςτικι τάςθ ςτθ ςυγκόλλθςθ, θ οποία προςτικζμενθ ςτθν κατανομι ς y για ελεφκερθ ςυγκόλλθςθ δίνει τθν κατανομι ς y για τθν ςυγκόλλθςθ με εξωτερικό περιοριςμό. Θ ίδια ακριβϊσ πάκτωςθ δεν φαίνεται να επθρεάηει τθν διαμικθ παραμζνουςα τάςθ ς χ αφοφ δεν παρεμποδίηει τθν διαμικθ ςυςτολι. Είναι λοιπόν ςθμαντικό, κατά τθν ανάλυςθ των παραμενουςϊν τάςεων ςτισ ςυγκολλιςεισ, να λαμβάνουμε υπόψθ και τουσ εξωτερικοφσ περιοριςμοφσ ςτα υπό ςυγκόλλθςθ ελάςματα. Ασ δοφμε τϊρα οριςμζνεσ κατανομζσ παραμενουςϊν τάςεων ςε ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ, οι οποίεσ ζχουν ευρεία χριςθ. Μία τυπικι ςυγκόλλθςθ που χρθςιμοποιείται κυρίωσ ςε 7/38

8 επιςκευζσ, είναι θ ςυγκόλλθςθ κυκλικοφ δίςκου (μπάλωμα) ςε ζνα ζλαςμα με οπι (χ.α.7α). το χ. Α.7β φαίνεται θ κατανομι τθσ ακτινικισ και τθσ περιφερειακισ τάςθσ, ς r και ς κ αντίςτοιχα. Οι τάςεισ αυτζσ προκαλοφνται από τθν ςυςτολι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ τόςο ςτθν περιφερειακι κατεφκυνςθ (παράλλθλα με τθν ραφι) όςο και ςτθν ακτινικι κατεφκυνςθ (κάκετα ςτθ ραφι). Τψθλζσ εφελκυςτικζσ τάςεισ επικρατοφν ςτθν περιοχι τθσ ραφισ. τον κυκλικό δίςκο και οι δφο τάςεισ ς r και ς κ είναι εφελκυςτικζσ διότι θ ςυςτολι του κυκλικοφ δίςκου παρεμποδίηεται από το εξωτερικό ζλαςμα, ενϊ θ ς κ μετατρζπεται ςε κλιπτικι ζξω από τον κυκλικό δίςκο για λόγουσ ιςορροπίασ των τάςεων. Ενδιαφζρον παρουςιάηει θ κατανομι των παραμενουςϊν τάςεων ςε ςυγκολλθτζσ δοκοφσ διατομισ Σ και Θ κακϊσ και ςε κοιλοδοκοφσ. το χ.α.8 φαίνεται θ τυπικι κατανομι τθσ διαμικουσ παραμζνουςασ τάςθσ ςε δοκοφσ διατομισ Σ. το πζλμα επικρατοφν υψθλζσ εφελκυςτικζσ τάςεισ κοντά ςτθν ραφι, ενϊ οι τάςεισ είναι επίςθσ εφελκυςτικζσ ςτθν κορυφι του πζλματοσ λόγω τθσ διαμικουσ καμπτικισ παραμόρφωςθσ που προκαλείται από τθν διαμικθ ςυςτολι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ (περιςςότερα για τισ παραμορφϊςεισ ςτο επόμενο κεφάλαιο). τθν φλάντηα οι τάςεισ είναι εφελκυςτικζσ κοντά ςτθ ςυγκόλλθςθ και κλιπτικζσ μακριά από αυτιν. το χ.α.9 φαίνεται θ κατανομι τθσ διαμικουσ εφελκυςτικισ τάςθσ ςε δοκό διατομισ Θ και ςτο χ.α.10 θ αντίςτοιχθ κατανομι ςε κοιλοδοκό τετραγωνικισ διατομισ. ε όλεσ τισ περιπτϊςεισ οι τάςεισ είναι εφελκυςτικζσ κοντά ςτθ ςυγκόλλθςθ και κλιπτικζσ μακριά από αυτιν. το χ.α.11 φαίνεται θ κατανομι των παραμενουςϊν τάςεων ςε περιφερειακι ςυγκόλλθςθ (girth weld) ςε αγωγό. Σόςο θ διαμικθσ τάςθ ς z όςο και θ περιφερειακι τάςθ ςε είναι εφελκυςτικζσ κοντά ςτθν ςυγκόλλθςθ και μετατρζπονται ςε κλιπτικζσ μακριά από τθν ςυγκόλλθςθ. 8/38

9 4.6.6 Παπάγονηερ πος επιδπούν ζηιρ παπαμένοςζερ ηάζειρ Επίδραςη του μήκουσ ςυγκόλληςησ Για να αναπτυχκεί πλιρωσ θ παραμζνουςα τάςθ, θ ςυγκόλλθςθ πρζπει να ζχει ικανό μικοσ. Θ επίδραςθ του μικουσ φαίνεται ςτο χ.α.12 για ςυγκολλιςεισ ςυμβολισ. Θ παραμζνουςα τάςθ μθδενίηεται ςτα άκρα του ελάςματοσ, ενϊ παίρνει τθν μζγιςτθ τιμι τθσ ςτο μζςον του μικουσ. Θ παραμζνουςα τάςθ αυξάνεται με το μικοσ από L 1 ςε L A. Φαίνεται ότι για μικοσ πάνω από L A το μζγεκοσ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ παραμζνει ςτακερό. τθ γενικι περίπτωςθ φαίνεται ότι απαιτείται ζνα ικανό μικοσ L 0 ςυγκόλλθςθσ για τθν πλιρθ ανάπτυξθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ. Σο L 0 εξαρτάται από τθν γεωμετρία και τθν μζκοδο ςυγκόλλθςθσ. 9/38

10 Επίδραςη του πλάτουσ ελάςματοσ Όλεσ οι πειραματικζσ παρατθριςεισ δείχνουν ότι το πλάτοσ του ελάςματοσ δεν επθρεάηει το μζγεκοσ των παραμενουςϊν τάςεων εφόςον το πλάτοσ είναι πολφ μεγαλφτερο από το εφροσ του πεδίου των παραμενουςϊν τάςεων. Επίδραςη τησ ακολουθίασ/ςειράσ ςυγκόλληςησ Από πειραματικζσ μετριςεισ ζχει βρεκεί ότι θ ςειρά ι ακολουκία ςυγκόλλθςθσ δεν ζχει ςθμαντικι επίδραςθ ςτο μζγεκοσ και τθν κατανομι των παραμενουςϊν τάςεων. Θ ακολουκία ςυγκόλλθςθσ ζχει ςθμαντικι επίδραςθ μόνον ςτισ παραμορφϊςεισ των ςυγκολλιςεων, όπωσ κα δοφμε ςτο επόμενο κεφάλαιο Επιδπάζειρ ηων παπαμενοςζών ηάζεων ζηη μησανική ζςμπεπιθοπά Οι ςυγκολλθτζσ μθχανολογικζσ καταςκευζσ υποβάλλονται ςε εξωτερικά μθχανικά φορτία, ςτατικά ι δυναμικά. Γενικά οι εξωτερικά εφαρμοηόμενεσ τάςεισ και οι παραμζνουςεσ τάςεισ προςτίκενται διανυςματικά. Αυτό ςθμαίνει ότι οι εφαρμοηόμενεσ εφελκυςτικζσ τάςεισ αυξάνονται με τθν προςκικθ των εφελκυςτικϊν παραμενουςϊν τάςεων, αλλά μειϊνονται από τισ κλιπτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ. Επίςθσ ςτθν περίπτωςθ που εφαρμόηονται κλιπτικζσ τάςεισ ςε μία καταςκευι, αυτζσ μειϊνονται από τισ εφελκυςτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ, αλλά αυξάνονται από τισ κλιπτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ. Αυτό ςθμαίνει ότι θ κραφςθ ςε εφελκυςμό ι αντίςτοιχα ο λυγιςμόσ μιασ καταςκευισ μπορεί να επζλκει ςε ςθμαντικά χαμθλότερα εξωτερικά φορτία από αυτά τα οποία είχαν λθφκεί υπόψθ κατά τον ςχεδιαςμό τθσ καταςκευισ. Θ επίδραςθ των παραμενουςϊν τάςεων ςτθν μθχανικι ςυμπεριφορά των ςυγκολλθτϊν καταςκευϊν εξαρτάται από το μζγεκοσ των εξωτερικϊν φορτίων. Ασ δοφμε τθν αλλθλεπίδραςθ μιασ εξωτερικά εφαρμοηόμενθσ μθχανικισ τάςθσ με το πεδίο παραμενουςϊν τάςεων μιασ ςυγκόλλθςθσ. το χ.α.13 κεωροφμε τθν απλι περίπτωςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ ςυμβολισ ςε ζνα ζλαςμα, το οποίο υποβάλλεται ςε μία ομοιόμορφθ εφελκυςτικι τάςθ ς. Θ καμπφλθ Ο αντιςτοιχεί ςτθν κατανομι τθσ διαμικουσ παραμζνουςασ τάςθσ αμζςωσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ. Όπωσ ζχουμε δει πιο πάνω, κοντά ςτθν ςυγκόλλθςθ επικρατοφν υψθλζσ εφελκυςτικζσ τάςεισ, ενϊ μακριά από τθν ςυγκόλλθςθ οι τάςεισ είναι κλιπτικζσ. Θ καμπφλθ 1 αντιςτοιχεί ςτθν κατανομι των τάςεων μετά τθν εφαρμογι ομοιόμορφθσ εφελκυςτικισ τάςθσ ς=ς 1. Θ τάςθ ς 1 προςτίκεται ςτθν παραμζνουςα τάςθ και ζτςι κοντά ςτθν ςυγκόλλθςθ επικρατοφν εφελκυςτικζσ τάςεισ, κοντά ςτο όριο διαρροισ του μετάλλου, ενϊ μακριά από τθν ςυγκόλλθςθ οι τάςεισ ζχουν γίνει επίςθσ εφελκυςτικζσ. Θ καμπφλθ 2 αντιςτοιχεί ςτθν εφαρμογι μεγαλφτερθσ εφελκυςτικισ τάςθσ ς=ς 2, θ οποία ζχει ωσ αποτζλεςμα μία πιο ομοιόμορφθ κατανομι 10/38

11 τάςεων ςε ςχζςθ με τθν καμπφλθ 1. Ζτςι παρατθροφμε ότι με τθν αφξθςθ τθσ εξωτερικισ τάςθσ, θ επίδραςθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ ςτθν κατανομι των τάςεων μειϊνεται. Θ καμπφλθ 3 αντιςτοιχεί ςτθν εφαρμογι ακόμα μεγαλφτερθσ τάςθσ ς=ς 3, θ οποία προκαλεί πλαςτικι παραμόρφωςθ όλθσ τθσ διατομισ του ελάςματοσ. Μποροφμε να ποφμε πωσ πζρα από το ςθμείο αυτό θ επίδραςθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ μθδενίηεται. Οι καμπφλεσ 1, 2 και 3 αντιςτοιχοφν ςτισ κατανομζσ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ μετά τθν αποφόρτιςθ του ελάςματοσ από τισ τάςεισ ς 1, ς 2 και ς 3 αντίςτοιχα. Παρατθροφμε ότι θ κατανομι τθσ παραμζνουςασ τάςθσ ομογενοποιείται ςε ςχζςθ με τθν αρχικι κατανομι (καμπφλθ 0). Μάλιςτα θ ομογενοποίθςθ και θ αντίςτοιχθ μείωςθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ είναι εντονότερθ, όςο μεγαλφτερθ είναι θ εξωτερικά εφαρμοηόμενθ τάςθ ς. Με βάςθ τα παραπάνω μποροφμε να κάνουμε τισ εξισ παρατθριςεισ: A. Με τθν αφξθςθ των εξωτερικϊν φορτίων, θ επίδραςθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ ςτθν κατανομι των τάςεων ςτο ζλαςμα, μειϊνεται B. Θ επίδραςθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ ςχεδόν μθδενίηεται, όταν τα εξωτερικά φορτία προκαλζςουν γενικευμζνθ πλαςτικι παραμόρφωςθ C. Οι παραμζνουςεσ τάςεισ μειϊνονται, όταν θ καταςκευι υποβλθκεί ςε επαναλαμβανόμενεσ φορτίςεισ D. Οι παραμζνουςεσ τάςεισ μειϊνονται, όταν θ καταςκευι υποβλθκεί ςε υψθλά μθχανικά φορτία E. Θ επίδραςθ των παραμενουςϊν τάςεων είναι τόςο μεγαλφτερθ, όςο μικρότερα είναι τα εξωτερικά μθχανικά φορτία 11/38

12 Όςον αφορά ςτο ςθμείο (Α) πιο πάνω, μποροφμε να ποφμε ότι κατά τθν υδραυλικι δοκιμι, ςτθν οποία υποβάλλονται τα ςυγκολλθτά δοχεία πίεςθσ, τα ελάςματα του δοχείου (άρα και οι ςυγκολλιςεισ) φορτίηονται ςε μία τάςθ μεγαλφτερθ από τθν τάςθ λειτουργίασ. Θ δοκιμι αυτι ζχει ςαν κφριο ςτόχο τθν ανίχνευςθ ςφαλμάτων και διαρροϊν, αλλά εξυπθρετεί ακόμα ζνα ςκοπό. Επιφζρει μείωςθ των παραμενουςϊν τάςεων ςτισ ςυγκολλιςεισ του δοχείου. Όςον αφορά ςτο ςθμείο (Β) πιο πάνω μποροφμε να ποφμε ότι οι παραμζνουςεσ τάςεισ επθρεάηουν φαινόμενα που ςυμβαίνουν κυρίωσ όταν εφαρμόηονται χαμθλά εξωτερικά φορτία ςε μία καταςκευι. Σα φαινόμενα αυτά αφοροφν ςτθν ψακυρι κραφςθ, τθν κόπωςθ και τθν εργοδιάβρωςθ. Θ ψακυρι κραφςθ των ςυγκολλθτϊν καταςκευϊν μπορεί να ςυμβεί ςε ςθμαντικά χαμθλότερα φορτία, λόγω τθσ παρουςίασ μιασ υψθλισ εφελκυςτικισ παραμζνουςασ τάςθσ ςτθ ςυγκόλλθςθ. Αντίςτοιχα μπορεί να επθρεαςτεί θ διάρκεια ηωισ ςε κόπωςθ μιασ ςυγκολλθτισ καταςκευισ, όπου θ παρουςία τθσ εφελκυςτικισ παραμζνουςασ τάςθσ ςε ςυνδυαςμό με πικανά ςφάλματα ςυγκόλλθςθσ (πόροι ι μικρορωγμζσ) ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ οδθγεί ςε ταχφτατο ςχθματιςμό ρωγμισ κόπωςθσ. Επίςθσ θ αντίςταςθ μιασ καταςκευισ ςε εργοδιάβρωςθ μειϊνεται λόγω τθσ παρουςίασ υψθλισ εφελκυςτικισ παραμζνουςασ τάςθσ ςτθν ςυγκόλλθςθ. Αλλά και οι κλιπτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ μπορεί να ζχουν αρνθτικι επίδραςθ ςτθ μθχανικι ςυμπεριφορά μιασ καταςκευισ. Οι τάςεισ αυτζσ μπορεί να προκαλζςουν λυγιςμό είτε από μόνεσ τουσ, είτε ςε ςυνδυαςμό με κλιπτικι εξωτερικι φόρτιςθ τθσ καταςκευισ. Σο κζμα αυτό αποκτά ιδιαίτερθ ςθμαςία ςε ελαφρζσ καταςκευζσ όπου χρθςιμοποιοφνται λεπτά ελάςματα. Επίςθσ, ο τοπικόσ λυγιςμόσ κάποιου κρίςιμου δομικοφ ςτοιχείου είναι δυνατόν να οδθγιςει ςε κατάρρευςθ τθσ καταςκευισ, λόγω τθσ μεταφοράσ φορτίου ςε άλλα δομικά ςτοιχεία, τα οποία δεν μποροφν να αντζξουν τθν επιπρόςκετθ φόρτιςθ. Όλα τα παραπάνω οδθγοφν ςτο ςυμπζραςμα ότι ςτισ ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ πρζπει να λαμβάνονται μζτρα για τθν μείωςθ των παραμενουςϊν τάςεων, ιδιαίτερα ςε εκείνεσ τισ περιπτϊςεισ, όπου αναμζνεται θ επίδραςθ των παραμενουςϊν τάςεων να είναι ςθμαντικι Έλεγσορ και μείωζη ηων παπαμενοςζών ηάζεων Ο γενικόσ κανόνασ ςτισ ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ είναι να διατθροφνται οι παραμζνουςεσ τάςεισ ςτισ ελάχιςτεσ δυνατζσ τιμζσ τουσ. Θ επίτευξθ αυτοφ του ςτόχου μπορεί να γίνει με δφο τρόπουσ. Με κατάλλθλο ςχεδιαςμό πριν τθν ςυγκόλλθςθ και με διαδικαςίεσ ανακοφφιςθσ τάςεων μετά τθν ςυγκόλλθςθ. Ο ςχεδιαςμόσ πριν τθν ςυγκόλλθςθ εςτιάηεται κυρίωσ ςτθ μείωςθ του όγκου του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ, αφοφ θ παραμζνουςεσ τάςεισ επθρεάηονται από τθν ςυςτολι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ κατά τθν ςτερεοποίθςθ. Αυτό μπορεί να πραγματοποιθκεί με τθν κατάλλθλθ 12/38

13 προετοιμαςία των ακμϊν των ελαςμάτων. Για παράδειγμα μία φρζηα με ςχιμα U, απαιτεί λιγότερο γζμιςμα με μζταλλο ςυγκόλλθςθσ από μία φρζηα με ςχιμα V. Επίςθσ ο ςχεδιαςμόσ πρζπει να ςτοχεφει ςτισ μικρότερεσ δυνατζσ διαςτάςεισ ανοίγματοσ τθσ ςφνδεςθσ και τισ μικρότερεσ γωνίεσ V που επιτρζπουν τθν πρόςβαςθ του θλεκτροδίου για τθν ςυγκόλλθςθ, ϊςτε να ελαχιςτοποιείται το μζταλλο ςυγκόλλθςθσ. Οι διαδικαςίεσ για τθν μείωςθ των παραμενουςϊν τάςεων μετά τθν ςυγκόλλθςθ αφοροφν κυρίωσ κερμικζσ ι μθχανικζσ επιδράςεισ. Θ πιο γνωςτι μζκοδοσ είναι θ αποτατικι ανόπτθςθ (stress relieving), θ οποία περιλαμβάνει κζρμανςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ ςε κάποια κερμοκραςία. Θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ προκαλεί μείωςθ του ορίου διαρροισ του μετάλλου και επιτρζπει ζτςι τθν χαλάρωςθ τθσ παραμζνουςασ τάςθσ μζςω πλαςτικισ παραμόρφωςθσ. Θ ανακατανομι των παραμενουςϊν τάςεων κατά τθν αποτατικι ανόπτθςθ μπορεί να προκαλζςει ανεπικφμθτεσ παραμορφϊςεισ ςτθν ςυγκόλλθςθ. Για τουσ λόγουσ αυτοφσ, αρκετζσ φορζσ, θ αποτατικι ανόπτθςθ πραγματοποιείται ενϊ τα ελάςματα είναι ςτερεωμζνα ςτθν τράπεηα όπου πραγματοποιικθκε θ ςυγκόλλθςθ. Οι παραμζνουςεσ τάςεισ είναι δυνατόν να μειωκοφν και με μθχανικοφσ τρόπουσ, όπωσ ςφυρθλάτθςθ (hammer peening), ςφαιροβολι (shot peening) και εφαρμογι ταλαντϊςεων (vibratory stress relieving), είτε μθχανικϊν, είτε με υπζρθχουσ. Θ τελευταία διαδικαςία αξιοποιεί τθν ενζργεια των ελαςτικϊν κυμάτων για τθν ανακατανομι και μείωςθ των παραμενουςϊν τάςεων Μέηπηζη παπαμενοςζών ηάζεων ζηιρ ζςγκολλήζειρ Πολλζσ μζκοδοι ζχουν χρθςιμοποιθκεί κατά καιροφσ για τθ μζτρθςθ των παραμενουςϊν τάςεων ςτισ ςυγκολλιςεισ, από τισ οποίεσ άλλεσ είναι καταςτρεπτικζσ και άλλεσ μθ καταςτρεπτικζσ. Οι κυριότερεσ από τισ μεκόδουσ αυτζσ κατατάςςονται ςε ομάδεσ, ανάλογα με τισ βαςικζσ αρχζσ ςτισ οποίεσ ςτθρίηονται. Προκφπτει ζτςι: Σεχνικζσ χαλάρωςθσ των τάςεων (stress relaxation techniques) Με χριςθ επιμθκυνςιομζτρων (strain gauges) θλεκτρικισ αντίςταςθσ ι μθχανικϊν Με χριςθ άλλων τεχνικϊν 1. Σεχνικζσ περίκλαςθσ ακτινϊν Χ (X-ray diffraction) 2. Σεχνικζσ βαςιηόμενεσ ςε ιδιότθτεσ που εξαρτϊνται από τθν τιμι των τάςεων (stress-sensitive properties) 3. Σεχνικζσ ρωγμάτωςθσ (cracking techniques) τισ τεχνικζσ χαλάρωςθσ των τάςεων, οι παραμζνουςεσ τάςεισ υπολογίηονται με μζτρθςθ τθσ ελαςτικισ παραμόρφωςθσ που προκφπτει ςαν αποτζλεςμα του τεμαχιςμοφ του δοκιμίου ι τθσ αφαιρζςεωσ ενόσ τμιματοσ από αυτό. τισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ, θ μζτρθςθ γίνεται με τθ βοικεια επιμθκυνςιομζτρων, είτε μθχανικϊν είτε θλεκτρικισ αντίςταςθσ. Ανάλογα με τον απαιτοφμενο από τθ μζκοδο τρόπο αφαίρεςθσ υλικοφ από το δοκίμιο ι τον τεμαχιςμό του, άλλεσ τεχνικζσ εφαρμόηονται ςε ελάςματα, άλλεσ ςε ςωλινεσ 13/38

14 κ.λ.π.. Είναι, όμωσ, δυνατι θ μζτρθςθ τθσ μεταβολισ τθσ ελαςτικισ παραμόρφωςθσ κατά τθ διάρκεια τθσ χαλάρωςθσ των τάςεων και με άλλουσ τρόπουσ, όπωσ π.χ. με τθ βοικεια εφκραυςτων επικαλφψεων (brittle coatings), δικτυωτϊν ςυςτθμάτων (grid systems) ι φωτοελαςτικότθτασ. Σο βαςικό μειονζκτθμα των μεκόδων αυτϊν είναι φυςικά ότι πραγματοποιείται μερικι ι ολικι καταςτροφι του δοκιμίου. Ωςτόςο, οι τεχνικζσ αυτζσ είναι ευρφτατα χρθςιμοποιοφμενεσ εξαιτίασ τθσ μεγάλθσ τουσ πιςτότθτασ. τα μζταλλα που ζχουν κρυςταλλικι δομι, οι ελαςτικζσ παραμορφϊςεισ είναι δυνατό να βρεκοφν με μζτρθςθ τθσ παραμζτρου πλζγματοσ (lattice parameter) με τθν τεχνικι τθσ περίκλαςθσ των ακτινϊν Χ. Δεδομζνου ότι θ παράμετροσ πλζγματοσ ενόσ μετάλλου ςτθν αφόρτιςτθ κατάςταςθ είναι γνωςτι, οι ελαςτικζσ παραμορφϊςεισ μποροφν να μετρθκοφν χωρίσ καταςτροφι του δοκιμίου. Θ μζτρθςθ, γίνεται είτε με ακτινογραφίεσ Χ (X-ray film) είτε με χριςθ περικλαςίμετρου (diffractometer). Με τισ τεχνικζσ αυτζσ, είναι δυνατι θ μζτρθςθ επιφανειακϊν τάςεων ςε περιοχι βάκουσ μζχρι 0,025mm και διαμζτρου 0,0025mm. Σο μεγάλο μειονζκτθμα είναι ότι θ μζκοδοσ είναι χρονοβόρα, ενϊ υπάρχουν ερωτθματικά και για τθν ακρίβειά τθσ, ιδιαίτερα ςτα μζταλλα που ζχουν υποςτεί παραμόρφωςθ τθσ ατομικισ τουσ δομισ λόγω προθγοφμενων κερμικϊν κατεργαςιϊν. Προςπάκειεσ μζτρθςθσ των παραμενουςϊν τάςεων, ζχουν γίνει ςε μζταλλα και με ζμμεςο τρόπο, μετρϊντασ τισ μεταβολζσ των φυςικϊν ιδιοτιτων του υλικοφ που εξαρτϊνται από τθν επιβαλλόμενθ τάςθ. Από τισ γνωςτζσ τεχνικζσ τθσ ομάδασ αυτισ, ξεχωρίηουν αυτζσ των υπεριχων και τθσ ςκλθρότθτασ. Θ τεχνικι με υπζρθχουσ (ultrasonic technique) γίνεται είτε με πολωμζνα υπερθχθτικά κφματα (polarized ultrasonic waves), που βαςίηεται ςτθ μεταβολι τθσ γωνίασ πόλωςθσ με τθν τάςθ, είτε με εκμετάλλευςθ του γεγονότοσ ότι θ απορρόφθςθ των υπερθχθτικϊν κυμάτων είναι ςυνάρτθςθ τθσ τάςθσ. Θ τεχνικι ςκλθρότθτασ (hardness technique), βαςίηεται ςτθ μεταβολι τθσ ςκλθρότθτασ του υλικοφ ςαν ςυνάρτθςθ τθσ τάςθσ. Καμία, πάντωσ, τεχνικι τθσ ομάδασ αυτισ δεν χρθςιμοποιείται ευρζωσ ςτθν πράξθ. Tζλοσ, ποιοτικά ςυμπεράςματα για τθν κατανομι των παραμενουςϊν τάςεων ςτθν περιοχι μιασ ςυγκόλλθςθσ μποροφν να διεξαχκοφν από τθν παρατιρθςθ τθσ φφςθσ των ρωγμϊν, ςε ςυγκολλθτά δοκίμια, που δθμιουργοφνται με ζκκεςθ των δοκιμίων ςε διαβρωτικό περιβάλλον και τθν εφαρμογι εξωτερικϊν φορτίων (δοκιμι ρωγμάτωςθσ λόγω διάβρωςθσ με μθχανικι καταπόνθςθ SCC) Σεσνικέρ σαλάπωζηρ ηων ηάζεων Οι τεχνικζσ χαλάρωςθσ των τάςεων βαςίηονται ςτθ γενικι αρχι ότι οι παραμορφϊςεισ που δθμιουργοφνται κατά τθν αποφόρτιςθ (unloading) είναι ελαςτικζσ, ακόμα και αν το υλικό ζχει υποςτεί πλαςτικζσ παραμορφϊςεισ κάτω από τθν επίδραςθ φορτίων. Είναι, επομζνωσ, δυνατι θ εφρεςθ των παραμενουςϊν τάςεων χωρίσ γνϊςθ τθσ προθγοφμενθσ ιςτορίασ κατεργαςιϊν και φορτίςεων του υλικοφ. 14/38

15 τισ επόμενεσ γραμμζσ αναφζρονται ζντεκα τεχνικζσ μζτρθςθσ παραμενουςϊν τάςεων που βαςίηονται ςτισ τεχνικζσ χαλάρωςθσ τάςεων. Οι τεχνικζσ 1 ζωσ 4 είναι εφαρμόςιμεσ κυρίωσ ςε ελάςματα, οι 5 και 6 ςε κυλινδρικά ςτερεά και ςωλινεσ, οι 7 και 8 ςε τριςδιάςτατα ςτερεά, ενϊ οι 9 ωσ 11 βρίςκουν εφαρμογι κυρίωσ ςε περιβάλλον εργαςτθρίου. Οι οκτϊ πρϊτεσ τεχνικζσ χρθςιμοποιοφν θλεκτρικά ι μθχανικά επιμθκυνςιόμετρα, ενϊ οι τρεισ τελευταίεσ χρθςιμοποιοφν ςυςκευι τροχοφ λείανςθσ, ψακυρό επίςτρωμα ι φωτο-ελαςτικό επίςτρωμα αντίςτοιχα. Σο όνομα τθσ κάκε τεχνικισ υποδθλϊνει τθν αρχι από τθν οποία διζπεται, τθν τεχνικι μζτρθςθσ των παραμορφϊςεων ι το όνομα αυτοφ που τθν ανζπτυξε ι περιζγραψε. Για κάκε μια από αυτζσ τισ τεχνικζσ παρουςιάηονται θ πειραματικι διαδικαςία, το πεδίο εφαρμογισ τθσ και πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα που τθν ακολουκοφν. 1. Σεχνικζσ τεμαχιςμοφ με χριςθ επιμθκυνςιομζτρων θλεκτρικισ αντίςταςθσ 2. Θ τεχνικι διάτρθςθσ του Gunnert 3. Θ τεχνικι διάνοιξθσ οπισ των Mathar- Soete 4. Θ τεχνικι αφαίρεςθσ υλικοφ του Stablein (successiνe milling technique) 5. Θ τεχνικι των Heyn- Bauer (machining technique) 6. Θ τεχνικι Mesnager- Sachs (boring out technique) 7. Θ τεχνικι διάνοιξθσ οπισ του Gunnert 8. Θ τεχνικι τεμαχιςμοφ των Rosenthal - Norton 9. Θ τεχνικι των ςυςτθμάτων πλζγματοσ -τεχνικι διαχωριςμοφ 10. Θ τεχνικι των ψακυρϊν επιςτρωμάτων 11. Θ τεχνικι των φωτο-ελαςτικϊν επιςτρωμάτων Σεσνικέρ πεπίθλαζηρ ακηινών Υ Τπό τθν επίδραςθ εςωτερικϊν ι εξωτερικϊν δυνάμεων, παρατθρείται παραμόρφωςθ τθσ κρυςταλλικισ δομι των υλικϊν, ςυνεπϊσ και μεταβολι των ενδοατομικϊν τουσ αποςτάςεων. Όταν θ παραμόρφωςθ υπερβεί το όριο ελαςτικότθτασ, λαμβάνει χϊρα πλαςτικι παραμόρφωςθ που οφείλεται ςτθν ολίςκθςθ των πλεγματικϊν επιπζδων μεταξφ τουσ. ε κάκε περίπτωςθ πάντωσ, θ μεταβολι τθσ ενδοατομικισ απόςταςθσ είναι ανάλογθ τθσ επιβαλλόμενθσ τάςθσ. Θ τεχνικι μζτρθςθσ των παραμενουςϊν τάςεων με ακτίνεσ Χ είναι δυνατι, λόγω του γεγονότοσ ότι το μικοσ κφματοσ των ακτινϊν Χ είναι τθσ ίδιασ τάξθσ μεγζκουσ με τθν ενδοατομικι απόςταςθ ςε μεταλλικοφσ κρυςτάλλουσ (- 1 Α). Σο μικρό μικοσ κφματοσ των ακτινϊν Χ κακιςτά δυνατι τθ διείςδυςθ τουσ ςτο κρυςταλλικό πλζγμα κατά ζνα ποςοςτό και τθν ανάκλαςι τουσ πάνω ςτα πλεγματικά επίπεδα. 15/38

16 Ζςτω επίπεδο μονοχρωματικό κφμα που προςπίπτει ςτα ατομικά επίπεδα μετάλλου κατά τθ διεφκυνςθ ΑΒ (Εικ. 7.16). Οι ανακλϊμενεσ ακτίνεσ από διαδοχικά παράλλθλα ατομικά επίπεδα ενιςχφονται ςε μια διεφκυνςθ, τθ BC, που είναι θ διεφκυνςθ περίκλαςθσ. υγκεκριμζνα, οι διευκφνςεισ ABC και DFH (Εικ. 7.16), αντιπροςωπεφουν τισ τροχιζσ που διανφουν ςθμεία ςτο μζτωπο του κφματοσ, τα οποία διεγείρουν άτομα ςτα ςθμεία Β και F δφο διαδοχικϊν επιπζδων. Ενίςχυςθ ςτθν κατεφκυνςθ BC (ι FH) προχποκζτει ότι θ διαφορά των δφο τροχιϊν (EF+FG) είναι ίςθ με ακζραιο αρικμό μθκϊν κφματοσ, δθλαδι ότι EF=FG=nλ/2. τθ γενικι περίπτωςθ θ ςυνκικθ περίκλαςθσ εκφράηεται από το νόμο του Bragg: όπου, nλ = 2dsinκ λ, το μικοσ κφματοσ τθσ προςπίπτουςασ δζςμθσ, κ, θ γωνία μεταξφ τθσ προςπίπτουςασ ι ανακλϊμενθσ δζςμθσ και τθσ επιφάνειασ των επιπζδων ανάκλαςθσ, d, θ διαπλεγματικι απόςταςθ, n, θ τάξθ τθσ ανάκλαςθσ (n = 1, 2, 3,...) Θ παραπάνω Εξίςωςθ, δείχνει ότι αν το μικοσ κφματοσ των ακτινϊν Χ είναι γνωςτό, θ διαπλεγματικι απόςταςθ, d, μπορεί να υπολογιςτεί με μζτρθςθ τθσ γωνίασ κ. Δφο γενικζσ μζκοδοι εφαρμόηονται για τθν καταγραφι των φαςμάτων περίκλαςθσ: 1. Θ φωτογραφικι μζκοδοσ ι μζκοδοσ φιλμ ακτινϊν Χ 2. Θ μζκοδοσ περικλαςίμετρου ακτινϊν Χ 16/38

17 Άλλερ ηεσνικέρ μέηπηζηρ ηων παπαμενοςζών ηάζεων Όπωσ ζχει αναφερκεί, θ μζτρθςθ των παραμενουςϊν τάςεων μπορεί να γίνει και με άλλεσ μεκόδουσ οι οποίεσ εκμεταλλεφονται ςυγκεκριμζνεσ φυςικζσ ιδιότθτεσ του υλικοφ ι τθ ςυμπεριφορά του κάτω από ςυγκεκριμζνα περιβάλλοντα ι ςυνκικεσ. Όταν υπάρχουν τάςεισ ςτα μζταλλα, οριςμζνεσ φυςικζσ ι μθχανικζσ ιδιότθτεσ, όπωσ θ ταχφτθτα διάδοςθσ των διατμθτικϊν κυμάτων και θ ςκλθρότθτα, μεταβάλλονται. Κεωρθτικά είναι δυνατόν να αναπτυχκοφν μζκοδοι για τον προςδιοριςμό των παραμενουςϊν τάςεων με μζτρθςθ τζτοιων ευαίςκθτων ςτισ τάςεισ ιδιοτιτων. Οι μζκοδοι μζτρθςθσ τάςεων που ζχουν αναπτυχκεί ι προτακεί περιλαμβάνουν τισ τεχνικζσ υπεριχων και τισ τεχνικζσ μζτρθςθσ ςκλθρότθτασ. Ωςτόςο καμία από αυτζσ τισ μεκόδουσ δεν ζχουν αναπτυχκεί για χριςθ πζρα από το εργαςτθριακό επίπεδο. Μια άλλθ ομάδα τεχνικϊν που αναπτφχκθκαν για τον προςδιοριςμό των παραμενουςϊν τάςεων περιλαμβάνει τθ προςεκτικι παρατιρθςθ των ρωγμϊν που δθμιουργοφνται λόγω των τάςεων. Οι ρωγμζσ είναι ςυνικωσ αποτζλεςμα εργοδιάβρωςθσ ι εξαιτίασ τθσ διαλυτοποίθςθσ υδρογόνου. Tζτοιεσ τεχνικζσ χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ ςε κοινοφσ χάλυβεσ, αλλά και ςε χάλυβεσ υψθλισ αντοχισ. Ελάχιςτεσ μελζτεσ ζχουν αναφερκεί ςτθ χριςθ των τεχνικϊν ρωγμάτωςθσ για τθ μελζτθ παραμενουςϊν τάςεων ςτα κράματα αλουμινίου Επιλογή ηηρ καηάλληληρ μεθόδος Για τον προςδιοριςμό των παραμενουςϊν τάςεων ςε μεταλλικζσ καταςκευζσ, πολφ ςθμαντικό ρόλο παίηει θ επιλογι τθσ κατάλλθλθσ τεχνικισ μζτρθςθσ προκειμζνου να επιτευχκεί ο επιδιωκόμενοσ ςκοπόσ. Μερικοί από τουσ παράγοντεσ που πρζπει να λθφκοφν υπόψθ για τθν επιλογι αυτι είναι: Α) Θ επιτρεπόμενθ ζκταςθ βλάβθσ ςτθν καταςκευι (καταςτρεπτικι ι μθ καταςτρεπτικι μζτρθςθ) Β) Θ απαιτοφμενθ ποιότθτα τθσ μζτρθςθσ (ακρίβεια των μετριςεων, είδοσ και πικανι κατανομι τάςεων κ.λ.π.) Γ) Θ επίδραςθ μεταβολϊν των ιδιοτιτων του υλικοφ ςτα αποτελζςματα. Δ) Σο περιβάλλον διεξαγωγισ των μετριςεων (εργαςτθριακόσ χϊροσ ι ςτο χϊρο ανζγερςθσ ι λειτουργίασ τθσ καταςκευισ) Ε) Σο κόςτοσ και θ διάρκεια των μετριςεων 17/38

18 ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΕΙ ΤΓΚΟΛΛΗΕΩΝ ΕΙΑΓΩΓΗ το προθγοφμενο κεφάλαιο είδαμε τον τρόπο με τον οποίο ο κερμικόσ κφκλοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ προκαλεί τθν ανάπτυξθ παραμενουςϊν τάςεων. Οι τάςεισ αυτζσ ςυνδυάηονται και προκαλοφν παραμορφϊςεισ ςτισ ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ, όπωσ ςυςτολι, κάμψθ, περιςτροφι ι λυγιςμό. Οι παραμορφϊςεισ που αναπτφςςονται ςε μία ςυγκολλθτι καταςκευι, εάν δεν ελεγχκοφν, μπορεί να οδθγιςουν ςε διαςτατικζσ μεταβολζσ, οι οποίεσ είναι μεγαλφτερεσ από τισ ανοχζσ που ζχουν προδιαγραφεί. Επίςθσ οι παραμορφϊςεισ μπορεί να οδθγιςουν, κάτω από τισ κατάλλθλεσ προχποκζςεισ, ακόμα και ςε αςτοχία τθσ ςυγκολλθτισ καταςκευισ. Για τουσ λόγουσ αυτοφσ, το πρόβλθμα των παραμορφϊςεων είναι ςθμαντικό. Θ αντιμετϊπιςθ των παραμορφϊςεων ςτισ ςυγκολλιςεισ πραγματοποιείται ςε τρία επίπεδα: 1. τον ςχεδιαςμό τθσ ςυγκόλλθςθσ ζτςι ϊςτε να προκφψουν οι ελάχιςτεσ δυνατζσ παραμορφϊςεισ. τον ςχεδιαςμό περιλαμβάνονται διάφοροι παράγοντεσ όπωσ θ γεωμετρία τθσ ςφνδεςθσ, θ μζκοδοσ και οι ςυνκικεσ ςυγκόλλθςθσ, θ ςυγκράτθςθ των ελαςμάτων κ.α. 2. τθν ανάπτυξθ προδιαγραφϊν για ανοχζσ παραμορφϊςεων, δθλαδι τθν κζςπιςθ ορίων για επιτρεπτζσ παραμορφϊςεισ ςτισ ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ. Ιδθ αρκετοί κϊδικεσ καταςκευϊν περιλαμβάνουν τζτοιου είδουσ προδιαγραφζσ. 3. τθν εφαρμογι μεκόδων για τθν διόρκωςθ των παραμορφϊςεων μετά το πζρασ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Εδϊ περιλαμβάνονται τεχνικζσ όπωσ θ εφκυνςθ με κζρμανςθ, θ ςφυρθλάτθςθ κ.λ.π. Είναι εφκολο να αντιλθφκοφμε ότι θ αντιμετϊπιςθ των παραμορφϊςεων πρζπει να βαςιςτεί κυρίωσ ςτο ςθμείο (1) πιο πάνω, δθλαδι ςτθν ελαχιςτοποίθςθ των παραμορφϊςεων πριν τθν πραγματοποίθςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ, με τον κατάλλθλο ςχεδιαςμό. Για τον ςκοπό αυτό, ςτο παρόν κεφάλαιο κα αςχολθκοφμε με τισ βαςικζσ παραμορφϊςεισ ςτισ ςυγκολλιςεισ και τουσ παράγοντεσ που τισ επθρεάηουν. το τζλοσ κα αναφζρουμε και τουσ πιο κλαςικοφσ τρόπουσ για τθν διόρκωςθ των παραμορφϊςεων Οι βαζικέρ παπαμοπθώζειρ ζηιρ ζςγκολλήζειρ Οι παραμορφϊςεισ ςτισ ςυγκολλιςεισ μπορεί να ταξινομθκοφν ςτισ εξισ κατθγορίεσ 18/38

19 (χ.β.1): Θ εγκάρςια ςυςτολι (transverse shrinkage), που αφορά ςυςτολι ςε μία διεφκυνςθ -κάκετθ ςτον άξονα ςυγκόλλθςθσ (χ.β.1α) Θ επίπεδθ περιςτροφι (rotational distortion), που ςχετίηεται με τθν εγκάρςια ςυςτολι και αφορά περιςτροφι ςτο επίπεδο του ελάςματοσ (χ.β.1β) Θ γωνιακι μεταβολι (angular change) αφορά περιςτροφι γφρω από τον άξονα ςυγκόλλθςθσ και προκαλείται από τθν ανομοιόμορφθ κερμοκραςιακι κατανομι κατά το πάχοσ του ελάςματοσ (χ.β.1γ) Θ διαμικθσ ςυςτολι (longitudinal shrinkage), που αφορά ςυςτολι κατά μικοσ του άξονα ςυγκόλλθςθσ (χ.β.1δ) Θ διαμικθσ καμπτικι παραμόρφωςθ (longitudinal bending distortion), που αφορά κάμψθ ςε ζνα επίπεδο κάκετο ςτο ζλαςμα και διζρχεται από τον άξονα ςυγκόλλθςθσ. Προκαλείται από τθν ανομοιόμορφθ κατανομι τθσ διαμικουσ ςυςτολισ κατά τον άξονα ςυγκόλλθςθσ (χ.β.1ε) Ο λυγιςμόσ (buckling distortion) που προκαλείται από τισ κλιπτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ, ιδιαίτερα ςτα λεπτά ελάςματα (χ.β.1ςτ) Οι πραγματικζσ παραμορφϊςεισ των ςυγκολλθτϊν καταςκευϊν είναι πιο ςφνκετεσ από αυτζσ του χ.β.1. Σισ περιςςότερεσ όμωσ φορζσ είναι δυνατόν να αναλυκοφν ςε επί μζρουσ ςυνιςτϊςεσ που αντιςτοιχοφν ςτισ βαςικζσ παραμορφϊςεισ του χ.β.1. 19/38

20 Μεηαβαηική παπαμόπθωζη ηος μεηάλλος καηά ηην ζςγκόλληζη Πριν μελετιςουμε τουσ διάφορουσ τφπουσ παραμορφϊςεων, που προκφπτουν ςτο τζλοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ, κα δοφμε τθν μεταβατικι παραμόρφωςθ του μετάλλου κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ. το χ.β.2 φαίνεται θ παραμόρφωςθ ενόσ ορκογϊνιου ελάςματοσ, κακϊσ θ μία του ακμι κερμαίνεται από ζνα κινοφμενο θλεκτρικό τόξο. Θ επάνω περιοχι του ελάςματοσ, κοντά ςτθν κερμικι πθγι, κερμαίνεται περιςςότερο και διαςτζλλεται ςε ςχζςθ με τθν κάτω περιοχι του ελάςματοσ. Ζτςι το ζλαςμα κάμπτεται ςφμφωνα με τθν καμπφλθ ΑΒ, όπου το βζλοσ κάμψθσ είναι κετικό. Εάν όλεσ οι παραμορφϊςεισ κατά τθν διάρκεια του κερμικοφ κφκλου ιταν ελαςτικζσ, τότε οι κερμικζσ τάςεισ κα μθδενίηονταν ςτο τζλοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ και το βζλοσ κάμψθσ κα ακολουκοφςε τθν καμπφλθ ΑΒΓ'Δ. τθν πραγματικότθτα, το ζλαςμα υφίςταται πλαςτικι παραμόρφωςθ ςτισ περιοχζσ όπου αναπτφςςονται υψθλζσ κερμοκραςίεσ και ζτςι μετά τθν ςυγκόλλθςθ αναπτφςςονται παραμζνουςεσ τάςεισ, ςφμφωνα με όςα είδαμε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο. Θ κάμψθ του ελάςματοσ ακολουκεί τθν καμπφλθ ΑΒΓΔ. Μετά τθν ψφξθ του ελάςματοσ ςτθν αρχικι του κερμοκραςία, θ τελικι παραμόρφωςθ χαρακτθρίηεται από το τελικό βζλοσ κάμψθσ, το οποίο τϊρα είναι αρνθτικό. Ζτςι φαίνεται ότι θ μεταβατικι παραμόρφωςθ κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ και θ τελικι παραμόρφωςθ μετά το πζρασ τθσ ςυγκόλλθςθσ αναπτφςςονται ςε αντίκετεσ κατευκφνςεισ, ενϊ ζχουν περίπου το ίδιο μζγεκοσ. Εδϊ κα πρζπει να τονίςουμε ότι θ ανάπτυξθ των παραμενουςϊν τάςεων και των παραμορφϊςεων ςτισ ςυγκολλιςεισ, παίρνει πολφ περιςςότερο χρόνο από αυτόν που απαιτείται για τθν πραγματοποίθςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Δθλαδι οι παραμζνουςεσ τάςεισ και οι παραμορφϊςεισ ςυνεχίηουν να αναπτφςςονται και κατά τθν ψφξθ του ελάςματοσ και λαμβάνουν τισ τελικζσ τουσ τιμζσ, μόνον όταν το ζλαςμα ψυχκεί ςτθν αρχικι του κερμοκραςία. 20/38

21 Ζνα άλλο ενδιαφζρον ςθμείο είναι ότι θ μεταβατικι παραμόρφωςθ είναι μεγαλφτερθ όταν ο άξονασ ςυγκόλλθςθσ είναι μακριά από -τον ουδζτερο άξονα, οπότε και αναπτφςςεται μεγαλφτερθ ροπι κάμψθσ. Από τθν πιο πάνω ανάλυςθ φαίνεται ότι το μεγαλφτερο μζροσ των μθ-ελαςτικϊν παραμορφϊςεων, που προκαλοφν τισ παραμζνουςεσ τάςεισ και τισ παραμορφϊςεισ των ςυγκολλθτϊν καταςκευϊν, παράγονται κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ. Αυτό ςθμαίνει ότι για τον αποτελεςματικό ζλεγχο τόςο των παραμενουςϊν τάςεων, όςο και των παραμορφϊςεων, είναι προτιμότερο να λαμβάνονται μζτρα που δρουν κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ (π.χ. προζνταςθ, ςτερζωςθ), παρά να λαμβάνονται μζτρα μετά τθν πραγματοποίθςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ (π.χ εφκυγραμμυνςθ με κζρμανςθ) Εγκάπζια ζςζηολή Θ εγκάρςια ςυςτολι των ςυγκολλιςεων αποτελείται από δφο ςυνιςτϊςεσ: τθν κερμικι ςυςτολι του βαςικοφ μετάλλου κοντά ςτθν ςυγκόλλθςθ και τθν ςυςτολι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ. το χ.β.3 φαίνεται ο μθχανιςμόσ τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ ςε μία ελεφκερθ ςυγκόλλθςθ ςυμβολισ με ζνα πάςο (ελεφκερθ ςυγκόλλθςθ είναι αυτι ςτθν οποία δεν επιβάλλονται εξωτερικοί περιοριςμοί π.χ. ςυγκράτθςθ ελαςμάτων). Θ κερμότθτα που ρζει ςτο βαςικό μζταλλο το αναγκάηει να διαςταλεί. Θ διαςτολι αυτι παραλαμβάνεται από το μζταλλο που ςυςτζλλεται λόγω τθσ ςτερεοποίθςισ του. Ζτςι κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ (t=t s ) θ διαςτολι του βαςικοφ μετάλλου εξιςορροπείται από τθ ςυςτολι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ οπότε θ ςυνολικι εγκάρςια ςυςτολι του ελάςματοσ είναι S=O και 21/38

22 τα άκρα του ελάςματοσ Α και Α" δεν μετακινοφνται. ε χρόνο t>t s το βαςικό μζταλλο ψφχεται και ςυςτζλλεται κατά S RM. Σο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ, που ζχει ςτο μεταξφ ςτερεοποιθκεί ςυςτζλλεται κατά S WM ενϊ αντιςτζκεται ςτθν περαιτζρω ςυςτολι του βαςικοφ μετάλλου. Αυτό προκαλεί τθν μετακίνθςθ των άκρων του ελάςματοσ Α και ΑΌ. Θ ςυνολικι εγκάρςια ςυςτολι είναι: (Β.1) όπου S RM θ ςυςτολι του βαςικοφ μετάλλου και S WM θ ςυςτολι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ. Θ ςυνολικι εγκάρςια ςυςτολι οφείλεται κυρίωσ ςτο S RM. Σο S WM αποτελεί μόνο το 10% του S. Εάν αγνοιςουμε τθν ςυςτολι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ και επιπλζον κεωριςουμε ςυντελεςτι κερμικισ διαςτολισ ανεξάρτθτο τθσ κερμοκραςίασ, τότε θ εγκάρςια ςυςτολι ςε ςυγκολλιςεισ ςυμβολισ λεπτϊν ελαςμάτων (ςε ζνα πάςο) είναι: Όπου: και α T ο ςυντελεςτισ κερμικισ διαςτολισ, h ο ρυκμόσ ειςαγωγισ κερμότθτασ (ΡΕΚ), c θ ειδικι κερμότθτα, α θ κερμοχωρθτικότθτα, ρ θ πυκνότθτα, Θ το πάχοσ ελάςματοσ, W το ςυνολικό πλάτοσ ςυγκόλλθςθσ (ΑΑ ςτο χ.β.3) και t s ο χρόνοσ ολοκλιρωςθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Από τθν ςχζςθ (Β.2) φαίνεται ότι θ εγκάρςια ςυςτολι μειϊνεται με τθν αφξθςθ του πάχουσ του ελάςματοσ. Βζβαια θ ςχζςθ (Β.2) ιςχφει για ςυγκόλλθςθ ςε ζνα πάςο. ε περίπτωςθ που για τθν ςυγκόλλθςθ ενόσ ελάςματοσ απαιτθκοφν περιςςότερα του ενόσ πάςα, τότε θ εγκάρςια ςυςτολι κα είναι μεγαλφτερθ όπωσ κα δοφμε πιο κάτω. Επίςθσ θ ςχζςθ (Β.2) υποδεικνφει ότι ςτισ ςυγκολλιςεισ αλουμινίου, θ εγκάρςια ςυςτολι είναι μεγαλφτερθ από τισ ςυγκολλιςεισ χάλυβα, αφοφ το αλουμίνιο ζχει μεγαλφτερο ςυντελεςτι κερμικισ διαςτολισ. Ζνασ άλλοσ ςθμαντικόσ παράγοντασ που επθρεάηει τθν εγκάρςια ςυςτολι είναι θ ρυκμόσ ειςαγωγισ κερμότθτασ (ΡΕΚ). Θ αφξθςθ του ΡΕΚ προκαλεί αφξθςθ τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ. Σα πειραματικά αποτελζςματα από μετριςεισ τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ ςτισ ςυγκολλιςεισ ζχουν τθν μορφι των καμπυλϊν του χ.β.4. Οι καμπφλεσ αυτζσ δείχνουν τθν μεταβολι τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ ςε ςυνάρτθςθ με τον χρόνο για δφο πάχθ ελαςμάτων. Ο χρόνοσ t s είναι ο χρόνοσ που απαιτείται για τθν ολοκλιρωςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ μικουσ L. Από το χ.β.4 φαίνεται ότι το μεγαλφτερο μζροσ τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ αναπτφςςεται μετά το τζλοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ και όταν το ζλαςμα ψφχεται. Κα δοφμε τϊρα τθν επίδραςθ που ζχουν ςτθν εγκάρςια ςυςτολι δφο ςθμαντικζσ παράμετροι: θ ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται ςτθ ςυγκόλλθςθ και θ ακολουκία τθσ ςυγκόλλθςθσ. 22/38

23 Επίδπαζη ηος μεηάλλος ζςγκόλληζηρ - Πολλαπλά πάζα ε ςυγκολλιςεισ πολλαπλϊν πάςων, θ εγκάρςια ςυςτολι αυξάνεται με τθν ποςότθτα ι το βάροσ του μετάλλου που εναποτίκεται. Σο μζταλλο αυτό προζρχεται είτε από το θλεκτρόδιο είτε από το ςφρμα ςυγκόλλθςθσ. Ωσ παράμετροσ, θ ποςότθτα του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ που εναποτίκεται. εμπεριζχει και τθν ποςότθτα κερμότθτασ που ειςάγεται ςτο μζταλλο, διότι για να εναποτεκεί περιςςότερο μζταλλο απαιτείται περιςςότερθ κερμότθτα. το χιμα Β.5α φαίνεται πωσ θ εγκάρςια ςυςτολι αυξάνεται με το βάροσ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ, το οποίο εκφράηεται με τθν παράμετρο w (ςε gr/cm). Σο w αυξάνεται με τα διαδοχικά πάςα που εναποτίκενται ςτθ ςυγκόλλθςθ. Φαίνεται όμωσ πωσ θ εγκάρςια ςυςτολι δεν αυξάνεται με ςτακερό ρυκμό, αλλά ότι με τθν αφξθςθ των πάςων θ αφξθςθ του S είναι πιο αργι. Αυτό οφείλεται ςτον περιοριςμό που επιβάλλουν ςτθ ςυγκόλλθςθ τα προθγοφμενα πάςα. Εάν τα δεδομζνα τοποκετθκοφν ςε διάγραμμα- S-logw (χ.β.5β) τότε προκφπτει μία ευκεία γραμμι που περιγράφεται από τθ ςχζςθ 23/38

24 Όπου S ο και W ο είναι αντίςτοιχα θ εγκάρςια ςυςτολι και το βάροσ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ μετά το πρϊτο πάςο ενϊ το b είναι ζνασ ςυντελεςτισ. Με τθν βοικεια τθσ ςχζςθσ (Β.4) και του χ.β.6 μποροφμε να δοφμε τϊρα τρόπουσ για τθν μείωςθ τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ: 1. Εάν μειωκεί θ ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται (βζλοσ 1), τότε κα μειωκεί θ εγκάρςια ςυςτολι από το Β ςτο Γ 2. Εάν μειωκεί θ κλίςθ b τότε θ εγκάρςια ςυςτολι κα μειωκεί από το Β ςτο Δ 3. Εάν θ εγκάρςια ςυςτολι που αντιςτοιχεί ςτο πρϊτο πάςο αυξθκεί ςτο Α θ τελικι ςυςτολι κα μειωκεί από το Β ςτο Ε 24/38

25 Με βάςθ τα παραπάνω μποροφμε να δοφμε τθν επίδραςθ των εξισ παραμζτρων ςτθν εγκάρςια ςυςτολι: Άνοιγμα ρίηασ ςυγκόλλθςθσ Διαμόρφωςθ ακμϊν (φρζηα) Μζγεκοσ θλεκτροδίου Θ εγκάρςια ςυςτολι αυξάνεται με τθν αφξθςθ του ανοίγματοσ τθσ ρίηασ, διότι ζτςι αυξάνεται θ ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται (χ.β.7α). Θ επίδραςθ είναι μεγάλθ και αντιςτοιχεί ςτισ επιδράςεισ (1) και (2) πιο πάνω. Όςον αφορά τθν γεωμετρία τθσ ςφνδεςθσ, οι ςυγκολλιςεισ μονοφ V ςυνοδεφονται από μεγαλφτερθ εγκάρςια ςυςτολι από τισ 'ςυγκολλιςεισ διπλοφ V (χ.β.7β). Θ επίδραςθ είναι μεγάλθ και αντιςτοιχεί ςτισ επιδράςεισ (1) και (2) πιο πάνω. Αυτό ςυμβαίνει γιατί ςτισ ςυγκολλιςεισ μονοφ V εναποτίκεται περιςςότερο μζταλλο για το ίδιο πάχοσ ελάςματοσ. Όςον αφορά το μζγεκοσ του θλεκτροδίου (ι τθν διάμετρο του ςφρματοσ) φαίνεται ότι εάν ςτο πρϊτο πάςο χρθςιμοποιθκεί μεγαλφτερο θλεκτρόδιο, τότε θ εγκάρςια ςυςτολι μειϊνεται. Θ επίδραςθ είναι μζτρια και αντιςτοιχεί ςτθν επίδραςθ (3) πιο πάνω Επίδπαζη ηηρ ακολοςθίαρ ζςγκόλληζηρ Όταν αναφερόμαςτε ςτθν ακολουκία ςυγκόλλθςθσ εννοοφμε τθν ςειρά με τθν οποία πραγματοποιείται μία ςυγκόλλθςθ ςυγκεκριμζνου μικουσ. Θ ακολουκία τθσ ςυγκόλλθςθσ επθρεάηει τισ παραμορφϊςεισ των ςυγκολλιςεων διότι επιδρά ςτα αναπτυςςόμενα κερμοκραςιακά πεδία κατά τθν ςυγκόλλθςθ. Κα δοφμε πωσ θ ακολουκία ςυγκόλλθςθσ επθρεάηει τθν εγκάρςια ςυςτολι. Κεωροφμε δφο ακολουκίεσ (χ.β.8α): 25/38

26 υγκόλλθςθ ςε τμιματα υνεχισ ςυγκόλλθςθ Και οι δφο ακολουκίεσ πραγματοποιοφνται με πολλαπλά πάςα ςε περίπτωςθ που το πάχοσ του ελάςματοσ το απαιτεί. τθν πρϊτθ περίπτωςθ θ ςυγκόλλθςθ χωρίηεται ςε τρία τμιματα 1, 2 και 3. Αφοφ θ ςυγκόλλθςθ ολοκλθρωκεί ςε ζνα τμιμα (όλα τα πάςα) τότε πραγματοποιείται θ ςυγκόλλθςθ του επόμενου τμιματοσ με μία ακολουκία, π.χ , δθλαδι πρϊτα το τμιμα 1, μετά το τμιμα 2 και τζλοσ το τμιμα 3. τθν δεφτερθ περίπτωςθ θ ςυγκόλλθςθ είναι ςυνεχισ από τα αριςτερά προσ τα δεξιά ξεκινϊντασ με το πρϊτο πάςο, μετά το δεφτερο κ.ο.κ. Οι ςυγκολλιςεισ πραγματοποιοφνται με τισ ίδιεσ ςυνκικεσ. το χ.β.8β φαίνεται ποιοτικά θ κατανομι τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ κατά το μικοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Θ καμπφλθ Α αντιςτοιχεί ςτθν ακολουκία , θ καμπφλθ Β αντιςτοιχεί ςτθν ακολουκία και θ καμπφλθ Γ αντιςτοιχεί ςτθν ακολουκία Σζλοσ θ καμπφλθ, αντιςτοιχεί ςτθν ςυνεχι ςυγκόλλθςθ. Από το ςχιμα φαίνεται ότι θ ςυγκόλλθςθ ςε τμιματα ςυνοδεφεται από μικρότερθ εγκάρςια ςυςτολι απ' ότι θ ςυνεχισ ςυγκόλλθςθ. Αυτό οφείλεται ςτο ότι θ ςυγκόλλθςθ ςε τμιματα προκαλεί θπιότερεσ κερμοκραςιακζσ κλίςεισ απ' ότι θ ςυνεχισ ςυγκόλλθςθ Γωνιακή μεηαβολή ζε ζςγκολλήζειρ ζςμβολήρ Θ γωνιακι μεταβολι είναι μία από τισ ςθμαντικότερεσ και πιο ανεπικφμθτεσ παραμορφϊςεισ ςτισ ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ. Θ γωνιακι μεταβολι (χ.β.9) οφείλεται ςτθν ανομοιόμορφθ κατανομι τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ ςτθ διεφκυνςθ του πάχουσ του ελάςματοσ και δθμιουργεί εκτόσ-επιπζδου παραμορφϊςεισ (out-of plane) ςτθν καταςκευι. Όπωσ φαίνεται ςτο χ.β.9α θ εγκάρςια ςυςτολι είναι μεγαλφτερθ ςτθν επάνω επιφάνεια 26/38

27 του ελάςματοσ ςε ςχζςθ με τθν κάτω. Θ διαφορά αυτι, ςε μία ελεφκερθ ςυγκόλλθςθ, προκαλεί τθν περιςτροφι του ελάςματοσ γφρω από τον άξονα ςυγκόλλθςθσ (χ.β.9β). ε πολφ λεπτά ελάςματα, δεν μπορεί να αναπτυχκεί ςθμαντικι διαφορά ςτθν εγκάρςια ςυςτολι μεταξφ των δφο επιφανειϊν του ελάςματοσ, ζτςι θ γωνιακι μεταβολι είναι πολφ μικρι. ε ελάςματα μεγαλφτερου πάχουσ χρθςιμοποιοφνται γεωμετρίεσ μονοφ ι διπλοφ V, όπωσ είδαμε ςτο χ.β.7. Οι ςυγκολλιςεισ μονοφ V ςυνοδεφονται από μεγαλφτερθ γωνιακι μεταβολι ςε ςχζςθ με τισ ςυγκολλιςεισ διπλοφ V. Αλλά ακόμα και ςτθ δεφτερθ περίπτωςθ, θ γωνιακι μεταβολι εξαρτάται από τθν ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται ςτθν επάνω επιφάνεια ςε ςχζςθ με τθν κάτω επιφάνεια του ελάςματοσ. Θ εναπόκεςθ μετάλλου ςτθν πάνω επιφάνεια προκαλεί γωνιακι μεταβολι ςε μία κατεφκυνςθ, ενϊ θ εναπόκεςθ μετάλλου ςτθν κάτω επιφάνεια προκαλεί γωνιακι μεταβολι ςτθν αντίκετθ κατεφκυνςθ. Ζτςι θ γωνιακι μεταβολι εξαρτάται από τον λόγο h 1 /h 2 ςτο χ.β.10. Μάλιςτα για κάποιο δεδομζνο πάχοσ ελάςματοσ υπάρχει ζνασ ςυγκεκριμζνοσ λόγοσ h 1 /h 2 που ελαχιςτοποιεί τθν γωνιακι μεταβολι. Ο λόγοσ αυτόσ φαίνεται ςτο χ.β.10 ςε ςυνάρτθςθ με το πάχοσ του ελάςματοσ για ςυγκολλιςεισ χάλυβα. Για παράδειγμα, εάν το πάχοσ του ελάςματοσ είναι 20mm τότε για τθν ελαχιςτοποίθςθ τθσ γωνιακισ μεταβολισ ο λόγοσ h 1 /h 2 πρζπει να είναι 7: Γωνιακή μεηαβολή ζε αςσενικέρ ζςγκολλήζειρ ε πολλζσ ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ, όπωσ πλοία, δεξαμενζσ υγρϊν καυςίμων ςε διυλιςτιρια, αεροπορικζσ καταςκευζσ, κ.λ.π., καταςκευάηονται ενιςχυμζνα ελάςματα (panels), τα οποία αποτελοφνται από επίπεδα ελάςματα ςτα οποία ςυγκολλοφνται διαμικθ 27/38

28 και εγκάρςια ενιςχυτικά ςτοιχεία. Οι ςυγκολλιςεισ των ςτοιχείων αυτϊν είναι αυχενικζσ. Ζνα από τα μεγαλφτερα προβλιματα των καταςκευϊν αυτϊν είναι οι εκτόσ-επιπζδου παραμορφϊςεισ, που οφείλονται ςτθν γωνιακι μεταβολι των αυχενικϊν ςυγκολλιςεων (χ.β.11). Σο πρόβλθμα αποκτά ιδιαίτερεσ διαςτάςεισ, όταν τα ελάςματα είναι λεπτά, όπωσ ςυμβαίνει ςτισ ελαφρζσ καταςκευζσ. τισ ελεφκερεσ αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ, θ γωνιακι μεταβολι προκαλεί τοπικι κάμψθ ςτα ςθμεία των ςυνδζςεων, με αποτζλεςμα θ καταςκευι να παίρνει το ςχιμα ενόσ πολυγϊνου (χ.β.12α). Όταν όμωσ επιβάλλονται-εξωτερικοί περιοριςμοί ςτθν καταςκευι, όπωσ θ ςυγκόλλθςθ των εγκάρςιων ελαςμάτων ςε ςτιβαρι δοκό (χ.β.12β), τότε θ γωνιακι μεταβολι των ςυγκολλιςεων κα προκαλζςει μία κάμψθ των τμθμάτων του κάτω ελάςματοσ ανάμεςα ςτισ ςυγκολλιςεισ και το ζλαςμα κα αποκτιςει μία κυματοειδι μορφι. Θ κατάςταςθ αυτι χαρακτθρίηεται από ςθμαντικζσ εκτόσ-επιπζδου παραμορφϊςεισ, οι οποίεσ μειϊνουν τθν αντοχι του ενιςχυμζνου ελάςματοσ ςτον λυγιςμό. 28/38

29 Θ γωνιακι μεταβολι ςτισ αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ, όπωσ και ςτισ ςυγκολλιςεισ ςυμβολισ, προκαλείται από τθν ανομοιόμορφθ κατανομι τθσ εγκάρςιασ ςυςτολισ ςτθν διεφκυνςθ του πάχουσ του ελάςματοσ. Όπωσ ζχουμε δει, αυτό προκαλείται από τθν ανομοιόμορφθ κερμοκραςιακι κατανομι κατά το πάχοσ, επειδι θ επάνω επιφάνεια του ελάςματοσ κερμαίνεται περιςςότερο από τθν κάτω επιφάνεια. Οι ελεφκερεσ αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ (χωρίσ εξωτερικοφσ περιοριςμοφσ), χαρακτθρίηονται από τθν γωνιακι μεταβολι φ ς (χ.β.12α). Όταν θ ςφνδεςθ υποβάλλεται ςε περιοριςμό, θ γωνιακι μεταβολι φ είναι μικρότερθ (χ.β.12β). το χ.β.13 φαίνεται ποιοτικά θ μεταβολι του φ ο ςε αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ χάλυβα και αλουμινίου ςε ςυνάρτθςθ με το πάχοσ του ελάςματοσ και τθν ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται. Και ςτα δφο υλικά υπάρχει ζνα ςυγκεκριμζνο πάχοσ Θ ο, όπου θ γωνιακι μεταβολι μεγιςτοποιείται. Σο πάχοσ H ο εξαρτάται από τθν γεωμετρία τθσ ςφνδεςθσ και τισ ςυνκικεσ ςυγκόλλθςθσ. ε ελάςματα με πάχοσ μικρότερο από το Θ ο, θ γωνιακι μεταβολι είναι μικρότερθ. Αυτό οφείλεται ςτο ότι επικρατεί μια πιο ομοιόμορφθ κερμοκραςιακι κατανομι κατά το πάχοσ του ελάςματοσ. Με πάχοσ πάνω από το Θ ο, θ γωνιακι μεταβολι μειϊνεται γιατί αυξάνεται θ ακαμψία του ελάςματοσ λόγω του μεγαλφτερου πάχουσ. Από το ίδιο ςχιμα φαίνεται ότι θ μεταβολι του φ ο με το πάχοσ του ελάςματοσ είναι πιο απότομθ ςτον χάλυβα απ' ότι ςτο αλουμίνιο. Επειδι το αλουμίνιο ζχει μεγαλφτερο ςυντελεςτι κερμικισ αγωγιμότθτασ από τον χάλυβα, θ κερμοκραςιακι κατανομι κατά το πάχοσ του ελάςματοσ είναι πιο ομοιόμορφθ. 29/38

30 τισ αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ που υποβάλλονται ςε περιοριςμό θ γωνιακι μεταβολι φ είναι μικρότερθ από το φ ο και προκαλεί, όπωσ είπαμε, κάμψθ του ελάςματοσ μεταξφ των ςυνδζςεων. Θ κάμψθ αυτι χαρακτθρίηεται από ζνα βζλοσ κάμψθσ δ ο ςτο μζςον του ελάςματοσ. Θ ποιοτικι μεταβολι του δ 0 ςε αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ χάλυβα και αλουμινίου φαίνεται ςτο χ.β.14 ςε ςυνάρτθςθ με το μζγεκοσ τθσ αυχενικισ ςυγκόλλθςθσ D f, (που είναι ανάλογο τθσ ποςότθτασ του μετάλλου που εναποτίκεται) και του ανοίγματοσ Β μεταξφ των ςυγκολλιςεων. Σο βζλοσ κάμψθσ είναι μεγαλφτερο ςτισ ςυγκολλιςεισ χάλυβα ςε ςχζςθ με τισ ςυγκολλιςεισ αλουμινίου, όπωσ προαναφζραμε. Επίςθσ βλζπουμε ότι το βζλοσ κάμψθσ αυξάνεται με το μζγεκοσ τθσ αυχενικισ ςυγκόλλθςθσ ο, γεγονόσ που οφείλεται ςτθν αντίςτοιχθ αφξθςθ του μετάλλου που εναποτίκεται. Όπωσ είναι φυςικό, το βζλοσ κάμψθσ αυξάνεται και με το μικοσ ανοίγματοσ Β. Για πάχθ ελαςμάτων από 6 ζωσ 18 mm και ανοίγματα από 0.4 ζωσ 0.8m, τόςο ςτον χάλυβα όςο και το αλουμίνιο, το βζλοσ κάμψθσ κυμαίνεται από 2 ζωσ 8 mm, ανάλογα με το μζγεκοσ τθσ αυχενικισ ςυγκόλλθςθσ. Επομζνωσ παρατθροφμε ότι θ παραμόρφωςθ είναι ςθμαντικι και τισ περιςςότερεσ φορζσ είναι εκτόσ των επιτρεπτϊν ορίων. Αυτό ςθμαίνει ότι πρζπει να λθφκεί πρόνοια για τθν μείωςθ των παραμορφϊςεων πριν από τθν ςυγκόλλθςθ, δθλαδι κατά τον ςχεδιαςμό των ςυγκολλιςεων. Αυτό περιλαμβάνει τα εξισ: Αποφυγι υπερδιαςταςιολόγθςθσ των αυχενικϊν ςυγκολλιςεων Κατάλλθλθ επιλογι του ΡΕΚ (δθλαδι ςυνκθκϊν ςυγκόλλθςθσ) για τθν αποφυγι ειςαγωγισ ανεπικφμθτθσ κερμότθτασ ςτθ ςφνδεςθ Κατάλλθλθ ακολουκία ςυγκόλλθςθσ Προκζρμανςθ Ελαςτικι προζνταςθ 30/38

31 το χ. Β.15 φαίνεται ότι θ προκζρμανςθ, κυρίωσ τθσ κάτω επιφάνειασ του ελάςματοσ, μειϊνει τθν παραμόρφωςθ. Αυτό οφείλεται ςτθν επικράτθςθ μιασ πιο ομοιόμορφθσ κερμοκραςιακισ κατανομισ κατά το πάχοσ του ελάςματοσ, ςε ςχζςθ με τθν ςυγκόλλθςθ χωρίσ προκζρμανςθ. το χ.β.16 φαίνεται ότι θ ελαςτικι προζνταςθ ςε μία κατεφκυνςθ αντίκετθ από τθν γωνιακι μεταβολι, οδθγεί ςε μείωςθ τθσ παραμόρφωςθσ Θ ελαςτικι προζνταςθ μπορεί να πραγματοποιθκεί με κατάλλθλθ πάκτωςθ των ελαςμάτων επάνω ςε προδιαμορφωμζνθ τράπεηα Διαμήκηρ ζςζηολή και διαμήκηρ καμπηική παπαμόπθωζη ε ςχζςθ με τθν εγκάρςια ςυςτολι που περιγράψαμε ςτισ προθγοφμενεσ παραγράφουσ, θ διαμικθσ ςυςτολι είναι πολφ μικρότερθ. Αυτό ςυμβαίνει τόςο ςτισ ςυγκολλιςεισ ςυμβολισ όςο και ςτισ aυχενικζσ ςυγκολλιςεισ. ε γενικζσ γραμμζσ θ διαμικθσ ςυςτολι είναι τθσ τάξθσ του 1/1000 του μικουσ τθσ ςυγκόλλθςθσ, δθλαδι 1mm ανά μζτρο ςυγκόλλθςθσ. Αυτό που ζχει μεγαλφτερθ ςθμαςία δεν είναι θ διαμικθσ ςυςτολι κακ' αυτι, αλλά θ διαμικθσ καμπτικι παραμόρφωςθ που προκαλεί ςε ςυγκολλθτζσ δοκοφσ διατομισ Σ ι Λ, μεγάλου μικουσ, όπωσ φαίνεται ςτο χ.β /38

32 Θ παραμόρφωςθ αυτι είναι πιο ζντονθ όταν ο άξονασ τθσ ςυγκόλλθςθσ δεν ςυμπίπτει με τον ουδζτερο άξονα τθσ δοκοφ και προκαλείται από τθν ροπι κάμψθσ που αναπτφςςεται λόγω τθσ διαμικουσ ςυςτολισ. το χ. Β.18 φαίνεται θ μεταβολι τθσ διαμικουσ καμπτικισ παραμόρφωςθσ (βζλοσ κάμψθσ δ ςτο μζςο του μικουσ τθσ δοκοφ) με τον αρικμό των πάςων ςε δοκοφσ Σ (χ.β.18α) και δοκοφσ Λ (χ.β.18β). τισ δοκοφσ Σ θ καμπτικι παραμόρφωςθ αυξάνεται με τθν ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται. τισ δοκοφσ Λ, όταν πραγματοποιείται ςυγκόλλθςθ του κάτω πζλματοσ, θ παραμόρφωςθ αυξάνεται με τον αρικμό των πόςων. Όμωσ, όταν αρχίςει θ ςυγκόλλθςθ του πάνω πζλματοσ, θ παραμόρφωςθ μειϊνεται. Εάν τόςο ςτο άνω πζλμα όςο και ςτο κάτω πζλμα εναποτεκοφν ίςεσ ποςότθτεσ μετάλλου, θ παραμόρφωςθ δεν κα μθδενιςτεί αλλά κα παραμείνει κάποια καμπτικι παραμόρφωςθ (ςθμείο Γ ςτο χ.β.18β). Αυτό ςθμαίνει ότι θ παραμόρφωςθ που προκαλείται από τθν ςυγκόλλθςθ του άνω πζλματοσ (Β) είναι μικρότερθ. Αυτό οφείλεται ςτθν μεγαλφτερθ ακαμψία τθσ δοκοφ, αφοφ ζχει ιδθ ςυγκολλθκεί το κάτω πζλμα. Όςον αφορά ςτθν επίδραςθ του υλικοφ καταςκευισ, πρζπει να ςθμειϊςουμε ότι θ παραμόρφωςθ κατά τθν ςυγκόλλθςθ δοκϊν από αλουμίνιο είναι μικρότερθ από αυτιν που παρατθρείται κατά τθν ςυγκόλλθςθ χαλφβδινων δοκϊν. Αυτό οφείλεται ςτθν πιο ομοιόμορφθ κερμοκραςιακι κατανομι κατά τον άξονα z, ςτο χ.β /38

33 Σζλοσ εάν οι δοκοί καταςκευαςτοφν με διακοπτόμενθ ςυγκόλλθςθ (χ.β.19), τότε δεν αναπτφςςεται διαμικθσ καμπτικι παραμόρφωςθ. Αυτό πικανόν οφείλεται ςτο ότι δεν αναπτφςςονται ςθμαντικζσ διαμικεισ παραμζνουςεσ τάςεισ λόγω του μικροφ μικουσ των επιμζρουσ τμθμάτων Παπαμοπθώζειρ λςγιζμού Όπωσ ζχουμε αναφζρει, οι παραμζνουςεσ τάςεισ ςτισ ςυγκολλιςεισ είναι εφελκυςτικζσ κοντά ςτθν ραφι τθσ ςυγκόλλθςθσ και κλιπτικζσ ςε περιοχζσ μακριά από τθν ραφι (χ.β.20α). ε λεπτά ελάςματα οι κλιπτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ μπορεί να προκαλζςουν λυγιςμό (χ.β.20β). Οι παραμορφϊςεισ λυγιςμοφ διαφζρουν από τισ εκτόσ-επιπζδου παραμορφϊςεισ που προκαλοφνται από τθν γωνιακι μεταβολι των ςυγκολλιςεων, κυρίωσ ςτο ότι οι παραμορφϊςεισ λυγιςμοφ είναι πολφ μεγαλφτερεσ. Επίςθσ το ςυγκολλθμζνο ζλαςμα, που υφίςταται λυγιςμό, μπορεί να πάρει παραπάνω από ζνα ςχιμα μετά τθν παραμόρφωςθ λυγιςμοφ. Θ πιο αποδοτικι μζκοδοσ για τθν αντιμετϊπιςθ του προβλιματοσ των παραμορφϊςεων λυγιςμοφ είναι θ κατάλλθλθ επιλογι ςυνκθκϊν ςυγκόλλθςθσ (ΡΕΚ), πάχουσ ελάςματοσ και τθσ απόςταςθσ των ςυγκολλιςεων. Σα πειραματικά αποτελζςματα από μετριςεισ τθσ παραμόρφωςθσ λυγιςμοφ ζχουν δείξει ότι ςε γενικζσ γραμμζσ θ παραμόρφωςθ λυγιςμοφ δεν ζχει ζντονθ εξάρτθςθ από τθν μζκοδο ςυγκόλλθςθσ και ότι ο λυγιςμόσ ςυμβαίνει όταν θ παράμετροσ J ξεπεράςει μία κρίςιμθ τιμι J CR όπου 33/38

34 όπου h, ο ρυκμόσ ειςαγωγισ κερμότθτασ (ΡΕΚ) ςε J/mm, Β, θ απόςταςθ των ενιςχυτικϊν ςτοιχείων και Θ, το πάχοσ του ελάςματοσ ςε mm. Θ τιμι του J CR,είναι 1.6 KJ/mm 3 για ςυγκολλιςεισ χάλυβα το χ. Β.21 φαίνεται θ παραμόρφωςθ λυγιςμοφ δ/θ ςτο μζςον του ελάςματοσ ςε ςυνάρτθςθ με τθν παράμετρο Β. Όταν J>J CR θ παραμόρφωςθ λυγιςμοφ αυξάνεται απότομα. 34/38

35 Πεπιοπιζμόρ ηων παπαμοπθώζεων ζηιρ ζςγκολλήζειρ τισ επόμενεσ παραγράφουσ κα ςυηθτιςουμε μεκόδουσ και διαδικαςίεσ για τον περιοριςμό των παραμορφϊςεων ςτισ ςυγκολλθτζσ καταςκευζσ. Αρχικά κα αναφερκοφμε ςε μεκόδουσ που υιοκετοφνται κατά το ςτάδιο του ςχεδιαςμοφ και ςτθ ςυνζχεια κα περιγράψουμε διαδικαςίεσ μείωςθσ των παραμορφϊςεων μετά το πζρασ των ςυγκολλιςεων ςε μία καταςκευι Έλεγσορ ηων παπαμοπθώζεων καηά ηον ζσεδιαζμό Οι ςθμαντικότερεσ παράμετροι που επθρεάηουν τισ παραμορφϊςεισ είναι το πάχοσ των ελαςμάτων, θ διαμόρφωςθ των ακμϊν, θ ακολουκία ςυγκόλλθςθσ, οι ςυνκικεσ ςυγκόλλθςθσ, θ ποςότθτα του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ κακϊσ και οι μθχανικοί περιοριςμοί που επιβάλλονται με τθν ςυγκράτθςθ των ελαςμάτων. Πάχοσ ελαςμάτων: Ζχουμε δει πωσ το πάχοσ του ελάςματοσ επθρεάηει δφο τφπουσ παραμορφϊςεων, τθν γωνιακι μεταβολι και τθν παραμόρφωςθ λυγιςμοφ. Σο χ.β.13 δείχνει τθν επίδραςθ του πάχουσ ςτθ γωνιακι μεταβολι. Φαίνεται πωσ υπάρχει κάποιο κρίςιμο πάχοσ Θ ο, όπου θ γωνιακι μεταβολι μεγιςτοποιείται. Επομζνωσ κα μποροφςαμε να επιλζξουμε μικρότερο ι μεγαλφτερο πάχοσ από το Θ ο, για να ζχουμε μικρι γωνιακι μεταβολι. τθν περίπτωςθ που επιλεγεί μικρότερο πάχοσ (κάτι που επιδιϊκεται ςτισ ελαφρζσ καταςκευζσ) κα πρζπει να προςζξουμε μιπωσ δθμιουργθκεί πρόβλθμα με τισ παραμορφϊςεισ λυγιςμοφ. Όπωσ είδαμε πιο πάνω, ο λυγιςμόσ προκαλείται από τισ κλιπτικζσ παραμζνουςεσ τάςεισ ςτα λεπτά ελάςματα. το χ.β.21 φαίνεται ότι υπάρχει κάποιο κρίςιμο πάχοσ κάτω από το οποίο οι παραμορφϊςεισ λυγιςμοφ παίρνουν μεγάλεσ τιμζσ. τθν περίπτωςθ λοιπόν που πρζπει να επιλεγεί μικρότερο πάχοσ ελάςματοσ για τον 35/38

36 περιοριςμό τθσ γωνιακισ μεταβολισ, κα πρζπει να λθφκοφν παράλλθλα μζτρα για τον περιοριςμό των παραμορφϊςεων λυγιςμοφ, όπωσ κατάλλθλθ επιλογι ςυνκθκϊν ςυγκόλλθςθσ, απόςταςθσ ενιςχυτικϊν ςτοιχείων κ.λ.π. Διαμόρφωςη ακμών: Θ διαμόρφωςθ των ακμϊν επθρεάηει τισ παραμορφϊςεισ των ςυγκολλιςεων, αφοφ επθρεάηει τθν ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται κατά τθ ςυγκόλλθςθ. Εδϊ, ο γενικόσ κανόνασ είναι ότι πρζπει να επιλζγεται μία διαμόρφωςθ (φρζηα) που να ελαχιςτοποιεί κατά το δυνατόν το μζταλλο που εναποτίκεται. Για παράδειγμα ςτο χ.β.10 φαίνεται θ κατάλλθλθ διαμόρφωςθ ςε φρζηα τφπου Χ για τθν επίτευξθ τθσ ελάχιςτθσ γωνιακισ μεταβολισ ςε ςυγκολλιςεισ ςυμβολισ. Για τουσ ίδιουσ λόγουσ θ εγκάρςια ςυςτολι μειϊνεται με τθν χριςθ φρζηασ τφπου Χ, αντί φρζηασ τφπου V (χ.β.7). Συνθήκεσ ςυγκόλληςησ: Ζχουμε δει ότι θ εγκάρςια ςυςτολι αυξάνεται με τθν ποςότθτα του μετάλλου που εναποτίκεται ςε μία ςυγκόλλθςθ. Αυτό ςυμβαίνει διότι αυξάνει το ςυνολικό ποςό κερμότθτασ που ειςάγεται ςτθ ςυγκόλλθςθ. Ο ρυκμόσ ειςαγωγισ κερμότθτασ (ΡΕΚ) επθρεάηει πολλοφσ τφπουσ παραμορφϊςεων, όπωσ για παράδειγμα θ γωνιακι μεταβολι και οι παραμορφϊςεισ λυγιςμοφ. Ζνασ γενικόσ κανόνασ είναι λοιπόν να πραγματοποιοφνται οι ςυγκολλιςεισ με τον μικρότερο δυνατό ΡΕΚ για τθν μείωςθ των παραμορφϊςεων. Ο κανόνασ αυτόσ περιλαμβάνει και τθν επιλογι τθσ κατάλλθλθσ μεκόδου ςυγκόλλθςθσ. Για παράδειγμα, ςε περιπτϊςεισ όπου οι παραμορφϊςεισ αποτελοφν κφριο κριτιριο ςχεδιαςμοφ μπορεί να είναι αναγκαίο να προτιμθκεί μία πιο προθγμζνθ μζκοδοσ ςυγκόλλθςθσ (π.χ. ςυγκόλλθςθ με θλεκτρονιακι δζςμθ ι laser) θ οποία χαρακτθρίηεται από χαμθλότερο ΡΕΚ ςε ςχζςθ με τισ ςυμβατικζσ ςυγκολλιςεισ. Οι παραμορφϊςεισ των ςυγκολλιςεων μπορεί να μειωκοφν με τθν κατάλλθλθ ςυγκράτθςθ των ελαςμάτων. τισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ θ μζκοδοσ αυτι επιφζρει αντίςτοιχθ αφξθςθ των παραμενουςϊν τάςεων. Ακολουθία ςυγκόλληςησ: Θ ακολουκία ςυγκόλλθςθσ επθρεάηει τον τρόπο ανάπτυξθσ των κερμοκραςιακϊν πεδίων και επομζνωσ επιδρά ςτισ παραμορφϊςεισ των ςυγκολλιςεων. Επίςθσ θ ακολουκία ςυγκόλλθςθσ επιβάλλει μθχανικοφσ περιοριςμοφσ διότι οι ςυγκολλιςεισ που προθγοφνται αυξάνουν τθν ςτιβαρότθτα τθσ καταςκευισ ςε παραμορφϊςεισ που προκαλοφνται από τισ ςυγκολλιςεισ που ζπονται. Ζνασ γενικόσ κανόνασ που αφορά ςτθν ακολουκία ςυγκόλλθςθσ είναι οι ςυγκολλιςεισ να ξεκινοφν από το κζντρο τθσ καταςκευισ και να προχωροφν προσ τα άκρα, όπωσ για παράδειγμα φαίνεται ςτο χ.β.22 κατά τθν ςυγκόλλθςθ ενιςχυτικϊν ςτοιχείων ςε επίπεδο ζλαςμα. Ζχουμε δει επίςθσ ότι θ εγκάρςια ςυςτολι μειϊνεται, όταν προτιμθκεί ςυγκόλλθςθ ςε τμιματα από τθν ςυνεχι ςυγκόλλθςθ (χ.β.8) και ότι θ εγκάρςια ςυςτολι ςε ςυγκολλιςεισ πολλαπλϊν πάςων μπορεί να μειωκεί όταν χρθςιμοποιθκεί μεγαλφτερο θλεκτρόδιο ςτο πρϊτο πάςο (χ.β.6). Όςον αφορά ςτθν διαμικθ καμπτικι παραμόρφωςθ δοκϊν Σ και Θ, είδαμε ότι οι παραμορφϊςεισ μειϊνονται με τθν χριςθ διακοπτόμενων αντί ςυνεχϊν ςυγκολλιςεων (χ.β.19). 36/38

37 Προζνταςη και προθζρμανςη: Ζχουμε δει ότι με τθν κατάλλθλθ προζνταςθ ι προκζρμανςθ (χ.β.16, Β.17) μπορεί να μειωκεί θ γωνιακι μεταβολι ςε αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ. Εδϊ ο γενικόσ κανόνασ είναι ότι θ προζνταςθ μπορεί να οδθγεί ςε μείωςθ των παραμορφϊςεων, οδθγεί όμωσ ςε ςτισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ ςε αφξθςθ των παραμενουςϊν τάςεων. Για τουσ λόγουσ αυτοφσ πρζπει να γίνεται μόνον μετά από κατάλλθλο ςχεδιαςμό Μείωζη ηων παπαμοπθώζεων μεηά ηην ζςγκόλληζη Οι διαδικαςίεσ που ακολουκοφνται για τθν μείωςθ των παραμορφϊςεων μετά τθν ςυγκόλλθςθ περιλαμβάνουν κυρίωσ τθν εφκυνςθ με κζρμανςθ (flame heating), θ οποία μπορεί να πάρει διάφορεσ μορφζσ, όπωσ φαίνεται ςτο χ.β.23. Γραμμική θζρμανςη: Χρθςιμοποιείται κυρίωσ για τθν μείωςθ τθσ γωνιακισ μεταβολισ ςε αυχενικζσ ςυγκολλιςεισ Σημειακή θζρμανςη: Χρθςιμοποιείται για μείωςθ των παραμορφϊςεων ςε λεπτά ελάςματα Θζρμανςη ''χιαςτί": Εξαιτίασ τθσ κζρμανςθσ ςε δφο κατευκφνςεισ επιφζρει μια πιο ομοιόμορφθ μείωςθ των παραμορφϊςεων. Θζρμανςη "καρζ": Χρθςιμοποιείται για τθν μείωςθ μεγάλων παραμορφϊςεων. Τριγωνική θζρμανςη: Χρθςιμοποιείται για τθν μείωςθ τθσ διαμικουσ καμπτικισ παραμόρφωςθσ ςε ςυγκολλθτζσ δοκοφσ. 37/38

38 38/38