Saldatura

Saldatura

Nelle prossime righe vi presenteremo un giunto di saldatura, in due soluzioni costruttive. Resta alla vostra scelta quale deciderete di utilizzare, quando e come.

Quindi, questo è stato detto, cominciamo. Prima di tutto quanto è un giunto di saldatura? Una breve descrizione può essere: un processo tecnologico di giunzione permanente dei metalli e leghe, per fusione locale, con o senza materiale aggiuntivo.

Per avere un oggetto di discussione, abbiamo scelto un giunto a “T” – che è spesso visto nell’industria.

Per poter fare questo abbiamo fatto 3 piastre, con dimensioni pari, ma hanno con alcuni dettagli differenti. La prima piastra è una piastra quadrata, avente le dimensioni di 100 x 100 x 10 [mm], che ha gli angoli smussati a 5 x 45 ° – altro per motivi estetici anziché uno funzionale.

plate1.

Welding

Welding

In the next few lines we will present you a welding joint, in two constructive solutions. It remains at your choice which one you will decide to use, when and how.

So, this have been told, let’s start. First of all what is a welding joint? A short description may be : a technological process of permanent joining of metals and alloys, by local melting, with or without additional material.

In order to have a subject of discussion, we choose a “T” joint – which is often seen in industry.

In order to do that we have made 3 plates, with equal dimensions, but have some different details. The first plate is a square plate, having the dimensions of 100 x 100 x 10 [mm], which has the corners chamfered at 5 x 45° – more for an aesthetic rison instead of a functional one.

 

plate1

Plate 100 x 100 x 10 [mm] – with chamfers of  5×45°

 The second plate that we will use has the dimensions of 100 x 100 x 10 [mm]. At this one we will chamfer only two corners at 5 x 45°.

plate2 Plate 100 x 100 x 10 [mm] – with chamfers of 5 x 45° only at two corners

Tha third one (and the last one) has the dimensions of 100 x 100 x 10 [mm]. Also at this plate we will chamfer only 2 edges at 5×45°. This one instead has two more chamfers at 5×45° as you can see in the “X” Detail in the bellow picture. Why did we do that? You will see in the next lines.

 

plate3

Plate 100 x 100 x 10 [mm] – with chamfers of 5 x 45°  in two planes

Until here, nothing new! Just presenting two types of welding. Now instead is the time put ourselves some questions like: which one holds better, which are the advantages / disadvantages when using one of them. In order to be able to answer to this questions we use a FEM analysis. First of all we set the material. We will use a common steel : S235 JR. Applied force : 2000 [N].

Further, in order to make a better evaluation, we decided to study the parts presented above, by the loads applied, so we have:

  • bending load;
  • axial load;
  • combind load – bedning + axial;

That said, we have the next situations, presented bellow :

incarcare_incovoiere

Bending load

incarcare_axiala

Axial load

incarcare_combinata

Combined load

After running the analysis, for the first case, we have the next results:

rezultate_colt_incovoiereDeformations and maximum stress when bending load

rezultate_colt_axiala

Deformations and maximum stress when axial load

rezultate_colt_combinata

Deformations and maximum stress when combined load ( axial + bending )

After running the analysis, for the second case, we have the next results:

rezultate_k_incovoiere

Deformations and maximum stress when bending load

rezultate_k_axiala

Deformations and maximum stress when axial load

rezultate_k_combinata

Deformations and maximum stress when combined load ( axial + bending )

Everything is ok. To be completely synthesized, below we present a table with all the data we are interested.

tabel

Table with the results

To have a much clear image of the results, we offer you the next two graphs:

grafic1Deformations

grafic2

Stress

We arrived now at the moment where we present our conlcusions :

  • From the graphical results presented in above, can be observe that the most unsafe assembly is where “K” weld type is use (from the point of view of maximum stress);
  • From the point of displacement, can be observed that the higher displacements are present as well where the “K” weld type is use;
  • In the cases studied and presented, can be observe the maximum stress is present always in vicinity of weld. The principal reason is because the maximum stress occurs only in “K” weld type is the higher stiffness increased local by the type of weld.
  • Correct correlation of wall thickness for those parts which are machined  with type of applied loads and locations where are applied loads. From study result that the thickness of horizontal plate must be increase due to their admissible stress on limit of material.
  • As general conclusion, the most stiffness assembly is where “K” weld is use, and on the other side the most elastic assembly is where fillet weld is use.

It is up to each of you to choose one of the options above. This article was made strictly for educational purposes, to present to the concerned persons and not having access to certain information the two cases – quite common in the work of a mechanical engineer. We also accept that we can discuss a lot on these cases presented. Size, material, loads were chosen only to highlight deformations and stresses – under no circumstances is any practical case.

 

Thank you!

Mech-Design TEAM

Sudura

Sudura

In ceea ce urmeaza va vom prezenta o imbinare sudata, in doua variante constructive. Ramane la latitudinea dumnevoastra pe care o sa o folositi , cand si cum o veti folosi.

Acestea fiind spuse sa incepem. In primul rand ce este  o sudura? O definitie scurta ar fi : un procedeu tehnologic de asamblare nedemontabila a metalelor si aliajelor, prin topire locala, cu sau fara material de adaos.

Pentru a putea vorbi despre ceva concret am ales o “imbinare” in forma de ” T ” care este des intalnita in industrie.

Pentru aceasta am realizat 3 placi, egale ca si dimensiuni, dar care difera prin detalii. Prima placa este o placa patrata , cu dimensiunile de 100 x 100 x 10 [mm], care are colturile tesite la 5 x  45°- mail mult din aspect estetic decat functional.

 

plate1

Placa 100 x 100 x 10 [mm] – cu tesituri pe colturi de 5×45°

 Cea de a doua placa pe care o vom folosi este de 100 x 100 x 10 [mm]. La aceasta placa vom tesi doar 2 colturi la 5 x 45°.

plate2 Placa 100 x 100 x 10 [mm] – cu tesituri la doar doua colturi de 5 x 45°

Cea de a treia placa (si ultima) are dimensiunile de 100 x 100 x 10 [mm]. De asemenea la aceasta placa vom tesi doar 2 colturi la 5×45° . Aceasta placa are insa in plus doua tesituri de 5×45° asa cum se poate observa in detaliul ” X ” din poza de mai jos. Pentru ce am facut acest lucru? Veti vedea in randurile de mai jos.

plate3

Placa 100 x 100 x 10 [mm] – cu 2 tesituri de 5 x 45°   in doua plane

Pana aici totul este ok. Acum cu aceste trei placi vom realiza doua repere, doua ansamble folosind placile 2 cate 2, dupa cum urmeaza :

a) prima placa cu ce-a de a doua.

b) prima placa cu ce-a de a treia

In urmatoarea imagine va vom prezenta primul caz (prima placa cu cea de-a doua). Asa cum vedeti in detaliul “X” de mai jos, imbinarea lor s-a facut utilizand o sudura de colt.

weld1

Sudura de colt intre prima si a doua placa

Asa cum va imaginati deja, urmatoarea poza va prezenta cazul al doilea (prima placa cu cea de-a treia). In detaliul “X” puteti observa cordonul de sudura. Dupa cum vedeti are o forma diferita fata de primul. Pentru acest lucru ce-a de a treia placa a avut tesitura in plus.

weld2Sudura dintre prima placa si cea de a treia 

Pana acum nimic nou. Pur si simplu prezentate doua suduri. Acum insa este momentul sa ne intrebam care rezista mai bine, si ce avantaje / dezavantaje prezinta utilizarea uneia sau a alteia.

Pentru aceasta am apelat la o analiza FEM. Pentru aceasta am stabilit materialul. Vom alege un otel comun : S235 JR. Forta aplicata : 2000 [N].

In continuare, pentru a face o evaluare cat mai buna, am decis sa studiem reperele de mai sus, in functie de incarcarile aplicate, astfel avem :

  • incarcare la incovoiere;
  • incarcare axiala;
  • incarcare combinate – la incovoiere + axiala;

Acestea fiind zise avem situatiile prezentate mai jos :

incarcare_incovoiere

Incarcare la incovoiere

incarcare_axiala

Incarcarea axiala

incarcare_combinata

Incarcare combinata 

Dupa simulare, pentru primul caz  avem urmatoarele date :

rezultate_colt_incovoiereDeformatiile si tensiunea maxima in cazul incarcarii la incovoiere

rezultate_colt_axiala

Deformatiile si tensiunea maxima in cazul incarcarii axiale

rezultate_colt_combinata

Deformatiile si tensiunea maxima in cazul incarcarii combinate ( axiala + incovoiere )

Dupa simulare, pentru al doilea caz  avem urmatoarele date :

rezultate_k_incovoiere

Deformatiile si tensiunea maxima in cazul incarcarii la incovoiere

rezultate_k_axiala

Deformatiile si tensiunea maxima in cazul incarcarii axiale

rezultate_k_combinata

Deformatiile si tensiunea maxima in cazul incarcarii combinate ( axiala + incovoiere )

Pana aici este totul ok. Pentru a avea totul sintetizat, mai jos vom prezenta un tabel cu toate datele care ne intereseaza.

tabel

 Tabel cu rezultatele obtinute

Iar pentru a avea o imagine si mai clara a valorilor obtinute va propunem urmatoarele grafice:

grafic1Deformatiile obtinute 

grafic2

Tensiunile obtinute

Am ajuns la momentul in care va prezentam concluziile noastre :

  • Din rezultatele grafice presentate mai sus, se poate observa ca cea mai nesigura imbinare este aceea unde s-a folosit imbinarea in forma de “K” (din punct de vedere al tensiunii maxime);
  • Din punct de vedere al deplasarilor, se poate observa ca deplasarile cele mai mari sunt de asemenea prezente unde s-a folosit sudura in forma de “K”;
  • In cazurile studiate si prezentate, se poate observa ca tensiunea maxima este prezenta intotdeauna in apropierea sudurii. Motivul principal pentru care tensiunea maxima apare in cazul folosirii sudurii in forma de “K” este rigiditatea ridicata in zona respectiva, datorita tipului sudurii.
  • Trebuie facuta o corelare corecta intre grosimile placilor care sunt prelucrate cu incarcarile si pozitionarea incarcarilor. Din studiu rezulta ca grosimea placii orizontale trebuie marita datorita tensiunii admisibile la limita a materialului;
  • Ca si o concluzie generala, cea mai rigida imbinare este cea unde s-a folosit sudura in forma de “K”, iar cea mai elastica este cea unde s-a folosit sudura de colt.

Ramane la latitudinea fiecaruia sa aleaga una dintre variantele propuse mai sus. Acest articol a fost facut strict in scop educativ, pentru a prezenta celor interesati si care nu au acces la anumite informatii cele doua cazuri – destul de des intalnite in munca unui inginer mecanic. De asemenea acceptam faptul ca se poate disucta foarte mult pe cazurile prezentate. Marimile, materialul si incarcarile au fost alese doar pentru a evidentia deformatiile si tensiunile – sub nicio forma nu sunt un caz practic.

Va multumim!

Mech-Design TEAM