طراحی اتصالات جوش
مقدمه
نقش اتصالات جوش
دسته بندی اتصالات جوش
فاکتورهای موثر در طراحی اتصالات جوش
انواع اتصالات جوش (بر طبق استاندارد AWS)
انواع جوش
دسته بندی جوش
واژه شناسی
راندمان جوش
موقعیت جوش
دسته بندی اشکال پخ
علائم جوش در ترسیم (مطابق با ایزو 2553)
فهرست مطالب طراحی جوش
مقدمه
نقش اتصالات جوش انتقال تنش و تقسیم آن بین اعضاء سازه جوش داده شده (weldment) بوده و نیروها و بارهای وارده به سازه را به قسمتهای مختلف جوش وارد می کند. تنشها به سطح مقطع جوش وارد می گردد لذا باید مقادیر آن با استفاده از محاسبات و تجربه کاری برآورده گردد. نوع بار و سرویس دهی سازه ها از عواملی که در طراحی اتصالات جوش باید درنظر گرفته شود.
انواع اتصالات جوش از نظر عمق نفوذ
گروه 2: اتصالات با نفوذ جزئی (Partial- penetration Joint) – برای اتصالی که ذوب کامل در سطح مقطع وجود ندارد یعنی نفوذبطورکامل در مقطع وجود ندارد و معمولاً در هر طرف از ¼ از مقطع پر شود.
گروه 1: اتصالات با نفوذ کامل Full(Comlete)-penetrationJoint) (فلز جوش بطورکامل در داخل سطح مقطع جوش وجود دارد)
انواع اتصالات جوش از نظر عمق نفوذ
نمونه ای از جوش CPJ
فاکتورهای موثر در طراحی یک اتصال جوش
1) فاکتورهای اقتصادی هزینه
2) استحکام اتصال جوش
فاکتور اقتصادی، هزینه و استحکام اتصال جوش به عوامل زیر بستگی دارد:
مینیمم حد ممکن جوش
سطح مقطع اتصال
نوع پخ
ضخامت صفحه
تجهیزات پخ سازی
نوع فرایند جوشکاری
موقعیت جوشکاری
3) توانایی جوشکاری
تعریف اتصال
اتصال محلی است که دو عنصر و یا بیشتر به هم وصل شوند. تعریف نوع اتصال بر اساس چگونگی قرار گرفتن اعضاء صورت می گیرد.
اتصال لبه ای. Edge Joint، اتصال بین لبه های دو عضو موازی و یا بیشتر
انواع اتصال طبق استاندارد AWS
اتصال سر به سر (Butt Joint)، اتصال بین دو عنصر که تقریباً در یک صفحه قرار دارند.
اتصال کنجی یا گوشه ای (Corner (Fillet)Joint) ، اتصال بین دو عضو که تقریاً در زاویه عمود بر هم قرار داردند. (Right Angles)
اتصال T شکل (Tee Joint)،اتصال دو عضو که بر هم عمود بوده و شکل T را ایجاد می کند.
اتصال روی هم – لبه روی لبه (Lap Joint) ، اتصال بین دو عضو که دو لبه آنها روی هم قرار گیرد.
انواع اتصالات دیگر طبق استاندارد های دیگر تعریف شده است بعنوان مثال طبق استاندارد ISO اتصال سطح (Surface Joint) یا اتصال فولد (Fold Joint)
اتصال سطح
اتصال فولد
دو قطعه ی کار به صورت سربه سر قرار می گیرند.
اتصالات سر به سر
دو قطعه ی کار تقریبا 90 درجه، به شکل T قرار می گیرند.
اتصالات سپری
اتصالات گوشه ای و لبه ای روی هم
تعریف جوش
جوش یک اتصال موضعی بین دو فلز مناسب است که توسط حرارت انجام گرفته و ممکن است همراه با فشار یا بدون فشار باشد. در این اتصال ممکن است از فلز جوش استفاده شود یا نشود.
انواع جوش
جوش بالی (اتصال دو لبه به هم)
جوش کنجی بصورت تکی یا دوتایی
جوش شکافی
جوش خال (خال جوش) موضعی
جوش درزی (بخیه ای)- جوش نواری
جوش شکافی (پخ زده شده)، شیاری
جوش پشتی (نوع خاص جوش شکافی)
جوش سطحی
مشخصات جوش سر به سر و کنجی
پاس ریشهRoot Pass
پاس گدازهHot Pass
پاس پرکننده Fill Pass
پاس محافظCover Pass
عرض نمای جوش b =
ارتفاع نمای جوش h =
عمق نفوذ گلویی جوش s =
جوش سر به سر یک طرفه
برداشتن ریشه جوش جهت آمادگی برای پاس پشت جوش
پاسهای جوش 1 – 4
لایه های جوش1-3
پشت جوش
راندمان جوش (Efficiency of Welds)
خروجی (outcome) مربوط به قطعه جوشی بوده که به مقدار نیرو و یا ممان انتقالی توسط جوش بستگی دارد.
هزینه (Expense) مربوط آماده سازی بوده و به فاکتورهای که در صفحه بعدی آورده شده است بستگی دارد.
فاکتورهای موثر بر راندمان
هزینه به فاکتورهای متعددی منجمله فاکتورهای زیر بستگی دارد:
هزینه پخ زنی، که به ضخامت و طراحی اتصال بستگی دارد.
روش جوشکاری
مقدار فلز جوش
جریان الکتریکی جوشکاری
سرعت جوشکاری که بستگی به مهارت جوشکار دارد.
شرایط کاری( موقعیت جوشکاری، شرایط جدی، دما)
تجهیزات جوشکاری، هزینه عملیات و دستگاه، برگشت سرمایه
عملیات حرارتی بعد از جوشکاری (همانند ماشین کاری نهایی، سنگ زنی، آمادگی سطح، عملیات حرارتی و …)
بازرسی کنترل کیفیت جوش
یکی از فاکتورهای مهم در هندسه اتصال مساحت سطح مقطعCSA می باشد. جداول نشان داده شده مساحت سطح مقطع را برای انواع جوش می دهد.
:Aزاویه شیار، D: قطر خال، L: طول جوش، R:شعاع، RF: وجه ریشه، RO: درز ریشه، :Sاندازه فیلت، T: ضخامت، W : عرض
مساحت سطح مقطع برای انواع جوش
تقسیم بندی جوش بر اساس شکل آن
جوش تخت
جوش مقعر
جوش محدب
1. موقعیت تخت (Flat Position)
موقعیتهای اصلی جوشکاری از نظر انجمن جوشکاری امریکا
2. افقی (Horizontal)
محور جوش تقریباً افقی است. جوشهای شکافی کنجی در این قسمت قرار می گیرند.
موقعیتهای اصلی جوشکاری از نظر انجمن جوشکاری امریکا
3. جوش بالای سر (Overhead)
موقعیتهای اصلی جوشکاری از نظر انجمن جوشکاری امریکا
4. موقعیت عمودی (Vertical Position)
موقعیتهای اصلی جوشکاری از نظر انجمن جوشکاری امریکا
شکاف مربعی
شکاف V سر به سر
شکاف یا پخ یک طرفه
شکاف U
شکاف J
شکاف زبانه ای سربه سر
شکاف یک طرفه زبانه ای
دسته بندی شکافهایی جوش
(Classification of Groove Shapes)
اشکال مختلف پخ سازی برای عمق نفوذ ناقص طبق استاندارد (Austrain Standard M 7801)
G = gas-shielded metal arc welding in A.S 7801
M = manual arc welding on steel in A.S 7801
علائم جوشکاری در نقشه کشی مطابق ایزو
(Welding Symbols on Drawings Acc.ISO 2553 (
متاسفانه هنوز اختلافاتی در استاندارهای ارو پایی و آمریکایی وجود دارد که هرکدام در استاندارد خود مشخص شده اند.
زبان عمومی درک مفاهیم و علائم جوشکاری برای مهندسین و تکنسین ها باید شامل موارد زیر باشد:
اصطلاحات و تعاریف
مقادیر و واحدها
فرمولها و علائم یکسان
ترسیم شکلها و علائم
در اروپا از نمای اول و در امریکای شمالی از نمای سوم استفاده می شود.
در ترسیمها دید جلو و دید بالا یکسان اما بجای دید پهلو در اروپا از دید چپ و در آمریکای شمالی از دید راست استفاده می شود.
هر نشانه 5 مورد را مشخص می کند
نوع جوش
طرح اتصال(پخ)
اندازه و طول جوش
روش جوشکاری
مراحل عملیات جوشکاری
علائم جوشکاری
علائم جوشکاری
علائم ترکیبی جوشکاری
برخی علائم تکمیلی جوشکاری
مثال 1. جوش سربه سر V شکل یک طرفه
مثال 2. جوش محدب دو طرفه V شکل
مثال 3. جوش کنجی مقعر
مثال 4. جوش سربه سر V شکل یک طرفه با پشتی تخت
کاربرد علائم تکمیلی جوشکاری
مثال 5. جوش سربه سر V شکل یک طرفه با سطح گسترده پهن و پشتی
مثال 6. جوش سربه سر V شکل یک طرفه با سطح پرداخت شده
مثال 7. جوش کنجی با سطح پرداخت شده
کاربرد علائم تکمیلی جوشکاری
خط مرجع (RF)
خط مرجع (Reference Line)
همواره افقی
علائم جوشکاری در نقشه کشی
فلش
خط فلش (Arrow Line)
خط مرجع (RF)
انتهای فلش
انتها (دُم)Tail
خط مرجع (RF)
فلش
نوک فلش خط جوش یا ناحیه جوشکاری را نشان می دهد.
انتهای علامت فرآیند جوشکاری یا برشکاری نوشته می شود.
خط مرجع (RF)
فلش
انتهای فلش
دایره در محل تقاطع فلش و خط مرجع نشانه سرتاسری بودن جوش می باشد.
پرچم در تقاطع خط مرجع و فلش نشان دهنده جوش در محل می باشد.
علامت جوش در محل (Field Weld Symbol)
سمت فلش
سمت دیگر
قرارداد در مورد سمت های خط مرجع
شکستگی در فلش به معنای آن است که پخ در جهت نشان داده انجام گیرد یا باید آماده سازی روی آن انجام گیرد.
جوش فیلت ( تنها در سمت فلش)
جوش فیلت (در سمت دیگر)
1/4
1/4
اندازه جوش فیلت
1/4
1/4
(5/16)
(5/16)
عمق شکاف
عمق نفوذ
مثالی از جوش شکافی دوطرفه
علامت جوش توپی یا خال جوش
سمت فلش
5/16
5/16
علامت زیر چه جوشی را نشان می دهد؟
سوال
5/16
5/16
Single-Bevel-Groove and Double Fillet Weld Symbol
جواب :
Single-Bevel-Groove and Double Fillet weld Symbols
جوش فیلت زنجیری متناوب Chain Intermittent Fillet Weld
جوش در هر دوطرف و با فاصله مرکز تا مرکز 10 اینچ
1/4
1/4
2-10
2-10
10 in
10 in
10 in
2-10
2-10
1/4
1/4
جوش فیلت شطرنجی متناوب Staggered Intermittent Fillet Weld
جوش در هر دوطرف و با فاصله مرکز تا مرکز 10 اینچ
برای محاسبه تنشهای جوش ابعاد آن بسیار مهم است.
برای اجتناب از اشتباه قواعد زیر مورد نیاز است:
اندازه ابعاد که برای نمایش سطح مقطع بکار می رود روی پهلوی سمت چپ علامت یعنی قبل از علامت نوشته می شود.
اندازه ها و ابعاد طولی سمت راست علائم یعنی بعد از آن نوشته می شود. چنانچه فاقد دوحالت بالا باشد بدین معنی است که جوش در تمام طول قطعه کار پیوسته است.
چنانچه چیزی مشخص نشود، جوش سربه سر دارای نفوذ کامل است.
برای جوش کنجی ابعاد سطح مقطع جوش می تواند بصورت زیر مشخص شود:
الف. یا بوسیله گلویی (ضخامت گلویی)
ب. یا بوسیله طول ساق جوش
عمق نفوذ کنجی (جوش کنجی) بوسیله عمق گلویی(s) نشان داده می شود.
مثال: جوش کنجی برای حالت ضخامت گلویی a = 5 mm و طول جوش 300mm
مثال: جوش کنجی برای حالت ساق جوش z = 7 mm و طول جوش 300mm
آنالیز اتصالات جوشی
1. آنالیز استاتیکی استحکام اتصال جوشی
2. آنالیز خستگی
3. آنالیز شکست ترد
4. آنالیز عیوب داخلی جوش
در ادامه به برخی حالتهای آنالیز استاتیکی استحکام اتصال جوشی پرداخته می شود.
T= عمق جوش
l= طول جوش
σ= استحکام جوش
p= نیروی وارد بر جوش
این نوع اتصال تحت بار را می توان یک اتصال یکپارچه فرض نمود خصوصا اگر عمق نفوذ کامل وجود داشته باشد .
استحکام جوش
آنالیز تنش در اتصال سربه سر
دو فرض برای ساده سازی محاسبات:
1- تنشها متناسب با سطح مقطع جوش است پس حداقل سطح مقطع(سطح گلویی) درنظرگرفته می شود .
2- صفحه گلوئی نسبت به محور نیرو زاویه ندارد و بلکه یا با آن موازی و یا عمود بر آن است.
برعکس اتصال سر به سر،اتصال نبشی یک اتصال یکپارچه نبوده و بخاطر شکل و جهت گیری آن نسبت به محور نیرو نمی توان از آنالیز تنش ساده استفاده نمود.
آنالیز تنش در اتصال نبشی
=Τتنش برشی P= نیروی موازی با خط جوش
آنالیز تنش در اتصال نبشی
فریمهای میانیاز یک ردیف از ورقه های فولادی خمیده و صاف تشکیل شده اند ، که توسط جوش سربه سر به کف متصل شده اند. اتصالات جوشی عمودی از نوع سربه سر و اتصالات افقی ازنوع درزی (Seam) می باشند .
اعضای تقویت کننده طولی و عرضی معمولاٌ توسط جوشهای کنجی میانی با یک طول جوش پیوسته در انتهای عضو تقویت کننده، به پوسته جوش داده می شوند .
طراحی اتصالات فریمهای مقطع میانی (shell plating )
روشهای مختلفی برای محاسبه اندازه یا مقاومت جوش کنجی وجود دارد:
ساده ترین روش فرض می کند که گلویی برای تمامی بارگذاریها حالت برش به خود گرفته است:
تنش مجاز برای فولاد نرم و الکترودهای E43
برای ماکزیمم تنش در جوش ها تحت بار P = 90 kN
ضخامت گلویی
طول ساق
محاسبه استحکام جوش
حجم فلز جوش
روشهای مختلفی برای وحاسبه اندازه یا مقاومت جوش سربه سر وجود دارد:
ساده ترین روش فرض می کند که گلویی برای تمامی بارگذاریها حالت برش به خود گرفته است:
تنش مجاز
برای ماکزیمم تنش در جوش ها تحت بار محوری خواهیم داشت: P = 90 kN
تنش برابر است با:
محاسبه استحکام جوش
حجم فلز جوش
توجه: دو شکل عمداً مشابه درنظر گرفته شده اند تا امکان مقایسه وجود داشته باشد. اولی کنجی دومی سربه سر می باشد.
نتیجه 1: همانطور که مشاهده می شود حجم جوش کنجی دو برابر حجم جوش موردنیاز در جوش سربه سر شده است.
نتیجه 2: طول ساق جوش کنجی مانند ضخامتش بزرگ بوده و جوش مناسبی برای این مثال نمی باشد.
برای ماکزیمم تنش در جوش ها تحت بار برشی خواهیم داشت: Q = 65 kN
تنش در جوش سربه سر برابر است با:
تنش مجاز
حجم فلز جوش
نتیجه3: جوش کنجی در تحمل نیروی برشی موثرتر می باشد تا نیروی محوری.
W-11
سطح مقطع موثر جوش سربه سر
Aw = te Lw
Aw = سطح موثر جوش
te = ضخامت موثر گلویی
Lw = طول جوش
t1
t2
t
t
te = t1
te = t
نکات تکمیلی
این اندازه ها در جداولموجود می باشد که برخی از آنها قبلاً آورده شد.
W-12
جوش کنجی
فرض می شود جوش کنجی مقطع 45 درجه دارد. اندازه جوش اضلاع مقطع مثلثی می باشد. و با (W) یا (z) نشان داده می شود. صفحه خرابی (ضعیف ترین مقطع) در بین گلویی بوده عرض آن که با (t) یا (a) نشان داده می شود و برابر است با:
t = 0.707 w
Aw = سطح موثر جوش
te = ضخامت موثر گلویی
Lw = طول جوش
L= طول مقطع برشی جوش می باشد.
Aw = te Lw
مینیمم اندازه جوش کنجی
ماکزیمم اندازه جوش کنجی
برای مواد با ضخامت کمتر از ¼ in (6 mm ) نباید بیشتر از ضخامت ماده باشد.
برای مواد با ضخامت بزرگتر مساوی ¼ in (6 mm ) نباید بیشتر از ضخامت ماده منهای 1/16in (2mm) باشد. مگر اینکه برای هدف خاصی طراحی شود.
W-15
½”
1”
مثال : اندازه مناسب برای جوش فیلت زیر بدست آورید؟
جواب:
ماکزیمم اندازه جوش برای ضخامت ½ in
مینیمم اندازه جوش برای ضخامت 1 in
نکته: همیشه مینیم جوش با ورق ضخیم و ماکزیمم جوش با ورق نازک چک می شود.
استفاده از نرم افزار
استفاده از نرم افزار
استفاده از نرم افزار
استفاده از نرم افزار
مواد جوشی مورد نیاز برای اتصالات مختلف
مواد جوشی مورد نیاز برای اتصالات مختلف
پایان