Όλα Flashcards
Απαιτήσεις ώστε ένα υλικό να χρησιμοποιείται στη ναυπηγική
(α) υψηλός λόγος αντοχής προς βάρος (σο /ρ)
(β) δυσθραυστότητα (fracture toughness) -ικανότητα του υλικού να απορροφά
ενέργεια παραμορφούμενο πλαστικά, πριν τη θραύση
όσο μεγαλύτερη, τόσο πιο όλκιμο το υλικό (συνήθως επιθυμητό) - HS
(γ) αντοχή σε κόπωση – προοδευτική αύξηση ρωγμών για μικρές τάσεις
(δ)αντοχή σε διάβρωση και σε διάβρωση με μηχανική καταπόνηση που οδηγεί
σε ρωγμάτωση – απώλεια υλικού – ψαθυρή θραύση
(ε) άλλες ιδιότητες
….. π. χ. συγκολλητότητα, κόστος, συντήρηση, ευχέρεια διαμόρφωσης
Είδη χαλύβων
1)κοινοί (mild steels)
φερριτικοί, C 0.23% –πιοδιαδεδομένοι – Mn, Si, S, P
εξαιρετική συγκολλητότητα
2)υψηλής αντοχής (High Strength Steels)
σ ο έως 350ΜPα
προσθήκη Al, Co, V –μείωση παχών –> μείωση βάρους
3) κράματα πολύ υψηλής αντοχής (HSLA)
(Cr, Ni +θερμική κατεργασία) –ειδικές εφαρμογές
Μικροδομή χαλύβων
1)το ποσοστό του C και ο ρυθμός απόψυξης επιδρούν στη μικροδομή – καθορίζει
την αντοχή και σκληρότητα
2)κοινοί χάλυβες – περλιτική μικροδομή
3)βαφή σε νερό και επαναφορά (επαναθέρμανση) –χάλυβες υψηλής αντοχής
Ποιότητες χαλύβων μετά την αποξείδωση
1)Πλήρως καθησυχασμένος (killed steel)
Τελείως αποξειδωμένος με ομοιογενή δομή
Κατάλληλος για παχιά ελάσματα
Αποξείδωση με προσθήκη στοιχείων όπως Si, Al
2)Περιθωριακός χάλυβας (rimmed steel)
ελάχιστα αποξειδωμένος
για πάχη μέχρι 12,5 mm
δευτερεύουσες κατασκευές στη ναυπηγική
3)ημικαθησυχασμένος χάλυβας (semikilled steel)
λιγότερο αποξειδωτικό από killed
καλύτερη ποιότητα απο τον rimmed
φθηνότερος από τον killed
συνήθης ναυπηγικός χάλυβας
Μη θερμικά κατεργασμένα κράματα αλουμινίου
- Κύριες προσμίξεις Mg, Si, Mn, Fe
- σειρές 1000,3000,4000,5000
- περαιτέρω αύξηση αντοχής με cold working
- πρόκληση ενδοτράχυνσης
- σταθεροποιητική διαδικασία σε σχετικά υψηλή Τ όπου υπάρχει Mg
Θερμικά κατεργασμένα κράματα αλουμινίου
Στάδια θερμικής κατεργασίας
Η αντοχή των κραμάτων οφείλεται στην ύπαρξη στοιχείων όπως Cu, Mg, Zn, Si
1)Διαλυτοποίηση/υπερβαφή (solution heat treatment)
θερμανση με σκοπο την τοποθέτηση των στοιχείων στο στερεό διάλυμα
2)Γρήγορη βαφή (quenching)
συνήθως σε νερό
προσωρινό πάγωμα της σχηματισμένης μικροδομής άρα
εύκολη κατεργασιμότητα για ορισμένο διάστημα
3)Κατακρήμνιση συστατικών (precipitation)
διότι η κατάσταση αυτή δεν είναι σταθερή για Tπεριβάλλοντος ή ψηλότερη
4)Γήρανση (aging)
σε Tπεριβάλλοντος και προκύπτει κράμα ισχυρής αντοχής
Σειρά 5000 Αλουμινίου
Al+Mg
κράματα μέσης ή υψηλής αντοχής
καλη συγκολλητοτητα
εξαιρετική αντοχή σε διάβρωση
Αλουμινένια σκάφη
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
(σε σχέση με χάλυβα)
1) ελαφρότερη κατασκευή για ίδιες απαιτήσεις
2) μεγαλύτερη αντοχή σε διάβρωση
3) μεγαλύτερος χρόνος ζωής
4) ευχέρεια διαμόρφωσης (χαμηλοτερο Ε)
5)μικρότερο ολικό κόστος
(ακριβότερη ανέγερση, φθηνότερη συντήρηση)
6)ευχάριστη όψη
Αλουμινένια σκάφη
ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
1) μικρό Ε
2) μικρή αντοχή σε κόπωση
3) μείωση αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες
Συγκριση μηχανικών ιδιοτήτων St-Al
σο,Al=σο,St
ρAl=1/3ρSt
ΕAl=1/3ESt
πλεονεκτημα σε κρούσεις, μειονέκτημα για παραμορφώσεις
δmax,Al=1.5δmax,St
IAl=3ISt
Γενικά στοιχεία Ti
χαμηλό γ 4.5 g/cm3(λίγο περισσότερο απο το μισο του χαλυβα)
υψηλή αντοχή 800MPa (4 φορες του χάλυβα)
ακριβό
εφαρμογές σε Deep Submergence Rescuing Vehicles
Μεταλλουργία του Ti
2 μορφές Ti α, Ti β (882ο C)
Το καθαρό Τi ειναι πολυ διαδεδομενο και δεν κατεργαζεται θερμικα
(ο μετασχηματισμός από β σε α δεν μπορεί να εμποδιστεί στην ψύξη ανεξάρτητα από την διαδικασία ψύξης)
Προσθήκη στοιχεων που αλλάζουν την θερμοκρασία μετασχηματισμού
Αλφαγόνα στοιχεία
Αλφαγόνα: Al, Sn, O/αυξάνουν τη θερ.μετ./μη θερμικά κατεργάσιμα κράματα
Βηταγόνα στοιχεία
Βηταγόνα: Cr, Fe, V, Mo, Mn/μειώνουν τη θερ.μετ./θερμικά κατεργάσιμα κράματα
(με προσθήκη βηταγόνων διατηρείται η φάση β ακόμα και σε θερμοκρασια δωματίου)
Κράματα Ti α
Κράματα α
1) Καλή συγκολλητότητα
2) Μη θερμικά κατεργάσιμα
3) Όλκιμα
4) Δυσκολία κοίλανσης
Κράματα Ti β
Κράματα β
1) Καλή συγκολλητότητα
2) Θερμικά κατεργάσιμα
3) Καλη μηχανική αντοχή
4) σχετικά ψηλό γ
5) ευκολία κοίλανσης
Κράματα Ti α+β
Κράματα α+β
1) Υψηλή αντοχή
2) Εξαιρετική κατεργασιμότητα
3) θερμικά κατεργάσιμα
Μηχανικές ιδιότητες Ti
Μεγαλύτερη αντοχή από Al, St
ρTi=2ρAl=0.6ρSt
ETi=1/2ESt
Υψηλή αντοχή σε διάβρωση
(ειναι πιο καθοδικό από πολλά άλλα υλικά, δημιουργία παθητικού στρώματος οξειδίου που όμως αν διακοπεί η συνέχεια του μπορεί να παρουσιαστεί stress corrosion cracking. Σε ψηλές θερμοκρασίες λειτουργιας πάνω απο 120οC μπορεί να παρουσιαστεί διάβρωση σε κοιλότητες)
Καλή δυσθραυστότητα
(όχι απότομη μετάβαση από ψαθυρη σε όλκιμη συμπεριφορα ως συναρτηση της Τ)
Ανέγερση σκαφών από Ti
1) ακριβό
2) καλή κατεργασιμότητα λόγω υπερπλαστικότητας
3)Συγκόλληση με GTAW,GMAW,EBW,LBW
προβλήματα: ποροι, μείωση μηχανικών ιδιοτήτων λόγω παρουσίας Ο2
Ορισμός Υπερπλαστικότητας
η ικανότητα ενός υλικού να επιτυγχάνει πολύ μεγάλες επιμηκύνσεις σε εφελκυσμό 200-500% χωρίς θραύση ή δημιουργία λαιμού
Ιδιότητες και σκοπός Ινών
- Υψηλές ιδιότητες σε εφελκυσμό
- Πολύ καλύτερες ιδιότητες από υλικό σε ογκώδη μορφή (ευθυγράμμιση κρ. δομής)
- Φορείς φορτίου και κύριο μέσο ενίσχυσης
Ιδιότητες και σκοπός ρητίνης
- υποστηρίζει στη θέση τους και προστατεύει τις ίνες
- μέσο διανομής φορτίου ανάμεσα στις ίνες
- μεταφορά φορτίου από τη μία στην άλλη μέσω διατμητικών τάσεων (σημαντικό για θραύση)
Θερμοπλαστικές ρητίνες
- μαλακώνουν σε υψηλές θερμοκρασίες για μορφοποίηση
- λίγες εφαρμογές
Θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες
- σκληραίνουν μόνιμα κατά τον πολυμερισμό
- πολυεστερικές, βινυλεστερικές, εποξικές, φαινολικές
Πολυεστερικές ρητίνες
-χρησιμοποιούνται περισσότερο
-λογικό κόστος, ευκολία χρήσης, καλή συμπεριφορά
-ορθοφθαλικές (φθηνές, μικρά σκάφη)
-ισοφθαλικές (πιο ακριβές, καλύτερες ιδιότητες)
-εξώθερμη διαδικασία πολυμερισμού
ανεξέλεγκτα υψηλές θερμοκρασίες => καταστροφή της κατασκευής
-6 έως 12 μήνες shelf life
-λίγα λεπτά έως μερικές ώρες pot life
-έλεγχος του ιξώδους με προσθήκη fillers
Βινυλεστερικές ρητίνες
- καλυτερη αντίσταση στο νερό και σε χημικά
- καλυτερες ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες
- καλυτερη συμπεριφορά σε κρούση και κόπωση
- πιο όλκιμες
Εποξικές ρητίνες
-καλυτερη αντίσταση στο νερό
-καλυτερες μηχανικές ιδιότητες
-ανάγκη επιβολής αυξημένης θερμοκρασίας για πολυμερισμό => αυτοματοποιημένες μέθοδοι
παραγωγής
΄-υψηλό κόστος
Φαινολικές ρητίνες
-πολύ καλή συμπεριφορά σε φωτιά (υψηλή θερμοκρασία ανάφλεξης, μικρή διάδοση της φλόγας, χαμηλή
εκπομπή καπνού)
-χρήση σε καταστρώματα και φρακτές
-μεγάλη απορρόφηση νερού => μικρή μακροπρόθεσμη ανθεκτικότητα
-καλες μηχανικές ιδιότητες
συγκρίσιμο κόστος
Ίνες άνθρακα και γραφίτη
- μεγάλο κόστος
- ίνες υψηλής αντοχής (HS) και υψηλού μέτρου ελαστικότητας (ΗΜ)
- σ: 1500- 4500 MPa Ε:200-830 GPa κόστος από £20 έως £3200/kg
- ίνες γραφίτη => C > 99%
- ίνες άνθρακα => 80% < C < 95%
- σε πολύ εξειδικευμένες εφαρμογές
- διαθέσιμες ως νήματα, πλεξίδες, υφάσματα πυκνής πλέξης και λωρίδες
Ίνες Aramid
- Kevlar 49: στα FRP
- Kevlar 29: σε καλώδια ή ενισχυτικά ελαστικού
- μικρό γ=>υψηλές ειδικές ιδιότητες
- χαμηλή αντοχή σε θλίψη και κάμψη
- καλή απόσβεση κραδασμών=>δυναμικά φορτιζόμενες κατασκευές
- κόστος λίγο μεγαλύτερο από ινών άνθρακα
Πυρήνες sandwich από PVC
χρησιμοποιείται ευρέως
linear PVC : μεγάλη ολκιμότητα αλλά χαμηλές ιδιότητες
cross-linked PVC :> υψηλές ιδιότητες αλλά ψαθυρός
πυκνότητες
-45 έως πάνω από 200 kg/m3
-μικρή απορρόφηση νερού, -καλή θερμική και ηλεκτρική μόνωση, καλά χαρακτηριστικά απόσβεσης
ήχου και κραδασμών
-κακή συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες ( > 50 οC)
-διατίθεται σε μορφή πλακών ή ενωμένων μικρών τεμαχίων
Πυρήνες sandwich από PU
- χαμηλότερες μηχανικές ιδιότητες από τον PVC
- καλύτερη συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες
- έχουν σχεδόν πλήρως αντικατασταθεί από τους αφρούς PVC
Πυρήνες sandwich από συντακτικούς αφρούς
- υψηλή αντοχή σε θλίψη
- ανάμιξη μικρών σφαιρών γυαλιού και ρητίνης
- υλικό άντωσης
- διατίθεται και σε ψεκάσιμη μορφή
Ξύλινοι πυρήνες sandwich (Ξύλο Balsa)
-πολύ αποτελεσματικό και σχετικά φθηνό υλικό πυρήνα
-μικρό βάρος και εξαιρετική δυσκαμψία
-καλή αντοχή δεσμών με τα περιβλήματα
-μεγάλο πρόβλη μα η πιθανή απορρόφηση νερού => φούσκωμα => αποκόλληση των περιβλημάτων
σάπισμα
-περιορίζεται από τα περιβλήματα
-δεν συνιστάται για την κυρίως γάστρα
-πολύ καλή λύση για εσωτερικές φρακτές και καταστρώματα
-διατίθεται με τη μορφή πλακών ή ενωμένων μικρών τεμαχίων
-ίδια χαρακτηριστικά και το κόντρα πλακέ θαλάσσης (plywood)
Κυψελοειδείς πυρήνες sandwich
-αλουμίνιο, FRP, εμποτισμένο με ρητίνη χαρτί
-πολύ ακριβά υλικά => περιορισμένες εφαρμογές
-δυσκολία διαμόρφωσης καμπύλων επιφανειών, -κακή απόκριση σε κρουστικά φορτία => σπάνια
χρησιμοποιούνται στην κυρίως γάστρα
-μεγαλύτερες εφαρμογές σε αγωνιστικά σκάφη
Μηχανική συμπεριφορά των ΣΥ
-πολύ μικρότερη δυσκαμψία από τα μέταλλα => για ίση αντοχή πολύ
μεγαλύτερες παραμορφώσεις => εν δυνάμει πρόβλημα στις ναυπηγικές κατασκευές
-σταδιακός τρόπος αστοχίας των σύνθετων υλικών
-σταδιακή αστοχία μεμονωμένων στρώσεων (αποκόλλησή τους)
-δεν υπάρχει μετάβαση από την ελαστική σε πλαστική συμπεριφορά
ελαστική συμπεριφορά μέχρι τη θραύση
-διαφορετικές ιδιότητες σε εφελκυσμό, θλίψη και κάμψη
-ιδιότητες σε κάμψη υψηλότερες
Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τις ιδιότητες των ΣΥ
1)Ιδιότητες ινών ρητίνης
2)Μέθοδος κατασκευής
-προηγμένες μέθοδοι =>-μικρές μεταβολές ιδιοτήτων
απλές μέθοδοι (hand lay-up) : περιορισμένη ποιότητα => μεγάλη μεταβλητότητα ιδιοτήτων
-συνθήκες αποθήκευσης πρώτων υλών
-ρυθμός στερεοποίησης
-συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας
3) Ανθρώπινος Παράγοντας
- επιδεξιότητα τεχνίτη
- λάθος ευθυγράμμιση των ινών
- κακή κατανομή της ρητίνης
- κενά αέρα (voids)
- πτυχώσεις των στρώσεων
- ξένα εγκλείσματα
- αποχωρισμός στρώσεων (delamination)
Πλεονεκτήματα των ΣΥ
- μικρό βάρος
- αντοχή στη διάβρωση (δε διαβρώνονται/σαπίζουν =>μικρή συντήρηση)
- δυνατότητες ενίσχυσης όπου χρειάζεται (διευθύνση μέγιστων τάσεων μόνο άρα εξοικονόμηση υλικού)
Μειονεκτήματα των ΣΥ
-Μικρή δυσκαμψία (-πρόβλημα όταν ζητάμε μεγάλη δυσκαμψία και μικρές παραμορφώσεις, πχ εδράσεις μηχανών, ανασταλτικός παράγοντας για μεγάλα σκάφη)
-Έλλειψη ολκιμότητας
(ελαστικά ως τη θραύση, άρα δε συμβαινει ανακατανομή τάσεων λόγω τοπικής διαρροής)
-Δυσκολία στην επιθεώρηση
(έλλειψη τυποποιημένων κατασκευαστικών στοιχείων=>ανάγκη επιθεώρησης όλης της κατασκευής)
Μορφοποίηση με απλή επαφή
1) Προετοιμασία καλουπιού
- αρσενικο προτυπο(μπορει και διαιρετο)
- στρωσεις GRP ->καλούπι
- απομακρυνση GRP καλουπιου
- επιστρωση με κερι και release agent
2)Επίστρωση
-πρώτα gel coat με χρωστική για προστασία από νερό
-πριν στερεοποιηθεί το gel coat:
hand lay up ή spray up
Μορφοποίηση με απλή επαφή- spray up
- κομμένες πλεξίδες (rovings) γυαλιού (από 25 έως 50 mm)
- ταυτόχρονος ψεκασμός των πλεξίδων με τη ρητίνη
- ανάμιξη με καταλύτη και επιταχυντή στο πιστόλι ψεκασμού
- τελική μορφοποίηση με πίεση με ρολούς
- περιεκτικότητα κατά βάρος σε ίνες από 0.25 έως 0.3
- ημιαυτοματοποιη μένη μέθοδος => λιγότερα εργατικά
- για πολλές μικρές κατασκευές χαμηλών απαιτήσεων
Μορφοποίηση με απλή επαφή- hand lay-up
-εναπόθεση και άπλωμα υγρής ρητίνης (αναμεμιγμένης με καταλύτη και επιταχυντή) με πινέλο ή ψεκασμό
-άπλωμα επάνω στην υγρή ρητίνη της στρώσης των ενισχυτικων ινών
-δυνατότητα παράλληλων λωρίδων με μικρή επικάλυψη
-πλήρης διαβροχή των ενισχυτικων ινών από τη ρητίνη, μέσω ειδικού ρολού ή πινέλου
-περιεκτικότητα κατά βάρος σε ίνες από 0.25 έως 0.35 για CSM και από 0.45 έως 0.55 για WR
-μεγαλύτερη ευελιξία (δυνατότητα προσανατολισμού των στρώσεων)
καλής ποιότητας κατασκευές
αυτοματοποιημένες μέθοδοι για μεγάλες κατασκευές
Πλεονεκτήματα hand lay-up
- παραγωγή μεγάλων και πολύπλοκων κατασκευών
- μικρή επένδυση σε εξοπλισμό
- εύκολη εκπαίδευση ανειδίκευτων εργατών
- ευελιξία στη σχεδίαση
- δυνατότητα εισαγωγής ένθετων εξαρτη μάτων κατά την παραγωγή
- δυνατότητα παραγωγής κατασκευών sandwich
Μειονεκτήματα hand lay-up
- απαιτούνται πολλές εργατοώρες
- μεγάλοι χρόνοι στερεοποίησης (στερεοποίηση εν ψυχρώ)
- η ποιότητα εξαρτάται από την επιδεξιότητα του τεχνίτη
- συνήθως μη ομοιόμορφες κατασκευές
- μεγάλη φόρα υλικού
Μορφοποίηση με πίεση-περιγραφή
-επιβολή πίεσης και πρόσδοση θερμότητας στο μη στερεοποιημένο πολύστρωτο
-αυξημένη περιεκτικότητα σε ίνες (απο μάκρυνση μέσω της πίεσης της περίσσειας ρητίνης) και -μείωση
των κενών αέρα
επιτάχυνση της στερεοποίησης
περιορισμένες εφαρμογές στη ναυπηγική
Μορφοποίηση με πίεση-vacuum bag moulding
- επικάλυψη του πολύστρωτου με ελαστικό διάφραγμα
- δημιουργία κενού κάτω από το διάφραγμα
- πρόσδοση θερμότητας μέσω θερμαινόμενου καλουπιού ή τοποθέτησης σε φούρνο
- δυνατή η χρήση καλουπιού της hand lay-up
Μορφοποίηση με πίεση-pressure bag moulding
- επιβολή πίεσης πάνω από το διάφραγμα
- απαιτεί ανθεκτικό καλούπι που να μπορεί να αντέξει τη διαφορά πίεσεης
Πλεονεκτήματα μορφοποίησης με πίεση
-πολύ καλή ποιότητα Pressure
-ομοιομορφία παραγωγής (διατήρηση ποιότητας από
προ’ι’όν σε προ’ι’όν)
Μειονεκτήματα μορφοποίησης με πίεση
- υψηλό κόστος απαιτούμενου εξοπλισμού
- περιορισμός του μεγέθους των προϊόντων
Μέθοδος περιέλιξης ινών-Περιγραφή
- περιέλιξη ενισχύτικών ινών γύρω από αξονικό καλούπι (mandrel)
- προεμποτισμένες με ρητίνη πλεξίδες νημάτων
- ελικοειδής ή πολική περιέλιξη
- στερεοποίηση εν ψυχρώ ή μέσα σε φούρνο
- χαλύβδινα καλούπια με μικρή κωνικότητα (ή διαιρετά)
Μέθοδος περιέλιξης ινών-Πλεονεκτήματα
- προϊόντα πολύ υψηλής ποιότητας
- υψηλοί ρυθμοί παραγωγής
Μέθοδος περιέλιξης ινών-Μειονεκτήματα
- δυσκολία περιέλιξης επιφανειών με ανάποδη καμπυλότητα
- δυσκολία περιέλιξης σε μικρές γωνίες
- όχι πολύ καλή ποιότητα εξωτερικής επιφάνειας
Μέθοδος έκχυσης ρητίνης
-για κατασκευές με υψηλές απαιτήσεις γεωμετρικών ανοχών και λείες επιφάνειες παντού
δύο καλούπια, ένα αρσενικό και ένα Θηλυκό
-οι ενισχυτικές ίνες τοποθετούνται στο ανοιχτό καλούπι ξηρές
κλείνει το καλούπι
έκχυση ρητίνης με πίεση (ή και με ταυτόχρονη δη μιουργία κενού στο εσωτερικό)
-ροή της ρητίνης ανάμεσα στις ενισχυτικές ίνες και εμποτισμός τους
Ποιότητα σκαφών από μέθοδο έκχυσης ρητίνης
-αρκετά υψηλή περιεκτικότητα σε ίνες
μικρή περιεκτικότητα σε κενά αέρα
-για μαζική παραγωγή ομοειδών τεμαχίων με πολύ καλή ποιότητα
Ταξινόμηση μεθόδων συγκόλλησης
- με τήξη (προσδοση θερμοτητας μεχρι τη συντηξη, δε χρειαζεται εξωτερικη πιεση πχ EBW)
- με ηλεκτρική αντίσταση (θερμότητα μέσω ηλ. ρευματος και μετα εξ.πιεση π.χ κατά σημεία)
- στερεας φασης (εξωτρικη πιεση χωρις τηξη, εκτος απο λεπτο στρωμα στις επιφανειες συγκολλησης πχ friction stir)
- ετερογενής (υγρή-στερεα φάση, τα υπο ένωση μέταλλα θερμαίνονται σε T
Προυποθεσεις για καλη συγκόλληση
- Επαρκης πρόσδοση ενέργειας για σύντηξη
- Απουσία οξειδίων και ακαθαρσιών σε ΒΜ και ΜΣ
- Αποφυγή επαναδημιουργίας ακαθαρσιών
- Αποφυγή δυσάρεστων μεταλλουργικών επιδράσεων
Πλεονεκτήματα συγκολλήσεων σε σχέση με μηχανικές συνδέσεις
- βελτίωση αντοχής (µέχρι 100% της αντοχής του βασικού µετάλλου)
- πλήρης στεγανότητα
- οικονοµία υλικού (µείωση βάρους έως 10 ή 20%)
- κανένας περιορισµός πάχους
- απλούστευση κατασκευών
- µείωση χρόνου και κόστους κατασκευής
Μειονεκτήματα συγκολλήσεων σε σχέση με μηχανικές συνδέσεις
- δυσκολία σύλληψης ρωγµών (ηλώσεις -> τέλος ρωγµής στο άκρο)
- πιθανότητα σφαλµάτων (πόροι, εγκλείσµατα, ρωγµές, κ.α.)
- δυσκολία συγκόλλησης µερικών µετάλλων (HS steels, Ti)
- µη αξιοπιστία κατά 100% των µη καταστρεπτικών ελέγχων
- παραµένουσες τάσεις και παραµορφώσεις
- µη αντιστρεπτή σύνδεση
Συγκόλληση με αέριο
-κάθε µέθοδος συγκόλλησης που χρησιμοποιεί
ως μέσο πρόσδοσής Θερμότήτας κάποιο αέριο καύσιμο, σε συνδυασµό µε οξυγόνο.
-τήξή του βασικού μετάλλου και τουπροστιθέμενου μετάλλου, αν χρησιµοποιείται, µε τη βοήθεια της φλόγας που
σχηµατίζεται στο άκρο ενός καυστήρα (torch).
-αέριο καύσιµο και οξυγόνο
αναµιγνύονται στην κατάλληλη αναλογία σε ένα δοχείο, που µπορεί να αποτελεί
τµήµα του καυστήρα.
Κοπή με οξυγόνο
-η απομάκρυνσή του
μετάλλου επιτυγχάνεται με χήμική αντίδρασή μεταξύ μετάλλου και καθαρού
οξυγόνου σε υψήλές Θερμοκρασίες.
-απαιτούµενη θερµοκρασία διατηρείται
από φλόγα αερίου καυσιμου µε οξυγόνο.
-για μεταλλα με ισχυρά οξείδια, η αντίδραση υποβοηθείται µε την προσθήκη
χηµικής ή µεταλλικής σκόνης στο ρεύµα του οξυγόνου κοπής.
*Μόνο σε φερρομαγνητικά υλικά/όχι σε Al,Cr,Ni
*Προθέρμανση για αύξηση ταχύτητας αντιδράσεων
Φλόγα Οξυγόνου Ακετυλενίου-τύποι φλόγας
1) Ανθρακούχα
- «άσπρο φτερό» (ελεύθερος, πυράκτωµένος άνθρακας)
- Προσθήκη C, επιφανειακή σκλήρυνση µαλάκών χαλύβων
- κράματα χάλυβα και Al
2)Ουδέτερη
-Ελαφρώς αναγωγική (µικρή περίσσεια C2H2)
-Σωστή ρύθμιση φλόγας-> Μικρή λευκή κουκκίδα που
αναβοσβήνει στο άκρο του εσωτερικού κώνου
3) Οξειδωτική
- ορείχαλκος,μπρούτζος,χαλκός
SMAW-χαρακτηριστικά
-Στιγµιαία επαφή του ηλεκτροδίου µε τα προς συγκόλληση τεµάχια και
αποµάκρυνση έτσι ώστε να σχηµατιστεί ηλεκτρικό τόξο.
-H Θερµότητα του τόξου λειώνει το βασικό µέταλλο, το µέταλλο του ηλεκτροδίου
(προστιθέµενο µέταλλο) και τυχόν µεταλλικά στοιχεία της επένδυσης.
-H Θερµότητα του τόξου λειώνει και εξαερώνει τα µη µεταλλικά στοιχεία της
επένδυσης για τη δηµιουργία νέφους (παραπετάσµατος) προστασίας του τόξου
και του λειωµένου µετάλλου.
-H σύντηξη του βασικού µετάλλου των προς συγκόλληση τεµαχίων και του µετάλλου του ηλεκτροδίου και η επακόλουθη στερεοποίηση δηµιουργουν τη συνδεση.
SMAW-πλεονεκτήματα
-Χρησιµοποιείται µε πληθώρα τύπων και µεγεθών ηλεκτροδίων
-Χρησιµοποιείται σε όλες τις Θέσεις
-Χρησιµοποιείται για συγκόλληση µεγάλης ποικιλίας υλικών
-H ευελιξία κατά τον έλεγχο της διαδικασίας από τον συγκολλητή την καθιστά ως
την πιο εύχρηστη µεταξύ των µεθόδων συγκόλλησης
-Χαµηλό κόστος αναγκαίου εξοπλισµού
-Φορητός εξοπλισµός
SMAW-μειονεκτήματα
- περιοδική αντικατάσταση ηλεκτροδίου επειδή λειώνει
- Αργός ρυθµός παραγωγής
SMAW-Ο ρόλος της επένδυσης των ηλεκτροδίων
-Προστασία από ανεπιθύμητα αέρια, κυρίως N2, 02, H2, µε τη δημιουργία
προστατευτικού παραπετάσματος αερίων (CO2, H2O, κλπ.) γύρω από το τόξο.
-Χημική αντίδραση της τηγμένης σκουριάς µε το βασικό μέταλλο => αφαίρεση O2 και H2.
-Προστασία του τηγμένου μετάλλου - επιβράδυνση στερεοποίησης (όχι
ψαθυροποίηση).
-Για την επίτευξη των παραπάνω σκοπών χρησιμοποιούνται διάφορα είδη
επενδύσεων (fluxes).
GTAW γενικά
- αδρανές αέριο
- ηλεκτρόδιο από μη τηκόμενο W
- δυνατότητα προστιθέμενου Me
- λεπτά ελάσματα
- Al,Mg,Ti, ανοξείδωτο St
- υψηλό κόστος
- υψηλή ποιότητα και ακρίβεια
GTAW-Πλεονεκτήματα
- Συγκόλληση ανώτερης ποιότητας
- Μπορεί να χρησιµοποιηθεί σε µηχανοποιηµένα συστήµατα
- Χρησιμοποιείται για συγκόλληση κραµάτων αλουµινίου και ανοξείδωτων χαλύβων
- Δεν δηµιουργεί πιτσίλισµα (εκτόξευση σταγονιδίων µετάλλου - spatter)
- Μικρές παραμορφώσεις των προς συγκόλληση τεμαχίων
GTAW-Προστατευτικά αέρια
Συνήθως Ar
He
GTAW-Καθοδικός καθαρισμός
Απομάκρυνση οξειδίων Al από την επιφάνεια με χρήση ανάστροφης πολικότητας DC σε GTAW για αύξηση ποιότητας συγκόλλησης
GMAW-Γενικά, Ομοιότητες και διαφορές με SMAW
-H Θερµότητα δηµιουργείται από το σχηµατισµό ηλεκτρικού τόξου µεταξύ του
µεταλλικού ηλεκτροδίου και των προς συγκόλληση τεµαχίων.
-H Θερµότητα του τόξου λειώνει το βασικό µέταλλο και το µεταλλικό ηλεκτρόδιο
(προστιθέµενο µέταλλο).
-διαφορες:ηλεκτρόδιο είναι ένα συνεχώς τροφοδοτούµενο
µεταλλικό σύρµα µικρής διαµέτρου και ότι χρησιµοποιείται αέριο προστασίας.
-Επειδή το σύρµα τροφοδοτείται συνεχώς, η µέθοδος µπορεί να θεωρηθεί και
ηµιαυτόµατη.
GMAW-Πλεονεκτήματα
- Εύκολο «γέµισµα» µεγάλων κενών µεταξύ των προς συγκόλληση τεµαχίων
- Χρησιµοποιείται σε όλες τις Θέσεις
- Δεν απαιτείται αποµάκρυνση της σκουριάς (slag)
- Υψηλές ταχύτητες συγκόλλησης, πολύ υψηλότερη παραγωγικότητα από SMAW
- Υψηλή ποιότητα
- Μικρότερες παραµορφώσεις
- Εύκολη αυτοµατοποίηση
GMAW-Μεταφορά με βύθιση
-Προστατευτικό -CO2,
-πολύ λεπτά ελάσµατα
-Μικρά Ι (50 - 225 Α) -µικρές V (12 - 22 V)
-Δεν γίνεται µεταφορά προστιθέµενου µετάλλου µε το µηχανισµό της ελεύθερης
πτώσης, αλλά µε το µηχανισµό της βραχυκύκλωσης (ή βύθισης) κατά τη
διάρκεια επαφής του ηλεκτροδίου µε το τηγµένο µέταλλο (f = 20-200 Hz).
GMAW-προστατευτικά αέρια στο Al
1) Ar µέχρι 25 mm
2) Μίγµα 75% He + 25%Ar 25- 76 mm
3) 90% He+10% Ar για πολύ µεγάλα πάχη
GMAW-προστατευτικά αέρια σε μαλακούς χάλυβες
Μαλακός χάλυβας Ar +5% 02
CO2, CO2+Ar, CO2 +O2
GMAW-προστατευτικά αέρια σε ανοξείδωτους χάλυβες
Ανοξείδωτος χάλυβας Ar +1 %Ο2
FCAW-Γενικά
1) Σωληνοειδή ηλεκτρόδια με πυρήνα από προστατευτική σκόνη
2) με ή χωρίς αέριο (αν ναι CO2)
Σύγκριση FCAW σε σχέση με GMAW
Σε σχέση με GMAW: +γρηγορότερη, πιο βαθειά, δυνατότητα σκουριασμένων ή κραμάτων με προστασία CO2
-Μεγαλύτερη κατανάλωση αερίου, λιγότερο αποδοτική, πρόβλημα αφαίρεσης σκουριάς
Narrow Gap Welding-Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
+οικονομική
+χαμηλότερεας παραμένουσες τάσεις
+βελτιωμένη δυσθραυστότητα
-δύσκολα επιδιορθώσιμα σφάλματα
SAW-γενικά
- συντηξη απο θέρμανση με ηλεκτρικό τόξο μεταξύ ΗΔ και Μ
- προστασία τόξου από κοκκώδες εύτηκτο υλικό πάνω από την προς συγκόλληση περιοχή
- συνεχής τροφοδοσία ΗΔ
SAW-Χαρακτηριστικά μεθόδου
- μεγάλη πυκνότητα ρεύματος
- μεγάλη διείσδυση
- σε παχιά ελάσματα χρήση επικαλύπτρων
- μόνο για επίπεδες συγκολλήσεις
- χαμηλή εκπομπή καπνού και UV
- 4-10 φορές ταχύτερη από SMAW
SAW-Ιδιότητες Σκόνης
- όταν στερεή, κακός θερμικός και ηλεκτρικός αγωγός
- όταν υγρή ιονίζεται εύκολα, επιτρέπει διέλευση μεγάλου Ι
- αφαίρεση μετά τη στερεοποίηση
SAW-Σκοπός σκόνης
- ηλεκτρικός(όταν υγρή=>μεγάλο Ι)
- προστατευτικός
- λειτουργικός
- μεταλλουργικός
SAW-Πλεονεκτήματα πολλών ηλεκτροδίων
- αύξηση ρυθμού απόθεσης μετάλλου συγκόλλησης
- καλύτερη ποιότητα ραφής (πιο αργή στερεοποίηση)
Μονόπλευρη SAW-χαρακτηριστικά
- για παχιά ελάσματα χωρίς αναποδογύρισμα
- αύξηση παραγωγικότητας
- απαραίτητες οι επικαλύπτρες
- 2 Συστήματα: με χάλκινη επικάλυψη και με επικάλυψη με σκόνη
Μονόπλευρη SAW-Ο ρόλος των επικαλύπτρων
- για παχιά ελάσματα
- υψηλά Ι
- μεγάλος όγκος τηγμένου Me απαιτεί υποστήριξη στη ρίζα πριν στρεοποιηθεί
Μονόπλευρή SAW-Συστήματα με χάλκινη επικάλυψη
1) χάλκινη ράβδος, ακίνητα ελάσματα, κινούμενη μηχανή συγκόλλησης
2) σταθερό χάλκινο πέλμα, ακίνητη μηχανή, κίνηση ελασμάτων
μειονέκτημα: απαίτηση καλής συναρμογής με τα ελάσματα
Μονόπλευρη SAW-Επικάλυψη με σκόνη
1) χάλκινη επικάλυψη με σκόνη
2) επικάλυψη με σκόνη+ρητίνη
3) επικάλυψη με ράβδο στεροποιημένης σκόνης
Πλεονεκτήματα κατακόρυφης συγκόλλησης
- δυνατότητα συγκόλλησης παχιών ελασμάτων με μία στρώση (άρα οικονομία και λιγότερες παραμένουσες τάσεις/παραμορφώσεις)
- κατακόρυφα μεταξύ χάλκινων πελμάτων=> υψηλή ποιότητα και ταχύτητα εναπόθεσης Me
- μικρό ποσοστό σφαλμάτων
- ημιαυτοματοποιημένη
- για ελάσματα των πλευρών του πλοίου
Μέθοδος Electroslag
- Θέρμανση και μετατροπή σκόνης σε σκουριά από ηλεκτρικό τόξο
- συγκόλληση με φαινόμενο Joule μεταξή ΗΔ και ελασμάτων
Μέθοδος Electrogas
Θερμότητα από ηλεκτρικό τόξο μεταξύ ΗΔ και τήγματος
PAW/PAC-Στένωση τόξου
- Για ευστάθεια κατεύθυνσης δέσμης πλάσματος
- πιο ψηλές πυκνότητες έντασης και συγκέντρωσης ενέργειας άρα πιο ψηλές Τ
PAW/PAC-Μεταφερόμενο τόξο
- μεταξύ ΗΔ και ελάσμάτων
- περισσότερη ενέργεια στα ελάσματα
- μόνο για αγώγιμα ελάσματα
PAW/PAC-μη μεταφερόμενο τόξο
- μεταξύ ΗΔ και ακροφυσίου στένωσης μέσα στο πιστόλι και μετά παρασύρεται μέσο του στομίο από το ιονισμένο αέριο
- για μη ηλεκτρικά αγώγιμα ελάσματα
PAW-Κλασική συγκόλληση
- Όπως GTAW
- χαμηλό Ι
- χαμηλή παροχή ιονιζόμενου αερίου
PAW-Συγκόλληση κλειδαρότρυπας
- ειδικές συνθήκες
- μικρός όγκος τήγματος
- διαμπερής οπή που διαπερνά το Μ
- απαιτεί κατάλληλες συνθήκες
- γρήγορη και ποιοτική
PAW-Χρησιμοποιούμενα αέρια
-Ar (για μικρά Ι)
-Ar+5-10% H2
(πιο θερμό τόξο, πόροι και ρωγμές λόγω H2)
-Ar+50-75% H2
(για κλειδαρότρυπα και παχιά ελάσματα Ti)
PAC-Γενικά
- ίδιο πιστόλι με PAW
- τήξη Me-απομάκρυνση μέσω ιονισμένου αερίου μεγάλης ταχύτητας
- ορθή πολικότητα
Παράγοντες καθορισμού απαιτήσεων ποιότητας
(1) Συνθήκες υπηρεσίας
-εντατική κατάσταση (αποφυγή υψηλών τάσεων)
-είδος τάσεων (π.χ. κόπωση)
θερμοκρασίες λειτουργίας (π.χ. -πιθανότητα ψαθυρής θραύσης, ερπυσμού)
-διάβρωση και μηχανική φθορά
(2) Ιδιότητες υλικών
(3) Γεωμετρικές ατέλειες
(4) Κίνδυνος δημιουργίας σφαλμάτων συγκόλλησης
(5) Κίνδυνος μη εντοπισμού σφαλμάτων (π.χ. σε αυχενικές συγκολλήσεις)
(6) Επιπτώσεις πιθανής αστοχίας
Ταξινόμηση σφαλμάτων συγκολλήσεων
Σειρά 100 : Ρωγμές Σειρά 200 : Σπηλαιώσεις 201 : Πόροι 2011 : ομοιόμορφα κατανεμημένοι πόροι 2013 : συγκεντρωμένοι πόροι 2015 : επιμήκεις πόροι Σειρά 300 : Στερεά εγκλείσματα Σειρά 400 : Ατελής τήξη και διείσδυση Σειρά 500 : Ατελές σχήμα - Ανώμαλη όψη ραφής Σειρά 600 : Διάφορα άλλα σφάλματα
Ρωγμή-ορισμός
-Ασυνέχεια υλικού οφειλόμενη σε θραύση και χαρακτηριζόμενη από οξύ άκρο και μεγάλους
λόγους μήκους και πλάτους προς το άνοιγμά της
***οι πιο επικίνδυνες ατέλειες στις συγκολλήσεις
Αποφυγή ρωγμών στο ΜΣ
- σωστή επιλογή σύνθεσης προστιθέμενου μετάλλου
- ελάττωση ταχύτητας συγκόλλησης
- χρήση προθέρμανσης
- κατάλληλη διαδικασία συγκόλλησης
- χρήση κατάλληλου ηλεκτροδίου
Είδη: εγκάρσιες, διαμήκεις, κρατήρα
Αποφυγή ρωγμών στο ΒΜ και τη ΘΕΖ
- χρήση προθέρμανσης
- ελεγχόμενη πρόσδοση θερμότητας
- χρήση κατάλληλου ηλεκτροδίου
Είδη: εγκάρσιες, διαμήκεις (βάσης και ρίζας)
Ταξινόμηση ρωγμών με βάση τις συνθήκες δημιουγίας
-θερμή ρωγμάτωση (hot cracking)
-δημιουργούνται σε υψηλές θερμοκρασίες κατά τη στερεοποίηση
-ψυχρή ρωγμάτωση (cold cracking)
-λόγω υψηλών τάσεων, μετά τη στερεοποίηση (για St, καθυστερημένες)
-φυλλοειδής ρωγμάτωση ή σχάση κατά φυλλώσεις (lamellar tearing)
-ρωγμάτωση κατά την επαναθέρμανση
(during reheating)
Σημαντικότητα ρωγμών
-Οι κανονισμοί δεν επιτρέπουν την ύπαρξη ρωγμών
-Fitness-for-purpose / Fracture mechanics / Defect tolerance => δυνατό να επιτρέπεται η ύπαρξη
ορισμένων ρωγμών δεδομένου μεγέθους, κατεύθυνσης και θέσης
Πόροι-χαρακτηριστικά
-συνήθως σφαιρικοί
–στο εσωτερικό του ΜΣ ή στην επιφάνειά του.
-Προκαλούνται από την παρουσία διαλυμένων αερίων (H2, Ο2, Co, Co2, Ar, He, H2Ο) στο ΜΣ. Αν και εύκολα διαλυτά στο τηγμένο μέταλλο συγκόλλησης, κατά τη στερεοποίηση η διαλυτότητά τους μειώνεται και δημιουργούνται φυσαλίδες στο στερεοποιημένο Me
Στερεά εγκλείσματα-ορισμός
Εγκλείσματα παρατηρούνται κυρίως στο εσωτερικό των συγκολλήσεων και πρόκειται για ξένες ουσίες
που παγιδεύονται στο μέταλλο συγκόλλησης.
Στερεά εγκλείσματα-είδη
-Εγκλείσματα σκουριάς (slag inclusions): μη μεταλλικές στερεές ουσίες που παγιδεύονται στο BM ή
μεταξύ BM και ΜΣ
-Εγκλείσματα σκόνης (flux inclusions): σκόνη από επένδυση ηλεκτροδίων ή σκόνη της μεθόδου SAW
-Εγκλείσματα οξειδίων (oxide inclusions): π.χ. σε συγκολλήσεις αλουμινίου και κραμάτων του
-Εγκλείσματα βολφραμίου (tungsten inclusions): σε συγκολλήσεις GTAW, που προέρχονται από το
ηλεκτρόδιο συγκόλλησης. (Αιτίες:
(υψηλό Ι,
ασταθές τόξο,
τυχόν βύθιση του ηλεκτροδίου συγκόλλησης στο τηγμένο μέταλλο)
-Εγκλείσματα χαλκού: όταν έχουμε ανάφλεξη, σε συγκολλήσεις GMAW
Ατελής τήξη -ορισμός
Με τον όρο αυτό εννοείται η μη επίτευξη πλήρους τήξης του μετάλλου συγκόλλησης με το βασικό
μέταλλο ή των στρώσεων μετάλλου συγκόλλησης μεταξύ τους. Το απόθεμα
συγκόλλησης δεν γέμισε τελείως όλον τον χώρο ή ότι υπάρχει κενό.
Ατελής τήξη-αιτίες
-Ανεπαρκής πρόσδοση θερμότητας
-Λανθασμένη επιλογή (τύπος, μέγεθος) ή τοποθέτηση (μεγάλο μήκος τόξου) ηλεκτροδίου
-Συγκόλληση σε πολύ οξειδωμένη επιφάνεια (ανεπαρκής αφαίρεση των επιφανειακών οξειδίων ή
σκουριάς)
-Κακή τοποθέτηση των προς συγκόλληση τεμαχίων (πολύ κοντά)
-Ακατάλληλη διαμόρφωση ακμών
-Ανεπαρκής προστασία αερίου
Ατελής διείσδυση-ορισμός
Όταν η διείσδυση του μετάλλου συγκόλλησης μέσα στη ραφή είναι μικρότερη
από την απαιτούμενη (προδιαγραφές), και επομένως, η συγκόλληση δεν είναι επαρκής για την
προοριζόμενη εφαρμογή.
**Μόνο όταν η προδιαγραφή της συγκόλλησης απαιτεί διείσδυση του μετάλλου συγκόλλησης πέραν
της αρχικης διαμόρφωσης των ακμων
Ατελής διείσδυση-σημαντικότητα
Συγκέντρωση τάσεων στις περιοχές ατελούς διείσδυσης (κυρίως στη ρίζα)
Ατελές σχήμα και ανώμαλη όψη συγκόλλησης - τύποι
- Υποκοπή
- Υπερκάλυψη
- Ανεπαρκές γέμισμα
- Υπερβολική ενίσχυση όψης
- Ανεπαρκής διάσταση ραφής
- Υπερβολική κυρτότητα όψης
Τρόπος εφαρμογής διεισδυτικών υγρών
- προσεκτικός καθαρισμός επιφάνειας
- εφαρμογή ΔΥ
- αναμονή για διείσδυση
- Αφαίρεση πλεονάζοντος ΔΥ
- Επιλογή απορροφητικού μέσου
- παρατήρηση
- τελικός καθαρισμός
Από τι εξαρτάται ο εντοπισμός ελαττώματος με υπερήχους
- μέγεθος του
- απόσταση από πομποδέκτη
- μέγεθος κόκκων
- κλίση ως προς άξονα δέσμης
- σύσταση ελαττώματος
Σύγκριση ακτίνων Χ και γ
- γ διεισδυτικές
- γ απαιτούν άλλο ισότοπο για άλλο λ
- για Fe Χ σε μικρά πάχη, γ σε μεγαλύτερα
- καλύτερη αντίθεση με Χ λόγω πολυχρωματικού φάσματος
- Χ μεγαλύτερη ένταση
- γ εκπέμπονται χωρίς ηλ, συνδεση
- γ σφαιρική εκπομπή -> πανοραμική
- γ πιο ευκίνητες
- γ για δυσπρόσιτα μέρη
Δυσθραυστότητα κατ’ εγκοπή-ορισμός
: η ικανότητα ενός υλικού να απορροφά ενέργεια σε δυναμική καταπόνηση
παρουσία ενός σφάλματος. Για την αποφυγή ψαθυρής απαιτείται επαρκής ΔΚΕ
Ορισμός Nil ductility Temperature
NDT, θερμοκρασία μηδενικής ολκιμότητας: η μέγιστη
θερμοκρασία για την οποία έχουμε συμπεριφορά επίπεδης παραμόρφωσης σε κρουστική
καταπόνηση
Κρίσιμος συντελεστής έντασης τάσης
Παριστάνει την εγγενή ικανότητα ενός υλικού να υποστηρίζει μια δεδομένη εντατική
κατάσταση στο άκρο μιας ρωγμής και να αντιστέκεται στην προοδευτική επέκταση της
ρωγμής κάτω από συνθήκες εφελκυσμού, σε επίπεδη παραμόρφωσ
CTOD
Crack Tip Opening Displacement
Σε περιπτωση πλαστικής ροής το άκρο της ρωγμής δεν είναι πια οξύ αλλά έχει πεπερασμένο άνοιγμα όχι μηδενικό. Χρησιμεύει ως μέτρο της δυσθραυστότητας ενός υλικού όταν δεν ισχύει πλέον η γραμική ελαστική θεωρία της θραύσης
Από τι εξαρτάται ο κρίσιμος συντελεστής έντασης τάσης
υλικό
θερμοκρασία
ρυθμό φόρτισης
εξωτερικό περιορισμό
Πειραματικός προσδιορισμός των Kic και Kid
- δοκίμιο κάμψης με εγκοπή
- συμπαγές δοκίμιο εφελκυσμού
Προσοχή: το μέγεθος της δημιουργούμενης πλαστικής ζώνης στο άκρο της ρωγμής πρέπει να ειναι μικρό σχετικά με τις υπόλοιπες διαστάσεις ώστε η επίδραση της πλαστικής ζώνης να αμελείται (πάχος περίπου 50 φορές μεγαλύτερο του μεγέθους πλαστικής ζώνης)
Παράγοντες που επιδρούν στη δυσθραυστότητα
- Θερμοκρασία διάβασης σε επιπεδη παραμόρφωση
- Πάχος δοκιμίου
- Θερμοκρασία και ρυθμός φόρτισης
Δοκιμή Charpy
Κλασσικό δοκίμιο με εγκοπή τύπου V με φόρτιση κρουστική ή αργή καμπτική Τρεις τρόποι προσδιορισμού της δυσθραυστότητας Εναλλακτικό δοκίμιο με προϋπάρχουσα ρωγμή (που γίνεται με εναλλασσόμενη φόρτιση) ... φόρτιση κρουστική ή αργή καμπτική Η δοκιμή Charpy δεν γίνεται συνήθως σε χάλυβες υψηλής αντοχής και κράματα Al και Ti επειδή αυτά δεν έχουν μεγάλες αλλαγές συμπεριφοράς με τη θερμοκρασί
Δοκιμή προσδιορισμού θερμοκρασίας NDT
Η μηχανική ρωγμή είναι ψαθυρή συγκόλληση κομμένη με
πριόνι σε συγκεκριμένες διαστάσεις
Καμπτική φόρτιση 3 σημείων από πίπτον βάρος σε
διαφορετικές θερμοκρασίες
Η θερμοκρασία NDT είναι η υψηλότερη Τ για την οποία το
δοκίμιο θραύεται ψαθυρά
Το πείραμα επαναλαμβάνεται 6-8 φορές σε διάφορες
θερμοκρασίες για να βρεθεί η NDT, συνήθως με ακρίβεια
10οF.
Η δοκιμή γίνεται σε χάλυβες με σο < 140 ksi (965 MPa)
∆οκιμή δυναμικής σχάσης (Dynamic Tear, DT, test)
-∆οκίμιο με οξεία εγκοπή φορτιζόμενο κρουστικά σε κάμψη 3 σημείων
-Το αποτέλεσμα είναι καμπύλη απορροφούμενης ενέργειας ως συνάρτηση της
θερμοκρασίας
-Η δοκιμή χρησιμεύει για την κατασκευή των FAD (Fracture analysis diagram, διάγραμμα
ανάλυσης θραύσης) και RAD (Ratio analysis diagram)
Κριτήρια αποφυγής θραύσης
Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη: (α) υπηρεσιακές συνθήκες (φορτία, θερμοκρασία, ρυθμός επιβολής φορτίων) (β) επιθυμητό επίπεδο συμπεριφοράς (γ) αποτελέσματα πιθανής αστοχίας
Χαρακτηριστικά επίπεδης παραμόρφωσης-ελαστική συμπεριφορά
- ψαθυρή θραύση
- μικρά a crit
- προσοχή σε περιπτώσεις μεγάλων περιορισμών
- δεν ανήκουν εδώ τα περισσότερα υλικά
Χαρακτηριστικά επίπεδης εντατικής κατάστασης-ελαστοπλαστική συμπεριφορά
- αρκετή πλαστική διαρροή πριν τη θραύση
- μεγάλα a crit
- τα περισσότερα υλικά
- λόγω μεγάλου Kic/Kid είναι δύσκολη η πειραματική μέτρηση απαιτούνται μεγάλα δοκίμια
Χαρακτηριστικά γενικής διαρροής-πλαστική συμπεριφορά
- όλκιμη θραύση
- αδύνατη μέτρηση Kic/Kid
- σπάνια προδιαγράφονται τέτοια υλικά
Στάδια της θραύσης από κόπωση
1) Έναρξη ρωγμής (συνήθως στην επιφάνεια)
2)Διάδοση ρωγμής (με κάθε εναλλαγή, κάθετα στη μέγιστη εφελκυστική τάση)
3)Ασταθής θραύση
(όσο η ρωγμή διαδίδεται, η τάση στην εναπομείνουσα εγκάρσια τομή αυξάνει άρα αυξάνει ο ρυθμός διάδοσης. Η θραύση είναι ψαθυρή αν το μέγεθος γίνει ίσο με το κρίσιμο ή όλκιμη αν η τάση φτάσει την τάση θραύσης)
Μορφολογία επιφάνειας θραύσης από κόπωση
•η περιοχή γύρω από την έναρξη της ρωγμής λεία • ακτινικές γραμμές που ξεκινούν από το σημείο έναρξης της ρωγμής • ομόκεντροι κύκλοι (striations) με κέντρο το σημείο έναρξης της ρωγμής • στο τελικό στάδιο θραύσης η μορφή της επιφάνειας εξαρτάται από τον τρόπο θραύσης (ψαθυρό ή όλκιμο)
Όριο κόπωσης
Η τιμή της τάσης για την οποία αν οι τάση που ασκείται είναι μικρότερη από το όριο κόπωσης τότε το στοιχείο έχει θεωρητικά άπειρη διάρκεια ζωής. Για τους περισσότερους St, Cu σe=35-50% σ θραύσης
Αν δεν είναι καλώς καθορισμένο τότε ορίζεται η τάση που δίνει αριθμό κύκλων για θραύση 10^7 κύκλων
Παράγοντες που επιδρούν στο όριο κόπωσης
α)υλικό
(γενικά σε St η αύξηση του ορίου θραύσης σε στατικό εφελκυσμό οδηγεί σε αύξηση του ορίου κόπωσης)
β)συγκέντρωση τάσεων
(η αρνητική επίδραση υπάρχει όταν η συγκέντρωση είναι στην επιφάνεια)
γ) παραμένουσες τάσεις
(οι θλιπτικές παραμένουσες στην επιφάνεια το αυξάνουν)
Διαφορά μεταξύ στατικής και εναλλασσόμενης φόρτισης βάσει μηχανικής θεωρίας θραύσης
Στατική: μέχρι ο Κ να φτάσει την τιμή Kc δεν υπάρχει διάδοση ρωγμής
Εναλλασσόμενη: Μπορεί K
Ορισμός ΔΚth
Όταν ΔΚ=ΔΚth ο ρυθμός διάδοσης της ρωγμής είναι τόσο μικρός που η ρωγμή θεωρείται ότι δε μπορεί να εντοπιστεί ή “κοιμάται”
Ορισμός
Ο αποχωρισμός του βασικού μετάλλου (κυρίως σε επίπεδα παράλληλα στη διεύθυνση εξέλασης) που οφείλεται σε υψηλές παραμορφώσεις κατά τη διεύθυνση του πάχους
Μορφολογία σχάσης κατά φυλλώσεις
- Κλιμακωτά επίπεδα
- Ινώδης επιφάνεια
- Μήκος από mm μέχρι m
- Πλάτος = με της συγκόλλησης
- Πάχος ~ 1 mm
Συνθήκες σχάσης κατά φυλλώσεις
1) Υλικό ευαίσθητο σε σχάση (χαμηλή ολκιμότητα κατά το πάχος)
2) Υψηλές παραμορφώσεις κατά το πάχος λόγω συγκόλλησης (συνήθως όταν το όριο τηξης είναι παράλληλο προς την επιφάνεια ελάσματος)
3) Ισχυρός περιορισμός (για ανάπτυξη παραμορφώσεων κατά το πάχος)
Στάδια σχάσης
- ψηλές τάσεις –> αποκόλληση στη διαχωριστική επιφάνεια εγκλείσματος-μήτρας
- πλαστική διαρροή στα άκρα των εγκλεισμάτων
- πλήρης πλαστικοποίηση της σύνδεσης και αύξηση του μεγέθους των κενών
- Σύνδεση κενών που οδηγεί σε δημιουργία ταρατσών
- Σύνδεση επιπέδων μέσω διατμητικής τάσης
- Πιθανή ψαθυρή θραύση
