Pevnost svarových spojů | Stavební příručka | materiály – návrhy – technologie

Pevnost svarových spojů je schopnost odolat určitému zatížení za určitých stanovených podmínek bez porušení. V tomto případě se bere v úvahu jak provozní, tak maximální zatížení. Pracovním zatížením se rozumí celková napětí vznikající vlastní tíhou, vnější zatížení vznikající při provozu a vlastní napětí vznikající při svařování, montáži apod.

Zatížení jsou považována za omezující, když se v hlavním průřezu vyskytuje průtažnost, vznikající pod vlivem statických, přeměnných a dynamických sil. V tomto případě dochází k maximálnímu přípustnému poškození nebo deformaci s následnou ztrátou provozní schopnosti konstrukce. Při výpočtu únosnosti svaru se řídí přípustným napětím v nejnebezpečnějším úseku prvku „s“ a přípustným napětím, které je určitou částí meze kluzu „nve“. V tomto případě musí být dodržen následující poměr: HSE i s. Tímto poměrem konstrukční prvek splňuje požadavky na pevnost. Pro větší spolehlivost je použit bezpečnostní faktor „n“, který zaručuje, že nedojde k kluzu a pro nízkouhlíkové oceli leží v rozmezí 1,35 – 1,50 a HSE = 160 MPa.

Přípustné napětí v nejnebezpečnějším úseku „s“ je určeno vzorcem:

Kde F je plocha průřezu prvku a N je axiální síla, která na něj působí.

Když mluvíme o pevnosti svarového spoje, neměli bychom zapomínat na jeho pórovitost a praskliny, které mají na tento ukazatel významný vliv. Póry ve svarovém švu vznikají, když se při krystalizaci kovu uvolňují plyny. Obvykle se jedná o dusík, vodík nebo oxid uhelnatý produkovaný chemickými reakcemi. Ale nejen z plynů mohou vznikat póry ve svaru. K tomuto jevu dochází při zvýšené žáruvzdornosti, viskozitě a hustotě strusky, která neopouští svar.

Póry mohou být vnitřní nebo vnější, umístěné podél osy švu nebo na jeho hranicích, jejich tvar může být kulatý, oválný nebo složitější a jejich velikost se může pohybovat od několika mikronů do několika milimetrů. Předsvařovací příprava, která spočívá v důkladném očištění svarového spoje od nečistot, olejů, rzi a jiných cizích látek, pomáhá snižovat pórovitost svaru. Bojují s pórovitostí pomocí správně zvolených svařovacích režimů, ochranných povlaků a tavidel zavedených do svarové lázně.

Trhliny v pevném svaru a tepelně ovlivněné zóně mohou být studené nebo horké. Horké trhliny (obr. 1) vznikají při krystalizaci kapalné fáze kovu.

Obr. 1 Přítomnost horkých trhlin ve svarových spojích: 1 -2 -3 – příčné trhliny švu a zóny kolem něj v materiálu; 4—5—podélné trhliny

Tento jev je usnadněn lineárními kontrakcemi kovu vyplývajícími z vnitřních pnutí. Velikost a směr horkých trhlin může být velmi rozdílný a závisí na vhodnosti materiálu, elektrod a podmínek svařování.

Pro stanovení této shody se zkušební vzorek nejprve svaří a podrobí pečlivé analýze. Přítomnost trhlin lze určit vizuálně při zvětšení a kritické části jsou osvětleny nebo ozářeny.

Studené trhliny mají nejčastěji mikroskopický charakter a vznikají při teplotách nepřesahujících 200°C. Příčinou vzniku trhlin za studena může být křehkost kovu při rychlém ochlazení, zbytková napětí ve svarových spojích nebo zvýšený obsah vodíku.

Koroze svarových spojů snižuje pevnost svaru a jeho životnost. Vzhledem k velkým strukturálním změnám svarových spojů jsou korozivnější než základní kov. Koroze může být obecná i místní.

Při obecné korozi je zasažen celý povrch kovu, což svědčí o jeho nízké korozní odolnosti. Lokální koroze se projevuje přítomností jednotlivých rezavých míst a skvrn. Může být povrchový i mezikrystalický.

Nejnebezpečnější je mezikrystalová koroze, která proniká hluboko do zrn, aniž by je zničila. Nejtypičtější korozní poškození svarového spoje je znázorněno na obr. 2. Obr.

Správný výběr materiálů, svařovacích elektrod, použití ochranných povlaků a moderátorů aplikovaných na kovový povrch nebo korozivní prostředí pomáhá tomuto nebezpečnému jevu předejít. Dobrých výsledků se dosáhne použitím svařovacího drátu s vysokou odolností proti korozi. Při svařování takovým drátem se získá svar, který je odolnější vůči korozi než základní kov. Korozní aktivita svaru je také ovlivněna zvolenými režimy svařování.

Obr. Poškození korozí při svařování: A – obecná koroze: 1 – rovnoměrné rozložení; 2 – koroze švu; 3 – intenzivní koroze celého kovu; 4 — rez v tepelně ovlivněné oblasti; B – lokální koroze: 1 – koroze v tepelné zóně (mezikrystalická); 2 – koroze švu; 3 – koroze v zóně fúze; 4 – důlková koroze; B – únava (korozní praskání)

<strong>Koncept výpočtu švů pro pevnost</strong>

Při výpočtu pevnosti svarových spojů je nejprve nutné znát plochu průřezu svaru. Vynásobením tloušťky svaru jeho délkou získáme plochu průřezu svaru. V tahu je přípustná síla ve svarovém spoji určena následujícím vzorcem:

Р = σр •S • l.

P = σcom •S • l ,

kde l je délka švu; S – tloušťka spojovaných prvků; σр—přípustné napětí ve svaru pod tahem; σсж je dovolené napětí ve svaru při stlačení.

Při výpočtu pevnosti přeplátovaného spoje se používá následující výpočetní vzorec:

P = τav • 0,7K • l ,

kde P je přípustná síla: τср je přípustné napětí naneseného kovu při střihu; K je délka nohy; l je délka svaru.