Σφάλματα Συγκολλήσεων στην Βιομηχανία

[Λakedaimonas]

Στις περισσότερες μηχανολογικές κατασκευές για να μην πω σε όλες(οκ υπερβάλω) υπάρχουν συγκολλήσεις κάτι που ο περισσότερος κόσμος το αγνοεί. Πράγμα λογικό βέβαια αφού μια συγκόλληση δεν παίζει κάποιον ουσιαστικό λειτουργικό ρόλο σε αυτό που κάνει η κατασκευή παρότι ο ρόλος της είναι δομικού χαρακτήρα στο σύστημα μέσα στο οποίο υπάρχει.

Για παράδειγμα ο απλός κόσμος όταν βλέπει ένα καράβι συνήθως συνήθως ασχολείται με το πόσα μίλια μπορεί να πάει, τι αυτονομία έχει ή τι ανέσεις. Σπάνια τον απασχολεί το αν οι συγκολλήσεις του πλοίου έγιναν με την μια μέθοδο ή την άλλη ή αν εξετάστηκαν οι συγκολλήσεις τις κατασκευής με ραδιογραφία στο 20% ή 30% του συνόλου.

Μπορεί να μην το ξέρει ο κόσμος αλλά η δομική ακεραιότητα μιας κατασκευής και η αντοχή της σε διάφορες συνθήκες έχει να κάνει και με τις συγκολλήσεις και περισσότερο με τα σφάλματα αυτών. Γιατί κατασκευή με 0% σφάλματα στο σύνολο της στις συγκολλήσεις δεν υπάρχει. Οι περισσότερες κατασκευές απλά πληρούν κάποια standards και γίνονται αποδεκτές, αυτό σημαίνει συνήθως ότι στις συγκολλήσεις τους έχουν σφάλματα, απλά αυτά είναι ενός συγκεκριμένου ποσοστού επί του συνόλου που είναι αποδεκτό είτε κατά EN(ευρωπαϊκός κώδικας) είτε κατά AWS(ο αμερικάνικος κώδικας, American Welding Society).

Ας γίνουμε τώρα λίγο πιο συγκεκριμένοι με τα σφάλματα των συγκολλήσεων. Καταρχάς τα σφάλματα συνήθως λέγονται ασυνέχειες. Μια ασυνέχεια αποτελεί μια διακοπή της τυπικής δομής μιας συγκόλλησης όπως για παράδειγμα είναι η ανομοιογένεια στις μηχανικές ιδιότητες ενός υλικού ή μιας συγκόλλησης ή ακόμα και ανομοιογένεια στις μεταλλουργικές και φυσικές ιδιότητες αυτού. Εδώ πρέπει να σημειωθεί πως μια ασυνέχεια δεν αποτελεί απαραίτητα και σφάλμα. Οκ για να μη γίνομαι κουραστικός ας το πούμε και αλλιώς : οποιαδήποτε ανομοιογένεια στις μηχανικές ιδιότητες ενός υλικού ή μιας συγκόλλησης ή ακόμα και ανομοιογένεια στις μεταλλουργικές και φυσικές ιδιότητες αυτού αποτελεί ασυνέχεια συγκόλλησης, εάν αυτή η ασυνέχεια έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ή έκταση που απορρίπτεται από τα διεθνή standards τότε αυτή στην συνέχεια εμπίπτει στην κατηγορία των σφαλμάτων.

Μια συγκόλληση η οποία δεν πληροί τις ελάχιστες προϋποθέσεις κάποιας συγκεκριμένης τυποποίησης ή ενός κώδικα θεωρείτε ως ελαττωματική συγκόλληση και συνήθως απορρίπτεται, δηλαδή μπορεί να χρήζει είτε επισκευής είτε καταστροφής και φτου και από την αρχή. Ταυτόχρονα η αποτίμηση μιας ελαττωματικής συγκόλλησης δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί αν δεν γίνετε έχοντας ως αναφορά κάποια τυποποίηση ή κώδικα σε συσχέτιση με την χρήση για την οποία προορίζετε η εκάστοτε συγκόλληση. Όπως αναφέραμε και παραπάνω μια ασυνέχεια σε κάποια συγκόλληση δεν αποτελεί απαραίτητα και ελάττωμα.

Οι ασυνέχειες ταξινομούνται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα την σημασία τους και φυσικά το πρότυπο που χρησιμοποιείται.

Ταξινόμηση κατά EN ISO 6520-1

Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή Προτύπων κατατάσσει τα ασυνέχειες σε έξι μεγάλες κατηγορίες. Σε κάθε μια από τις κατηγορίες αυτές, που περιλαμβάνει αριθμό ομοειδών σφαλμάτων δίνεται και ένας αριθμός σειράς ως εξής:
Σειρά 100, Ρωγμές.
Σειρά 200, Σπηλαιώσεις.
Σειρά 300, Στερεά Εγκλέισματα.
Σειρά 400, Ατελής Τήξη, ή Διείσδυση.
Σειρά 500, Ατελές Σχήμα ή Ανώμαλη Όψη ραφής.
Σειρά 600, Διάφορα άλλα σφάλματα.

Προφανώς κάθε σειρά-κατηγορία έχεις και τις υποσειρές-υποκατηγορίες τις. Πχ σειρά 101 κλπ.

Ταξινόμηση κατά A.W.S. (American Welding Society)

Η American Welding Society διακρίνει τρεις μεγάλες κατηγορίες σφαλμάτων συγκόλλησης:
I.Σφάλματα που οφείλονται στη μέθοδο και την εκτέλεση της συγκόλλησης.
Α. Γεωμετρικά (Ελαττωματική ευθυγράμμιση ελασμάτων, Υποκοπή, Ανεπαρκής ενίσχυση όψης, Υπερκάλυψη, Ατελής διείσδυση, Ατελής τήξη, Συστολή κλπ)
Β. Άλλα (Ανάματα τόξου, Εγκλείσματα σκουριάς, Εγκλείσματα βολφραμίου, Στρώματα οξειδίων κλπ)
II.Μεταλλουργικά Σφάλματα.
Α. Ρωγμές.
Β. Πόροι.
Γ. Αλλαγή δομής στην θερμαινόμενη περιοχή.
III.Σφάλματα που οφείλονται στη μελέτη.
Α. Περιοχές συγκέντρωσης τάσεων.
Β. Λανθασμένη διαμόρφωση ακμών.

Γενικά, πρέπει να αναφερθεί ότι το κατά πόσο κάποιο σφάλμα είναι επικίνδυνο ή όχι δεν εξαρτάται μόνο από το είδος του, αλλά και από το σχήμα του, δηλαδή το αν είναι επίπεδο ή τρισδιάστατο. Επομένως θα πρέπει να εξετάζονται και τα ακόλουθα χαρακτηριστικά των σφαλμάτων:
1.Μέγεθος.
2.Αμβλύτητα.
3.Κατεύθυνση ως προς τις κύριες εξωτερικές και παραμένουσες τάσεις.
4.Θέση σε σχέση με τη συγκόλληση και τις εξωτερικές επιφάνειές της.

Σφάλματα που βρίσκονται σε θέση ή κατεύθυνση τέτοια ώστε οι υπάρχουσες τάσεις να τείνουν να τα μεγαλώσουν, είναι πιο επικίνδυνα από άλλα παρόμοια που δεν έχουν αυτή τη τοποθέτηση. Επίσης σφάλματα που βρίσκονται επάνω ή κοντά στην επιφάνεια συγκόλλησης μπορεί να είναι πιο επικίνδυνα από άλλα σφάλματα παρόμοιου σχήματος που βρίσκονται όμως στο εσωτερικό της συγκόλλησης. Ένας άλλος τρόπος κατάταξης των σφαλμάτων συγκόλλησης βασίζεται στο τμήμα της συγκολλητής κατασκευής που εμφανίζονται. Διακρίνονται έτσι σφάλματα που εμφανίζονται στο μέταλλο συγκόλλησης στη θερμαινόμενη περιοχή και στο βασικό μέταλλο.

[ShadowMech]

Προαιρετικο Μανωλακος?

[Λakedaimonas]

Xaxaxaxa όχι μέρος της διπλωματικής μου είναι και είπα να ξεκινήσω ένα τόπικ. Μηχανολόγοι είμαστε!

[ShadowMech]

Ωραιος...
Απλα θυμαμαι ειχα κανει ενα βιβλιογραφικο προαιρετικο για τις παραμενουσες τασεις, γι αυτο το ειπα.

Μακαρι να αρχισουν να σκανε και αλλα αρθρακια!

[Λakedaimonas]

Συνεχίζω με λίγα λόγια για τις βασικότερες ασυνέχειες συγκολλήσεων που συνήθως μπορεί να συναντήσουμε

Ρωγμές

Οι ρωγμές αποτελούν τη πρώτη βασική κατηγορία σφαλμάτων συγκόλλησης. Ρωγμή ορίζεται σαν μία ασυνέχεια υλικού οφειλόμενη σε θραύση και χαρακτηριζόμενη από οξύ άκρο και μεγάλους λόγους μήκους και πλάτους προς το άνοιγμά της. Οι ρωγμές αποτελούν τη πιο επικίνδυνη μορφή σφάλματος σε συγκολλητές κατασκευές, γιατί κάτω από κατάλληλες συνθήκες μπορούν να επεκταθούν με μεγάλη ταχύτητα και να προκαλέσουν τη κατάρρευση της κατασκευής. Ο κυριότερος λόγος για τον οποίο συμβαίνει κάτι τέτοιο είναι το γεγονός πως στις ρωγμές, λόγο της γεωμετρίας τους, εμφανίζονται υψηλές τάσεις στα άκρα τους με αποτέλεσμα αυτές να επεκτείνονται γρήγορα. Ο λόγος για τον οποίο στις ρωγμές συγκεντρώνονται υψηλές τάσεις είναι η ίδια η γεωμετρία του εν λόγω σφάλματος αφού σε αυτή εμφανίζονται πολλές και απότομες άκρες-γωνίες κοψίματα κλπ. Ρωγμές σε συγκολλήσεις δημιουργούνται όταν υπάρχουν μια ή και οι δύο ακόλουθες καταστάσεις : 1. όταν το υλικό είναι ψαθυρό ή 2. όταν υπάρχουν εφελκυστικές τάσεις υψηλής έντασης.

Όλες οι ρωγμές που εμφανίζονται σε συγκολλητές κατασκευές μπορούν να ταξινομηθούν κατά δύο τρόπους ανάλογα με τη θέση τους, και ανάλογα με τις συνθήκες δημιουργίας τους.

Οι ρωγμές ανάλογα με την θέση τους και το που ακριβώς εμφανίζονται ταξινομούνται σε :

- εγκάρσιες ρωγμές (είναι κάθετες στον άξονα της συγκόλλησης)

- διαμήκης ρωγμές (εκτείνονται παράλληλα προς τον άξονα της συγκόλλησης και συνήθως βρίσκονται στο μέσο του μετάλλου συγκόλλησης)



- ρωγμές κρατήρα (εμφανίζονται όταν γίνει λανθασμένη διακοπή της διαδικασίας συγκόλλησης. Οι ρωγμές αυτές έχουν συνήθως αστεροειδές σχήμα, η συγκεκριμένη κατηγορία χωρίζεται και σε άλλες υποκατηγορίες)



Τώρα η ταξινόμηση των ρωγμών με κριτήριο τις συνθήκες δημιουργίας τις χωρίζει σε θερμές και ψυχρές. Θερμές όταν εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης του μετάλλου κοντά στη θερμοκρασία τήξης και ψυχρές όταν δημιουργούνται μετά τη στερεοποίηση του μετάλλου συγκόλλησης και είναι αποτέλεσμα υψηλών τάσεων.

Ωραία όλα αυτά αλλά γιατί δημιουργούνται τα συγκεκριμένα σφάλματα??? Γιατί φυτρώνουν εκεί που δεν "τις σπέρνουν" και γιατί οι κατασκευές που έχουν ρωγμές στέλνονται στον κάλαθο των αχρήστων με συνοπτικές διαδικασίες???

Όπως έχω αναφέρει στην αρχή του παρόντος ποστ οι δύο βασικοί λόγοι δημιουργίας ρωγμών σε συγκολλήσεις είναι η ψαθυρότητα του υλικού και η ύπαρξη εφελκυστικών τάσεων που έχουν μεγάλη επίδραση λόγω της γεωμετρίας μιας ρωγμής. Οι ρωγμές σε όλες τους τις μορφές, αποτελούν το πιο σημαντικό από όλα τα άλλα σφάλματα συγκολλήσεων. Όλοι οι διεθνείς και εθνικοί κανονισμοί που διέπουν συγκολλητές κατασκευές δεν επιτρέπουν την ύπαρξη ρωγμών, ανεξάρτητα μεγέθους, σε συγκολλήσεις. Όλες οι ρωγμές που εντοπίζονται με οποιαδήποτε μέθοδο μη καταστρεπτικού ελέγχου πρέπει να επιδιορθώνονται ή να καταστρέφονται. Παρόλα αυτά με τη σημερινή εξέλιξη της θεωρίας της θραύσης (fracture mechanics) είναι δυνατή η αξιολόγηση της σημασίας των ρωγμών σε συγκολλητές κατασκευές. Έτσι όταν ακολουθείται η φιλοσοφία της καταλληλότητας για την επιδιωκόμενη χρήση, είναι δυνατό να επιτρέπεται η ύπαρξη ορισμένων ρωγμών δεδομένου μεγέθους, κατεύθυνσης και θέσης. Αλλά αυτό συμβαίνει στις στατικές κατασκευές αντίθετα ρωγμές σε δυναμικές κατασκευές είναι ιδιαίτερα επικίνδυνες αφού υπάρχει διαρκής ύπαρξη φορτίων.

Πως μπορούμε όμως να εξασφαλίσουμε, στο μέτρο που μπορεί να γίνει κάτι τέτοιο, ότι δεν υπάρχουν ρωγμές στην συγκόλληση μας τόσο στο μέταλλο συγκόλλησης όσο και στο βασικό μέταλλο?

Στη περίπτωση του μετάλλου συγκόλλησης, οι ρωγμές μπορεί να αποφευχθούν αν ακολουθηθούν μια ή περισσότερες από τις ακόλουθες διαδικασίες:
1.Αλλαγή στον χειρισμό του ηλεκτροδίου ή στις συνθήκες συγκόλλησης, ώστε να βελτιωθεί η σύνθεση του υλικού απόθεσης.
2.Ελάττωση της ταχύτητας συγκόλλησης ώστε να αυξηθεί το πάχος του υλικού απόθεσης και, έτσι να δημιουργηθεί περισσότερο μέταλλο συγκόλλησης που να μπορεί να αντέξει στις αναπτυσσόμενες τάσεις.
3.Χρήση προθέρμανσης, ώστε να ελαττωθούν οι θερμικές τάσεις.
4.Χρήση ηλεκτροδίων μικρής περιεκτικότητας σε υδρογόνο.
5.Κατάλληλη διαδικασία συγκόλλησης ώστε να ελαττωθούν οι τάσεις συστολής.
6.Αποφυγή συνθηκών ταχείας απόψυξης της συγκόλλησης, ώστε να αποφευχθεί η ψαθυροποίησή της.

Με άλλα λόγια ρωγμές στο μέταλλο συγκόλλησης μπορούν να αποφευχθούν τηρώντας πιστά τις διαδικασίες συγκόλλησης όπως αυτές υπαγορεύονται από τα διάφορα πρότυπα που θα επιλέξει ο μηχανικός συγκόλλησης να ακολουθηθούν κατά την κατασκευή της συγκόλλησης. Έχοντας αυτό κατά νου σημειώνουμε ότι η ύπαρξη ή μη ρωγμών σε μια συγκόλληση αποτελεί και μια ένδειξη για την ικανότητα τους εκάστοτε συγκολλητή. Ο λόγος είναι απλός: η ύπαρξη ρωγμών τις περισσότερες φορές υποδεικνύει ότι ο συγκολλητής δεν ακολούθησε τις προβλεπόμενες μεθόδους του προτύπου.

Στη περίπτωση τώρα των ρωγμών που εμφανίζονται στο βασικό μέταλλο, και κυρίως στη θερμαινόμενη ζώνη, κύρια αίτια είναι τα μεταλλουργικά χαρακτηριστικά του υλικού (έλλειψη ολκιμότητας). Επομένως η δημιουργία αυτών των ρωγμών μπορεί να αποφευχθεί με τους ακόλουθους τρόπους:
1.Χρήση προθέρμανσης ώστε να υπάρχει έλεγχος της ταχύτητας απόψυξης.
2.Ελεγχόμενη πρόσδοση θερμότητας.
3.Χρήση του κατάλληλου ηλεκτροδίου.
4.Σωστός έλεγχος των υλικών συγκόλλησης.

Για τη περίπτωση των καθυστερημένων ρωγμών που εμφανίζονται συνήθως στους χάλυβες υψηλής αντοχής και που οφείλονται στο υδρογόνο, αποφυγή της δημιουργίας τους μπορεί να γίνει με τους ακόλουθους τρόπους:
1.Χρήση μεθόδου συγκόλλησης ή ηλεκτροδίου που παρέχει λίγο ή καθόλου υδρογόνο.
2.Συνδυασμός διαδικασιών συγκόλλησης και θερμικών κατεργασιών που προκαλούν τη διάχυση του υδρογόνου έξω από το μέταλλο, ή που οδηγούν στη δημιουργία κρυσταλλικών δομών μη ευαίσθητων σε αυτό.
3.Χρήση διαδικασιών συγκόλλησης που έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία χαμηλών τιμών τάσης.

Τα σφάλματα των ρωγμών μπορούν να εντοπιστούν με ΜΚΕ (Μη Καταστροφικούς Ελέγχους). Η ιδανικότερη μέθοδος για τον εντοπισμό ρωγμών σε μια συγκόλληση είναι αυτή των υπερήχων. Η επόμενη συνηθέστερη μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι αυτή της ραδιογραφίας.

Μακαρι να αρχισουν να σκανε και αλλα αρθρακια!

Ask and you shall receive! Καλά αυτά που γράφω είναι ψιλοπεριλιπτικά γιατί το θέμα(όπως και ότι έχει να κάνει με μηχανολογία) είναι ατελείωτο και με πολλές εφαρμογές.

Πάντως μακάρι να γράψουν και άλλοι αρθράκια και για άλλα θέματα μηχανολογικού αντικειμένου.

[kopanosAE]

πολύ καλογραμμένη

[tsag]

ενα καλο κειμενο ειναι αυτο

http://courseware.mech.ntua.gr/ml26157/ ... efects.pdf

[Λakedaimonas]

Πολύ καλό θυμάμαι το είχα χρησιμοποιήσει για την διπλωματική.

[Λakedaimonas]

Σπηλαιώσεις, Πόροι κλπ

Οι σπηλαιώσεις αποτελούν τη δεύτερη πιο μεγάλη κατηγορία των σφαλμάτων συγκόλλησης. Το πιο συνηθισμένο τέτοιο σφάλμα είναι οι πόροι που ορίζονται σαν «σπηλαιώδεις ασυνέχειες που δημιουργούνται από τη παγίδευση αερίων κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης». Οι πόροι είναι συνήθως σφαιρικοί αν και μερικές φορές μπορεί να είναι και επιμήκεις.

Οι πόροι μπορεί να είναι επιφανειακοί ή εσωτερικοί. Τους πρώτους μπορούμε να τους δούμε με γυμνό μάτι και να τους προσδιορίσουμε με οπτικές τεχνικές. Για τους εσωτερικούς όμως πόρους, απαιτούνται τεχνικές εσωτερικού προσδιορισμού (π.χ. ραδιογραφία).

Ανάλογα με τη κατανομή και τη μορφή των πόρων, διακρίνονται οι ακόλουθες υποκατηγορίες:

1. Ομοιόμορφα κατανεμημένοι πόροι (uniformly scattered porosity), που βρίσκονται σε συγκολλήσεις μιας η πολλαπλών στρώσεων, και που οφείλονται γενικά σε λανθασμένη διαδικασία συγκόλλησης ή σε ακατάλληλα υλικά, ή και στα δύο.

2. Συγκεντρωμένοι πόροι (cluster porosity), που οφείλονται σε λανθασμένη ένωση άναμμα ή σβήσιμο του ηλεκτρικού τόξου.

3. Γραμμική κατανομή πόρων (linear porosity), που συναντάται κατά μήκος της άκρης της συγκόλλησης, της ρίζας, ή μεταξύ διαδοχικών στρώσεων. Οφείλεται σε απελευθέρωση αερίων από ξένες ουσίες κατά μήκος μιας συγκεκριμένης επιφάνειας.

4. Σωληνοειδείς πόροι (piping porosity), όρος που αναφέρεται για τους επιμήκεις πόρους. Στη περίπτωση των αυχενικών συγκολλήσεων, οι πόροι αυτοί εκτείνονται συνήθως από τη ρίζα της συγκόλλησης προς την όψη της.

Οι πόροι δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης αφού υπάρχουν πάντοτε διαλυμένα αέρια στο τηγμένο μέταλλο. Καθώς το μέταλλο συγκόλλησης στερεοποιείται, πόροι δημιουργούνται όταν τα διαλυμένα αυτά αέρια εξακολουθούν να υπάρχουν σε ποσότητες μεγαλύτερες από αυτές που τους επιτρέπει η διαλυτότητά τους στο στερεό πια μέταλλο. Οι βασικοί λόγοι για τη παγίδευση των αερίων έχουν σχέση με τη μέθοδο και διαδικασία της συγκόλλησης, και μερικές φορές με αυτή τη χημική σύσταση του μετάλλου. Συγκεκριμένα οι δύο πρώτοι λόγοι είναι και οι σημαντικότεροι γιατί είναι εκείνοι που ελέγχουν τον ρυθμό απόψυξης, άρα και στερεοποίησης του μετάλλου.

Η σπουδαιότητα των πόρων σαν σφάλμα συγκολλήσεων έχει ερευνηθεί σε μεγάλο βάθος τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά. Έχει αποδειχθεί ότι η ύπαρξη πόρων σε ποσοστό 2 έως 3%, ποσοστό γενικά μεγαλύτερο από αυτό που επιτρέπουν οι διάφοροι κανονισμοί, έχει ασήμαντη επίδραση στη στατική αντοχή των συγκολλήσεων. Το ίδιο ισχύει και για την ολκιμότητα αν και η επίδραση εδώ αυξάνει όσο αυξάνει η αντοχή του υλικού.
Όσον αφορά τη ψαθυρή θραύση, η επίδραση των πόρων είναι γενικά μικρή. Στη περίπτωση αυτή πρέπει να δοθεί έμφαση στο γεγονός ότι δεν έχει σημασία τόσο ο αριθμός των πόρων όσο το μέγεθος και το σχήμα τους.

Η επίδραση των πόρων στην αντοχή σε θραύση από κόπωση συγκολλητών κατασκευών έχει ερευνηθεί σε μεγάλο βάθος λόγω της σημαντικότητάς της, κυρίως στη περίπτωση συγκολλήσεων κατά συμβολή με ή χωρίς ενίσχυση όψης. Το γενικό συμπέρασμα είναι ότι η ύπαρξη ενίσχυσης όψης δημιουργεί σημεία συγκέντρωσης τάσεων κάτι που υπερκαλύπτει οποιαδήποτε επίδραση που μπορεί να έχουν οι πόροι. Εάν όμως, αποξεστεί η ενίσχυση όψης, τότε, οι πόροι που εμφανίζονται στην επιφάνεια είναι δυνατόν να οδηγήσουν σε θραύση από κόπωση, μια και είναι γνωστό ότι το είδος αυτής της θραύσης ξεκινά από επιφανειακά σφάλματα. Από την άλλη μεριά, η ύπαρξη πόρων, μέσα σε λογικά όρια, σε αυχενικές συγκολλήσεις, δεν φαίνεται να έχει σημαντική επίδραση, στην αντοχή τους σε κόπωση.

Να σημειώσω επίσης πως η ύπαρξη πόρων συνήθως υποδεικνύει απροσεξία του συγκολλητή ειδικά εάν παρατηρηθεί ότι ο Χ συγκολλητής παράγει συχνά πυκνά κολλήσεις που περιέχουν σφάλματα.