Varmretting av stålkonstruksjoner 8200275256 [PDF]

Zitiervorschau

VERKSTEDSINDUSTRIENS OPPLÆRINGSVIRKSOMHET

I ! Nasjonalbiblioteket e

Depotbiblioteket

Varmretting av stålkonstruksjoner BÅTSERV1CE VERFT A/S Redigert av sivilingeniør Per G. Knudsen

MEKANISKE VERKSTEDERS LANDSFORENING

UNIVERSITETSFORLAGET

© Universitetsforlaget 1979 M.V.L.

ISBN: 82-00-27525-6

Etter lov om opphavsrett til åndsverk av 12. mai 1961 er det forbudt å mangfoldiggjøre innholdet i denne bok, helt eller delvis, uten tillatelse fra forlaget. Forbudet gjelder enhver form for mangfoldiggjøring ved trykking, kopiering, stensilering, båndinnspilling o.l.

Sats/repro: Halden Fotosats Trykk: Erling Sem Offsettrykkeri A/S, Halden 1979

Forord

Det følgende forslag til undervisningsmateriell for bedriftsinterne kurs i varmretting av stål m.v. er utarbeidet ved Båtservice Verft A/S etter samarbeid med følgende ansatte:

- Fagarbeider med retteerfaring Briseid, Magne - Fagarbeider med retteerfaring Gabrielsen. Arvid - Skipsbyggmester Johnsen, Jacob - Siv.ing. (Hovedforfatter) Knudsen, Per. G. - Fagarbeider uten retteerfaring Olsen, John Pedersen, Per Tøger - Arbeidsleder utrustning - Fagarbeider uten retteerfaring Pedersen, Roar - Fagarbeider med retteerfaring Robertsen, Reidar - Arbeidsleder, utrustning 4- aluminium Thorsen, Dag Wilhelmsen, Kristian - Fagarbeider med retteerfaring Oppgaven er skissert i prosjektkontrakt med MVL - Opplysnings- og utviklingsfondet 22. april 1976, prosjekt nr. 76/1.

Denne publikasjon er resultatet av et bedriftsinternt prosjekt ved Båtservice Verft A/S (bedriftsinternt prosjekt.76/1). Målsettingen har vært å utarbeide et undervisningsmateriell for arbeidere, arbeidsledere og kontrollører som tilvirker større sveisede konstruksjoner. I hovedsak behandler man stålkonstruksjoner, men konstruksjoner i aluminium og syrefaste materialer blir også omtalt. Undervisningsmateriellet kan benyttes både i bedriftsintern opplæring og ved plate-, sveise- og stålkonstruksjonslinjer i den videregående skolen.

Oslo, oktober 1979 MEKANISKE VERKSTEDERS LANDSFORENING VERKSTEDSINDUSTRIENS OPPLÆRINGSVIRKSOMHET

Innhold

Innledning 7 Materialers egenskaper ved temperaturendring 7 Sveising og sveisespenninger 9 Krymping for buttsveiser 10 Krymping for kilsveiste forbindelser 11 Vinkeldeformasjon ved krymping på tvers av sveisesøm 12 Vinkeldeformasjon ved buttsveiser 12 Vinkeldeformasjon ved kilsveiser og T-forbindelser 13 Vinkeldeformasjon avhengig av antall sveiselag 14 Krymping i sveisesømretning 15 Virkning av sveisespenninger ved maskinering 16 Tiltak for å forebygge deformasjoner (kastninger) 17 Retting 21 Retting av profiler 22 Retting av bule i plate 23 Retting av flak med stivere 23 Retting av kompliserte konstruksjoner i tynne plater 24 Retting av aluminium 27 Retting av syrefast stål 27 Øvelser 28 Øvelser for andre opplæringsgrupper 32 Litteratur 32

Innledning Alle som har kjennskap til sveiste konstruksjoner, vet at et arbeidsstykke etter sveising kan se svært bulkete og vridd ut. Årsakene kan være flere, men oftest skyldes deforma­ sjonene de spenninger som tilføres ved sveiseprosessen. Når et arbeidsstykke er blitt bulkete og vridd, må det vanligvis rettes igjen, og dette kan være både tidkrevende og kostbart. For en produksjonsbedrift vil det derfor være viktig at

1. Sveisingen utføres på en slik måte at minst mulig uønsket spenning kommer inn i arbeidsstykket. 2. Nødvendig retting kan utføres effektivt og riktig. I dette læreheftet vil vi derfor ta for oss noen forhold en bør kjenne til for at sveising og retting skal kunne utføres tilfredsstillende. Fagarbeidere ved Båtservice Verft A/S, Mandal, har selv og i samarbeid med arbeidsledere utført retteoppgaver i praksis og deretter beskrevet resultatene og gitt anbefalinger. Det er også tatt med generelle opplysninger som kan hjelpe operatører og arbeidsledere til å angripe oppgavene med sveising og retting på en riktigere måte.

Materialers egenskaper ved temperaturendring Dersom en meter av et vanlig karbonstål, f.eks. DnV stål, oppvarmes fra 0 °C til 100 °C, vil lengden øke med ca. 1,1 mm. Ved avkjøling vil lengden igjen bli den opprinnelige. Dersom samme oppvarming foretas med et spenningsfritt stål fast innspent i begge ender, vil lengden ikke kunne øke. Istedet vil det bli trykkspenninger i materialet tilsvarende det som skal til for å trykke sammen en 1 m lang stålstav 1,1 mm. Denne trykkspenning vil være ca. 227 N/mm2 (tidligere ca. 23 kp/mm2).

Ved avkjøling vil det innspente stålet igjen bli spenningsfritt. Dersom oppvarmingen er mye sterkere, for eksempel fra 0 °C til 400 °C, vil det frie stålstykke utvide seg med ca. 4,4 mm. Også nå vil lengden igjen bli som før ved avkjøling, men dersom stålet før oppvarming er fast innspent i begge ender, vil forholdet nå være et annet. Et svært sterkt stål vil få en trykkspenning på ca. 900 N/mm2. Det aktuelle stålet i eksemplet (DnV) tåler ikke denne belastningen og vil bli stuket fra f.eks. 200 °C til 400 °C.

Stålstaven som altså nå er innspent, vil ha en trykkspenning på 453 N/mm2 og vil være spenningsfri etter en avkjøling fra 400 °C til 200 °C. En videre avkjøling vil føre til at det oppstår strekkspenninger i materialet som øker til 453 N/mm2 ved 0 °C.

Vi kommer senere tilbake til retting med varme, men vil alt nå peke på at en varmekile på en større stålprofil eller konstruksjon vil si at det oppvarmede felt er innspent og følgelig vil få strekkspenning etter avkjøling.

Denne strekkspenningen i materialet har, riktig brukt, en rettende effekt.

7

ved(7;*tJ°C ------------------------------------------ H

Z;vedf;°C

! Fig. 1

FRI

STAV

j

i

~

•

1 ------------------r. i

En fri stav forandrer lengde med temperatur, men er alltid spenningsfri.

Fig. 2

En innspent stav forandrer indre spenning med temperatur, men beholder lengden. Ved store temperaturvariasjoner oppstår varige spenninger som ikke forsvinner selv om stålet får sin opprinnelige temperatur.

Et materials flytegrense er den indre spenning (N/mm2) som fører til varig deformasjon av materialet utover 0,2 %. For et DnV stål kan flytegrensen eksempelvis være 280 N/mm2 og bruddgrensen 430 N/mm2. Flytegrensen er sterkt avhengig av temperaturen og kan eksempelvis ha det forløp som fig. 3 viser.

Fig. 3

8

Som kurven viser er flytegrensen ved temperatur over 500-600 °C omtrent null, dvs. at dersom materialet blir utsatt for krefter, vil det «flyte» eller oppføre seg plastisk. Ved av­ kjøling vil det ikke vende tilbake til sin opprinnelige form.

Sveising og sveisespenninger Ved sveising er oppvarmingen svært konsentrert, og normal utvidelse pga. den høye tem­ peraturen blir oftest hindret av det omliggende stål. Vi får derfor etter det vi nå har lært, først en stuking av materialet og strekkspenninger etter avkjøling. Disse strekkspenningene fører ofte til formendring av arbeidsstykket. Ved sveising i en fuge blir det tilført såkalt tilsettmateriale i flytende form. Fugeflatene blir meget sterkt oppvarmet og materialet nær fugen utvider seg inn mot selve fugeåpningen fordi utvidelse i denne retningen møter motstand. Fugeflatene forbindes deretter via tilsettmaterialet. Ved avkjøling vil sveisen trekke seg sammen og forsøke å trekke platene mot hverandre. Dette vil gi en reduksjon i bredden av de sammensveiste platene. Dersom platen hele tiden er fast innspent, vil det oppstå spenninger som i verste fall kan føre til sprekker og brudd. Fig. 4 viser resultatet ved en krymping av fast innspente deler.

Fig. 4

a) viser deformasjoner på grunn av strekkspenning i sveisestykket. b) og c) viser hvordan krympingen har forårsaket brudd.

Den del av arbeidsstykket som ikke oppvarmes eller bare blir noe oppvarmet, virker som tidligere nevnt som en fast innspenning. Ved flerlagssveising blir de første larvene oppvarmet flere ganger. De trekker seg noe sammen for hver gang, og det omliggende metallet hindrer utvidelsen. Ved hver oppvar­ ming får det tidligere laget en plastisk deformasjon som resulterer i en krymping ved avkjøling. I den viste figur 4c er denne krympingen hindret, og det oppstår enten spen­ ninger eller brudd. 9

Tabellen nedenfor viser aktuell krymping for buttsveiste forbindelser, fig. 5. De angitte verdier er middelver­ dier målt på tykke, godt heftede deler. Materiale: konstruksjonsstål.

Sveisemetode

Krymping mm

Buesveising med dekkede elektroder, 2 lag

1,0

Tverrsnitt og platetykkelse mm

Buesveising med udekkede (blanke) elek­ troder, 4 lag, uten baksveis Buesveising med dekkede elektroder, 5 lag, uten baksveis Buesveising med dekkede elektroder, 5 lag, oppmeisling og 2 lag fra baksiden Buesveising med dekkede elektroder, 4 lag på hver side

Buesveising med dypsveiseelektroder Gassveising fra venstre mot høyre

Buesveising med dekkede elektroder, 20 lag uten baksveis 1/3 buesveising med dekkede elektroder, 2/3 pulverdekket buesveising, 1 lag

Pulverdekket buesveising, 1 lag, kobbermothold (underlag)

0,6

Buesveising med dekkede elektroder, 120° - anbefales ikke

3,3

Buesveising med dekk,ede elektroder, fra én side mot underlag

1

Fig. 5

10

I fig. 6 ser vi hvordan krymping vil bli for kilsveiste forbindelser. Som det fremgår er defor­ masjonene gjennomgående noe mindre fordi varmebortledningen er forskjellig. De angitte verdier er middelver­ dier, målt på tykke, godt heftede deler. Materiale: konstruksjonsstål.

Tverrsnitt og platetykkelse mm

Sveisestilling

Krymping mm

2 lag horisontalt

0,5

2 lag horisontalt

0,3

2 lag horisontalt

0

2 lag horisontalt

0,5

Liggende kilsveis

0,8

Vertikalsveis

1,0

2 lag horisontalt

1,3

2 lag horisontalt

0

hol

Jla-5

4 Fig. 6

11

Vinkeldeformasjon ved krymping på tvers av sveisesøm Ved sveising i fuge vil de to platedelene få en liten dreiebevegelse med sveisesømmen som akse. Den totale tverrkrympingen vil bli størst i fugens øvre del (V eller U fuge), noe som bevirker denne vinkelendring. Fig. 7 viser eksempler på vinkeldeformasjon ved buttsveiser.

Tverrsnitt og platetykkelse mm

De angitte verdier er middel­ verdier, målt på tykke, godt heftede deler. Materiale: konstruksjonsstål. Vinkelkrymping(a) Sveisemetode grader

Buesveising med dekkede elektroder, 2 lag Buesveising med udekkede (blanke) elek­ troder, 3 lag

Buesveising med dekkede elektroder, 5 lag Buesveising med dekkede elektroder, 5 lag, oppmeisling og 3 lag fra baksiden

Gassveising fra venstre mot høyre

Gassveising, vertikalt, fra to sider samtidig Buesveising med dekkede elektroder, 8 lag

Buesveising med dekkede elektroder, 22 smale strenger

Pulverdekket buesveising, 1 lag, kobberunderlag 1/3 buesveising med dekkede elektroder, 2/3 pulverdekket buesveising, 1 lag

Pulverdekket buesveising, 2 lag, med stålbånd som underlag Fig. 7

Jo mer sveisen blir oppvarmet i dybden for hvert lag som legges, jo mindre blir vinkeldeformasjonen. Sveiser man eksempelvis de siste lagene med grovere elektrodedimensjon 12

og derav følgende større varmetilførsel, reduseres vinkelkrympingen under ellers like vilkår. Den samme virkningen har pendling under selve sveisingen istedenfor å trekke elektroden rett fram i sveiseretningen.

Fig. 8 viser vinkeldeformasjon ved kilsveiser og T-forbindelser. De angitte verdier er mid­ delverdier, målt på tykke, godt heftede deler. Materi­ ale: konstruksjonsstål.

Tverrsnitt og platetykkelse mm

Sveisemetode

Vinkelkrymping(a) grader

Buesveising med dekkede elektroder

3

Buesveising med dekkede elektroder, 2 lag horisontalt

3

Buesveising med dekkede elektroder, 2 lag horisontalt

1

Buesveising med dekkede elektroder, 3 lag horisontalt

2

Buesveising med dekkede elektroder, 4 lag horisontalt

1,5

Buesveising med dekkede elektroder, 1 lag

0

Buesveising med dekkede elektroder, 3 lag

1

Pulverdekket buesveising, 1 lag

0

Fig. 8

13

Kraftige kilsveiser på relativt tynne materialer gir små vinkelkrympinger fordi materialet blir godt gjennomvarmet. Omvendt vil ikke små kilsveiser på tykke materialer gi særlig store deformasjoner fordi det tykke materialet yter så stor motstand mot formendring. Størst vinkeldeformasjon får man derfor ved et midlere forhold mellom a-mål og platetykkelse.

V777

Fig. 9 viser hvorledes flerlagssveising virker inn på vinkeldeformasjonen.

Nok et eksempel på hvordan konstruksjonens vinkel kan bli endret, er gitt i fig. 10.

14

Konklusjon For å holde vinkeldeformasjonen på et lavest mulig nivå ved buttsveising, må sveisen bygges opp av så få lag som mulig. En buttsveis som er lagt ved en enkelt streng gir svært liten eller overhode ingen vinkeldeformasjon.

Det er særlig tykkere materialer som blir utsatt for vinkelendring på grunn av at materialet her ikke blir gjennomvarmt. En x-fuge eller en oppmeisling og legging av bakstreng kombinert med riktig sveiserekkefølge gir det beste resultatet deformasjonsmessig.

Krymping i sveisesømretning Vi har sett at sveising fører til spenninger og krymping på tvers av den lagte sveis, men det er innlysende at sveiseprosessen også vil føre til krymping i lengderetningen. Varmeutvidelse i nærheten av sveisen vil bli hindret på grunn av det omliggende kalde materialet. Ved avkjøling vil det på samme måte oppstå strekkspenninger i sveisens lengderetning som fører til deformasjoner og indre spenninger. I fig. 11 er det vist eksempler på krymping på grunn av spenninger i sveisesømmens lengderetning. Resultatet av slik krymping er i hoved­ trekk følgende:

Arbeidsstykket blir kortere dersom det sveises symmetrisk om nøytralaksen. En bjelke vil krumme seg dersom det sveises usymmetrisk om nøytralaksen.

Plåter vil krumme seg. 15

Lengdekrympingen som oppstår vil oftest være uten særlig betydning, mens de spenninger som introduseres i arbeidsstykker kan ha meget stor innvirkning på sveisens godhet.

Ved usymmetrisk sveising på smale bjelker kan en forutsi virkningen av lengdekrymping. Det vandrende varmepunktet forårsaker en punktformet varmeutvidelse. Dette hindres av det omliggende materialet, og resultatet er en stuking.

Virkning av spenninger ved maskinering En konstruksjon med store indre spenninger er lite stabil, og dersom denne konstruksjonen maskineres, kan det oppstå tilsynelatende uforklarlige kastninger av materialet. Ved et enkelt eksempel skal vi vise hva som kan være årsaken til slike kastninger. P ig. 12 viser et sveist T-stykke.

Fig. 12

Av det vi tidligere har lært, vet vi at sveisen forsøker å trekke seg sammen i sveiseretningen, dvs. den forsøker å forkorte konstruksjonen. Spenningene i sveisen vil også føre til en slik forkorting av konstruksjonsdelen, men bare i svært liten grad. Både flensen og stegplaten vil bli utsatt for trykkspenninger som vil holde konstruksjonen i likevekt. Til høyre i figuren har vi antydet hvordan kreftene kan tenkes å påvirke konstruksjonen. Sveise­ spenningene trykker sammen ved punkt S. Trykkspenningene i flensen holder igjen i punkt F, og trykkspenningene i steget holder igjen i punkt ST. På en måte kan vi se av figuren at det oppstår en form for vektstang som er i likevekt. Dersom vi nå maskinerer vekk en del av flensen (som har i seg trykkspenninger som bidrar til F) vil likevekten i systemet bli ødelagt. Spenningene fra steget (ST) vil overvinne spenningene ved F, og arbeidsstykket vil få en formforandring som vist på fig. 13.

16

Eksemplet viser at et komplisert arbeidsstykke som er sveist opp av flere deler, vil være fullt av strekk- og trykkspenninger. Planeres delen i en verktøymaskin ved høvling, fresing, dreiing e.l., vil det kunne oppstå en annen spenningslikevekt som gjør at arbeidsstykket ikke lenger er plant når oppspenningen fjernes.

Det samme forhold opptrer også ved støpte konstruksjoner på grunn av ulik nedkjølingshastighet for forskjellige deler i konstruksjonen (tynne deler blir hurtigere avkjølt enn tykkere deler). Botemidler mot disse vanskelighetene kan være såkalt spenningsfrigløding. Det vil si oppvarming av arbeidsstykket til mellom 500 og 600 °C. Vi har tidligere lært at normalt stål ved denne temperaturen nærmest ikke kan ta opp spenninger i det hele tatt. Dette betyr at materialet vil flyte, og alle spenninger forsvinne. Den høye temperaturen skal holdes så kort som mulig, men likevel så lenge at arbeidsstykket blir gjennomvarmt. Av­ kjølingen skal skje langsomt for at det ikke igjen skal oppstå for store spenninger i arbeidsstykket. Denne spenningsfriglødingen må ikke forveksles med oppvarming til høyere temperaturer, f.eks. 750-900 °C, som kan foretas for å endre kornstørrelsen i mate­ rialet og dermed øke strekkfasthet og seighet.

Tiltak for å forbygge deformasjoner (kastninger) Det er vinkeldeformasjonene ved sveising som skaper de største problemene og som skaffer mest arbeid ved senere retting. Det er derfor viktig at vi utnytter alle muligheter til å fore­ bygge deformasjoner. Av forebyggende tiltak skal vi her nevne følgende: 1. Delene legges opp med motbøy slik at sveisedeformasjonene trekker dem i riktig stilling. Motbøy ved buttskjøt og motbøy ved enkel kilsveis er vist i nedenstående figur.

BIBLIOTEKET

2. Forbøying eller knekking av deler er det vist eksempel på i fig. 15.

For å unngå at bjelkeflensen får takform, kan flensplatene forbøyes langs midtaksen, slik at vinkeldeformasjonen trekker flensene plane igjen. Dette kan gå brukbart med små flenstykkelser hvor knekkingen kan gjøres i presse, men ved store tykkelser vil det lett oppstå praktiske vanskeligheter. Det kan imidlertid benyttes varme fra sveisebrenner som føres langs flensens midtlinje i hele lengden (samme teknikk som ved retting), men en slik oppvarming gir en varmesone og krympevirkning som om man la en enkel sveisestreng. Vi utnytter her den vinkeldeformasjon som varmesonen gir til å forbøye flensplaten. Det er imidlertid viktig at flensplaten ikke varmes gjennom hele tykkelsen, for da vil det ikke oppstå noen forbøying. Det kreves mye erfaring og mange forsøk å finne frem til den kombinasjon av flammestørrelse og føringshastighet som gir den riktige forbøyingen. 3. Fastspenning Ved å spenne delene fast i tilstrekkelig stiv sveisejigg eller til et kraftig underlag, f.eks. sveiseplan, kan vinkeldeformasjoner begrenses sterkt. Denne metoden brukes i stor utstrekning ved vårt verksted, og mest nærliggende eksempler kan være containerstøttene, som under sveiseprosessen holdes festet til en kraftig I-bjelke.

4. Symmetrisk varmetilførsel og motvarme Nedenstående figur viser samtidig sveising av begge strenger i en dobbel kilsveis. På denne måte unngår vi at steget trekkes skjevt i forhold til flensen, idet begge sveisene trekker jevnt og samtidig, men man vil få en viss bøyning som gir flensen en takform.

18

Motvarme vil si å tilføre varme med en sveisebrenner på motsatt side av sveisestedet mens sveisingen foregår. På den måten oppnår man en krympevirkning som er mot­ satt den sveisen gir, og som opphever sveisedeformasjonen. Fig. 17 viser eksempel på bruk av motvarme ved innsveising av stuss i rør.

5. Deformasjonene i en sveisekonstruksjon skyldes alltid at en del materialer på grunn av stuking under lokal oppvarming og krymping under avkjøling blir for korte i en eller flere retninger. F or å hindre at et oppvarmet område skal bli for kort eller for lite etter sveising, kan man i enkelte tilfeller strekke det så mye på forhånd at det tilsvarer krympingen. Denne fremgangsmåten er bare egnet for tynnplater. En buttsveis i tynnplate vil bli litt for kort og deformere platen så den får bulker. Dette kan unngås dersom fugekanten på forhånd strekkes ved hamring. Et annet eksempel på lokal strekking er vist på fig. 15 (side 18). Før rørstussen festes til den tynne platen, hamres det en bule i platen der stussen skal festes. Denne bule blir trukket ned igjen under sveiseprosessen så platen til slutt blir plan. 6. Riktig plassering av sveisesømmer vil normalt være konstruktørens ansvar. Imidler­ tid vil vi på fig. 18 se eksempler på feil og riktig plassering av sveisesømmer ved fram­ stilling av en kasseprofil. Ved eksempel a) vil profilen bøye seg og bli konkav på toppen på grunn av at sveisene trekker utenfor nøytralaksen. I eksempel b) er begge sveiser plassert i nøytralaksen, og kasseprofilen vil fortsatt være rett etter sveising.

Fig. 18

19

7. Hefting og sveiserekkefølge ■ ■ Xr Hefting og sveiserekkefølge betyr mye for det endelige resultatet etter sveising. Vi vet at sveisingen foregår med en varmekilde som beveger seg i sveiseretnmgen, og krympingen skjer derfor ikke samtidig over hele lengden. Delene som skal sveises sammen, må derfor være skikkelig heftet, slik at deformasjoner fra varmepunktet ikke forandrer fugen ved å gjøre denne for liten eller for stor. Platekantene må derfor holdes fast i riktig avstand. Den vanligste metoden for å oppnå dette er å heftesveise delene for å hindre en deformasjon som endrer fugetverrsnittet. Heftene skal ikke være for små. Avstand mellom heftene ved håndsveising med dekkede elektroder skal være ca. 25-30 ganger platetykkelsen, dvs. ca. 25-30 cm mellom hvert heft ved sveising av 10 mm plater. MIG-sveising, som tilfører arbeidsstykket mindre varme enn pinnesveising, tåler noe større avstand mellom heftene. En samvittighetsfull sammenhefting av flere deler før sveising kan altså reduseie virkningen av lengdekrymping som ellers vil kunne gi betydelige deformasjoner. Som eksempel viser fig. 19 tilvirkning av en I-profil som sveises opp av plater. Overflensen blir først sveist til steget, og T-profilen krummer seg på grunn av lengdekrymping i den dobbelte kilsveisen. Når så underflensen sveises, greier ikke lengdekrympmgen å trekke hele krummingen tilbake fordi hele bjelken nå har fått et annet tverrsnitt. Den er blitt mye stivere og yter større motstand mot deformasjon enn da overflensen ble sveist. Dersom begge flensene på forhånd hadde vært godt og solid heftet til steget, ville begge sveisene få de samme betingelser for å krumme bjelken, og denne ville derfor forblitt rett. Sveiserekkefølgen bør alltid velges slik at krympevirkningen av de enkelte strenger mest mulig opphever hverandre. F.eks. bør strengene legges veksel­ vis på de to sider når en X-fuge skal bygges opp i mange lag for å unngå vmkeldefor-

20

Retting Vi har nå oppholdt oss lenge ved sveising og sett hvorledes selve sveiseprosessen med til­ føring av varme på et bestemt punkt tvangsmessig fører til indre spenninger i materialet og tilhørende deformasjoner. Vi har sett hvordan en lokal oppvarming av stålet til ca. 600 °C hindres i sin utvidelse og derved stukes mot det omliggende sterke materialet. Vi har videre sett at når dette varme punktet avkjøles igjen har stukingen ført til at det ikke lenger er materiale nok til den sammentrekning som skal finne sted, og det oppstår derfor store strekkspenninger i stålet. Vi vil nå vise hvordan en ved hjelp av varmetilførsel på riktige steder kan oppnå en rettende effekt som kan være til stor nytte ved oppretting av vridde og skjeve konstruksjoner.

På relativt grovt gods krever mekanisk retting, f.eks. i presse eller ved hamring, svært store krefter, og det er derfor bedre å utnytte de krympkrefter og deformasjoner en får med lokal oppvarming. Når den lokale oppvarmingen under sveising forårsaker betydelige deforma­ sjoner, må denne effekten kunne brukes på lignende måte for å oppnå retting. I prinsipp går dette ut på å stuke de partier som blir for lange. Vi har sett at stål ved temperaturer over ca. 600 °C ikke lenger har mekanisk styrke; dvs. at alle spenninger som har oppstått i materialet på grunn av temperaturutvidelsen fra nor­ mal temperatur til 600 °C, nå vil forsvinne på grunn av at materialet flyter. Av dette kan vi også slutte at det ikke har noen hensikt å varme opp arbeidsstykket ved retting høyere enn til omtrent denne temperaturen. I dette tilfellet vil det si kirsebær-rødfarge, se fargetabell, fig. 20. Farge °C

Fargetabell

Sterk hvit....................... 1300 Hvit ............................... 1200 Gulhvit........................... 1050 Sitrongul....................... 1000 Lys gulrød........................ 950 Gulrød........................... 900 Lyserød............................ 850 Lys kirsebærrød........... 800 Kirsebærrød .................... 750 Mørk kirsebærrød......... 700 Mørkerød ........................ 650 Rødbrun............................ 600 Fig. 20

Det er viktig at rettetemperaturen ikke kommer for høyt, og den må aldri komme så høyt som 1000 °C, da man i dette temperaturområdet vil få grovkornet struktur og betydelig forringelse av materialkvaliteten.

For å bedømme effekten av et retteforsøk med varme er det viktig å være klar over at virkningen først fremkommer etter at arbeidsstykket er helt avkjølt.

Retting av stangformede deler, profiler o.l. skjer best med varmekiler. Prinsippet er vist i fig. 21. Varmekilen kunne også ha vært en fugesveis (V-fuge), og den har også samme virkning. 21

a Krum fra

b Rett fra begynnelsen av

Fig. 21

Fig. 21 viser en T-profil som er bøyd på grunn av vinkeldeformasjon ved kilsveiser på flensen. På figuren er det angitt hvordan denne skjeve T-profilen kan rettes ved bruk av varmekiler på motsatt kant. For retting av lengre arbeidsstykker med jevn krumming kan man bruke flere varme­ kiler fordelt over lengden. Hva slags varmekiler som kan anvendes for retting av forskjel­ lige profiler, er vist på fig. 22.

Varm begge flenser samtidig

Varm først steget, deretter flensen

Varm først steget, deretter flensen

22

Varm begge flenser samtidig, deretter steget

i

Varm først flensen, deretter steget

Varm først steget, deretter flensen

Eksempler på flammeretting av valseprofiler. De kraftige pilene viser i hvilken retning opprettingen virker.

For mindre buler i tynt materiale kan det også benyttes varmretting. En bule vil si at man har for mye plate, og det er om å gjøre å krympe platen i dette området. Prinsippet er vist på fig. 23.

Det er viktig at de oppvarmede punktene er små. Under oppvarmingen skal nemlig disse partiene stukes ved at kaldt materiale omkring hindrer varmeutvidelsen i punktet. Varmer man for store partier i forhold til godstykkelsen, buler bare platen ut der den blir opp­ varmet og man får ikke den stuking som er nødvendig, dvs. platen opptar ikke kreftene, men forandrer form. Dette er også årsaken til at bruk av hjelpematerialer for å holde platen rett, brukes svært mye når det arbeides med tynne plater. Hjelpematerialene sørger for at en uønsket utbuling ikke kan finne sted, slik at den ønskede stuking kommer i stand.

Fig. 24 viser et skott som er bygget opp av en plate sveiset til langsgående profiler. Det brukes da vanligvis kilsveiser på begge sider, og vinkeldeformasjonene blir store. Dersom platene er relativt tynne, under ca. 8 mm, får man foruten vinkeldeformasjon av platen over stivene også bulking på grunn av langsgående strekk i sveisene. Tykkere plater er så stive at disse spenninger kun fører til strekking av selve sveisen i lengderetningen. Det blir da bare vinkeldeformasjonene som må rettes.

23

Til retting av et slikt bulkete skott kan det brukes et varmebånd på baksiden av stiverne mellom sveisene, se fig. 25.

Ved større flak brukes det gjerne spesielle rettebrennere med flere munnstykker ved siden av hverandre. Et slikt rettebend har oftest fem munnstykker ved siden av hverandre, slik at man kan bruke tre eller fem flammer samtidig (to flammer brukes som regel ikke).

Retting av kompliserte konstruksjoner i tynne plater For et skipsverft som bygger mindre skip, vil retting være et stadig tilbakevendende problem. Den vanskeligste retteoppgaven har en vanligvis i forbindelse med overbygget. Dette er bygget opp av relativt tynne plater, 6-8 mm, og fortoner seg til slutt som en usedvanlig komplisert retteoppgave, hvilket det også er. Da overbygget til nybygg nr. 649 skulle rettes, ble det først foretatt en registrering av rettebehovet, og fra oppmålingen ble følgende notert: Alle dekk, båtdekk og brodekk var jevnt bulete mellom hver bjelke, ca. 10-15 mm dype. Den største bulen ble funnet i brodekket og målte 35 mm. Ved målingen var poopdekket ferdig rettet i huset og på babord side utenfor huset. Poopdekk på styr­ bord på utsiden av huset var under arbeid. (Huset sto på poopdekk.) På tegningene av overbygget ble alle målte rettebehov notert, og en arbeidsgruppe disku­ terte arbeidsrekkefølgen som skulle benyttes. Den ble slik: 1. Brenne ut for vinduer. Bakgrunnen for dette er at de spenninger som ligger i nærheten av vindusåpning derved vil få utløsning. 2. Rette ved varme skott innvendig. 3. Rette ved varme skott utvendig. (Vegger) 4. Rette båtdekk.

Etter at arbeidsoppgaven med retting av overbygg på denne måten var planlagt i rekke­ følge, ble retting foretatt, og samme arbeidsgruppe som hadde planlagt og rettet, vurderte etter arbeidets avslutning sin egen framgangsmåte. Punkt 1. Utvilsomt var det riktig å starte med å brenne ut vinduer i overbygg. Alene utbrenning av vinduene førte til at bulene i nærheten gikk ned til ca. halv høyde. Punkt 2. Ved retting av skott innvendig ble det benyttet hjelpematerialer pluss varme på stiverne.

24

HJELPEMATERIALER

Fig. 26

Punkt 3. Også på sideveggene ble det ved siden av varme brukt en del hjelpematerialer samt jekker og taljer. På et par steder var det nødvendig å splitte dekket for å oppnå et tilfredsstillende resultat. Fig. 26 viser situasjonen.

25

På skissen er det angitt hvor det er anbragt hjelpematerialer, og hvor platen ble snittet for å oppnå et tilfredsstillende resultat. Platen sett fra siden viser også graden av bølging før rettingen begynte. Arbeidet ble utført i denne rekkefølgen: Først ble dekket splittet der det var størst buler, deretter ble det montert hjelpematerialer. Da oppsplittingen igjen var sveist, ble varme tilført forsiktig på flere steder fra den konvekse siden av platen. Hjelpematerialene bevirker i en slik situasjon som nevnt at utbuling av platen ikke skjer slik at den nødven­ dige stuking kan finne sted. Fig. 27 viser et annet skott sett fra siden. Også her var det nødvendig å splitte for å få et brukbart resultat. Selve splittingene ble foretatt på de steder der det fra tidligere var sveisesøm for å unngå for mange sømmer. Som det framgår av skissen, er hele skottet bulkete, HJELPEMATERIALER

Fig. 27

26

og det er derfor om å gjøre å få kortet inn platen. Innkorting av platen oppnås når sveisen legges. Skissen viser hvor hjelpematerialer er anbragt. De sømmene som er splittet, skal ha god åpning for å «trekke» godt. Når skottet er sveist igjen og hjelpematerialene fjernet, skal skottet være rett.

Begge de to sistnevnte eksempler på retting av skott er hentet fra overbygget på bg.nr. 649.

Retting av aluminium Aluminium har en betydelig større utvidelseskoeffisient enn stål. Fra tidligere vet vi at en 1-meter lang stålstav utvider seg 1,1 mm ved en oppvarming på 100 °C. En tilsvarende aluminiumstav vil under samme forhold utvide seg 2,3 mm, dvs. ca. dobbelt så mye. Et annet forhold det er viktig å være klar over, er at varmeledningsevnen til aluminium er tre til fire ganger større enn til stål. Dette gjør det mye vanskeligere å beholde varmen i et konsentrert område. Prinsipielt er det likevel ikke forskjell på retting av aluminium og retting av stål, og de mest benyttede metoder skal her kort skisseres. Tynne aluminiumsplater opp til tykkelse 2,5 mm kan stukes der hvor sveisene har defor­ mert materialet. På motsatt side av stiveren vil det gjerne danne seg en kul der sveisen ligger, og denne kulen kan delvis tas vekk ved stuking fra baksiden. Den mest benyttede metode når det gjelder retting av aluminium, er legging av sveiselarver. Som ved stål utnyttes her det forhold at larvene kryper i lengderetning og derved trekker sammen platen. Larvene legges på konveks side. Umiddelbart skulle en tro at rette sveise­ larver ved siden av hverandre ville gi best resultat, men i praksis benyttes det såkalte halvautomater til sveisingen, og det er derfor mest hensiktsmessig å legge en kontinuerlig streng. Således oppstår derfor de såkalte larver. For en 6 til 7 mm tykk plate kan det for eksempel legges ca. 20 cm lange larver, og avstanden mellom larvene kan være i under­ kant av 10 cm.

I aluminiumsdekk er det vanlig å varme roser på opptil 10 cm i diameter og deretter stuke disse ned med gummiklubbe, treverktøy e.l. Deretter kjøl?s med vann. Vannkjøling her har en dobbel effekt: den ene er at rettevirkningen blir klarlagt før en starter retting på neste punkt, og den andre er at materialet (aluminiumen) ikke bør holdes lenge på tempera­ turer i området 200-300 °C. Forsøk med å rette aluminiumsdekk ved å tilføre varme på motsatt side av stiverne mellom sveisesømmene på samme måte som ved stål, har gitt gode resultater. Platene bør i dette tilfellet være tykkere enn 6 mm. Aluminiumstrips, vinkler og profiler rettes normalt med krymping på samme måte som ved stål. Hjelpematerialer bør brukes hyppigere når en retter aluminium enn tilfellet er med stål. Fornuftig bruk av hjelpematerialer vil føre til at en oppnår stuking av materialet ved oppvarming og deretter får den retteeffekt som ønskes. All varmeretting av aluminium følges av kjøling med vann.

Retting av syrefast stål Syrefast stål må ikke varmrettes da materialets egenskaper derved blir ødelagt. Eneste praktiske rettemetode som finnes her er splitting og ny sveising samt stuking med hamring. 27

Øvelser Elevene skal selv utføre noen forsøk som støtte for teorier som er presentert. Etter inn­ gående diskusjoner er følgende elevøvelser valgt ved Båtservice Verft A/S:

1. På fig. 9 er det vist at vinkelutslaget blir større og større jo flere sveiselag som benyttes. For å kontrollere dette ble to flatt-jern sveist sammen med henholdsvis ett lag og fire lag sveis.

Fig. 28 og fig. 29 viser dimensjonene som ble benyttet og resultatet som ble oppnådd.

Fig. 28

2. I fig. 7 er vist en rekke eksempler på vinkeldeformasjon ved sammenføying av plater. Fig. 30 og fig. 31 viser enkle eksempler for å etterkontrollere vinkeldeformasjonene som er angitt i tabellen.

Resultatene avviker betydelig fra hva som er angitt i tabellene, særlig gjelder dette fig. 30. Det må også bemerkes at det er benyttet pendlende sveis for lag nr. 3, 4 og 5 for fig. 31.

28

3\ 2\ 1

—13°

k.

100

-..

Fig. 30

... ----- „

3. Retteforsøkene som ble gjennomført, tok sikte på å tilføre rettevarmen noe for­ skjellig, da ikke alle fagarbeiderne var enige om hva som var mest effektivt.

Videre ble det forsøkt vist hvilken betydning det har at det benyttes fastspenning under retteprosessen dersom ikke konstruksjonen selv er stiv. Til forsøkene ble det benyttet vinkeljern, alle med samme dimensjon som fig. 32a viser. Fig. 32 a 740

Før forsøket startes. Vinkelen er rett.

Fig. 32 b

ø45£^i—1 k---------

100

Etter at varme nr. 1 (45 mm dia.) er tilført og avkjølt, og varme nr. 2 er tilført. Arbeidsstykket er her varmt, og varmen sørger for utvidelse. Vi får salrygget form, målt til en vinkel ca. 0,3°. 0.15

Fig. 32 c

Etter at arbeidsstykket er totalt avkjølt igjen, har vi fått den blivende rettevirkning som er en pukkel, målt til ca. 0,15°.

29

Fig. 33 a

Ved forsøksstart. Vinkelen er rett.

0

Det settes en varmekile ved å starte inne og føre brenneren utover som vist på figuren. Etter oppvarming er vinkelen blitt meget salrygget, målt til ca. 1,5°.

0.2°

Fig. 33 c

Etter at arbeidsstykket er totalt avkjølt, er den blivende rettevirkning målt til bare ca. 0,2°.

gZTZ

Fig. 34 a

Ved forsøksstart. Vinkelen er rett.

Arbeidsstykket fastspennes. Det settes en varmekile som ved fig. 33 b. Vinkelen kan nå ikke bli salrygget pga. fastspenning.

Fig. 34 c

Etter avkjøling og frigjøring fra fastspenningen har vi fått en betydelig rettevirkning, ca. 3-4 ganger større enn når fastspenning ikke ble benyttet.

30

Det er ikke alltid praktisk mulig å oppnå en tilfredsstillende fastspenning under retteprosessen. Det framkom derfor forslag om å tilføre varmekiler i flere små porsjoner som vist på fig. 35.

Fig. 35

Mellom hver varmetilførsel får arbeidsstykket tid til en fullstendig avkjøling. Tanken bak dette er at materialet rundt varmepunktene skal være så sterkt at vi får inn strekkspen­ ninger, men unngår salryggen.

Videre er tanken at graden av retting kan «styres» ved større eller mindre varmetilførsel ved 4.

Fig. 36 a

Ved forsøksstart.

Fig. 36 b

Også her blir arbeidsstykket endel salrygget, men ikke så mye som på fig. 33b.

Blivende rettevirkning er også større enn i fig. 33 c, men ikke så stor som ved fastspenning, fig. 34c. 31

Konklusjon

Ved retting er det svært viktig at arbeidsstykket som skal rettes blir holdt i ro ved fast­ spenning eller på annen måte under varmetilførselen, slik at det ikke kan utvide seg fritt. Derved oppstår stuking, som er forutsetningen for at det skal oppnås en rettende virkning. Eksemplet fra fig. 35 og fig. 36 viser at det omliggende materialet delvis kan erstatte fast­ spenning dersom varmen tilføres riktig, og det omliggende materialet har tilstrekkelig styrke.

Øvelser for andre opplæringsgrupper De øvelser som er gjengitt her, må bare betraktes som eksempler. Det vil sannsynligvis være viktig at forsøk kan gjøres for å klarlegge ting det er uenighet om i gruppen, eller som gruppen samlet stiller seg tvilende til.

Litteratur Tabeller over sveisedeformasjoner, side 10 til 13, er i det vesentlige hentet fra «Das Schweissen im Handwerk» utgitt av Westfålische Union AG. Generelle skisser er de samme som er benyttet i tilgjengelig litteratur om emnet.

GJØVIK INGENIØRHØGSKOLE BIBLIOTEKET