संयुक्त तैयारी की ज्यामिति
ग्रूव वेल्ड ज्यामिति
इससे पहले कि दो धातु के टुकड़ों को पूर्ण-प्रवेश butt joint में एक साथ वेल्ड किया जा सके, किनारों को तैयार किया जाना चाहिए: beveled: एक ग्रूव बनाने के लिए जो वेल्ड धातु भर सकता है।
इस ग्रूव की ज्यामिति सब कुछ निर्धारित करती है: कितनी वेल्ड धातु की आवश्यकता है, फ्यूजन कितनी गहराई तक प्रवेश करता है, संयुक्त कितना मजबूत होगा, & वर्कपीस कितना विरूपित होगा।
V-groove butt joint के मुख्य आयाम:
- Bevel angle: प्रत्येक प्लेट किनारे में पीस की गई कोण, आमतौर पर प्रति पक्ष 30° से 37.5°।
- Included angle: ग्रूव का कुल कोण (दोनों bevels संयुक्त)। सममित V-groove के लिए 30° bevels के साथ, included angle 60° है।
- Root opening: दो प्लेटों के बीच की खाई ग्रूव के नीचे, आमतौर पर 1-3 मिमी। यह खाई आर्क को पीछे की ओर प्रवेश करने देती है।
- Root face: बेवल के नीचे छोड़ी गई एक छोटी समतल landing, आमतौर पर 1-2 मिमी। यह आर्क को खाई के माध्यम से उड़ने से रोकता है।
ग्रूव प्रोफाइल
V-Groove, J-Groove, U-Groove
V-groove सबसे सरल है: सीधे bevels प्रत्येक पक्ष पर रूट में मिलते हैं। ग्राइंडर या टॉर्च से काटना आसान है। लेकिन V आकार भरने के लिए बहुत सी वेल्ड धातु की आवश्यकता होती है: विशेष रूप से मोटी प्लेटों पर।
J-groove सीधे bevel को घुमावदार प्रोफाइल से बदल देता है (क्रॉस-सेक्शन में J अक्षर की तरह आकार)। वक्र ग्रूव की मात्रा को कम करता है जबकि रूट एक्सेस बनाए रखता है। मोटी प्लेटों पर 1 इंच & ऊपर उपयोग किया जाता है।
U-groove दोनों पक्षों को घुमाता है (क्रॉस-सेक्शन में U की तरह)। सबसे कम वेल्ड धातु की आवश्यकता है, लेकिन machine करना सबसे कठिन है। मोटे, उच्च-मूल्य के संयुक्तों पर उपयोग किया जाता है: दबाव पोत, परमाणु पाइपिंग।
Single-V vs. Double-V: पतली प्लेटों पर (लगभग 3/4 इंच तक), आप केवल एक पक्ष से bevel करते हैं: एक single-V। मोटी प्लेटों पर, आप दोनों पक्षों से bevel करते हैं: एक double-V (क्रॉस-सेक्शन एक X की तरह दिखता है)। double-V एक ही मोटाई पर single-V की लगभग आधी वेल्ड धातु का उपयोग करता है, & यह दोनों पक्षों के बीच वेल्डिंग गर्मी को संतुलित करता है, विरूपण को कम करता है।
Weld volume ज्यामितीय रूप से पैमाना करता है: V-groove के लिए, ग्रूव का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र मोटे तौर पर एक त्रिभुज है। त्रिभुज का क्षेत्र = ½ × आधार × ऊंचाई। जैसे प्लेट की मोटाई दोगुनी होती है, आधार और ऊंचाई दोनों दोगुने हो जाते हैं, इसलिए वेल्ड की मात्रा चौगुनी हो जाती है। यह है कि मोटी-प्लेट वेल्डिंग महंगी क्यों है: लागत ज्यामितीय है, रैखिक नहीं।
वेल्ड मात्रा की गणना
एक वेल्डर दो 1-इंच मोटी प्लेटों पर एक single-V butt joint तैयार कर रहा है। प्रत्येक प्लेट को 30° प्रति पक्ष पर bevel किया जाता है (60° included angle)। root opening 2 मिमी (लगभग 0.08 इंच) है, & root face 2 मिमी (0.08 इंच) है।
जोड़ 12 इंच लंबा है।
Legs, Throats, और त्रिभुज
Fillet वेल्ड ज्यामिति
एक fillet weld दो सतहों को एक कोण पर जोड़ता है: सबसे आमतौर पर एक T-joint या 90° पर lap joint। fillet weld cross-section लगभग एक समकोण त्रिभुज है।
मुख्य आयाम:
- Leg size: त्रिभुज के प्रत्येक पक्ष की लंबाई जो आधार धातु को छूता है। मानक equal-leg fillet के लिए, दोनों legs एक ही लंबाई के हैं।
- Throat thickness: root (आंतरिक कोने) से face (hypotenuse) तक की perpendicular दूरी वेल्ड की। एक equal-leg fillet weld के लिए, throat = leg × cos(45°) = leg × 0.707।
Throat वह है जो strength के लिए महत्वपूर्ण है: यह वेल्ड के माध्यम से सबसे पतला क्रॉस-सेक्शन है, और यह है जहां भार के तहत विफलता होती है।
उदाहरण: एक 3/8-इंच fillet weld का theoretical throat 3/8 × 0.707 = 0.265 इंच है।
Convex vs. Concave प्रोफाइल
एक convex fillet weld समतल hypotenuse से परे बाहर की ओर उभरा होता है। इसमें अधिक वेल्ड धातु (अधिक सामग्री) है लेकिन toes पर (जहां वेल्ड आधार धातु से मिलता है) stress concentrations बनाता है abrupt geometric transition के कारण।
एक concave fillet weld अंदर की ओर घुमावदार होता है। इसमें कम वेल्ड धातु है (हल्का, सस्ता) और toes पर एक समस्मर geometric transition बनाता है: कम stress concentration। लेकिन throat theoretical calculation से पतला है, इसलिए वेल्ड कमजोर हो सकता है।
आदर्श प्रोफाइल flat to slightly convex है: strength के लिए पर्याप्त throat, fatigue प्रतिरोध के लिए समस्मर toes।
Throat की मोटाई और वेल्ड की ताकत
एक structural engineer एक T-joint पर न्यूनतम throat thickness 5 मिमी के साथ एक fillet weld को निर्दिष्ट करता है।
Thermal Shrinkage और ज्यामितीय विरूपण
वेल्डिंग विरूपण क्यों होता है
वेल्डिंग 1,500°C से ऊपर के तापमान पर molten धातु जमा करती है। जैसे वेल्ड ठंडी होती है, यह shrinks होती है: और यह shrinkage आसपास की आधार धातु को खींचता है, workpiece को warp करने का कारण बनता है।
विरूपण के पैटर्न ज्यामितीय & predictable हैं:
- Longitudinal shrinkage: Weld bead अपनी लंबाई के साथ छोटा हो जाता है जैसे यह ठंडी होती है। एक 10-फुट वेल्ड लंबाई में 1-3 मिमी shrink हो सकता है।
- Transverse shrinkage: Weld दोनों प्लेटों को जोड़ पर एक साथ खींचता है। एक V-groove butt weld प्लेटों को original fit-up से 2-5 मिमी करीब खींच सकता है।
- Angular distortion: Weld के शीर्ष (V-groove के चौड़े हिस्से) में जड़ से अधिक वेल्ड धातु है। अधिक धातु मतलब शीर्ष पक्ष पर अधिक shrinkage है। परिणाम: प्लेटें वेल्ड की ओर ऊपर की ओर घूमती हैं, एक V-आकार की विरूपण बनाते हुए। विरूपण का कोण ग्रूव ज्यामिति & passes की संख्या पर निर्भर करता है।
रोकथाम रणनीति
हर रोकथाम रणनीति ज्यामितीय है:
- Balanced welding sequence: Double-V जोड़ के दोनों पक्षों के बीच वेल्ड passes को alternate करें shrinkage forces को equalize करने के लिए।
- Pre-bending (pre-setting): वेल्डिंग से पहले, प्लेटों को expected angular distortion की विपरीत दिशा में bend करें। वेल्डिंग shrinkage के बाद, प्लेटें flat खींचती हैं।
- Back-stepping: एक continuous pass में बाएं से दाएं वेल्डिंग करने की बजाय, विपरीत दिशा में छोटे segments में वेल्ड करें। यह गर्मी को अधिक समान रूप से distribute करता है & cumulative longitudinal shrinkage को कम करता है।
- Welding sequence planning: जटिल assemblies पर, center से बाहर की ओर (एक अंत से दूसरे अंत की ओर नहीं) वेल्ड करें shrinkage को symmetrically distribute करने के लिए।
विरूपण की भविष्यवाणी और रोकथाम
एक fabricator एक T-joint बना रहा है एक horizontal base plate पर एक vertical plate को fillet welding करके। Fillet weld vertical plate के दोनों पक्षों के साथ चलता है: एक double-sided fillet weld।
अगर वे एक पक्ष को पूरी तरह से पहले वेल्ड करते हैं & फिर दूसरे पक्ष को, base plate पहले-वेल्डेड पक्ष पर angular distortion के कारण ऊपर की ओर bow करेगी।
आर्क स्ट्राइक होने से पहले ज्यामितीय सटीकता
Fit-Up: वेल्डिंग से पहले ज्यामिति
एक वेल्ड की गुणवत्ता greatly निर्धारित होती है इससे पहले कि welder एक arc strike करता है। Fit-up वेल्डिंग से पहले joint का geometric alignment है, & इसमें tight tolerances हैं।
महत्वपूर्ण fit-up आयाम:
- Root opening: जोड़ के root पर दो pieces के बीच की खाई। ±1 मिमी अधिकांश code work के लिए specified। बहुत narrow: arc पीछे की ओर penetrate नहीं कर सकता। बहुत wide: weld धातु माध्यम से गिरता है।
- Misalignment (hi-lo): जब दो प्लेटों की सतहें flush नहीं होती: एक दूसरे से vertically offset है। अधिकतम allowable: आमतौर पर 1.5 मिमी या plate thickness का 10%, जो कम हो।
- Angular misalignment: जब दो प्लेटें एक ही plane में नहीं होती: वे intended के अलावा एक कोण पर मिलती हैं। Maximum: आमतौर पर अधिकांश code work के लिए 5°।
हर खामी का एक ज्यामितीय signature है
- Lack of penetration: Root opening बहुत tight: arc पीछे की ओर reach नहीं कर सकता। ज्यामितीय परिणाम: root पर unfused धातु, एक hidden crack-like खामी।
- Excessive reinforcement: प्लेट सतह से ऊपर बहुत अधिक weld धातु built up। ज्यामितीय परिणाम: weld cap के toes पर एक stress riser।
- Undercut: एक groove weld toe के साथ आधार धातु में पिघल गई, weld धातु द्वारा नहीं filled। ज्यामितीय परिणाम: एक notch जो stress को concentrate करता है: glass में एक scratch की तरह, यह cracks के लिए starting point बन जाता है।
- Porosity: Weld धातु में फंसे gas bubbles। ज्यामितीय परिणाम: spherical voids जो effective throat thickness को कम करते हैं।
ज्यामितीय खामियों का निदान
एक weld inspector एक पूर्ण V-groove butt weld की जांच करता है & निम्नलिखित पाता है:
1. Weld reinforcement cap प्लेट सतह से 5 मिमी ऊपर है (maximum allowed 3 मिमी है)।
2. Weld के left toe के साथ एक 1 मिमी गहरी groove है।
3. X-ray joint के root में unfused धातु की एक line reveal करता है।
वेल्डिंग ज्यामिति: सारांश
आपने क्या सीखा है
वेल्डिंग structural consequences के साथ लागू ज्यामिति है:
- Bevel geometry: V-groove, J-groove, U-groove profiles। Bevel angle, root opening, root face। Weld volume plate thickness के square के रूप में scales करती है: thickness को दोगुना करने से आवश्यक weld धातु को चौगुना करता है।
- Fillet geometry: Throat = leg × 0.707। Throat -- leg नहीं -- weld strength निर्धारित करता है क्योंकि यह weld के माध्यम से न्यूनतम क्रॉस-सेक्शन है। Convex profiles धातु जोड़ते हैं लेकिन toes पर stress बनाते हैं।
- Distortion geometry: Longitudinal shrinkage, transverse shrinkage, angular distortion। हर रोकथाम विधि (pre-bending, alternating sequence, back-stepping) unbalanced thermal contraction के लिए एक geometric countermeasure है।
- Fit-up tolerances: Root opening ±1 मिमी, hi-lo ≤ 1.5 मिमी, angular misalignment ≤ 5°। हर weld खामी का एक geometric signature है: notches, voids, और unfused planes stress concentrate करते हैं।
Geometry सटीक है क्योंकि इसे गलत पाने के परिणाम structural failure हैं। एक 1 मिमी undercut या एक 2 मिमी misalignment difference हो सकता है एक joint के बीच जो decades तक रहता है & एक जो its first load cycle के तहत cracks करता है।