FI88001B - Foerfarande foer aostadkommande av en knutpunkt mellan tvao konstruktionselementer - Google Patents

Description

Menetelmä solmukohdan muodostamiseksi kahden rakenne- elementin väliin - Förfarande för ästadkommande av en knutpunkt mellan tvd konstruktionselementer 1 e s o o 1 Tämä keksintö koskee menetelmää solmukohdan aikaansaamiseksi kahden rakenne-elementin välille käsittäen sen, että: aikaansaadaan valssatusta teräslevystä aine, jolla on kaareva muoto ja määrätty koko; asetetaan aine kaksiosaiseen työkaluun, joka koostuu matriisista ja männästä, jolloin matriisi on kaareva sen sovittamiseksi yhteen aineen kaarevan muodon kanssa ja käsittää matriisiaukon, jolla on määrätty läpimitta sekä pyöristetty ylimenopin-ta, joka johtaa matriisiaukkoon, ja jolloin männässä on työpää, jolla on määrätty läpimitta ja joka on liikkuva matriisiaukkoon nähden; muodostetaan ylimenoelementti, joka päättyy ylimenoelementissä olevaan aukkoon siirtämällä mäntä matriisia kohti aine asetettuna tämän päälle, jolloin mäntä puristaa aineen sen osuuden, joka peittää matriisiaukon, sisälle matriisiaukkoon pyöristetyn yli-menopinnan ympärillä sillä tavoin, että ylimenoelementin sisä- ja ulkopinnat tulevat tasaisesti kaareviksi vähit-\ täin vähenevällä seinämäpaksuudella ylimenoelementin auk koa kohti, jolloin aineen sen osuuden, joka peittää matriisiaukon, puristusta helpotetaan muodostamalla läpimenevä aukko aineen tähän osuuteen; hitsataan tämän jälkeen aine kiinni ensimmäiseen konstruktioelementtiin ja hitsa-taan ylimenoelementin aukko kiinni toiseen konstruktio-elementtiin. Tällaisia rakenteita käytetään paljon kiinteissä ja siirrettävissä avomerilautoissa öljynporaus- ja tuotantotoimintaa varten.

Tällaisten rakenteiden tavanomaisissa rakenneratkaisuissa sidepalkit on hitsattu suoraan pilareihin putkimaisten 2 y s o o 1 solmukohtien, siis pilareiden ja sidepalkkien välisten liitosten muodostamiseksi. Tällaiset solmukohdat voivat muodostua yhdestä ainoasta sidepalkista ja pilarista tai useista sidepalkeista, jotka yhtyvät pilariin yhdessä tai useammassa tasossa. Vaikkakin sidepalkkien hitsaaminen suoraan pilariin on yksinkertainen ratkaisu rakenteelliselta näkökannalta, ollaan täysin tietoisia siitä, että se saattaa aiheuttaa useita vakavia ongelmia ja epäkohtia. Ensiksi se vaatii hitsaamalla liitettävien pintojen tarkan ja kalliin valmistelun ja sovituksen, etenkin jos sidepalkki on liitettävä vinossa kulmassa. Hitsausta monimutkaistaa myös se tosiasia, että liitettävien putkien seinän paksuus yleensä on erilainen. Lisäksi hitsauksen myöhempi laaduntarkkailu, esimerkiksi ultraäänellä tai röntgensäteillä, on usein hyvin monimutkaista, koska se on vaikeasti luokse päästävissä. Kokemus on osoittanut, että tästä syystä hitsaustyön laatua monta kertaa ei voida taata. Nämä pulmat suurenevat, kun kyseessä ovat kulmikkaat ja useita sidepalkkeja käsittävät solmukohdat.

Solmukohtien jäykkyyden ja lujuuden lisäämiseksi on usein tarpeen lisätä paikallisesti pilarin materiaalin paksuutta solmukohdassa tai myös sidepalkin seinän paksuutta. Tällaiset toimenpiteet lisäävät kuitenkin osaltaan hit-sauspulmia ja vaikuttavat lautan painoa ja kustannuksia lisäävästi.

Myös rakenteen lujuuden näkökannalta tavanomainen ratkaisu on kaukana ihanteellisesta. Sidepalkki/pilariliitos-kohdat muodostavat geometrisiä epäyhtenäisyyksiä, jotka aiheuttavat hyvin suuria materiaalin jännityshuippuja ja jännityksen keskittymisiä näihin kohtiin. Se seikka, että tavanomaisissa ratkaisuissa hitsausliitos sijoittuu juuri näihin erittäin suuren jännityksen kohtiin, aiheuttaa pakosta solmukohdan lujuuden ja varmuuden hyvin vakavaa n o.° n

3 O o U U I

heikkenemistä. Tämä johtuu siitä, että ympäristön aalto-kuormitukset ovat luonteeltaan dynaamisia, ja tämä yhdessä tavanomaisten solmukohtien suurten jännitysten keskittymisen kanssa hitsaussaumoihin aiheuttaa vakavan väsy-mislujuuspulman, jonka takia näissä kohdissa voi hitsaus-saumoihin aikaisessa vaiheessa syntyä halkeamia ja myöhemmin pettämistä.

Porauslauttarakenteissa viime vuosina tapahtuneet vakavat onnettomuudet, etenkin niissä, joita käytetään vaikeassa ympäristössä, kuten Pohjanmerellä, ovat osoittaneet, että tällaisten avomerilauttojen rakentamisessa on perusteellisesti otettava huomioon rakenteen sekä staattinen että väsymislujuus, ja sen luotettavuus on voitava osoittaa tyydyttävästi. Tämä edellyttää ensiksi, että solmukohta ja solmukohtien välillä sijaitsevien elinten täytyy olla riittävän lujia. Täten rakenteilla tulee olla sellaisten murtumien riittävän alhainen todennäköisyys, jotka johtuvat seuraavista murtumistavoista: 1. Solmukohdan staattinen lujuus, siis kyky olla stabiili kestämään äärimmäiset rasitukset ilman liiallista pysyvää muodonmuutosta, sortumista tai edes lommahdusmurtumista.

2. Elinten nurjahdus/myötenantaminen solmukohtien välillä.

3. Väsymysmurtuminen johtuen halkeamasta ja sen etene- . misestä.

Lujemman ja kestävämmän liitoksen aikaansaamiseksi tämäntapaisten rakenteiden pilarien ja sidepalkkien välille on ehdotettu hitsaamisen välttämistä putken liitoskohdassa, jossa esiintyy hyvin suurta jännityksen keskittymistä, ja sen sijaan muodostaa sidepalkkinysiä yhtenä kappaleena solmukohdan kanssa, S8001 joka on tehdasvalmisteinen ja joka hitsataan paikoilleen rakenteen lohkona suoraan pilareihin ja sidepalkkeihin. Tällaisia ratkaisuja ei kuitenkaan ole toistaiseksi omaksuttu porauslauttateollisuudessa eikä niitä ole tiedettävästi kokeiltu käytännössä. Pääsasiallisena vastaväitteenä on ollut, että valuun tai muovaukseen liittyy aina väistämätön vaara valuvioista, kuten sisäisistä rakkuloista tai halkeamista, eikä tällaisia mahdollisia vikoja voida 100 %:sella varmuudella todeta tunnetuilla tutkimusvälineillä. Lisäksi tämänkokoisten valukappaleiden valu muodostuu turhan kalliiksi ja aikaa vieväksi, ja valu on tavallisesti suoritettava tehtaassa, joka sijaitsee kaukana lautan rakennuspaikasta.

On ehdotettu samantapaisia ratkaisuja parannusten aikaansaamiseksi porauslauttojen ristikkorakenteiden parantamiseksi. Esimerkkeinä muista ratkaisuista mainittakoon NO-patenttijulkaisut n:ot 140 l)4c), 142 454 ja 145 731. Näissä patenteissa esitetään erilaisia solmukohtien sovellutusmuotoja, jotka on tehty suhteellisen pienimittaisina ja täysiaineisina kappaleina, jotka on tehty muottitaotusta tai valetusta teräksestä ja jotka eräissä tapauksissa on vahvistettu hitsatuilla ristikap-paleilla ja sen tapaisilla. Solmukohtien runkoon on valmiiksi muodostettu halutut nysät, jotka on tarkoitettu hitsattaviksi ristikkorakenteen sidepalkkeihin. Lisäksi on näiden ratkaisujen täydennyksenä ehdotettu käyttää erityisiä kartiomaisia solmukohdan ja mitoiltaan suuremman sidepalkkiputken välisiä yhdys-kappaleita niin, että solmukohdat voidaan valmistaa kokonaismi-toiltaan määrätyn suuruisiksi. Mitoiltaan pieni solmukohta on ilmeisesti ihanteellinen staattiselta muotoilunäkökannalta ja muuten oletetaan niiden muodostavan mahdollisen ratkaisun rakenteelliselta näkökannalta, osaksi koska voidaan käyttää nk. isotrooppista materiaalia, siis materiaalia, jolla on samat lujuusominaisuudet kaikissa suunnissa (vastakohtana valssatusta levystä, joka tavallisesti on heikompi poikittaissuun-nassa), osaksi koska pienten mittojen seurauksena ovat pienet hitausmomentit ja täten pienemmät taivutusjännitykset.

f i 8 G G1 5

Huolimatta näennäisesti hyvistä eduistaan - sekä muotoiluun että staattisiin voimiin nähden - tällaisia täysiaineisia sol-mukohtaratkaisuja ei kuitenkaan ole hyväksytty suuremmissa po-rauslauttarakenteissa. Eräs syy tähän voi olla, että solmukohtien valmistus on kallista ja aikaa vievää, tavallisesti tuotantopaikassa, joka sijaitsee kaukana porauslautan rakennuspaikasta- Tällaisten solmukohtien tärkeänä käytännön epäkohtana on, että pilareita ei voida käyttää paalujen johtimena tai porausvarusteiden, tuotantovarusteiden jne. kulkuväylänä.

Eräs toinen ehdotus solmukohtaratkaisuksi käsittää sen, että pilaria ympäröi kauluksen tapainen rengas, joka on varustettu yhdellä tai usealla yhdyskappaleella, joka on tarkoitettu liitettäväksi ristikkorakenteen sidepalkiin. Tällaisen rakenteen edullisessa sovellutusmuodossa käytetään erityistä kaulusta, jossa on yhdyskappaleet kutakin solmukohdan erillistä sidepalk-kia varten. Tällainen kaulusratkaisu voi monessa suhteessa näyttää houkuttelevammalta kuin edellä selostettu täysiainei-nen solmukohtaratkaisu, mutta johtuen itse solmukohdan suurista dimensioista voi syntyä suuria jännityksen keskityksiä ja myös huomat lavia sovellutuspulmia, etenkin kauluksen yhdys-kappaleissa.

Yleensä voidaan päätellä, että suurissa ristikkorakenteissa, jotka on tarkoitettu avomeriporauslauttarakenteisiin, solmukohdat muodostavat rakenteen heikommat kohdat, sekä koko po-ruaslautan lujuuteen että porauslautan elinikään nähden, johtuen solmukohtiin liittyvistä väsymismurtumien vaarasta.

Tämän keksinnön ensisijaisena tarkoituksena on saada aikaan parannettu solmukohtaratkaisu suurissa teräsputkista tehdyissä ristikkorakenteissa.

Keksinnön erityisenä tarkoituksena on saada aikaan menetelmä solmukohtien valmistamiseksi, jotka on tarkoitettu liitettäviksi sidepalkkeihin, jotka kulkevat sekä kohtisuoraan pilaria vastaan että vinosti, esimerkiksi 45° kulmassa joko ylöspäin tai alaspäin pilariin nähden.

G 8 G G1 Tämän keksinnön mukaisen menetelmän tarkoituksena on saada aikaan putkimainen solmukohta ristikkorakenteisiin, kuten avomeriporauslauttoihin ja sen tapaisiin, jotka on rakennettu ankaria aalto-olosuhteita varten ja jotka muodostuvat teräsputkea olevista pilareista ja sidepalkeista. Tämän aikaansaamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Riippuen solmukohdan koosta ja muista kriteerioista muodostetussa putkinysässä voi olla suuaukko, joka sijaitsee tasossa, joka on kohtisuora nysän akselia vastaan tai muodostaa sen kanssa kulman, esimerkiksi tasossa, joka on yhdensuuntainen pilarin akselin kanssa.

Levyelementin ja putkinysän muotoilu voi tapahtua yhtenä erillisenä puristus- ja/tai suulakepuristusvaiheena tai useampina vaiheina toistuvine välillä suoritettuine lämpö-käsittelyineen tai ilman niitä, materiaalin muovattavuuden palauttamiseksi.

Nysän muodostamiseen levyyn käytettävä erikoistyökalu voi olla lieriömäinen tai heikosti kartiomainen, jossa sopivim-min on pyöristetty tai pääasiassa pallomainen etupää. Matriisi on varustettu vastaavalla aukolla, jossa on sopivalla tavalla pyöristetty ylimenovyöhyke tasomaisen sisäpinnan ja muodostettavan nysän sisäpinnan välillä.

Menetelmän erityisenä etuna on, että kokeet ovat osoittaneet, että sitä voidaan käyttää vinojen nysien muodostami-seen levyelementtiin. Tämä saadaan aikaan männällä tai sen tapaisella, joka on suunnattu halutussa kulmassa pilarin materiaaliin näh den, ja matriisi on samoin varustettu vinolla aukolla, jossa on oikealla tavalla soikea, pyöristetty aukkovyöhyke.

C8C01

Nysän käsittävä levyosa voi muodostaa pilarin täydellisen suljetun rengaslohkon tai vain pilarin seinäsegmentin. Jälkimmäinen vaihtoehto on ainoa vaihtoehto pilareissa, joiden läpimitta on suuri. Tällaiset suuret pilarit muodostuvat esimerkiksi viidestä teräslevylohkosta, jotka on hitsattu yhteen rengasmaisen rakenteen segmentteinä. Levylohkon tai -segmentin, jonka tulee toimia nysän aihiona, paksuus voi olla sama kuin muissa pilarin lohkoissa, mutta vaihtoehtoisesti se voi olla paksumpi, joko yksinomaan nysän levylohkossa tai kaikkien pilarin tähän rengasmaiseen lohkoon sisältyvien levylohkojen paksuus voi olla suurempi.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla on saatu aikaan parempi solmu-kohtarakenne, jolla on useita etuja verrattuna tunnettuun tekniikkaan, etenkin verrattuna tavanomaiseen ratkaisuun, jonka mukaan ulop.il kk i hitsataan suoraan pl 1 n r l rakenteeseen . .Siten vältetään teräviä kulmia kahden yhteenliitettävän osan välillä, mikä muuten väistämättömästi johtaa suuriin jännitysten keskityksiin .

: · : Nysän materiaali saa yhtenäisesti pienenevän paksuuden, joka ·:-· pienenee viereisen pilarin lohkon paksuudesta nysän suuaukkoon hitsattavan sidepalkkiputken paksuuteen. Vältetään hitsäussau-: moja juuri niillä alueilla, joilla jännitysten keskitykset ovat kriittisimpiä, nimittäin pilarin ja sidepalkin välisellä kulman muodostavalla ylimenoalueella. Suulakepuristamalla tai puristamalla nysä suoraan pilarin materiaalista tai siihen, saadaan nysä, jonka materiaali on jonkin verran anisotroop-pinen, siis materiaali, jonka lujuus on suurempi nysän pituussuunnassa kuin poikittaissuunnassa. On osoitettu, että tämä on suuri etu niihin erilaisiin jännitysmuotoihin ja rasituk-____ siin nähden, jotka esiintyvät nysässä ja solmukohdassa.

8 Π S C 01

Solmukohta on muodostettava huomioon ottaen staattinen lujuus, siis kyky kestää erittäin suuria sidepalkin kuormituksia ilman liiallista pysyväistä muodonmuutosta, sortumista ja leikkaus-murtumista. Tämä on varmistettava vetokuormituksia ja myös kokoonpuristusvoimia vastaan. Viimemainitut ovat jäykistämät-tömien solmukohtien tapauksessa säännöllisesti kriittisempiä johtuen soikistumisesta ja murtumisen sortumismekanismistä. Muista murtumistavoista mainittakoon solmukohtaan sisältyvien eri elinten nurjahdus/myötämisvaara, ja lopuksi väsymismurtumat johtuen halkeamista ja niiden etenemisestä.

Laskelmat, käytännön kokemus ja kokeet ovat osoittaneet, että kriittisin murtumistapa on väsymisestä johtuva etenkin poraus-lauttarakenteissa joita käytetään avomerellä, jossa vallitsee ankarat aalto-olosuhteet, kuten Pohjanmerellä. Käytännön kokeet ovat osoittaneet, että keksintö saa aikaan ratkaisun joka erityisesti soveltuu poistamaan viimeksi edellä mainitut pulmat.

Edellä esitetyn lisäksi lisäsyyn keksinnön avulla aikaansaatuihin erinomaisiin tuloksiin voidaan lyhyesti sanoa perustuvan siihen, että sidepalkin aiheuttamat kriittiset puristus-ja vetovoimat kohdistuvat yhdenmukaisesti siirtyneinä ja ja-... kautuneina suhteellisen suurelle pilarin alueelle, ja välte tään samalla jyrkkiä muutoksia materiaalissa ja saadaan sen sijaan tasaisesti pyöristetty tai kaareva sidepalkkinysän ja pilarin välinen ylimeno.

Lisäksi, johtuen kaarevasta ylimenosta nysän ja pilatin mate-: riaalin välillä tulee mahdolliseksi sijoittaa kojeita koko ylimenoalueen ultraääni- ja röntgentarkastusta varten, samalla : kun ylimenoalueen tarkastuksen tarve vähenee. Lisäksi voidaan nysän ja nysän sisältävän levylohkon tarvittava tarkastus suorittaa tuotantopaikalla, jolloin ei tarvitse siirtää tällaisia kojeita porauslautan rakennuspaikalle, ja lopuksi päästään liitokseen käsiksi kummaltakin puolelta, mikä tähän asti oi ole ollut mahdollista hitsatuilla sidepalkeilla, jolloin pi-larin pinta peittää liitoksen.

5; 8 001 9 Täten keksinnön avulla aikaansaadut edut verrattuna tunnettuihin solmukohtatyyppeihin voidaan yhteenvetona esittää seuraavasti : 1. Solmukohdat kestävät suuria väsymiskuormituksia.

2. Solmukohtien elinikä käytössä tulee paljon pitemmäksi.

3. Vältetään geometrisesti monimutkaisia ja kalliita putkilii-tosten hitsaustöitä.

4. Solmukohtien tarkastustarve käytössä vähenee.

5. Suuren väsymislujuutensa ansiosta keksinnön mukaiset solmukohdat lisäävät mahdollisuutta solakoiden ja korkeampien rakenteiden rakentamiseen syvempiä vesiä varten tarvitsematta käyttää muita rakentamiskriteerioita kuin mitä staattisiin kuormituksiin tarvitaan (mitoittaen 100 vuoden aaltoa varten).

Keksintö käsittää myös useita muita tärkeitä piirteitä ja etuja, jotka käyvät ilmi seuraavasta selityksestä, jossa keksintö esitetään viittaamalla oheisiin kaaviollisiin piirustuksiin, jotka havainnollistavat muutamia keksinnön sovellutusmuotoja ja joissa kuviot la ja Ib esittävät leikkauksia vaaka- ja pystysuunnassa, viimemainittu suuremmassa mittakaavassa, solmukohdasta tavanomaisessa ristikkorakenteessa, joka on tarkoitettu avo-meren porauslauttaan ja muodostuu putkimaisista pilareista - : ja sidepalkeista, ·:**: kuvio 2 esittää levyä tai levyaihion lohkoa, johon on muodos- tettava sidepalkkinysä, jolloin aihio on esitetty varustettuna : "lähtöporauksella", . kuviot 3a ja 3b esittävät aihiota ja puristus- tai suulake- - - puristustyökalua vinon ja suoran sidepalkkinysän muodostami seksi, kuvio 4 esittää työkalua, siis sekä mäntää että matriisia suu-'* lakepuristusvaiheen kestäessä vinon sidepalkkinysän muodostami- • ' sen loppuvaiheessa, kuvio 4c esittää osaleikkausta suuremmassa mittakaavassa, —: kuvio 5 esittää kaaviollista vaakaleikkausta pilarista, joka varustetaan keksinnön mukaisen sidepalkkinysän käsittävällä levy segmentillä, 10 0 8 C01 kuvio 6a esittää kaaviollista vaakaleikkausta pilarista, jossa on keksinnön mukaisilla sidepalkkinysillä varustettu solmukohta, kuviot 6b-6e esittävät pystysuuntaisen keksinnön mukaisilla sidepalkkinysillä varustetun solmukohdan käyttöä, jolloin kuviot b, c ja d esittävät erillisiä pystylohkoja ennen kokoamista ja kuvio e esittää valmista solmukohtaa, kuvio 7 esittää keksinnön mukaista solmukohtaa, joka on samanlainen kuin kuviossa 6e esitetty solmukohta, mutta jossa levy-segmentit tai -lohkot voidaan valita mielivaltaisesti, kuvio 8 esittää kaiken kaikkiaan kuutta keksinnön mukaisen solmukohdan vaihtoehtoa.

Kuviossa 1 esitetty tavanomainen solmukohta tehdään muodostamalla sidepalkin ja viereisen sidepalkkinysän suuaukkoon oikealla tavalla käyrä tai kaareva reuna, jonka kulku on riippuvainen sidepalkin ja pilarin välisestä kulmasta, ja sitten se asetetaan suoraan pilarin pintaa vasten. Niiden välinen hit-saussärmä on tässä rakenteessa normaalisti rajoitettu tavanomaiseen kolmiomaiseen tai V-muotoiseen hitsaussärmään pilarin ja sidepalkin välisen liitoksen ulkoreunaa pitkin. Myös sisäpuolisen hitsaussauman aikaansaamiseksi pilari voidaan aluksi varustaa erillisellä sidepalkkinysällä (joka tavallisesti on kartiomainen), joka hitsataan pilariin myös sisäpuolisella hitsauksella, joka tämän jälkeen on tarkastettava, minkä jäl-: keen sidepalkki hitsataan sidepalkkinysään rengasmaisella hit- saussaumalla, joka tällöin on vain ulkopuolinen. Tällä tavalla --· syntyy, etenkin kulman muodostavalla sidepalkilla, erityisen --I kriittinen vyöhyke, joka on esitetty numerolla 8 merkityssä . .·. ympyrässä kuviossa Ib. Tällä alueella luoksepääsevyys hitsaus- • ·_ ta varten on melko heikko ja myöhempi tarkastus ultraääni- tai röntgenkojeella on vastaavasti vaikeata, jos ylipäänsä mah-. . dollista. Tämä on melko valitettavaa, sillä juuri tällä alueel- - ’ la esiintyvät suurimmat rasitukset. Nämä huippurasitukset saattavat usein 10- ja jopa 30-kertaisesti ylittää solmukoh-dassa esiintyvät "normaalit jännitykset". Tavanomainen ratkai-su hitsauksineen solmukohdan tällä alueella sisältää aina vaaran väsymismurtumisesta pilarin ja sidepalkin välisessä 11 ( n r r\ Λ ' j o u u 1 ylimenovyöhykkeessä, etenkin toistuvien puristus- ja vetojän-nitysten seurauksena. Tällaisen rakenteen elinikä käytössä tulee melko epävarmaksi, etenkin avomeren porauslautoissa, jotka ovat alttiita ankarille aaltoliikkeille, jotka synnyttävät edellä mainitun tyyppisiä sykkiviä jännityksiä.

Kuviot 3a, 3b ja 4a, 4b ja 4c havainnollistavat menetelmää side-palkkinysän tai yhdyskappaleen valmistamiseksi keksinnön mukaiseen solmukohtaan. Kuviossa 2 esitetty valmiiksi käyristetty tai valssattu levylohko tai valssattua terästä oleva levy varustetaan lähtöporauksella 12. Levyaihio sijoitetaan sitten kuviossa 3a tai 3b esitetyllä tavalla puristus- tai suulakepu-ristustyökaluun, jossa on matriisi 4a (kulman muodostavia sidepalkkinysiä varten) tai 4b (suoria sidepalkkinysiä varten). Matriisi on muotoiltu muottipinnalla, joka vastaa levyaihion kaarevuutta (ei esitetty) ja on varustettu soikiolla tai pyö-reällä aukolla 16, jonka mitat vastaavat muodostettavan side-palkkinysän ulkomittoja tai läpimittaa. Matriisin aukko voidaan eräissä tapauksissa edullisesti muotoilla niin, että sen läpimitta hieman pienenee suunnassa ulospäin. Muodostettaessa kulman muodostava sidepalkkinysä, kuten kuviossa 3a on esitetty, on matriisin aukko suunnattu muodostettavan sidepalkkinysän suuntaa vastaavasti, ja levyaihio sijoitetaan ja kiinnitetään siten (ei esitetty), että lähtöporaus 12 sijaitsee esitetyllä : .· tavalla jonkin verran siirrettynä sidepalkkinysän lyhyempään sivuun päin. Täten voidaan saada aikaan, että aihion materiaa-—: li puristusmuotoilun kuluessa siirtyy siten, että lopullinen sidepalkkinysä saa pääasiassa ympyränmuotoisen, poikittaisen •päätyaukon, ja lisäksi materiaalin paksuus pienenee tasaisesti päätyaukkoa kohti, paksuuden kehän suunnassa kuitenkin säilyessä pääasiassa yhdenmukaisena, mahdollisesti hieman suurempana . . terävän kulman puolella kulman muodostavissa sidepalkkiny- sissä.

..... Puristus- tai suulakepuristusmäntä 20, joka on esitetty kuviois- ·; : sa 3a ja 3b sekä kuviossa 4a, tehdään lieriömäiseksi, mahdol lisesti heikosti kartiomaiseksi päätyaukkoa kohti, ja pää eli 12 n n (> ί

οοϋυ I

etupää 22 tehdään edullisesti pallomaiseksi tai vaihtoehtoisesti hieman kartiomaiseksi. Mäntää kannatetaan tavanomaisessa puristinistukassa tai rungossa siten, että mäntä on siirrettävissä akselin suunnassa matriisin aukkoa kohti. Mäntä on kuitenkin myös sovitettava suorittamaan tietty liike sivusuunnassa, sillä sivusuuntainen liike on toivottava tehtäessä kulman muodostavia sidepalkkinysiä, jolloin lähtöporaus sijaitsee jonkin verran sivulle nysän akselista, kuten kuviossa 3a on esitetty. Repeytymisen estämiseksi alussa aukossa, mäntä sijoitetaan ensin akselin suunnassa suoraan porausaukon päälle ja sen jälkeen sitä siirretään hitaasti keskiakselia kohti sitä mukaa kun aukko asteettain laajenee.

Kuvio 4c esittää suuremmassa mittakaavassa kuviossa 4b ympyrällä merkittyä osaleikkausta esittäen matriisin aukon 26 kaarevuutta 24 ja suoran sidepalkkinysän 28 tyypillistä muotoa.

Matriisin aukkoon voidaan tarvittaessa sijoittaa sinänsä tunnetulla tavalla niittausvastin tai vastetyökalu 23, kuten katkoviivoin on esitetty kuviossa 4a.

Puristus- tai suulakepuristustyö voidaan suorittaa eri tavalla riippuen muodostettavasta tuotteesta ja joko esilämmittäen tai esilämmittämättä teräslevyaihiota.

Jos suulakepuristustyö suoritetaan ilman esilämmitystä, työ —: on keskeytettävä useita kertoja, siis sen on tapahduttava vai- : heittain. Vaiheiden lukumäärä on riippuvainen sidepalkkinysän läpimitasta ja materiaalin paksuudesta (tavallisesti materiaalin paksuus suurenee sidepalkkinysän ja sidepalkin läpimitan mukana). Puristusvaiheiden välillä on suoritettava materiaalin lämpökäsittely niin, että materiaalissa tapahtuu uudelleen : kiteytyminen ja se saa täten takaisin muovattavuutensa jatkos sa tapahtuvaa muodonmuutosta varten. Puristustyötä on jatkuvas-- ‘ ti tarkasti säädettävä, jotta materiaalin myötöraja ei tuli- —: si ylitetyksi.

13 iJ 3 G 01

Puristus- tai suulakepuristustyö voidaan vaihtoehtoisesti suorittaa käyttämällä esilämmitystä; esimerkiksi lämpötila-alueella 800-1000°C.

Suulakepuristustyö voidaan sitten eräissä tapauksissa suorittaa yhtenä ainoana suhteellisen kauan kestävänä tai hitaasti edistyvänä vaiheena, tai vaihtoehtoisesti useina vaiheina, käyttäen joskus toistettua lämmitystä niin, että materiaali saa takaisin muovattavuutensa.

Edellä esitetyillä puristus- tai suulakepuristusvaiheilla saadaan aikaan sidepalkkinysiä, joiden materiaalissa on nk. orientoitu rakenne niin, että saadaan suuren lujuuden omaava materiaali, samalla kun myös saadaan aikaan lisääntynyt muovattavuus puristussuunnassa. Niin kutsutussa kylmäpuristus-tai pakotusmenetelmässä aihio tulee jäykäksi niin, että valmiissa sidepalkkinysässä sekä myötöraja, murtoraja että kovuus ovat suurempia kuin levymateriaalissa ennen käsittelyä.

Käytännön kokeet ovat osoittaneet, että tällä tavalla voidaan muodostaa erittäin korkealaatuisia sidepalkkinysiä, ja nysät voivat olla mitoiltaan melko suuria, esimerkiksi 1-2 m niiden materiaalin paksuuden ollessa jopa 50-100 mm.

Työkaluja valmistettaessa on ilmeisen tärkeätä, että matrii-sin aukon reunat tehdään sopivan pyöristetyiksi, sillä tämä ____: pyöristys määrittää sidepalkkinysän taivutussäteen kriitti- . sillä alueilla, eli alueilla varsinaisesta pilarista varsinai seen nysään. 1 Käytännön kokeet ovat osoittaneet, että työkalun sopivalla muotoilulla voidaan saavuttaa optimaalisia tuloksia, eli as-teettain pienenevä materiaalin paksuus nysässä pilarin seinän • : : paksuudesta tai seinän paksuudesta yhdyskappaleessa, jonka tu- lee muodostaa pilarin segmentti, viereisen sidepalkin seinän paksuuteen, joka tavallisesti on paljon pienempi (tavallisesti 20-50 % pilarin seinän paksuudesta). Käytännön kokeet ovat 14 t Ci η Λ ;OUU ! edelleen osoittaneet, että voidaan saavuttaa haluttu tulos, että pilarin seinän paksuus säilyy kriittisellä taivutusalueel-la, jolla tarve materiaalin paksuudesta on tärkeä. Lienee selvää, että keksinnön avulla voidaan kokonaan välttää hit-saussaumoja solmukohdan niillä alueilla tai lohkoilla, joihin kriittiset eli huippujännitykset keskittyvät. Lisäksi näillä alueilla on homogeeninen ja useimmissa tapauksissa lujempi materiaali kuin pilarissa tai sidepalkissa.

Mitä sidepalkkinysän pituuteen tulee, se vastaa 45°:n kulmassa suunnatussa nysässä pääasiassa sidepalkin sädettä, eikä se missään tapauksessa ole lyhyempi kuin että materiaali nysän terävän kulman puolella kulkee yhdensuuntaisesti tai pääasiassa yhdensuuntaisesti sidepalkin keskiakselin kanssa niin, että saadaan tasainen ylimeno sidepalkkiin, ja aukon reuna on mieluimmin ympyränmuotoinen. Suorissa nysissä pituus ei ole erityisen kriittinen, mutta nysän tulee olla ainakin niin pitkä, että sen seinät kulkevat pääasiassa yhdensuuntaisesti keskiakselin kanssa, ja lisäksi ainakin niin pitkä, että materiaalin paksuus suuaukon reunassa vastaa pääasiassa viereisen sidepalkin materiaalin paksuutta. Haluttaessa voidaan kuitenkin nysään hitsata mieluimmin kartiomainen yhdyskappale, jonka materiaalin paksuus voidaan tehdä ulkopäätä tai suuaukkoa kohti pieneneväksi sidepalkkiin hitsausta varten.

Keksinnön mukaisen solmukohdan lujuudesta voidaan mainita, *:1: että keksinnön mukaisen solmukohdan väsymiskestävyys on kokeil- la todettu olevan jopa 10-kertainen verrattuna tavanomaiseen . hitsattuun solmukohtaan, joka on samantyyppinen ja mitoiltaan samanlainen.

. . Vaihtoehtoisesti voidaan täten vastaavasti lisätä sallittavia väsymisrasituksia ja säilyttää sama elinikä kuin vastaavassa ’·' ‘ tavanomaisessa hitsatussa solmukohdassa.

;-·· Eräissä käytännön tapauksissa, jotka liittyvät kulmaan suun nattuihin nysiin, etenkin jos kulma ylittää 45°, saattaa osoit-··1 tautua vaikeaksi saada riittävästi materiaalia nysän pitemmän 15 C S G 01 seinän ulkopäätä kohti niin, että voidaan muodostaa haluttu nysän päätyaukko nysän pituusakseliin nähden säilyttäen tasaisen materiaalin paksuus nysän kehää pitkin. Tasaisen materiaalin paksuuden säilyttämiseksi, etenkin nysän suuaukon reunassa, mikä on melko tärkeätä, saattaa olla tarpeen tai toivottavaa muodostaa nysä, joka on lyhennetty tai viistottu nysän pitempää seinää kohti. Nysän suuaukko sijaitsee tällöin tasossa, joka ei ole kohtisuora nysän pituusakselia vastaan ja nysän suuaukko saa soikean tai ellipsimäisen muodon. Tällainen muoto vaatii siihen sopivan ellipsimäisen muodon nysään hitsattavan viereisen sidepalkin suuaukossa, ja tämä tekee nysän ja sidepalkin toisiinsa liittämisen jonkin verran monimutkaisemmaksi .

Kuten edellä on mainittu, kuvio 6a esittää kaaviollisesti leikkausta keksinnön mukaisen solmukohdan läpi.

Kuviot 6b, c ja d esittävät kolme keksinnön mukaisen solmukohdan lohkoa ennen kokoamista, ja kuvio 6e esittää kuvioissa b, c ja d esitettyjä lohkoja koottuina ja käsittäen kaiken kaikkiaan kolme sidepalkkinysää, joista jokainen sijaitsee erillisessä osassa pilarin pystysuunnassa. Solmukohdan pilariosat on muotoiltu sellaisiksi, että kaikkien kolmen sidepalkkinysän keskiakselit yhtyvät pilarin pystysuuntaisella keskiakselilla, : .· jolloin saadaan aikaan staattisesti stabiili rakenne.

*:··: Kuvio 7 esittää solmukohdan rakennetta, joka vastaa kuviossa 6e esitettyä, mutta ilman erityisiä erotusviivoja solmukohdan ; muodostavassa pilarin rakenteessa, mikä osoittaa, että side- palkkinysät sisältävät levysegmentit voidaan valita mielivaltaisesti kulloistenkin vaatimusten mukaisesti.

Edellä esitetyt ja kuvatut esimerkit on esitetty vain keksinnön mukaisen menetelmän havainnollistamiseksi. Oheiset pa-tenttivaatimukset määrittävät keksinnön suojapiirin.

Claims (8)

16 G 3 C 01

1. Menetelmä solmukohdan aikaansaamiseksi kahden rakenne-elementin välille, käsittäen sen, ettäs aikaansaadaan valssatusta teräslevystä aine (10), jolla on kaareva muoto ja määrätty koko; asetetaan aine kaksiosaiseen työkaluun, joka koostuu matriisista (14a; 14b) ja männästä (20), jolloin matriisi on kaareva sen sovittamiseksi yhteen aineen kaarevan muodon kanssa ja käsittää matriisiaukon (16; 26), jolla on määrätty läpimitta sekä pyöristetty ylimenopin-ta (24), joka johtaa matriisiaukkoon, ja jolloin männässä on työpää (22), jolla on määrätty läpimitta ja joka on liikkuva matriisiaukkoon nähden; muodostetaan ylimenoelementti (28), joka päättyy ylimenoelementissä olevaan aukkoon siirtämällä mäntä (20) matriisia (14a; 14b) kohti aine asetettuna tämän päälle, jolloin mäntä (20) puristaa aineen (10) sen osuuden, joka peittää matriisiaukon (16; 26), sisälle matriisiaukkoon pyöristetyn ylimenopinnan (24) ympärillä sillä tavoin, että ylimenoelementin (28) sisä- ja ulkopinnat tulevat tasaisesti kaareviksi vähittäin vähenevällä seinämäpaksuudella ylimeno-elementin aukkoa kohti, jolloin aineen (10) sen osuuden, joka peittää matriisiaukon (16; 26), puristusta helpotetaan muodostamalla läpimenevä aukko (12) aineen (10) tähän osuuteen; hitsataan tämän jälkeen aine kiinni ensimmäiseen konstruktio-.. . elementtiin ja hitsataan ylimenoelementin aukko kiinni toi- \ seen konstruktioelementtiin; tunnettu siitä, että männän (20) työpää (22) sisältää pyöristetyn etäänpänä olevan osuuden, jota seuraa pitkänomainen osuus, jolla on läpimitta, . ·: joka alittaa matriisiaukon (16; 26) läpimitan jollain pituu- j - della siten, että männän (20) pitkänomainen osuus ohjautuu matriisiaukkoon (16; 26) puristusmuodonmuutoksen aiheuttamiseksi aineen siihen osuuteen (10), joka peittää matriisiaukon : (16; 26), jolloin ylimenoelementin (28) pituus tulee pitem- mäksi kuin jos aine (10) yksistään olisi tullut puristetuksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että matriisissa (14a) on vino matriisiaukko (16) ja että aloitusaukko (20), joka aikaisemmin on muodostettu ” *i 0001 aineeseen (10) ja jota mäntä (20) painaa, on sivusuunnassa poikkeutettu matriisiaukon (16) akseliin nähden.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mäntää (20) on myös sivusuunnassa siirretty samalla kun se siirretään matriisiaukkoon (16) alunperin sivusuunnassa poikkeutetusta asennosta aloitusaukon (12) yläpuolella lopulliseen asentoon, joka yhtyy matriisiaukon akseliin .

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ylimenoelementti (28) ulottuu vinossa kulmassa ensimmäisen konstruktioelementin akseliin nähden samalla kun ylimenoelementin aukko sijaitsee tasossa, joka on pääasiassa yhdensuuntainen ensimmäisen konstruktio-elementin akselin kanssa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aine esilämmitetään.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mäntää (20) siirretään matriisia (14a; 14b) kohti ja sen sisälle sarjassa toistuvia vaiheita .. . ja että aine (10) lämmitetään jokaisen toisiaan seuraavan -* vaiheen välissä.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen konstruktioelementti : on merellä käytettävän porauslauttatason jalka ja toinen : konstruktioelementti on merellä käytettävän porauslauttatason kiinnike.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpimitta ylimenoelementtiin (28), joka ulottuu jalan ja kiinnikkeen välillä, on ainakin 1 m ja että ylimenoelementin seinämäpaksuus on ainakin 50 mm. 18 Γϊ Ο Γ'· Pr Ί ' - Ο U U Ί