Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________35
Połączenia w konstrukcjach stalowych
Rodzaje połączeń stosowanych we współczesnych konstrukcjach metalowych:
" połączenia typu sworzniowego (nity, śruby zwykłe, śruby średniodokładne, sworznie),
" połączenia cierne (sprężone śrubami wysokiej wytrzymałości),
" połączenia czołowe /doczołowe/ (sprężone śrubami wysokiej wytrzymałości),
" połączenia termiczne (spawane, zgrzewane)
" połączenia niekonstrukcyjne (kołki wstrzeliwane, śruby samogwintujące, nity
jednostronne, klejenie).
Podział połączeń z punktu widzenia wymiarowania i pracy złączy:
" połączenia odkształcalne (śrubowe zwykłe oraz nitowe - pod wpływem działania sił
mogą wystąpić odkształcenia trzpieni i przemieszczenia łączników
" połaczenia nieodkształcalne (spawane, zgrzewane, klejone, śrubowe cierne - nie
występują poślizgi)
Ze względu na odkształcalność dopuszcza się współpracę następujących złączy:
" nitowych i śrubowych pasowanych
" ciernych i spawanych
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________36
Połączenia spawane
Spawanie - łączenie metali, polegające na doprowadzeniu ciepła do łączonych krawędzi,
powodującego przejście do stanu ciekłego i wzajemnego połączenia w tym stanie;
po wystygnięciu tworzy się jednolite złącze zwane spoiną.
Rys. 4.1 Przekrój poprzeczny spoiny [11]
a - spoina
b- strefa częściowego przetopu
c - strefa przegrzania o strukturze gruboziarnistej
d - strefa normalizacji o strukturze drobnoziarnistej
e - strefa rekrystalizacji
f - strefa największej twardości i kruchości
Rys. 4.2 Podstawowe elementy spoin [11]
1 - stopiwo
2 - wtop (warstwa stopionego metalu rodzimego)
3 - głębokość wtopienia
4 - strefa wpływów cieplnych w metalu rodzimym
5 - materiał rodzimy
6 - lico spoiny
7 - grań spoiny
8 - brzeg spoiny
" Zalety połączeń spawanych:
- łatwość i szybkość wykonania (brak trasowania, wiercenia)
- możliwość pełnej automatyzacji, uniwersalność zastosowania
- mniejszy ciężar łączników w porównaniu do nitów i śrub
- zmniejszenie liczby nakładek i blach węzłowych
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________37
" Wady połączeń spawanych
- trudności związane ze spawaniem stali o dużej zawartości węgla oraz
niektórych stali stopowych
- powstawanie dodatkowych naprężeń i odkształceń spawalniczych
- konieczność wykonywania spoin przez wykwalifikowanych spawaczy
- wysoki koszt materiałów i urządzeń stosowanych przy spawaniu
" Spawalność stali - problem przydatności stali na konstrukcje spawane:
- spawalność metalurgiczna (sposób wytworzenia stali, skład chemiczny, struktura, sposób
obróbki)
- spawalność konstrukcyjna (sztywność konstrukcji, swoboda odkształceń grubości
łączonych elementów i spoin, sposób kształtowania węzłów)
-spawalność technologiczna (wybór procesu, dobór parametrów spawania, kolejność spoin,
obróbka cieplna)
" Metody spawania
-spawanie Å‚ukowe: z
ródłem ciepła jest łuk elektryczny, powstający między elektrodą
w postaci pręta lub drutu a elementem spawanym; stosowane są przeważnie elektrody
topliwe, otulone, składające się z metalowego rdzenia i warstwy specjalnej otuliny,
której zadaniem jest tworzenie żużlowej i gazowej osłony przed utlenianiem
- spawanie łukiem krytym: łuk jarzy się w sposób niewidoczny pod warstwą topnika,
spełniającego taką samą funkcję jak otulina elektrody; ciepło łuku chronione dość
grubÄ… warstwÄ… topnika powoduje szybsze topienie elektrody w formie drutu;
rozróżnia się metodą półautomatyczną (podajnik mechaniczny prowadzenie elektrody
ręczne) oraz automatyczną (podajnik i prowadzenie mechaniczne);
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________38
Rys. 4.3 Schemat spawania Å‚ukowego [11]
Rys. 4.4 Schemat spawania w atmosferze ochronnej
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________39
-spawanie łukowe w osłonie gazów ochronnych: zamiast topnika osłonę ciekłego
metalu stanowi gaz ochronny, dla stali węglowych dwutlenek węgla, dla stali
stopowych gazy obojętne jak argon lub hel; rozróżnia się metodę spawania elektrodą
wolframowÄ… nietopliwÄ… (metoda TIG) oraz spawanie elektrodÄ… topliwÄ… (metoda MIG)
- spawanie elektrożużlowe: stosowana do łączenia elementów o dużych grubościach,
wykonywane w pozycji pionowej, Å‚uk zajarza siÄ™ tylko przy rozpoczynaniu spawania
potem gaśnie, a żródłem ciepła topiącego elektrodę i metal rodzimy staje się topnik
w stanie ciekłym, przez który przepływa prąd
Rys. 4.5 Schemat spawania elektrożużlowego [11]
Inne metody spawania nie rozpowszechnione w budownictwie
- spawanie elektronowe,
- spawanie plazmowe,
- spawanie laserowe.
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________40
" Kontrola spoin
- oględziny zewnętrzne, obserwacja wzrokowa i pomiary spoin w celu stwiedzenia, czy ich
kształ i wymiary są zgodne z dokumentacją oraz czy nie zawierają wad powierzchniowych
(odkształcenie konstrukcji, niewłaściwe kształty i wymiary, nierówność lica spoin, podtopienie
materiału rodzimego, brak przetopu, pęknięcia);
- konstrola radiologiczna, polega na wykonaniu radiogramów spoin za pomocą promieni X
lub gamma, na ich podstawie sporzÄ…dza siÄ™ opis i ocenÄ™ wad;
- kontrola ultradz
więkowa, polega na wykorzystaniu fal ultradz
wiekowych za pomocÄ… sondy,
stosując odpowiedni płyn tworzący sprzężenie akustyczne, niejednorodności materiału, jak
pęknięcia pęcherze czy żużle odbijając część wiązki fal zmiejszają ich energię, osłabiona fal
dochodząca do odbiornika; na podstawie pomiaru ubytku energii można ustalić szacunkową
wielkość, rodzaj i położenie wady;
Rys. 4.6 Najczęściej spotykane wady spoin [11]
1- brak przetopu grani
2- zlepienie (brak wtopieni spoiwa w metal rodzimy)
3 - nawis, wynikający z nieprzetopienia krawędzi metalu
4- wyciek stopiwa po stronie grani
5 - podtopienie metalu rodzimego w formie karbów
6 - kratery na powierzchni spoiny
7 - pęcherze gazowe
8 - pory jako włoskowate puste miejsca
9 - wtrącenia, gniazda zażużleń
10 - rysy, włoskowate pęknięcia wewnętrz spoiny
11 - pęknięcia poprzeczne i podłużne w spoinie i metali
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________41
" Naprężenia spawalnicze
Są to naprężenia własne, powstające w procesie spawania wskutek nierównomiernego
nagrzewania i stygnięcia elementu łączonego oraz wskutek przemien strukturalnych związanych
ze zmianą objętości niektórych składników struktury;
Zabiegi zmniejszające naprężenia własne
- konstrukcyjne (stosowanie materiałów o dobrych własnościach plastycznych, ograniczenie
grubości i ilości spoin, unikanie spoin krzyżujących się oraz blisko położonych)
- technologiczne (okształcenia wstępne przeciwne niż odkształcenia skurczowe, podział
na podzespoły,wstępne podgrzewaniewyżarzenie odprężające)
" Klasyfikacja spoin
Ze względu na charakter pracy
- nośne
- sczepne
Ze względu na sposób wykonania
-ciągłe
-przerywane
Ze względu na konstrukcję
- czołowe, układane w specjalnych rowkach utworzonych wskutek zukosowania brzegów
elementów łączonych
- pachwinowe, układane w naturalnych rowkach, powstających między powierzchniami
łączonych elementów,
- otworowe, powstające w wyniku wypełnienia otworów lub szczelin wykonanych
w jednym z elementów łączonych
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________42
Rys. 4.7 Elementy spoiny a) czołowej b) pachwinowej
Ze względu na położenie spoin
- podolne, oś podłużna spoiny pozioma, jej lico skierowane ku górze (rys.4.8 a,b,c),
- pionowe, elementy Å‚Ä…czone i oÅ› spoiny sÄ… pionowe (rys.4.8 a,g),
- naścienne, elementy łączone są pionowe, oś spoiny jest pozioma (rys.4.8 a,d),
- pułapowe, oś podłużna spoiny pozioma, jej lico skierowane ku dołowi (rys.4.8 a,e,f)
Rys. 4.8 Usytuowanie spoin [11]
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________43
" Ogólne zasady konstruowania złączy
- unikanie nadmiernego skupienia spoin
- rozmieszczanie spoin w taki sposób, aby ich środek ciężkości pokrywał się ze środkiem ciężkości
przekroju,
-unikanie stosowania spoin w strefie zgniotu, tj w obszarze materiału odkształconego na zimno,
- unikanie układania spoin w wewnętrznych narożach kształtowników
" Rodzaje i oznaczenia spoin (PN-EN 22553:1997 Rysunek techniczny. Połączenia spawane,
zgrzewane i lutowane. Umowne przedstawianie na rysunkach)
Rys. 4.9 Rodzaje najczęściej stosowanych spoin czołowych [11]
Rys. 4.10 System przedstawiania
spoin [PN-EN 22553:1997]
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________44
Tab. 4.1 Rodzaje spoin i sposób ich oznaczania [PN-EN 22553:1997]
Tab.4.2 Wymiary połączeń spawanych
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________45
Tab 4.2 cd.
Tab.4.3 Znaki dodatkowe spoin
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________46
PN-90/B-03200
Spoiny czołowe
Grubość obliczeniowa spoiny a równa grubości cieńszej z łączonych części, dla
spoin niepełnych równa głębokości rowka do spawania zmniejszona o 2 mm
Nośność połączeń należy sprawdzać wg wzoru
2 2
à Ä
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
+ d"fd (92)
ìÅ‚ ÷Å‚
ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚Ä…Å‚Å‚
íÅ‚Ä…Å‚Å‚
gdzie à Ä
, - naprężenia w przekroju obliczeniowym w stanie sprężystym
ą , ą współczynniki wytrzymałości spoiny
Spoiny pachwinowe
Grubość obliczeniowa spoiny a równa jest wyprowadzonej z grani spoiny wysokości
trójkąta wpisanego w przekrój spoiny. Grubość spoiny należy podawać w całkowitych
milimetrach, wyjÄ…tkiem sÄ… spoiny 2.5 mm oraz 3.5 mm.
Rys. 4.11 Kształty lica spoin pachwinowych [11]
Dla spoin wykonywanych automatycznie łukiem krytym można przyjmować
a=1.3Å"anom dla spoin jednowarstwowych
a=1.2Å"anomd"anom+2Å"mm dla spoin wielowarstwowych
Rys. 4.12 Przekrój spoiny pachwinowej, wykonywanej
automatycznie Å‚ukiem krytym
1 - lico spoiny
2 - przetopienie
3 - grań
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________47
Zaleca cię dobierać grubość spoin z warunków
anomd" 0.7Å"t1 anome" 0.2Å"t2,leczd"10Å"mm
16Å"mm 2.5Å"mm
t1 , t2 grubość cieńszej i grubszej części w połączeniu
Rys. 4.13 Skrajne grubości spoin dla kształtowników walcowanych
Długość obliczeniowa spoin
10Å"ad"lid"100Å"a oraz lie"40Å"mm
Warunek wytrzymałości w złożonym stanie naprężenia
2 2 2
( )
ºÅ" à +3Å" Ä +Ä d"fd (93)
lecz à d"fd
Współczynnik º=0.7 dla stali Red"255Å"MPa
º=0.85 dla stali 255º=1.0 dla stali 355Rys. 4.14 ZÅ‚ożony stan naprężeÅ„ w spoinie pachwinowej [11]
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha
 Konstrukcje metalowe
______________________________________________________________________________________________48
Nośność połączeń zakładkowych
F
ÄF= d"Ä…Å"fd
- przy obciążeniu osiowym (94)
aÅ"l
"
- przy obciążeniu siłą i momentem
Ä= ÄM+ÄFÅ"cosÅš + ÄFÅ"sinÅš d"Ä…Å"fd (95)
( )2 ( )2
Nośność połączeń teowych można sprawdzać ze wzoru (92)
obliczając naprężenia w przekroju utworzonym przez kład
przekroju obliczeniowego spoin na płaszczyznę styku i
przyjmując współczynniki nośności (tablica 18 normy)
dla spoin pachwinowych.
Współczynniki wytrzymałości spoin PN-90/B-03200
______________________________________________________________________________________________
2005-03-13 Politechnika Częstochowska Katedra Mechaniki Technicznej Dr inż.S.Labocha


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
część 9 ZABEZPIECZENIE POŻAROWE KONSTRUKCJI STALOWYCH
SS025a Plan rozwoju Fundamenty lekkich konstrukcji stalowych
K4 Koncentracja naprężeń w elementach konstrukcji stalowej
SS026a Plan rozwoju Sciany w budynkach o lekkiej konstrukcji stalowej
SS023a Plan rozwoju Zapewnienie usług projektowych dla budynków mieszkalnych o lekkiej konstrukcji s
Konstrukcje stalowe 14 2014
212r1404 monter konstrukcji stalowych
SS033a Plan rozwoju Przystosowanie do instalacji w budownictwie mieszkaniowym z lekkiej konstrukcji
SS027a Plan rozwoju Stropy pośrednie w budynkach o lekkiej konstrukcji stalowej
Konstrukcje stalowe Silosy na materiały sypkie

więcej podobnych podstron