U različitim strukturnim situacijama, inženjeri mogu morati procijeniti čvrstoću spojeva napravljenih zavarivanjem i mehaničkim pričvršćivačima. Danas su mehanički pričvršćivači obično vijci, ali stariji dizajni mogu imati zakovice.
Ovo se može dogoditi tokom nadogradnji, renoviranja ili poboljšanja projekta. Novi dizajn može zahtijevati spajanje vijcima i zavarivanje kako bi se spoj obavio zajedno, gdje se materijal koji se spaja prvo spaja vijcima, a zatim zavaruje kako bi se osigurala puna čvrstoća spoja.
Međutim, određivanje ukupne nosivosti spoja nije tako jednostavno kao sabiranje zbira pojedinačnih komponenti (zavarenih spojeva, vijaka i zakovica). Takva pretpostavka mogla bi dovesti do katastrofalnih posljedica.
Vijčani spojevi opisani su u Specifikaciji strukturnih spojeva Američkog instituta za čelične konstrukcije (AISC), koja koristi vijke ASTM A325 ili A490 kao ključ za čvrsto pričvršćivanje, prednaprezanje ili klizanje.
Čvrsto zategnute spojeve zategnite udarnim ključem ili bravarskim alatom koristeći konvencionalni dvostrani ključ kako biste osigurali da su slojevi u čvrstom kontaktu. Kod prednapregnutog spoja, vijci su ugrađeni tako da su izloženi značajnim zateznim opterećenjima, a ploče su izložene tlačnim opterećenjima.
1. Okrenite maticu. Metoda okretanja matice uključuje zatezanje vijka, a zatim dodatno okretanje matice, što zavisi od prečnika i dužine vijka.
2. Kalibrirajte ključ. Metoda kalibriranog ključa mjeri obrtni moment koji je povezan sa zatezanjem vijka.
3. Vijak za podešavanje zatezanja torzionog tipa. Vijci za zatezanje koji se odvrću imaju male klinove na kraju vijka nasuprot glavi. Kada se dostigne potreban obrtni moment, klin se odvrće.
4. Indeks direktnog zatezanja. Direktni indikatori zatezanja su specijalne podloške sa jezičcima. Količina kompresije na ušici pokazuje nivo zatezanja primijenjenog na vijak.
Laički rečeno, vijci se ponašaju poput klinova u čvrstim i prethodno napetim spojevima, slično kao mesingana igla koja drži hrpu perforiranog papira zajedno. Kritični klizni spojevi rade na principu trenja: prednapon stvara silu pritiska, a trenje između kontaktnih površina djeluje zajedno kako bi se spriječilo klizanje spoja. To je kao registrator koji drži hrpu papira zajedno, ne zato što su rupe probušene u papiru, već zato što registrator pritišće papire zajedno, a trenje drži hrpu zajedno.
Vijci ASTM A325 imaju minimalnu zateznu čvrstoću od 150 do 120 kg po kvadratnom inču (KSI), ovisno o promjeru vijka, dok vijci A490 moraju imati zateznu čvrstoću od 150 do 170 KSI. Spojevi zakovicama ponašaju se više kao čvrsti spojevi, ali u ovom slučaju, klinovi su zakovice koje su obično otprilike upola jače od vijka A325.
Jedna od dvije stvari može se dogoditi kada je mehanički pričvršćen spoj izložen silama smicanja (kada jedan element teži klizanju preko drugog zbog primijenjene sile). Vijci ili zakovice mogu biti na stranama rupa, što uzrokuje istovremeno smicanje vijaka ili zakovica. Druga mogućnost je da trenje uzrokovano silom stezanja prethodno zategnutih pričvršćivača može izdržati opterećenja smicanja. Kod ovog spoja se ne očekuje klizanje, ali je moguće.
Čvrsta veza je prihvatljiva za mnoge primjene, jer malo klizanje ne može negativno utjecati na karakteristike veze. Na primjer, razmotrite silos dizajniran za skladištenje zrnastog materijala. Može doći do malog klizanja prilikom prvog utovara. Kada se jednom pojavi klizanje, neće se ponoviti, jer su sva sljedeća opterećenja iste prirode.
Preokretanje opterećenja se koristi u nekim primjenama, kao što je slučaj kada su rotirajući elementi izloženi naizmjeničnim zateznim i tlačnim opterećenjima. Drugi primjer je element koji se savija izložen potpuno obrnutim opterećenjima. Kada dođe do značajne promjene smjera opterećenja, može biti potreban prednapregnuti spoj kako bi se eliminiralo ciklično klizanje. Ovo klizanje na kraju dovodi do većeg klizanja u izduženim rupama.
Neki spojevi doživljavaju mnogo ciklusa opterećenja što može dovesti do zamora materijala. To uključuje prese, nosače dizalica i spojeve u mostovima. Klizni kritični spojevi su potrebni kada je spoj izložen opterećenjima zamora u suprotnom smjeru. Za ove vrste uslova, veoma je važno da spoj ne klizi, pa su potrebni spojevi kritični na klizanje.
Postojeći vijčani spojevi mogu se projektovati i proizvesti prema bilo kojem od ovih standarda. Spojevi zakovicama smatraju se čvrstim.
Zavareni spojevi su kruti. Lemljeni spojevi su nezgodni. Za razliku od čvrstih vijčanih spojeva, koji mogu proklizavati pod opterećenjem, zavareni spojevi se ne moraju rastezati i raspoređivati ​​primijenjeno opterećenje u velikoj mjeri. U većini slučajeva, zavareni i ležajni mehanički pričvršćivači se ne deformiraju na isti način.
Kada se zavarivanje koristi s mehaničkim pričvršćivačima, opterećenje se prenosi kroz tvrđi dio, tako da zavar može nositi gotovo svo opterećenje, a vrlo malo se dijeli s vijkom. Zato se mora biti oprezan prilikom zavarivanja, spajanja vijcima i zakivanja. Specifikacije. AWS D1 rješava problem miješanja mehaničkih pričvršćivača i zavara. Specifikacija 1:2000 za konstrukcijsko zavarivanje – čelik. Paragraf 2.6.3 navodi da se za zakovice ili vijke koji se koriste u spojevima tipa ležaja (tj. gdje vijak ili zakovica djeluju kao igla), mehanički pričvršćivači ne bi trebali smatrati da dijele opterećenje sa zavarom. Ako se koristi zavarivanje, moraju biti osigurani da nose puno opterećenje u spoju. Međutim, dozvoljeni su spojevi zavareni na jedan element i zakovani ili vijčani na drugi element.
Prilikom korištenja mehaničkih pričvršćivača s ležajevima i dodavanja zavara, nosivost vijka se uglavnom zanemaruje. Prema ovoj odredbi, zavar mora biti projektovan tako da prenese sva opterećenja.
Ovo je u suštini isto kao i AISC LRFD-1999, klauzula J1.9. Međutim, kanadski standard CAN/CSA-S16.1-M94 također dozvoljava samostalnu upotrebu kada je snaga mehaničkog pričvršćivača ili vijka veća od snage zavarivanja.
U ovom slučaju, tri kriterija su konzistentna: mogućnosti mehaničkog pričvršćivanja tipa ležaja i mogućnosti zavarivanja se ne poklapaju.
Odjeljak 2.6.3 AWS D1.1 također razmatra situacije u kojima se vijci i zavari mogu kombinirati u dvodijelnom spoju, kao što je prikazano na Slici 1. Zavari lijevo, vijci desno. Ovdje se može uzeti u obzir ukupna snaga zavara i vijaka. Svaki dio cijelog spoja funkcionira nezavisno. Stoga je ovaj kod izuzetak od principa sadržanog u prvom dijelu 2.6.3.
Pravila o kojima je upravo bilo riječi primjenjuju se na nove zgrade. Za postojeće konstrukcije, klauzula 8.3.7 D1.1 navodi da kada strukturni proračuni pokažu da će zakovica ili vijak biti preopterećeni novim ukupnim opterećenjem, treba mu dodijeliti samo postojeće statičko opterećenje.
Ista pravila zahtijevaju da ako je zakovica ili vijak preopterećen samo statičkim opterećenjima ili je izložen cikličnim (zamornim) opterećenjima, mora se dodati dovoljno osnovnog metala i zavara da bi se poduprlo ukupno opterećenje.
Raspodjela opterećenja između mehaničkih pričvršćivača i zavarenih spojeva je prihvatljiva ako je konstrukcija prethodno opterećena, drugim riječima, ako je došlo do klizanja između spojenih elemenata. Ali na mehaničke pričvršćivače mogu se staviti samo statička opterećenja. Uža opterećenja koja mogu dovesti do većeg klizanja moraju se zaštititi upotrebom zavarenih spojeva koji mogu izdržati cijelo opterećenje.
Zavareni spojevi moraju biti korišteni tako da izdrže sva primijenjena ili dinamička opterećenja. Kada su mehanički pričvršćivači već preopterećeni, podjela opterećenja nije dozvoljena. Pod cikličnim opterećenjem, podjela opterećenja nije dozvoljena, jer opterećenje može dovesti do trajnog proklizavanja i preopterećenja zavara.
Ilustracija. Razmotrite preklopljeni spoj koji je prvobitno bio čvrsto pričvršćen vijcima (vidi Sliku 2). Struktura dodaje dodatnu snagu, a spojevi i konektori moraju se dodati kako bi se osigurala dvostruka čvrstoća. Na Sl. 3 prikazan je osnovni plan za ojačavanje elemenata. Kako treba izvesti spoj?
Budući da se novi čelik morao spojiti sa starim čelikom kutnim zavarima, inženjer je odlučio dodati nekoliko kutnih zavarivanja na spoju. Budući da su vijci još uvijek bili na mjestu, prvobitna ideja je bila dodati samo zavare potrebne za prijenos dodatne snage na novi čelik, očekujući da 50% opterećenja prolazi kroz vijke i 50% opterećenja kroz nove zavare. Je li to prihvatljivo?
Prvo pretpostavimo da na spoj trenutno ne djeluju statička opterećenja. U ovom slučaju, primjenjuje se paragraf 2.6.3 dokumenta AWS D1.1.
U ovom spoju tipa ležaja, zavar i vijak se ne mogu smatrati dijelom opterećenja, tako da specificirana veličina zavara mora biti dovoljno velika da podnese svo statičko i dinamičko opterećenje. Nosivost vijaka u ovom primjeru ne može se uzeti u obzir, jer će bez statičkog opterećenja spoj biti u labavom stanju. Zavar (projektiran da nosi polovinu opterećenja) u početku pukne kada se primijeni puno opterećenje. Zatim vijak, također dizajniran da prenese polovinu opterećenja, pokušava prenijeti opterećenje i pukne.
Nadalje, pretpostavimo da se primjenjuje statičko opterećenje. Osim toga, pretpostavlja se da je postojeći spoj dovoljan da podnese postojeće trajno opterećenje. U ovom slučaju, primjenjuje se paragraf 8.3.7 D1.1. Novi zavareni spojevi trebaju izdržati samo povećana statička i opća korisna opterećenja. Postojeća stalna opterećenja mogu se dodijeliti postojećim mehaničkim pričvršćivačima.
Pod konstantnim opterećenjem, spoj se ne ulegne. Umjesto toga, vijci već nose svoje opterećenje. Došlo je do određenog proklizavanja u spoju. Stoga se mogu koristiti zavari koji mogu prenositi dinamička opterećenja.
Odgovor na pitanje „Je li ovo prihvatljivo?“ zavisi od uslova opterećenja. U prvom slučaju, u odsustvu statičkog opterećenja, odgovor će biti negativan. Pod specifičnim uslovima drugog scenarija, odgovor je da.
Samo zato što se primjenjuje statičko opterećenje, nije uvijek moguće izvući zaključak. Nivo statičkih opterećenja, adekvatnost postojećih mehaničkih veza i priroda krajnjih opterećenja - bilo da su statička ili ciklična - mogu promijeniti odgovor.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Menadžer Centra za tehnologiju zavarivanja, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric proizvodi opremu za zavarivanje i potrošni materijal za zavarivanje širom svijeta. Inženjeri i tehničari Centra za tehnologiju zavarivanja pomažu kupcima u rješavanju problema sa zavarivanjem.
Američko društvo za zavarivanje, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, web stranica www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, web stranica www.astm.org.
Američko udruženje čeličnih konstrukcija, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, faks 312-670-5403, web stranica www.aisc.org.
FABRICATOR je vodeći sjevernoamerički časopis za proizvodnju i oblikovanje čelika. Časopis objavljuje vijesti, tehničke članke i priče o uspjehu koje omogućavaju proizvođačima da efikasnije obavljaju svoj posao. FABRICATOR postoji u industriji od 1970. godine.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju The FABRICATOR, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Digitalno izdanje časopisa The Tube & Pipe Journal sada je u potpunosti dostupno, omogućavajući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Ostvarite potpuni digitalni pristup časopisu STAMPING, koji sadrži najnoviju tehnologiju, najbolje prakse i vijesti iz industrije za tržište štancanja metala.
Sada, uz potpuni digitalni pristup časopisu The Fabricator en Español, imate jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.