U raznim konstrukcijskim situacijama, inženjeri mogu trebati procijeniti čvrstoću spojeva napravljenih zavarivanjem i mehaničkim pričvršćivačima. Danas su mehanički pričvršćivači obično vijci, ali stariji modeli mogu imati zakovice.
To se može dogoditi tijekom nadogradnji, renovacija 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 spoju osigurala puna čvrstoća.
Međutim, određivanje ukupne nosivosti spoja nije tako jednostavno kao zbrajanje zbroja pojedinačnih komponenti (zavara, vijaka i zakovica). Takva pretpostavka mogla bi dovesti do katastrofalnih posljedica.
Vijčani spojevi opisani su u Specifikaciji konstrukcijskih 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 pomoću konvencionalnog dvostranog ključa kako biste osigurali da su slojevi u čvrstom kontaktu. Kod prednapetog spoja vijci su ugrađeni tako da su izloženi značajnim vlačnim opterećenjima, a ploče su izložene tlačnim opterećenjima.
1. Okrenite maticu. Metoda okretanja matice uključuje zatezanje vijka, a zatim dodatno okretanje matice, što ovisi o promjeru i duljini vijka.
2. Kalibrirajte ključ. Metoda kalibriranog ključa mjeri moment koji je povezan s napetošću vijka.
3. Vijak za podešavanje napetosti torzijskim putem. Vijci za napetost s odvrtanjem imaju male klinove na kraju vijka nasuprot glavi. Kada se postigne potreban moment, klin se odvrne.
4. Indeks ravnog povlačenja. Izravni indikatori napetosti su posebne podloške s jezičcima. Količina kompresije na ušici označava razinu napetosti primijenjene na vijak.
Laički rečeno, vijci se ponašaju poput klinova u čvrstim i prednapetim spojevima, slično kao mesingana igla koja drži hrpu perforiranog papira zajedno. Kritični klizni spojevi rade trenjem: prednapon stvara silu potiskivanja, a trenje između kontaktnih površina djeluje zajedno kako bi se spriječilo klizanje spoja. To je poput registratora 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 vlačnu čvrstoću od 150 do 120 kg po kvadratnom inču (KSI), ovisno o promjeru vijka, dok vijci A490 moraju imati vlačnu čvrstoću od 150 do 170 KSI. Zakovicama se ponašaju 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 prednapetih pričvršćivača može izdržati opterećenja smicanja. Kod ovog spoja se ne očekuje klizanje, ali je moguće.
Čvrsti spoj je prihvatljiv za mnoge primjene, jer malo klizanje ne može negativno utjecati na karakteristike spoja. Na primjer, razmotrite silos dizajniran za skladištenje zrnatog materijala. Može doći do malog klizanja prilikom prvog utovara. Nakon što se klizanje dogodi, neće se ponoviti, jer su sva sljedeća opterećenja iste prirode.
Preokretanje opterećenja koristi se u nekim primjenama, kao što je slučaj kada su rotirajući elementi podvrgnuti naizmjeničnim vlačnim i tlačnim opterećenjima. Drugi primjer je element koji se savija podvrgnut potpuno obrnutim opterećenjima. Kada dođe do značajne promjene smjera opterećenja, može biti potreban prednapregnuti spoj kako bi se uklonilo cikličko 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 preše, nosače dizalica i spojeve u mostovima. Klizni kritični spojevi potrebni su kada je spoj izložen opterećenjima zamora u suprotnom smjeru. Za ove vrste uvjeta vrlo je važno da spoj ne klizi, pa su potrebni spojevi kritični na klizanje.
Postojeći vijčani spojevi mogu se projektirati i proizvesti prema bilo kojem od ovih standarda. Spojevi zakovicama smatraju se čvrstima.
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 zavarivanja koriste 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. Stavak 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, dopušteni su spojevi zavareni na jedan element i zakovičeni ili vijčani na drugi element.
Pri korištenju mehaničkih pričvršćivača s ležajevima i dodavanju zavara, nosivost vijka se uvelike zanemaruje. Prema ovoj odredbi, zavar mora biti projektiran tako da prenosi sva opterećenja.
Ovo je u biti isto kao i AISC LRFD-1999, klauzula J1.9. Međutim, kanadski standard CAN/CSA-S16.1-M94 također dopušta samostalnu upotrebu kada je snaga mehaničkog pričvršćivača ili vijka veća od snage zavarivanja.
U ovom slučaju, tri kriterija su dosljedna: mogućnosti mehaničkog pričvršćivanja tipa ležaja i mogućnosti zavara se ne zbrajaju.
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 s lijeve strane, vijci s desne strane. Ovdje se može uzeti u obzir ukupna snaga zavara i vijaka. Svaki dio cijelog spoja radi neovisno. Stoga je ovaj kod iznimka od načela sadržanog u prvom dijelu 2.6.3.
Pravila o kojima se upravo raspravljalo primjenjuju se na nove zgrade. Za postojeće konstrukcije, odredba 8.3.7 D1.1 navodi da kada strukturni izračuni pokažu da će zakovica ili vijak biti preopterećeni novim ukupnim opterećenjem, treba im se dodijeliti samo postojeće statičko opterećenje.
Ista pravila zahtijevaju da ako je zakovica ili vijak preopterećen samo statičkim opterećenjima ili je izložen cikličkim (zamornim) opterećenjima, mora se dodati dovoljno osnovnog metala i zavara kako bi se poduprlo ukupno opterećenje.
Raspodjela opterećenja između mehaničkih pričvršćivača i zavara je prihvatljiva ako je konstrukcija prethodno napregnuta, drugim riječima, ako je došlo do klizanja između spojenih elemenata. Ali na mehaničke pričvršćivače mogu se postaviti samo statička opterećenja. Uža opterećenja koja mogu dovesti do većeg klizanja moraju se zaštititi korištenjem zavara koji mogu podnijeti cijelo opterećenje.
Zavari moraju biti korišteni tako da izdrže sva primijenjena ili dinamička opterećenja. Kada su mehanički pričvršćivači već preopterećeni, podjela opterećenja nije dopuštena. Pri cikličkom opterećenju, podjela opterećenja nije dopuštena, jer opterećenje može dovesti do trajnog proklizavanja i preopterećenja zavara.
ilustracija. Razmotrite preklopni spoj koji je izvorno 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 slici 3 prikazan je osnovni plan za ojačanje elemenata. Kako treba izvesti spoj?
Budući da se novi čelik morao spojiti sa starim čelikom kutnim zavarima, inženjer je odlučio dodati nekoliko kutnih zavara na spoju. Budući da su vijci još uvijek bili na mjestu, izvorna ideja bila je dodati samo zavare potrebne za prijenos dodatne snage na novi čelik, očekujući da će 50% opterećenja proći kroz vijke, a 50% opterećenja kroz nove zavare. Je li to prihvatljivo?
Prvo pretpostavimo da na spoj trenutno ne djeluju statička opterećenja. U ovom slučaju primjenjuje se stavak 2.6.3 dokumenta AWS D1.1.
U ovom spoju tipa ležaja, zavar i vijak ne mogu se smatrati dijelom opterećenja, stoga 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 za nošenje polovice opterećenja) u početku pukne kada se primijeni puno opterećenje. Zatim vijak, također dizajniran za prijenos polovice opterećenja, pokušava prenijeti opterećenje i pukne.
Nadalje, pretpostavimo da se primjenjuje statičko opterećenje. Osim toga, pretpostavlja se da je postojeći spoj dovoljan za nošenje postojećeg trajnog opterećenja. U ovom slučaju primjenjuje se stavak 8.3.7 D1.1. Novi zavari moraju 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?“ ovisi o uvjetima opterećenja. U prvom slučaju, u nedostatku statičkog opterećenja, odgovor će biti negativan. U specifičnim uvjetima drugog scenarija, odgovor je da.
Samo zato što se primjenjuje statičko opterećenje, nije uvijek moguće izvući zaključak. Razina statičkih opterećenja, adekvatnost postojećih mehaničkih veza i priroda krajnjih opterećenja - bilo statičkih ili cikličkih - mogu promijeniti odgovor.
Duane K. Miller, dr. med., inženjer, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, voditelj Centra za tehnologiju zavarivanja, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric proizvodi opremu za zavarivanje i potrošni materijal za zavarivanje diljem 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 izradu i oblikovanje čelika. Časopis objavljuje vijesti, tehničke članke i priče o uspjehu koje proizvođačima omogućuju učinkovitije obavljanje posla. FABRICATOR posluje 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, omogućujući 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 s potpunim digitalnim pristupom časopisu The Fabricator en Español, imate jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.