Zavarivanje - grf.rs · PDF fileMetalne konstrukcije 2 P2-3 Primena zavarivanja u graĎevinskim konstrukcijama – Izrada osnovnih elemenata konstrukcije (I, U, L-profili, sandučasti

Metalne konstrukcije 2 P2-1

Zavarivanje


Šta je zavarivanje?

– Tehnološki postupak spajanja istih ili sličnih metala;

– Na visokim temperaturama tope se osnovni i dodatni

materijal, dolazi do njihovog mešanja i sjedinjavanja

(fizičkog i hemijskog);

– HlaĎenjem ove mešavine dolazi do očvršćavanja i

nastaje šav kao materijalni kontinuitet;

– Zavarivanjem nastaje kontinualan spoj;


Primena zavarivanja u graĎevinskim

konstrukcijama

– Izrada osnovnih elemenata konstrukcije (I, U, L-

profili, sandučasti profili, kruţni profili...);

– Izrada sklopova specifičnih konstrukcija (ortotropne

ploče kod mostova,...);

– Izrada veza izmeĎu elemenata konstrukcije;

(samostalno ili u kombinaciji sa zavrtnjevima)

– Ojačanje elemenata konstrukcije (adaptacije i

sanacije);


Prednosti zavarivanja

– Materijalan kontinuitet (pravilan tok sila);

– Smanjenje ukupne teţine konstrukcije (lakše veze, mogućnst variranja debljine elemenata);

– Brţa izrada u radionici (nema bušenja);

– Nema slabljenja elemenata rupama za spojna sredstva;

– Manja deformabilnost veza, a samim tim i konstrukcije;

– Velike mogućnosti konstrukcijskog oblikovanja;

– Vodonepropusnost spojeva

– Estetski aspekt;


Nedostaci

– Kvalifikovana radna snaga;

– Kontrola kvaliteta spojeva u radionici i na gradilištu;

– Osetljivost na klimatske uslove na gradilištu

(temperatura, vetar);

– Zavarene veze nisu montaţno-demontaţne;


Osnovni pojmovi

– Osnovni materijal;

– Dodatni materijal (elektroda ili ţica);

– Spoj – meĎusobni poloţaj delova koji se spajaju;

– Šav – materijalizovano mesto spajanja;

– ZUT – Zona Uticaja Toplote;

– Ţljeb – prostor u koji se deponuje dodatni

materijal;

– Zavar – deo šava koji se dobija jednim prolazom

elektrode;



a) šavovi iz jednog zavara

b) šavovi iz više poduţnih zavara

c) šavovi izviše poprečnih zavara


Osnovni principi pri projektovanju

– Veze i nastavci jednostavni za izvoĎenje (Pre svega

izvodljivi!);

– Izbegavati teške poloţaje zavarivanja (manja

efikasnost, stroţiji atesti za zavarivače);

– Racionalan izbor kvaliteta šavova (u skladu sa

klasom izvoĎenja EXC1-EXC4);


Vrste spojeva

Vrste spojeva:

– sučeoni spojevi;

– ugaoni ili T spojevi;

– preklopni spojevi


Vrste šavova

– Sučeoni šavovi sa punom penetracijom;

– Sučeoni šavovi sa delimičnom penetracijom;

– Ugaoni šavovi;

– Šavovi u rupama;

– Čep šavovi;

– Uţljebljeni šavovi;


Vrsta spoja Vrsta

šavova Sučeoni spoj Ugaoni spoj Preklopni spoj

Suče

oni š

avov

i sa

puno

m p

enet

raci

jom

-

Suče

oni š

avov

i sa

delim

ično

m p

enet

rtrac

ijom

-

Uga

oni š

avov

i

-

Šavo

vi u

rupa

ma

- -

Čep

šav

ovi

-

Zbog svoje specifičnosti užljebljeni šavovi ne mogu podleći ovakvoj podeli (slika 2.94)


Sučeoni spojevi

Elementi koji se spajaju leţe u istoj ravni!

Elementi iste debljine Elementi različite debljine


Ugaoni spojevi

Elementi koji se spajaju su pod uglom različitim od 180.

Pravi ugaoni spojevi Kosi ugaoni spojevi


Prekinuti ugaoni spojevi

Krstasti spojevi


Preklopni spojevi

Direktni preklopni spojevi Prekloplni spojevi sa podvezicama


Vrste sučeonih šavova

– I šavovi – bez obrade ivica, t =1-5 mm,

– V i 1/2V šavovi, t = 5-15 mm,

– X šavovi – dvostruki V šavovi, t = 12-35 mm,

– K šavovi – ugaoni spojevi, t >10 mm,

– U šavovi – posebna obrada, t >25 mm,

– J šavovi – ugaoni spojevi, t >15 mm.


I šavovi

V šavovi

1/2V šavovi

X šavovi

K šavovi

U šavovi

J šavovi


Osnovni elementi sučeonog šava

V šavovi X šavovi


Funkcija žljeba kod sučeonih šavova

– Da omogući pristup elektrodi po čitavoj debljini lima;

– Da omogući topljenje osnovnog materijala u zoni

šava;

– Da formira korito za deponovanje mešavine osnovnog

i dodatnog materijala;


Oblici žljebova za uobičajene sučeone šavove Žljeb Šav

Napomena Izgled Naziv Izgled

Debljine

limova

Sučeoni spojevi

Bez obrade I -šav 1-5 mm

Žljeb oblika

1/2V 1/2V - šav 5-15 mm

Žljeb oblika V V - šav 5-15 mm

Žljeb oblika K

K - šav

15-30 mm

Žljeb oblika X

X - šav

12-35 mm

Žljeb oblika Y Y - šav >15 mm

Žljeb oblika U U - šav > 25 mm

Obostrani žljeb

oblika U Dvostruki

U- šav >30 mm

Ugaoni spojevi

Žljeb oblika

1/2V 1/2V - šav

5-15 mm

Žljeb oblika

K K -šav

> 10 mm

Žljeb oblika

J

J - šav

>15 mm

Oblik i dimenzije ţljeba

zavise od:

- vrste šava,

- postupka zavarivanja,

- poloţaja zavarivnja.


Ugaoni šavovi

– Nije potrebna posebna obrada ivica jeftiniji su od

sučeonih;

– Primenjuju se kod ugaonih i preklopnih spojeva;

– Ugao izmeĎu elemenata koji se spajaju treba da bude

izmeĎu 60º i 120º.

– Dodatni materijal se deponuje u korito koje obrazuju

elementi (limovi) koji se spajaju;

– Tok sila je drugačiji nego kod sučeonih šavova;

– Drugačiji postupak proračuna;

– Mogu biti kontinualni ili isprekidani;


Osnovni elementi ugaonog šava

OdreĎivanje debljine (a) ugaonog šava

Debljina ugaonog šava jednaka je visini najvećeg trougla koji se

moţe upisati u telo šava!


Sučeoni šavovi sa delimičnom penetracijom

Sučeoni spojevi Ugaoni spojevi


Šavovi u rupi


Čep šavovi


Užljebljeni šavovi


Postupci zavarivanja

Prema izvoru toplotne energije dele se na:

– elektrotermičke,

– termohemijske,

– mehaničke i

– ostale


Najznačajni elektrolučni postupci zavarivanja

Polje primene Naziv postupka zavarivanja

Skraćeno Oznaka t mm Materijali

Elektrolučno zavarivanje sa obloţenom

elektrodom E 111 3-50

nelegirani, niskolegirani i finozrni

visokovredni čelici

Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom

EPP 12 4-80 nelegirani i

niskolegirani čelici

Elektrolučno zavarivanje elektrodnom ţicom pod zaštitom inertnog gasa

MIG 131 4-24

nelegirani (<0,22%C) i niskolegirani

(0,35%C) čelici i Al-

legure

Elektrolučno zavarivanje elektrodnom ţicom pod zaštitom aktivnog gasa

MAG 135 <30 nelegirani i

niskolegirani čelici

Elektrolučno zavarivanje netopljivom elektrodom

pod zaštitom inertnog

gasa

TIG 141 <12 visokolegirani čelici i

Al-legure


Obeležavanje šavova u tehničkoj dokumentaciji

Naziv šava Izgled Oznaka

I - šav

V - šav

V - šav sa provarenim korenom

1/2V - šav

K - šav

X - šav

U - šav

Ugaoni šav


Greške u šavovima

– Greške predstavljaju materijalni diskontinuitet;

– Dolazi do koncentracija napona u zoni šava;

– Nisu sve greške istog značaja, odnosno iste opasnosti;

– Stepen rizika zavisi od: vrste greške, načina naprezanja i

karaktera opterećenja;

– Neke greške su vidljive golim okom i mogu se otkloniti

(korigovati);

Greške se prema svojoj prirodi mogu podeliti na:

– Dimenzionalne greške ili greške oblika;

– Strukturne greške ili greške kompaktnosti;


Tipične greške u šavovima

1 - neispunjen ţljeb; 2 - nadvišenje; 3 - neprovaren koren; 4 - prokapina; 5 - oštar

prelaz; 6 - zarez; 7 - denivelacija; 8 - krater; 9 - poroznost površine; 10 gasne pore; 11

- nalepljivanje; 12 - greške u provarivanju korena; 13 - uključci troske; 14 - prsline


Vrste kontrole kvaliteta šavova

– Vizuelna kontrola;

– Radiografska kontrola;

– Ultrazvučna kontrola;

– Magnetska kontrola;

– Penetracijska kontrola;


Vizuelna kontrola kvaliteta

Vrše je kvalifikovana lica;

Mogu se otkriti samo dimenzionalne greške;

Koriste se pomoćna sredstva - šabloni;


Radiografska kontrola

Zasniva se na različitoj apsorbciji

rendgenskih ili gama zraka u zavisnsti od

gustine i debljine materijala!

1 Izvor rendgenskih ili gama zraka;

2 Blenda;

3 Propust za lokalizaciju šava;

4 Šav koji se ispituje (snima);

5 Film sa osetljivom emulzijom;

6 Olovna folija;

Šematski prikaz


Radiogram sučeonog V šava bez grešaka


Radiogram sučeonog V šava sa gasnim

mehurićima, uključcima troske i neprovarenim

korenom


Ultrazvučne metode

Zasnivaju se na različitoj brzini ultrazvučnih talasa (za čelik je v = 5850 m/s) .

Primenjuju se dve ultrazvučne metode:

– Metoda prozvučavanja (kada su obe strane pristupačne);

– Eho metoda.

1 1a) b)

2 7

6

5

4

6

3 3 tt

1 Visokofrekventni generator

2 Predajnik

3 Materijal koji se ispituje

4 Prijemnik

5 Pojačivač signala

6 Indikator vremena prolaska

7 Primopredajna glava


Kvalitet šavova

Obim i vrsta kontrole šavova zavise od klase izvoĎenja

konstrukcije (EXC1, EXC2, EXC3 i EXC4), odnosno od

propisanog kvaliteta šavova

Razlikuju se sledeći kvaliteti šavova:

– B+ (za EXC4) - najviši

– B (za EXC3)

– C (za EXC2)

– D (za EXC1) - najniţi

Svaki kvalitet šava podrazumeva odreĎen nivo kontrole kvaliteta;

SRPS EN 1090-2 tačno definiše procedure kontrole kvaliteta koje

odgovaraju zahtevanim klasama izvoĎenja, odnosno kvalitetima

šavova.


Proračun sučeonih šavova

Osnovne pretpostavke:

– zanemaruju se koncentracije napona;

– zanemaruju se sopstveni (zaostali) naponi;

– uticaji u šavovima se odreĎuju kao u osnovnom

materijalu;

– dimenzije sučeonih šavova su jednake

dimenzijama osnovnog materijala (a = tmin);


Primena polaznih i završnih pločica

abw 2

efektivna duţina


Proračun ugaonih šavova


Debljina ugaonih šavova

Minimalna debljina ugaonog šava je: amin = 3 mm

Debljina ugaonog šava ne treba da bude veća od 0,7tmin. U izvesnim

slučajevima kod spojeva čelika veće čvrstoće (S420 i S460) od kojih

se zahteva nosivost veća ili jednaka od nosivosti elementa koji se

spaja moţe se usvojiti veća debljina ugaonih šavova;

Kod veza šupljih profila debljina ugaonog šava moţe da bude

jednaka debljini zida profila a= tmin.

T - spoj Kosi ugaoni spoj Provaren koren


Efektivna dužina ugaonih šavova

aweff 2 U opštem slučaju:

weff aweff

Minimalna duţina šava je: lw,min= max(6a, 30 mm).

Maksimalna duţina šava je: lw,max=150a (ako je veća redukcija!)

Efektivna površina šavova je: Aw = S a leff


Komponente napona u ugaonim šavovima

s normalni napon upravan na merodavnu ravan šava;

sII normalni napon paralelan osi šava (zanemaruje se!)

tII napon smicanja koji deluje u pravcu šava

t napon smicanja koji deluje upravno na šav


Proračun nosivosti ugaonih šavova

Evrokod predviĎa dve metode proračuna:

– Direktna (direkciona) metoda; Zasniva se na

kontroli pojedinačnih (komponentalnih) i

uporednih napona u merodavnoj ravni šava;

– Pojednostavljena metoda; Zasniva se na kontroli

rezultujućih sila po jedinici duţine šava;


Direktna (direkciona) metoda

fu čvrstoća pri zatezanju slabijeg spojenog dela;

fuw,d proračunska vrednost granične čvrstoće ugaonog šava;

gM2 parcijalni koeficijent sigurnosti (gM2 =1,25);

bw korelacioni faktor (0,8-1,0);

2

2II

22 3Mw

uduweq

ff

gbttss ,)(

290 Muf gs /,

Oba sledeća uslova moraju da budu ispunjena:


Korelacioni faktor bw

Standard i kvalitet čelika Korelacioni faktor bw

EN 10025 EN 10210 EN 10219

S 235

S 235 W S 235 H S 235 H 0,80

S 275

S 275 N/NL

S 275 M/ML

S 275 H

S 275 NH/NLH

S 275 H

S 275 NH/NLH

S 275 MH/MLH

0,85

S 355

S 355 N/NL

S 355 M/ML

S 355 W

S 355 H

S 355 NH/NLH

S 355 H

S 355 NH/NLH

S 355 MH/MLH

0,90

S 420 N/NL

S 420 M/ML S 420 MH/MLH 1,00

S 460 N/NL

S 460 M/ML

S 460 Q/QL/QL1

S 460 NH/NLH S 460 NH/NLH

S 460 MH/MLH 1,00


Pojednostavljena metoda proračuna

afFF dvwRdwEdw ,,,

2

3

Mw

udvw

ff

gb

/,

U svakoj tački duţ šava rezultujuća sila po jedinici duţine Fw,Ed

mora da zadovolji sledeći uslov:

Vrsta čelika S235 S275 S355 S420 S460

bw - 0,8 0,85 0,9 1,0 1,0

fu [MPa] 360 430 510 500 530

gM2 - 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25

fvw,d [MPa] 208 234 262 231 245

Proračunska čvrstoća ugaonog šava na smicanje fvw,a se odreĎuje

prema izrazu:


Statički pokriveni ugaoni šavovi - zatezanje

Debljina obostranih ugaonih šavova na

aksijalno opterećenom elementu moţe da se

odredi iz uslova da šavovi imaju veću ili

jednaku nosivost od spojenog elementa:

sila po jedinici duţine


Primer aksijalno opterećenog elementa


Ukupna nosivost aksijalno opterećenog spoja


Primer konzolnog elementa - savijanje


Redukcija nosivosti dugih ugaonih šavova

Kod dugih ugaonih šavova na preklop (lw > 150a) neravnomerna

raspodela napona duţ šava se uzima u obzir tako što se redukuje

nosivost ugaonog šava mnoţenjem koeficijentom redukcije bLw,1;

1150

20211

a

L j

Lw

,,,b

gde je Lj duţina ugaonog šava, odnosno preklopa.


Efektivna širina neukrućenog T-spoja

fweff tkstb 72

1py

fy

p

f

f

f

t

tk

,

, a2s

rs

zavareni profili

valjani profili

Za valjane i zavareni I i H profile

Za sandučaste ili U profile

fweff ttb 52

p

pu

py

eff bf

fb

,

,

fweff kttb 52 ali

U suprotnom veza treba

da bude ukrućena!


Projektovanje zavarenih spojeva

Opšti principi:

– Lako izvoĎenje (spoj pristupačan, poloţaj zavarivanja

što jednostavniji);

– Primena uobičajenih postupaka zavarivanja;

– Šavovi sa što manjim debljinama;

– Ravnomeran tok sila;

– Pravilan izbor vrste i kvaliteta šava;

– Male deformacije usled zavarivanja;


Treba izbegavati

– Debele limove i debele šavove;

– Nagomilavanje šavova na jednom mestu;

– Oštre prelaze i nagle diskontinitete kod dinamički

opterećenih konstrukcija;

– Montaţne nastavke u zavarenoj izradi;

– Teške poloţaje zavarivanja;

– Komplikovane detalje;


Konstruisanje ukrućenja

Debljina lima t (mm) h f g n

4-8 >20 10 >5 >40

8-12 >25 10 >10 >50

12-16 >30 15 >10 >55

16-26 >40 20 >15 >60

26-40 >50 25 >20 >80

40-90 >60 30 >25 >100


Zasecanja rebra na mestu ukrštanja


Pravilno konstruisanje krstastih spojeva

Ne preporučuje se da debljina ugaonih šavova bude veća

od polovine debljine najtanjeg elementa (a<0,5tmin)!


Konstruisanje radioničkih nastavka nosača

Izbegavati nastavljanje svih elemenata u istom

poprečnom preseku!


Izbegavanje nagomilavanja šavova


Konstruisanje s obzirom na lamelarno cepanje


Kompatibilnost različitih spojnih sredstava

– Ne mogu se sva spojna sredstva meĎusobno

kombinovati u istoj vezi;

– Različita krutost spojnih sredstava onemogućava

ravnomernu raspodelu sila;

– Primena različitih spojnih sredstava u istoj vezi,

uglavnom kod sanacija i kod specifičnih

konstrukcijskih sistema;


Dijagrami deformabilnosti (krutosti)

različitih spojnih sredstava


Ne mogu se kombinovati

– Zakivci i obični (neupasovani) zavrtnjevi,

– Neupasovani zavrtnjevi i prednapregnuti visokovredni

zavtrnjevi,

– Neupasovani zavrtnjevi i zavarivanje,

– Prednapregnuti visokovredni zavrtnjevi i obični

(neupasovani) zavrtnjevi sa zazorom većim od 0,3 mm,

– Prednapregnuti visokovredni zavrtnjevi i zavarivanje kod

dinamički opterećenih konstrukcija, osim kod elemenata

opterećenih na savijanje (nosača).

– Sučeoni i ugaoni šavovi kod dinamičkog opterećenja.


Primer ortotropne ploče

Documents

Zavarivanje - grf.rs · PDF fileMetalne konstrukcije 2 P2-3 Primena zavarivanja u graĎevinskim konstrukcijama – Izrada osnovnih elemenata konstrukcije (I, U, L-profili, sandučasti