V rôznych konštrukčných situáciách môžu inžinieri potrebovať vyhodnotiť pevnosť spojov vytvorených zvarmi a mechanickými spojovacími prvkami.Dnes sú mechanické spojovacie prvky zvyčajne skrutky, ale staršie návrhy môžu mať nity.
Môže sa to stať počas aktualizácií, renovácií alebo vylepšení projektu.Nový dizajn môže vyžadovať skrutkovanie a zváranie, aby spolupracovali v spoji, kde sa materiál, ktorý sa má spojiť, najprv zoskrutkuje a potom zvarí, aby sa spoju poskytla plná pevnosť.
Určenie celkovej nosnosti spoja však nie je také jednoduché ako sčítanie súčtu jednotlivých komponentov (zvary, skrutky a nity).Takýto predpoklad môže mať katastrofálne následky.
Skrutkové spoje sú opísané v špecifikácii štrukturálnych spojov Amerického inštitútu pre oceľové konštrukcie (AISC), ktorá používa skrutky ASTM A325 alebo A490 ako tesné upevnenie, predpätie alebo posuvný kľúč.
Pevne utiahnuté spoje utiahnite rázovým uťahovákom alebo zámočníkom pomocou bežného obojstranného kľúča, aby ste zabezpečili tesný kontakt vrstiev.V predpätom spojení sú skrutky inštalované tak, že sú vystavené značnému zaťaženiu v ťahu a dosky sú vystavené tlakovému zaťaženiu.
1. Otočte maticu.Spôsob otáčania matice zahŕňa utiahnutie skrutky a následné otočenie matice o ďalšie množstvo, ktoré závisí od priemeru a dĺžky skrutky.
2. Kalibrujte kľúč.Metóda kalibrovaného kľúča meria krútiaci moment, ktorý je spojený s napnutím skrutky.
3. Skrutka na nastavenie napätia torzného typu.Otočné napínacie skrutky majú malé kolíky na konci skrutky oproti hlave.Po dosiahnutí požadovaného krútiaceho momentu sa čap odskrutkuje.
4. Index priameho ťahu.Priame indikátory napätia sú špeciálne podložky s výstupkami.Veľkosť stlačenia na výstupku udáva úroveň napätia aplikovaného na skrutku.
Laicky povedané, skrutky fungujú ako kolíky v tesných a predpätých spojoch, podobne ako mosadzný kolík, ktorý drží pohromade stoh perforovaného papiera.Kritické klzné kĺby fungujú na základe trenia: predpätie vytvára prítlak a trenie medzi kontaktnými povrchmi spolupracuje, aby odolalo skĺznutiu kĺbu.Je to ako zakladač, ktorý drží stoh papierov pohromade, nie preto, že sú v papieri vyrazené diery, ale preto, že zakladač stlačí papiere k sebe a trenie drží stoh pohromade.
Skrutky ASTM A325 majú minimálnu pevnosť v ťahu 150 až 120 kg na štvorcový palec (KSI), v závislosti od priemeru skrutky, zatiaľ čo skrutky A490 musia mať pevnosť v ťahu 150 až 170-KSI.Nitové spoje sa správajú skôr ako tesné spoje, ale v tomto prípade sú kolíky nity, ktoré sú zvyčajne asi o polovicu pevnejšie ako skrutka A325.
Jedna z dvoch vecí sa môže stať, keď je mechanicky pripevnený spoj vystavený šmykovým silám (keď má jeden prvok tendenciu kĺzať po druhom v dôsledku aplikovanej sily).Skrutky alebo nity môžu byť po stranách otvorov, čo spôsobí, že sa skrutky alebo nity súčasne odstrihnú.Druhou možnosťou je, že trenie spôsobené zvieracou silou predpätých spojovacích prvkov znesie šmykové zaťaženie.Pre toto spojenie sa neočakáva sklz, ale je to možné.
Tesné spojenie je prijateľné pre mnohé aplikácie, pretože mierny sklz nemôže nepriaznivo ovplyvniť vlastnosti spojenia.Zvážte napríklad silo určené na skladovanie zrnitého materiálu.Pri prvom vkladaní môže dôjsť k miernemu skĺznutiu.Akonáhle dôjde k pošmyknutiu, už sa to nestane, pretože všetky nasledujúce zaťaženia sú rovnakého charakteru.
Obrátenie zaťaženia sa používa v niektorých aplikáciách, napríklad keď sú rotujúce prvky vystavené striedavým ťahovým a tlakovým zaťaženiam.Ďalším príkladom je ohýbací prvok vystavený plne spätnému zaťaženiu.Keď dôjde k významnej zmene smeru zaťaženia, môže byť potrebné predpäté spojenie, aby sa eliminoval cyklický sklz.Tento sklz nakoniec vedie k väčšiemu sklzu v predĺžených otvoroch.
Niektoré kĺby sú vystavené mnohým cyklom zaťaženia, ktoré môžu viesť k únave.Patria sem lisy, podpery žeriavov a spoje v mostoch.Posuvné kritické spojenia sú potrebné, keď je spojenie vystavené únavovému zaťaženiu v opačnom smere.Pre tieto typy stavov je veľmi dôležité, aby kĺb nekĺzal, takže sú potrebné kĺby kritické voči sklzu.
Existujúce skrutkové spoje môžu byť navrhnuté a vyrobené podľa ktorejkoľvek z týchto noriem.Nitové spojenia sa považujú za tesné.
Zvarové spoje sú tuhé.Spájkované spoje sú zložité.Na rozdiel od tesných skrutkových spojov, ktoré sa môžu pri zaťažení skĺznuť, zvary sa nemusia vo veľkej miere naťahovať a rozkladať pôsobiace zaťaženie.Vo väčšine prípadov sa mechanické spojovacie prvky zváraného a ložiskového typu nedeformujú rovnakým spôsobom.
Keď sa zvary používajú s mechanickými spojovacími prvkami, zaťaženie sa prenáša cez tvrdšiu časť, takže zvar môže niesť takmer celé zaťaženie, s veľmi malým zdieľaním so skrutkou.Preto je potrebné dávať pozor pri zváraní, skrutkovaní a nitovaní.Technické údaje.AWS D1 rieši problém miešania mechanických spojovacích prvkov a zvarov.Špecifikácia 1:2000 pre konštrukčné zváranie – oceľ.V odseku 2.6.3 sa uvádza, že pre nity alebo skrutky používané v ložiskových spojoch (tj tam, kde svorník alebo nit pôsobí ako kolík), by sa mechanické spojovacie prvky nemali považovať za zdieľanie zaťaženia so zvarom.Ak sa používa zváranie, musia byť zabezpečené tak, aby uniesli plné zaťaženie v spoji.Sú však povolené spojenia privarené k jednému prvku a prinitované alebo priskrutkované k inému prvku.
Pri použití mechanických spojovacích prvkov ložiskového typu a pridávaní zvarov sa nosnosť svorníka do značnej miery zanedbáva.Podľa tohto ustanovenia musí byť zvar navrhnutý tak, aby prenášal všetky zaťaženia.
Je to v podstate rovnaké ako AISC LRFD-1999, článok J1.9.Kanadský štandard CAN/CSA-S16.1-M94 však umožňuje aj samostatné použitie, keď je sila mechanického upevňovača alebo skrutky vyššia ako pri zváraní.
V tejto veci sa zhodujú tri kritériá: možnosti mechanického upevnenia typu ložiska a možnosti zvarov sa nesčítavajú.
Časť 2.6.3 AWS D1.1 tiež rozoberá situácie, keď sa skrutky a zvary môžu kombinovať do dvojdielneho spoja, ako je znázornené na obrázku 1. Zvary vľavo, skrutkované vpravo.Tu je možné vziať do úvahy celkovú silu zvarov a skrutiek.Každá časť celého spojenia funguje samostatne.Tento kódex je teda výnimkou zo zásady obsiahnutej v prvej časti 2.6.3.
Práve prediskutované pravidlá platia pre novostavby.Pre existujúce konštrukcie sa v článku 8.3.7 D1.1 uvádza, že keď konštrukčné výpočty ukážu, že nit alebo svorník bude preťažený novým celkovým zaťažením, malo by sa mu priradiť iba existujúce statické zaťaženie.
Rovnaké pravidlá vyžadujú, že ak je nit alebo svorník preťažený iba statickým zaťažením alebo vystavený cyklickému (únavovému) zaťaženiu, musí sa pridať dostatočné množstvo základného kovu a zvarov, aby uniesli celkové zaťaženie.
Rozloženie zaťaženia medzi mechanické upevňovacie prvky a zvary je prijateľné, ak je konštrukcia predpätá, inými slovami, ak medzi spájanými prvkami došlo k skĺznutiu.Na mechanické spojovacie prvky však možno umiestniť iba statické zaťaženie.Živé bremená, ktoré môžu viesť k väčšiemu sklzu, musia byť chránené použitím zvarov schopných odolať celému zaťaženiu.
Zvary musia byť použité tak, aby odolali všetkým aplikovaným alebo dynamickým zaťaženiam.Keď sú mechanické upevňovacie prvky už preťažené, nie je dovolené zdieľať zaťaženie.Pri cyklickom zaťažení nie je povolené zdieľanie záťaže, pretože záťaž môže viesť k trvalému sklzu a preťaženiu zvaru.
ilustrácie.Zvážte preplátovaný spoj, ktorý bol pôvodne pevne priskrutkovaný (pozri obrázok 2).Štruktúra dodáva extra výkon a musia byť pridané pripojenia a konektory, aby sa zabezpečila dvojnásobná pevnosť.Na obr.3 je znázornený základný plán posilňovania prvkov.Ako by sa malo vytvoriť spojenie?
Keďže nová oceľ musela byť spojená so starou oceľou kútovými zvarmi, inžinier sa rozhodol pridať niekoľko kútových zvarov v mieste spoja.Keďže skrutky boli stále na svojom mieste, pôvodný nápad bol pridať iba zvary potrebné na prenos extra výkonu na novú oceľ, pričom sa očakávalo, že 50 % zaťaženia prejde cez skrutky a 50 % zaťaženia prejde novými zvarmi.Je to prijateľné?
Najprv predpokladajme, že na pripojenie momentálne nie sú aplikované žiadne statické zaťaženia.V tomto prípade platí odsek 2.6.3 AWS D1.1.
V tomto spoji typu ložiska sa zvar a skrutka nemôžu považovať za zdieľané zaťaženie, takže špecifikovaná veľkosť zvaru musí byť dostatočne veľká, aby uniesol všetko statické a dynamické zaťaženie.Únosnosť skrutiek v tomto príklade nemôže byť braná do úvahy, pretože bez statického zaťaženia bude spoj v uvoľnenom stave.Zvar (navrhnutý tak, aby uniesol polovičné zaťaženie) sa pri plnom zaťažení spočiatku pretrhne.Potom sa skrutka, ktorá je tiež navrhnutá na prenos polovice zaťaženia, pokúsi preniesť zaťaženie a zlomí sa.
Ďalej predpokladajme, že pôsobí statické zaťaženie.Okrem toho sa predpokladá, že existujúce spojenie postačuje na prenášanie existujúceho trvalého zaťaženia.V tomto prípade platí odsek 8.3.7 D1.1.Nové zvary musia vydržať iba zvýšené statické a všeobecné zaťaženie.Existujúce vlastné zaťaženia možno priradiť existujúcim mechanickým spojovacím prvkom.
Pri konštantnom zaťažení sa spojenie neprehýba.Namiesto toho skrutky už nesú svoje zaťaženie.V spojení došlo k určitému sklzu.Preto môžu byť použité zvary a môžu prenášať dynamické zaťaženie.
Odpoveď na otázku "Je to prijateľné?"závisí od podmienok zaťaženia.V prvom prípade, pri absencii statického zaťaženia, bude odpoveď negatívna.Za špecifických podmienok druhého scenára je odpoveď áno.
Len preto, že je aplikované statické zaťaženie, nie je vždy možné vyvodiť záver.Úroveň statického zaťaženia, primeranosť existujúcich mechanických spojení a povaha koncového zaťaženia – či už statického alebo cyklického – môžu zmeniť odpoveď.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, manažér zváracieho technologického centra, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric celosvetovo vyrába zváracie zariadenia a spotrebný materiál.Inžinieri a technici Welding Technology Center pomáhajú zákazníkom riešiť problémy so zváraním.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefón 305-443-9353, fax 305-443-7559, webová stránka www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbour Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefón 610-832-9585, fax 610-832-9555, webová stránka www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefón 312-670-2400, fax 312-670-5403, webová stránka www.aisc.org.
FABRICATOR je popredný časopis na výrobu a tvárnenie ocele v Severnej Amerike.Časopis publikuje novinky, technické články a príbehy o úspechoch, ktoré umožňujú výrobcom robiť svoju prácu efektívnejšie.FABRICATOR pôsobí v tomto odvetví od roku 1970.
Teraz s úplným prístupom k digitálnej edícii The FABRICATOR, jednoduchým prístupom k cenným priemyselným zdrojom.
Digitálne vydanie časopisu The Tube & Pipe Journal je teraz plne prístupné a poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Získajte úplný digitálny prístup k časopisu STAMPING Journal, ktorý obsahuje najnovšie technológie, osvedčené postupy a novinky z odvetvia pre trh lisovania kovov.
Teraz s úplným digitálnym prístupom k The Fabricator en Español máte jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.