plik

KONSTRUKCJE METALOWE

ZALETY KONSTRUKCJI METALOWYCH:

1)Wytwarzanie elementów i ca ych konstrukcji w wysoce wyspecjalizowanych zak adach
2)Obróbka elementów w specjalnie dostosowanych zak adach
3) atwo

mechanizowania prac monta owych i uniezale nienia si (cz ciowego)

4)du y

wspó czynnik

lekko ci

konstrukcji

stalowych

jako

stosunek

(ci ar/napr enia)(dla stali waha si

w granicach

2*10

-6

-5*10

-6,

dla

elbetu 2*10

-5,

dla

drewna 6*10

-5

).Stopy aluminium (aluminium jest 3 x razy l ejsze) spadki wytrzyma

ci 40-

70% to stosunkowo du e

jednak e w stopach aluminiowych wyst puj problemy z

czeniem (spawaniem).

Umo liwia to:

uzyskiwanie wi kszych powierzchni u ytkowych w budynkach, wi kszych

kubatur

ejsze

elementy

monta owe

zapewniaj

bezpieczniejszy

monta

mniej(minimalne) uszkodzenia podczas transportu.

mniejsze ud wigi rodków transportu ,za i roz adunku i rodków transportu

wysokie napr enia na rozci ganie równe napr eniom na

ciskanie i

bardzo wysokie napr enia na cinanie w granicach 0,6 (0,58 dla stali).

Beton  jest doskona ym  materia em ale tylko do konstrukcji  odpowiednio obci onych.
Obecnie produkujemy  oko o  11  mln ton stali.
Konstrukcje metalowe  wykonuje  si w  trzech  grupach:
a) pr towe  80%-kraty  uk ady  ramowe,  szkielety, ruszty
b) blachy  15-20  %  wykorzystuj ce  wysok   wytrzyma

na rozci ganie jednak e pojawia

si  problem   wyboczenia. np. zbiorniki , silosy
c)  konstrukcje  wisz ce  –tylko rozci ganie przy  du ej rozpi to ci  bez  s upowej   (przekrycia
hal  widowiskowych  i przemys owych ),mosty  wisz ce.  Nie ma  wyboczenia  zwichrzenia czy
utraty  stateczno ci  lokalnej.

STAL STOP ELAZA Z

GLEM O ZAWARTO CI W GLA DO 2%

surówka-pó fabrykat  do  produkcji stali tzw. produkt  wielkiego  pieca
Morfologia  stali-nauka  o budowie wew. czyli  strukturze metali stopów .Istnieje cis y  zwi zek
mi dzy budow   a  w asno ciami metali ,wszystkie metale maj  budow  krystaliczn .

Atomy i cz steczki uk adaj si w sposób uporz dkowany tworz c

przestrzenne siatki krystalograficzne .Metale maj na ogó p asko lub centrycznie

one atomy w przestrzennej siatce .

(uk ad p asko centryczny)

(uk ad przestrzennie centryczny)

W temperaturze 898-1401 powstaje elazo .
Metale zale nie od temperatury zmieniaj swoje uk ady-po

enia j der w siatce czemu

towarzyszy wydzielanie lub pobieranie ciep a. Metale jako cia a krystaliczne

cia ami

anizotropowymi tzn. ich

ciwo ci zale

od kierunku ich okre lania. W cia ach

bezpostaciowych jak np. szk o w

ciwo ci nie zale od kierunku-cia a izotropowe. Podczas

krzepni cia metale  w metalu pojawiaj   si  o rodki krystalizacji i od nich w 3 przestrzennie
przeciwnych  kierunkach narastaj   z ró nymi  pr dko ciami  ga zie  krystaliczne tworz c  du e
kryszta y  przypominaj ce  drzewo  ,  dendryty.
Liczba kryszta ów oraz ich wielko  zale  od szybko ci ch odzenia –im wi ksza tym wi cej

rodków krystalizacji wi cej ziaren i wi cej kryszta ów .

Kryszta y o regularnej budowie wew. i nieregularnych (z tytu u rozrostu kryszta ów bocznych)
kszta cie zew. nazywa si krystalitami lub ziarnami.
Im wi ksze!!!!!!!!!!! ziarna tym wi ksze

ró nice poszczególnych cech okre lane w

ró nych kierunkach .
Wielokryszta owe cia a

one

z dowolnych ziaren

o ró nej orientacji

nazywamy

kwazitropowymi.

PRZYPOMNIEC SOBIE WYKRES ELAZO W GIEL

Technologia stali:

a) surówka –produkt ko cowy wielkiego pieca ,na ogó zawiera oko o 93% Fe i 7%

innych pierwiastków stanowi cych zasadniczo 2 grupy :

•

domieszki ,na ogó po yteczne dla w

ciwo ci stali np.: C , Mn , Ni , Cu

•

zanieczyszczenia ,najgorsze to S i P

Surówka zale nie od postaci w jakiej wyst puje w niej w giel !!!!!!2,5-4,5 % rozró niamy

•

surówk szar –w giel w postaci grafitu grafitu –st d szary prze om

•

surówk bia –w giel w postaci w glika

elaza –cementytu Fe

F o

srebrzystym prze omie

•

surówk mieszan –pstra w giel jako grafit i cementyt

om stalowy

Ruda elaza –najlepiej bogata –magnetyt ,hemetyt

elazo stopy –do regulacji utleniania (teraz si nie produkuje)

Dodatki stopowe-maj uszlachetnia stal

Paliwa-ropa naftowa paliwa p ynne np. koks gaz....,energia elektryczna

W z czu spawanym ró ne warunki stygni cia oraz skurcz wywo uj zró nicowane struktury
oraz napr enia spawalnicze. Zjawiska te okre laj ró

spawalno stali. Podstawowym dla

okre lenia spawalno ci parametrem jest tzw. równowa nik

gla Ce- jest to zapis

uwzgl dniaj cy wp ywy ró nych mikro sk adników stali na spawalno

zarówno liczniki jak i

mianowniki

ulega y

zmianom

zale nie

konfiguracji

(wzajemnego

sk adu

procentowego )ró nych sk adników

i wp ywu

tych zmian na procesy spawalnicze.

Równowa nik

gla okre la spawalno

,dobra-stale

atwo

spawalne

je li

0,38,spawalne z pewnymi ograniczeniami 0,38<C

0,42 i stale trudno spawalne C

>0,42.

=C+( Ni + Cu )/15 + ( Cr + Mo )/12????+H/2 +inne

(im wi cej w gla tym stale trudniej spawalne)
Ni-sprzyja spawaniu
Cu- ró nie dzia a
Spawalno

stali zale y te

od grubo ci elementów która w zasadzie nie powinna

przekracza 40mm.

Stal z pewnymi ograniczeniami :

  ograniczenie szybko ci  spawania
  ograniczenie mocy uku
wst pne  podgrzewanie  kraw dzi

W  przypadku  takiej stali wszystkie  te  parametry musz   by   okre lone
Odchy ka 3 do 5 stopni Celsjusza  - nie mniej ni wi cej .
Jakim pr dem  spawamy ?-sta ym  czy zmiennym.  Stosowane s  agregaty gdy  na budowie
jest tylko pr d zmienny.
Dla  cz owieka  napi ciem bezpieczny  jest 24V

max

robocze

U=24V (mo emy do40)

I=0

U=0

bieg maszyny luzem

zwarcie

praca-spawanie

Nat enia zale od u ytych elektrod i s okre lone przez producenta .W przypadku braku
danych mo na stosowa robocze o warto ci I=(15+6*d),gdzie d to rednica drutu elektrody.

awienie pr du spawania powinno by takie by I

/ I

robocze

=1,25÷2

????
Proces przeróbki surówki w stal polega przede wszystkim na wypaleniu (utlenianiu) ró nych
ska i usuni ciu w ten sposób zanieczyszcze .

Rok 1850 – Bessemer – opatentowa

konwertor do wytapiania stali, zwany gruszk

Bessemera.

Zastosowa

kwa

–

krzemionkow

–

wyk adzin ,

która

umo liwia a

przerobienie surówek na stal tylko takich, które mia y nisk zawarto fosforu.

Rok 1878 – Sir Thomas – wymy li zamiast wk adki krzemionkowej wk adk dolomitow , czyli
zasadow . Umo liwia a ona przetwarzanie surówek w zasadzie bez ogranicze , co do
zawarto ci fosforu. Doprowadzi o to do 10-cio krotnego zwi kszenia produkcji stali.

Rok 1864 – Siemens i Martin opatentowali piec martenowski z regeneracj  ciep a (wówczas
szczyt  techniki),  który umo liwia  pe ne przetwarzanie z omu. Dzi  ponad 95% produkcji to
s t a l   m a r t e n o w s k a .

X
P r o c e s  przeróbczy surówki w stal polega w zasadzie na wie eniu surówki w stal. Jest to
zmiana  sk adu,  przede  wszystkim  redukuj  nadwy ki ró nych pierwiastków,  g ównie  w gla i
zanieczyszcze , tzn. siarki  i fosforu. Proces wie enia odbywa  si  po  ca kowitym  roztopieniu
wsadu.  Proces wie enia  powinien by   bardzo  intensywny,

piel powinna si „gotowa ”, w

wyniku wydzielania si CO, lub innych gazów. Obni a si w ten sposób zawarto C, S i P,
oraz w miar potrzeb innych pierwiastków. Szybko

wie enia reguluje si dodatkami rudy,

powinno si stale, systematycznie podnosi temperatur . Po osi gni ciu w

ciwego sk adu

nast puje proces odtlenienia i wyko czenie wytopu (dok adno 0,01 do 0,001). Kiedy :
spr one powietrze; teraz : spr ony tlen.

Proces

odtleniania:

polega

zasadniczo

dodatku

elazomanganu

lub

surówki

zwierciadlistej. Chc c uzyska stal uspokojon jednorodn czyli woln od FeO – stosuje si

elazo-krzem. Ostatecznie odtleniene odbywa si

za pomoc

glinu (sproszkowanego),

(aluminium jest bardzo apczywe na tlen, jest to reakcja bardzo gwa towna i w sposób
zdecydowany obni a poziom FeO w stali). Dodatek Al Stosuje si nawet w ostatniej fazie,
dodaj c

nawet do wlewków, gdzie

dzie krzep a stal. Al

y nawet do regulacji

wielko ci ziarn stali (minimalne). Si oraz Al ze wzgl du na ogromne powinowactwo do tlenu,
reaguj

z rozpuszczonym w stali FeO. Powstaj ce nowe tlenki

prawie ca kowicie

nierozpuszczalne w stali ( ladowe ilo ci) i tworz w niej zawiesin . W zale no ci od stopnia
odtleniena rozró nia si stal: nieuspokojon , pó uspokojon , uspokojon ).
X

Stal nieuspokojona – odtlenia si zazwyczaj tylko manganem. Obni a to zawarto

FeO w stali, jednak nie na tyle aby zapobiec reakcji FeO + C

Fe + CO, która to

zapocz tkowuje  spadek  rozpuszczalno ci  FeO  w  p ynnej  stali  w  temperaturze  krzepni cia.
Wydzielaj   si   wi c gazy, co powoduje „wrzenie” w wyniku  wydzielania  si  CO. Wn trze
jego  po zakrzepni ciu zawiera  liczne p cherze  oraz  charakterystyczn   stref   segregacji  w
górnej  cz ci  wlewka.

Mo e zaj

rozwarstwienie w wyniku s abszej wytrzyma

ci zgrzanych (sklejonych)

cherzyków.

Wlewek z uwagi na si y rozpr ne gazu nie wykazuje
cz ciowego skurczu, wi c jego wymiar jest taki, jak

cian

wlewka

(jest

pó fabrykat

produkcji

walcowniczej).

Stal pó uspokojona – przez dodatkowe odtlenienie za pomoc dodatku krzemu w

ilo ci do 0,15%. Jest to silniejsze odtlenienie. Wlewek krzepnie spokojniej, jednak nie ma
ca kowitego zahamowania wy ej podanej reakcji. A zatem we wlewku b

uwi zione (ale w

znacznie mniejszej ilo ci) p cherzyki gazów, których rozpr alno b dzie równowa

a si y

skurczu.

Stal uspokojona – przez odtlenienie krzemem w ilo ci 0,15-0,35% oraz dodatkiem

glinu. Odtlenienie ca kowite powoduje brak

cherzyków gazów, a zatem nie ma

kompensacji si skurczu

?????????????

Do obróbki walcowniczej idzie stal z jam usadow .

Nast puje cz ciowa rekrystalizacja, czyli regeneracja siatki krystalograficznej zmienionej
przez zgniot. Zatem wyst pi równie zmniejszenie napr

cz ciowy nawrót do w asno ci

materia u przed zgniotem. Istotne zmiany strukturalne wyst puj dopiero w temperaturze
rekrystalizacji – w zgniecionym materiale zaczynaj si tworzy nowe o rodki krystalizacji i
wokó

nich kosztem zgniecionych narastaj

nowe kryszta y osi gaj ce nieraz wi ksze

rozmiary ni przed zgniotem.

Temperatura rekrystalizacji 0,4 temperatury topnienia.
Zjawiska zachodz ce poni ej temperatury rekrystalizacji nazywamy nawrotem a w

temperaturze rekrystalizacji (600÷700 °C) rekrystalizacj .

HARTOWANIE

Polega na nagrzaniu stali do temperatury powy ej A3 (–>na wykresie elazo-w giel

900°C) dla stali podeutektoidalnych lub powy ej  A1 (723°C) dla  stali nadeutektoidalnych  i
wygrzaniu w niej dla otrzymania struktury  austenitycznej w  stalach podeutektoidalnych lub
austenityczno-cementytowej  w  stalach  nadeutektoidalnych  i  nast pnie  szybkim  wystudzeniu
w oleju.

Celem hartowania jest otrzymanie struktury martenzytycznej (blaszkowej – bardzo

trwa ej), zapewniaj cej stali du

twardo

i odporno

cieranie

oraz

wy sz

wytrzyma

. (Nie jest to droga do podwy szania wytrzyma

ci stali – to zjawisko zachodzi

tu po prostu dodatkowo!).

Hartowaniu nale y poddawa jedynie stale o zawarto ci w gla powy ej 0,25%.

ODPUSZCZANIE

Jest to zabieg termiczny stosowany do elementów uprzednio zahartowanych. S

y on

polepszeniu w asno ci plastycznych (poprzez wycofanie si ze struktury martenzytycznej) i
usuni ciu

napr

pohartowniczych.

Temperatura

odpuszczania

150÷650°C

(zawsze

poni ej A1 = 723°C).

Zale nie od temperatury rozró niamy odpuszczanie niskie, rednie i wysokie.

PRZESYCANIE

Polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której jeden lub kilka sk adników

przechodzi do stanu sta ego bez przemiany alotropowej, wygrzaniu w tej temperaturze i
szybkim ostudzeniu.

W stalach mi kkich usuwa si w ten sposób cementyt trzeciorz dowy umieszczony na

granicach ziaren ferrytu. Stal nagrzewa si do temperatury 600÷680°C a nast pnie studzi w
oleju.
Dzi ki wygrzaniu cementyt rozpuszcza si w ferrycie i w wyniku nag ego ostudzenia nie
mo e si z niego wydzieli . Powstaje przesycony ferryt. Stal jest teraz bardziej mi kka i
plastyczna. Jednak struktura ta jest stosunkowo nietrwa a i

atwo daje si

wytr ci

równowagi.

X
Wydzielanie si

z roztworu przesyconego sk adników przesycaj cych (np. cynk), pod

postaci drobnej drugiej fazy nazywa si starzeniem.
Rozró nia si :

starzenie naturalne – przebiegaj ce wolno w temperaturze otoczenia, natomiast
podniesienie temp. O 200

C i wi cej powoduje znaczne przyspieszenie procesu

Przyczyna starzenia le y w zmiennej rozpuszczalno ci niektórych sk adników w ferycie – w
zale no ci od temperatury. Podwy szenie temp. Do 200 – 300

C powoduje gwa towne

przyspieszenie starzenie. Przez wy sze podniesienie

temperatury

uzyskujemy

tzw.

Wy arzanie starzej ce.
Ochrona przed starzeniem:

polega na zmniejszeniu ilo ci cia o zmiennej rozpuszczalno ci

polega te

na dodaniu pierwiastków , które

chemicznie z tymi cia ami

tworz c nowe zwi zki bardziej rozpuszczalne, b

nierozpuszczalne w ferycie, np.

Mn, Si, Ti ( tytan), Al.

Charakterystyczne w asno ci mechaniczne

Wytrzyma

- bardzo zró nicowana, okre lana za pomoc prób na rozci gania, dla

ka dej stali 5000 prób , na próbkach znormalizowanych. S dwa rodzaje próbek.
Próbka 5 – krotna lub 10 – krotna. Gdzie 5/10 to stosunek pomniejszonej bazy l do d.
W próbie tej okre lamy granic plastyczno ci oraz wyd

enie oraz odkszta cenie.

2. Udarno – odporno stali na uderzenia lub nag e zginanie
3. Spawalno

– ró na NIE MA STALI NIESPAWALNYCH,

TYLKO

RÓZNE EFEKTY

4. Twardo

- odporno

powierzchni na wgniatanie twardego przedmiotu – np.

ostros upa diamentowego lub kulki ze stali szybkotn cej.

ci le zwi zana z

wytrzyma

ci .

Dla stali zwyk ych, w glowych – wytrzyma

na rozci ganie R

= 0,34 twardo ci

wg. skali Brinella ( HB ). Dla stali wysokostopowych, chromoniklowych i
innych wytrzyma

ró ni si o 0,02 w stosunku do twardo ci.

Nale y zwróci uwag by bada twardo w strefach , w których nie wyst puje

adne

podkratowanie czy utwierdzenie powierzchniowe.

Wykres rozci gania stali w skali wysoce ska onej (dla stali mi kkich)

tg =E

1 – granica proporcjonalno ci Hooke`a – do tych napr

przyrost odkszta ce

jest

liniowy (proporcjonalny do przyrostu napr

)

1 – 2 – jednostkowemu przyrostowi napr

dzie towarzyszy

coraz to wi kszy

przyrost odkszta ce (nieliniowy)

2 – napr enia odpowiadaj odkszta ceniu próbki 0,01% (w niektórych krajach

0,005%) – granica spr ysto ci

Za granic

spr ysto ci wykres zakrzywia si , wzrasta przyrost odkszta ce

jednostkowy przyrost napr

a do osi gni cia napr

po osi gni ciu, których

próbka odkszta ca si bez wzrostu obci enia. Nast puje plastyczne p yni cie stali w
wyniku plastycznego wyd

ania.

Re – granica plastyczno ci, pocz tek plastycznego p yni cia

Okres plastycznego p yni cia ko czy si w 4, zatrzymuje si odkszta cenie i dalsze

odkszta cenie

zachodzi

przy

wzro cie

napr

–

pocz tek

wzmocnienia

(samo

wzmocnienia). Wzrost napr

b dzie powodowa wzrost odkszta ce o coraz wi kszej

intensywno ci – coraz bardziej krzywoliniowy.

Okres wzmocnienia ko czy si przew eniem próbki, co doprowadza do zerwania.

– najwi ksza wytrzyma

odniesiona do pocz tkowego przekroju próbki.

Granica plastyczno ci – wyra nie widoczne odkszta cenie (0,13-0,17%) Koniec

yni cia – odkszta cenia (1,5%)

X
Zerwanie dla stali mi kkich przy odkszta ceniu (2,5%)
Wykres w skali nieska onej

Dla stali twardej okre lamy umown

granic

plastyczno ci

jako napr enie

odpowiadaj ce R

odpowiadaj ce odkszta ceniu 0,2%. Zerwanie 16 - 18% (???)

Stal twarda ni wykazuje pó ki plastycznej.

Granica plastyczno ci – napr enie, po osi gni ciu którego wyst puje plastyczne p yni cie –
odkszta cenie bez przyrostu napr

. Stanowi podstawy okre lenia wszelkich napr

obliczeniowych i dopuszczalnych

UDARNO

Udarno – odpowiada za nag e zginanie lub uderzenia. Bada si j na próbkach
10 x 10 m otkiem Sharpiego.

karb jest ustawiony po stronie przeciwnej do uderzenia m ota

Udarno  stali zale y od jej sk adu  chemicznego,  obróbek, przede  wszystkim  od  temperatury
(w temperaturach ujemnych obni a  si ).  Wg. ISO okre lono 5 odmian plastyczno ci dla stali
zwyk ych  w glowych  okre lonych  jako:

A – nie podlega badaniom

B – temperatura badania +20

C - 0

D - -20

E- -50

okre laj cych udarno zale nie od zmiennych temperatur badania. Próbka musi wytrzyma
prac co najmniej 35J/cm

Dla stali niskostopowych (18G2) okre la si udarno podwy szaj c próg wytrzyma

ci do

50 J/cm

– temperatury badania pozostaj takie same i okre lamy te odmiany jako AA,

BB,...,EE.

Dla stali do zastosowa w ni szych temperaturach ni 50

C, czyli tzw. Stali kriogenicznych

stosuje si dodatkowo odmiany plastyczne F(-80

C), G(-120

C),

H(-160

Dla zastosowa poni ej -160

C stosuje si

stopy aluminium pracuj ce w temperaturach -

240

C - -250

TWARDO

Twardo - odporno stali na wgniatanie twardego materia u (wgniatanie elementów

diamentowych, w glikowych). Istnieje

cis y zwi zek mi dzy twardo ci a wytrzyma

przy okre laniu jej tzw. Metod Brinella H

, wytrzyma

stali wynosi 0,36H

. Dla stali

niskostopowych o wysokich wytrzyma

ciach R

=0,34H

KOROZJA I WYTRZYMA

NA TEMPERATURY

Odporno

stali na wysokie temperatury. Przy temperaturze 500

C stal traci sw

wytrzyma

do 50%. Pocz tkowo w ró nych stalach w temperaturach

200 - 300

C wytrzyma

stali wzrasta, by potem ulec nag emu za amaniu i w temp. 500

osi gn 50% wytrzyma

ci. Modu spr ysto ci zmniejsza si w sposób prawie liniowy,

za granica plastyczno ci ma bardzo podobny przebieg do wytrzyma

i. Wyd

alno

stali do 200

C maleje, pó niej ro nie i w temperaturze 700

C osi ga 70% (

= 70%

)

Zabezpieczenie polega na wykonaniu pow ok ochronnych typu malarskiego, które w

wy szych temperaturach ulegaj sp cznieniu (tworzy si izolator), co wystarcza na 0,5h do
40min.

Inne sposoby przy wy szej odporno ci ogniowej – stosuje si obmurowanie z ceg y zwyk ej,

klinkierowej, szamotowej albo obetonowanie. Warstwa 3cm betonu (na siatce) daje

odporno

1h, stosuje si te natryski z w óknem szklanym na bazie gipsu. Cz sto na

ówne elementy no ne stosuje si w

nie pow oki betonowe lub po prostu s upy elbetowe.

Korozja –proces niszczenia stali. Obecnie najpowszechniej stosowane w ocenie

korozji s 3 teorie:

1. Korozja w  wyniku  dzia ania kwasu  w glowego
2.  Korozja  w wyniku zmian  elektrochemicznych
3. Korozja w  wyniku  zmian  czysto chemicznych

Najlepiej

opisuj

teori

zniszczenia

atmosferycznego

jest

teoria

zmian

elektrochemicznych. Wg. niej niechroniona powierzchnia metalu czy stali sk ada si

nieograniczonej liczby ogniw galwanicznych. Cz steczki Fe

anodami, a pozosta e jak

zgorzelina, zendra,  rdza,  wysady  w glikowej  inne tworz   katody.  Elektrolitem  jest  wilgo
atmosferyczna. Cz steczki Fe rozpadaj  si  w elektrolicie na kation  Fe i 2  elektrony.
Kationy – przyci gane s  przez stal i szybko utworzy yby warstw  ochronn , gdyby nie
elektrony  pochodz ce  z katody.  Na jej powierzchni nast puje rozpad  drobin wody  na  2(OH

) i

. Kationy Fe

cz si z 2(OH

) i tworz Fe(OH)

w postaci jasnego nalotu na anodzie (1

posta rdzy). T chwilow równowag na anodzie niszcz atomy tlenu rozpuszczonego w

elektrolicie powietrza.

cz si one z wodorem tworz c OH

, które po po czeniu z Fe(OH)

tworz Fe(OH)

ju ciemn rdz odstaj

od pod

a. I tak ko o si zamyka.......

Rdza – mieszanina tlenków i wodorotlenków
Korozji atmosferycznej podlega 90% konstrukcji. Ponadto wyró nia si korozje:

wodn – zw aszcza na styku woda – powietrze

ziemn

w wyniku dzia ania pr dów b dz cych

chemiczna

napr eniowa

mi dzykrystaliczna

Ostatnie dwie nie daj objawów zewn trznych

X
WALKA Z KOROZJ ATMOSFERYCZN :

MALOWANIE DWUPOW OKOWE

Pierwsza pow oka sk ada si z 2-3 warstw podk adowych stanowi cych w

ciwe

zabezpieczenie przed korozj .

to farby na bazie minii

owianej lub cynkorów i

cynianów. S to farby pasywuj ce pod

e, które musz si charakteryzowa bardzo

du przyczepno ci do pod

Druga pow oka – farby nawierzchniowe(2-3 warstwy), najcz ciej chlorokauczukowe i

podobne; stanowi ochron farb podk adowych przed uszkodzeniem mechanicznym i
chemicznym.

Malowanie powinno odbywa si w hermetycznie zamkni tym pomieszczeniu. Ka da z

warstw  powinna  by   mo liwie najcie sza (30÷45  mikrometrów).  Ka da kolejna warstwa
powinna by  nak adana po ca kowitym  wyschni ciu poprzedniej (im  grubsza warstwa tym
wi kszy  skurcz –  powstaj  p kni cia).
Ka da  z warstw powinna by  w innym kolorze (podanym przez projektanta).

Przed na

eniem pow ok ochronnych elementy musz by dok adnie oczyszczone.

Rozró niamy trzy stopnie czysto ci:
•

Pierwszy (najwy szy st. czyst.) – uzyskiwany przez

rutowanie lub piaskowanie;

powierzchnia metaliczna, srebrzysta;

•

Drugi – uzyskiwany przez nie do ko ca doprowadzone rutowanie i piaskowanie w

po czeniu z  czyszczeniem  r cznym  i  opalaniem; powierzchnia  mo e  by   matowa,
szara  a  nawet brunatno-szara  jednak  bez  rdzy,  zgorzeliny  i  innych  zanieczyszcze .
Dopuszcza  si   miejscowe  wyst powanie  szarych  tlenków  silnie  przylegaj cych  do
pod

a (max 10%, powierzchnia pojedynczej plamki nie wi ksza ni

0,2 cm

);

powierzchnia poci gni ta suchym p dzlem nie mo e pyli ;

•

Trzeci – czyszczenie mechaniczno-r czne; powierzchnia niejednolita, brunatno-

szara, ale bez rdzy i zgorzeliny lu no przylegaj cej do pod

a. Dopuszczalne

miejscowe plamy zgorzeliny silnie przylegaj cej.

Konstrukcja po czyszczeniu powinna by natychmiast zagruntowana (nie pó niej ni po 4

godz.)

METALIZACJA

ównie cynkiem i aluminium albo natrysk py em lub nak adanie pow ok galwaniczne

lub ogniowe. Metalizacja jest ta sza od malowania w d

szym okresie. Jednorazowo -

ta sze jest malowanie.
Powierzchnia ocynkowana nie mo e by spawana!

POW OKI

Z tworzyw sztucznych lub gum, nak adane termicznie lub chemicznie. Stosowane w

bardzo agresywnych rodowiskach.

Czasem lepiej zastosowa STAL ODPORN NA KOROZJ , jednak e s one du o
dro sze. Np.:

Stale  nierdzewne  (tzw.  „kwasówki”; oko o  40  rodzajów).
Stale  grupy COR-TEN (USA;  u nas 10H) – te stale koroduj  nieco inaczej: powstaje
bardzo  szczelna warstwa  tlenków silnie przylegaj ca  do  pod

a. Bardzo wa ne jest,

aby warstwa ta nie zosta a uszkodzona, bo wtedy korozja posuwa si super szybko.

RODZAJE STALI STOSOWANEJ W BUDOWNICTWIE:

•

Stale

glowe zwyk ej jako ci (St0) – na elementy niewymiarowane (drugo- i

trzeciorz dne) i w obiektach tymczasowych

•

Stale

glowe wy szej jako ci:

St3S – stal uspokojona,
St3SX  –  nieuspokojona,
St3SY  –  pó uspokojona,
Stale mi kkie budowlane: stale grupy St4 (St4W, St4V, St4VX, St4VY) –
wykazuj   pó

plastyczn .

•

Stale niskostopowe o podwy szonych wytrzyma

ciach:

18G2,  18G2A,  18G2AV, 18G2VA,
tak e stale grupy  15G, 15GA,  15GAV,  15G2VA
- charakteryzuj   si pewnymi  ograniczeniami  zwi zanymi  z  udarno ci

•

Stale wielosk adnikowe:

13 HNMBCU, 14 HNMBCU – stale wysokich wytrzyma

ci (powy ej 700 MPa;

2,5÷3,5 razy wytrzymalsze od zwyk ych)

•

Stale specjalne grupy COR-TEN: 10H, 10HAV

•

Stale aroodporne

•

Stale kwasoodporne

•

S. kriogeniczne wysokostopowe

Ponadto stosujemy stale:

St3M (o podwy szonej udarno ci – na mosty),
St34N, St3N, St34GS, 60GS,
Stal wysokow glowa D90 (wytrzyma

do 240 kN/cm

– 10 razy

wytrzymalsza od zwyk ej; na struny do spr ania),
Stal krzemowa 45S (stal wybitna!).

PRZEKROJE PRODUKOWANE PRZEZ HUTY

•

Przekroje okr

e – przekroje walcowane o rednicach 5,5÷150 mm, w d ugo ciach

3÷15 m (dopuszczalne odchy ki s okre lone w normie; nie ma odchy ek na minus);
na sworznie, nity, ruby.

•

askowniki

–

walcowanie

jednokierunkowe

cianki

ko cach

lekko

zaokr glone), szeroko ci 20÷150 mm, grubo ci 6÷40 mm; walcowane w d ugo ciach
do 9 m.

Uniwersale (blachy uniwersalne) – przekroje o szeroko ciach 151÷700 mm.
Walcowane w obu kierunkach, poprawionej strukturze, uw óknionej budowie a zatem o
podwy szonej wytrzyma

ci. Produkowane w d ugo ciach do 14 m. Stosowane na

pasy ci kich kratownic.

•

towniki – równoramienne i nierównoramienne (produkowane w stosunkach

ugo ci boków 1:2 i 2:3). Szeroko ci pó ek od 15x15 do 200x200 mm. Ka dy numer

townika ma od 3 do 8 grubo ci.

•

Teowniki – wysokie (wysoko = szeroko ) i niskie (wysoko = ½ szeroko ci). S

one sk adowym elementem konstrukcji, nie wyst puj samodzielnie.

•

Dwuteowniki

– normalne
– pocienione (z cie szymi rodnikami)
– ekonomiczne (zmienione pochylenie stopek i

rodnik jeszcze bardziej

pocieniony)

– PE (o równoleg ych stopkach)
– HEB (szerokostopowe; wysoko

= szeroko

pasów; gdy wysoko

wi ksza ni 300mm wtedy szeroko pasów sta a i równa 300mm)
– HEA (pocienione, ze zmian geometrii)

•

Ceowniki – produkowane w wysoko ciach do 330 mm, tak e jako pocienione i

ekonomiczne

•

Zetowniki – dobrze przenosz zginanie uko ne; bardzo dobre na belki wczepowe

•

Profile noskowe – blachy uniwersalne z dodatkowymi nawalcowaniami; stosowane na

pasy blachownic

•

Blachy – cienkie (do 5 mm); walcowane na zimno lub na gor co

– grube (5÷100mm), walcowane jako g adkie lub eberkowe(s

wtedy jako

blachy pomostowe – nie ma po lizgu, bo nie s g adkie)

??????????????????

przekroje najlepiej wyznaczone pod wzgl dem no no ci. St d wida , e krata jest

bardzo dobrym ustrojem statycznym (du y zapas no no ci spr ysto – plastycznej) Chcemy by

by a mo liwie blisko 1 (**im wi cej zapasu przy osi oboj tnej – tym najrozs dniej

roz

ona masa – ale najrozs dniejszym u

eniem masy

2 skupiska masy oddalone od

siebie). Z uwagi na wyst puj ce zjawiska (np.

tla histerezy) przy kolejnych

cyklach

obci enia spr ysto – plastycznych nast puje pogorszenie si

stabilizacji odkszta ce

trwa ych oraz narastaj cy wzrost ugi . St d te zaleca si wymiarowa element na moment
odpowiadaj cy redniemu wska nikowi wytrzyma

ci:

w = (w

spr

+ w

)/2

(dla dwuteownika w = 1,5 –1,7)

Ugi cia –

wi ksze ( w granicach 0,15 –1,5) w miar

zwi kszania wymiarów

sztywno ci zginania EI- (wspó czynnik ten ingeruje w wymiary coraz bardziej, gdy moment
bezw adno ci podnoszony jest do pot gi 2-ej a sztywno

do 4 – tej) Oblicza si je w fazie

spr . – plast.

Przy ogólnym ugi ciu w elemencie: y =

gdzie: M

– moment jednostkowy od si y

zaczepionej w pkt. obliczanego ugi cia i
skierowany po kierunku ugi cia

d -elementarny k t obrotu = Mdx/EI

W fazie spr ysto – plastycznej ( uplastycznienie)   EI zmienia si  na (EI)’ zmiany te zale
od  przebiegu  momentów  oraz  od  wysoko ci  strefy  uplastycznienia  przekroju.
Wy czaj  si  skrajne w ókna , uk ad wiotczeje.
Obecna  metoda stanów granicznych opiera si   w  konstrukcjach  metalowych na spe nieniu
dwóch  stanów granicznych :

1. S.G.No no ci obejmuj cy stan granicznie charakteryzuj ce si :

zerwaniem w najbardziej wyt onym przekroju

utrat stateczno ci cz ci lub ca

ci konstr.

Przekszta ceniem konstrukcji w uk ad geometrycznie zmienny

Zniszczeniem w skutek zm czenia ( cykliczne obci enie)

Nadmiernym odkszta ceniem spr zystym lub plastycznym

Przemieszczeniem lub

kni ciem(prowadzi to do zmiany kszta tu geom).

Utrat

równowagi , wywróceniem lub przesuni ciem ca osci lub cze ci

konstrukcji

2. S.G.

ytkowania:

Odkszta cenia niedopuszczalne

ze wzgl du na normalne

ytkowanie

konstrukcji

Nadmierne przemieszczenie bez utraty zmian kszta tu i geometrii

Nadmierne drgania

Nadmierne

uszkodzenie

skutek

nieodpowiedniego

zabezpieczenia od

korozji, ognia od wp ywów atmosferycznych lub chemicznychoraz w skutek
nieodpowiedniej konsekwencji

CZENIA W KONSTRUKCJACH

STALOWYCH Dzielimy na dwa typy :

- rozbieralne – sworzniowe, rubowe (zwyk e spr one)
- sta e – nitowe, spawane, zgrzewane, mieszane

Sworzniowe – czyste przegubowe

- ju si nie stosuje

Rozk ad napr

dociskowych z uwagi na luzy ( zginanie sworznia ). Stosuje si jedynie w

przegubowych po czeniach

w uk adach np. trójprzegubowych lub jako przeguby do

monta u ca ego elementu

rubowe – stosujemy gdy:

po czenie ma by wykonane na monta u

cznik ma pracowa na rozci ganie ( w po czeniach doczo owych)

gdy

czy si elementy wra liwe na uderzenia

gdy nitowanie jest utrudnione ( ze wzgl du na trudny dost p i zagro enie

ogniowe)

cz cy elementy ( metalizowane, cynkowane i aluminiowane)

Stosujemy ruby w metrycznej skali Sellersa 6 lub 4 – kr tne
Surowa ruba sk ada si z :

sworznia z gwintem ( d . 0,5;2/3;1/3 lub 1)

nakr tki

podk adki ( gwint powinien znajdowa si w obr bie podk adki)

W po czeniach zak adkowych ruby nie mog by nagwintowane na d ugo ci po czenia (
dopuszcza si wej cie gwintu na g boko nie wi ksz ni 1,5 zwoju gwintu dla elementów

czonych).

Podk adka – by wyprowadzi a gwint poza obr b elementów

czonych ale te , zapewnia

docisk, wysoko nakr tki wi ksza ni

ba.

W konstrukcjach stosuje si :

M – ruba metryczna

M 10 – 30 ; powszechnie stosowana
M > 30 ; sytuacje konieczne , lepiej stosowa wielokrotno ci

M10

M12

M16

M20

M24

M27

M30

(opisuje si )

W rubach okre la si

rednic (M10) dalej klas

ruby ( 5.8), d ugo

ruby,

d .

zakleszczenia
Klasy rub:

3.6

4.6

4.8

5.6

5.8

6.6

6.8

8.8

10.9

12.9

Pierwsza cyfra - 1/10 wytrzyma

ci ruby w kN/cm

Druga cyfra - 1/10 % udzia u granicy plastyczno ci do granicy wytrzyma

Iloczyn dwóch cyfr – granica plastyczno ci stali ruby

ruba zak adana na monta u
ruba zak adana na monta u i otwór wiercony na monta u

ruba z bem sze ciok tnym + nakr tka (nakr tka od strony widza, a z

drugiej strony eb)

eb z przodu, a z ty u nakr tka

ruba  ciasno  pasowana
ruba  czworok tna
ruba  czworok tna- eb z przodu

ruby wykonuje si jako:

ruby zgrubne - na ogó wyt aczane. Z uwagi na pewne tolerancje w owalno ci

trzpienia

ruby te wymagaj

wi kszych luzów, st d ich stosowanie jedynie w

po czeniach tymczasowych i po czeniach nie podlegaj cych obliczeniom. Z uwagi
na wi ksze luzy wyst puje w nich wi ksze zró nicowanie obci

, wi ksze

zginanie, znaczne zmniejszenie no no ci zm czeniowej (nawet do 2 i wi cej raza).

ruby te produkuje si w rednicach od 8-52 mm.

ruby rednio dok adne - ruby z tolerancj wymiarow 1/10, a zatem stosowane do

cznia elementów konstrukcyjnych obci onych statycznie i dynamicznie

ruby pasowane

obrabiane przez obróbk

wiórow , prze wytaczenie;

stosowane w po czeniach o du ym obci eniu dynamicznym, przy odpowiednio
ma ych luzach, najcz ciej s to ruby ciasno pasowane.

ruby zbie ne – rzadziej stosowane

dla wielu pakietów blach:

ruby hakowe

otwór rozwierca si rozwiertakiem sto kowym,
do uzyskania odpowiedniego pochylenia

rednicy;

wk adamy

rub

dokr camy,

poklepuj c rub np. m otkiem gumowym

wk adamy

rub ,

zak adamy

nakr tki,

ale

wi kszej nie dokr camy – dobijamy m otkiem i
dokr camy, doci gaj c

ruby kotwowe zakotwienie przez si y przyczepno ci ruby

zakotwienia p ytkowe

zakotwienia specjalne typu

otkowego

7. wkr ty do stali
8.

ruby rzymskie (nakr tki rzymskie) – sk adaj si z dwóch nakr tek, na jednej gwint

lewy, na drugiej prawy; przy kr ceniu w jedna stron pr t si wyd

a, w drug

skraca; s

do wst pnego naci gu, do podwiesze , do regulacji d ugo ci

Po czenia rubowe dziel si na dwie grupy:

1. po czenia zak adkowe

•

tendencje do zginania, dla blach o ma ej grubo ci

•

obci enie symetryczne, nie ma zginania

•

cznik pracuje na docisk i cinanie

•

docisk do elementów – przyjmujemy, ze na ca ej powierzchni docisku

obci enie jest liniowe, nieliniowo ci malej im mniejsze luzy ( najmniejsze
przy ciasno pasowanych

2. po czenia doczo owe

•

czniki pracuj

przede

wszystkim na rozci ganie, nie powinno si

dopuszcza

cinania i docisku

•

kategorie A i D w po czeniach na ruby zwyk e

•

kategorie B, C, E, F – styki na ruby spr

aj ce (styki spr one), ruby

wysokich wytrzyma

•

W przypadku obci

dynamicznych i zmiennych wielokrotnie stosuje si

po czenia spr one (na

ruby spr one), na

ruby

pasowane

lub

ewentualnie po czenia nitowe.

•

ugo trzpienia

cznika w cz ci zakleszczenia (czyli w obr bie

czonych

elementów) musi by mniejsza ni 5d dla po cze

rubowych nitowanych

oraz 8d dla po cze spr onych.

•

W wyj tkowych przypadkach mo na dopu ci zwi kszenie d ugo ci odcinka

docisku cz ci zakleszczonej nita do 8t, a nawet 10t pod warunkiem
zastosowania specjalnych technologii zaklepywania

rednice otworów:

1. dla rub rednio dok adnych, przy rednicach

8 < d < 14

= 1 mm

16 < d < 24

= 2 mm

27 < d < 45

= 3 mm

??????????????? X

-ew. si a rozci gaj ca

cznik

µ-wsp.tarcia (0,1-0,6)

-wsp. zmniejszaj cy, uwzgl dniaj cy rodzaj otworów w po czeniach

=1 dla otworów pasowanych i rednio dok adnych
=0,85 dla otworów okr

ych powi kszonych, owalnych krótkich

=0,7 otwory owalne d ugie

cznik powinien pracowa

1-osiowo,w przypadku wyst powania

cze

2-osiowych

no no

cznika trzeba sprawdzi na si S

i S

)

+(S

)

No no nitów na cinanie i docisk jak dla rub albo do wiadczalnie przyjmuj c do oblicze
80% no no ci charakterystycznej. Dopuszczalna no no

nita na rozci ganie S

=0.3 R

przy czym nit nie powinien pracowa wy cznie na rozci ganie (stosowa wówczas ruby).
W przypadku wyst powania obci enia

onego nale y bezwzgl dnie sprawdza

jego

no no jak wy ej dla rub.
Po czenia nitowane

najlepiej pod wzgl dem in . pracuj cymi po czeniami(na rozci ganie)

Przy du ych obci eniach dynamicznych pracuj

lepiej ni

zwyk e po czenia

rubowe,

jednak wykazuj równie , cho w mniejszym zakresie sk onno do wyrobienia

czników i

opalizacji otworów. Technologia : nit surowy sk ada si z ba i trzpienia zako czonego na

ugo ci 1,5d, sto kowo dla wygodniejszego i lepszego u

enia go w

czonym elemencie.

Rozró nia si

by: kuliste, sto kowe p askie, sto kowe wypuk e. Nity specjalne o kulistych

bach powi kszonych, tzw. szczelnomocne –dla

czenia elem. przy zachowaniu najw.

szczelno ci po czenia.
Nit musi mie

odpowiedni

ugo

trzpienia, aby

ciwie wykona

po czenie i

uformowa odpowiedni zakuwk . Dla zakuwki kulistej zwyk ej d . Trzpienia nita wynosi
l=1,12 t+1,5d
Nity zaklepywanie na gor co-otwory wiercone dla blach o grubo ci do 8 mm mo na najpierw
przebi

rednic

mniejsz

i rozwiera

rednicy wymaganej. Nit rozgrzewa si

temperatury

950-1050

(jasnoczerwony

stan),

wk ada

otworów

zaklepuje

pneumatycznie lub hydraulicznie( rzadko

cznie), stosuje si

niciarki( z nasadkami do

zaklepywania ba i zakuwki) Nit wykazuje na pocz tku zaklepywania sp cznienie w obr bie

czonych elem. a pó niej nast puje dalsze zaklepywanie .

Sp cznienie nita celem dok adnego wype nienia otworów ma podstawowe znaczenie dla
jako ci i wytrzyma

ci po czenia. Dopiero po zako czeniu sp czania powinno nast pi

formowanie zakuwki. Ca

zako czona powy ej 500

C, zatem w temp. wy szej od tej, w

której stal traci swoje w

ciwo ci kujne na gor co(dow. formowania plastyczne na gor co,

co powoduje zmiany strukturalne).
Nit stygnie kurcz c si i wywo uje si y docisku w

czonych elementach. W nicie wyst puj

znaczne napr

enia rozci gaj ce(0,5-0,9)R

, a nawet do granicy plastycznej R

. X

Ze wzgl du na skurcz i mo liwo dok adnego uzupe nienia

czonych otworów, d ugo

trzpienia nita w obr bie tworzonych elementów nie powinna by d

sza ni 5d:

l < 5d
W  sytuacjach  wyj tkowych mo na zak ada  nity o  d ugo ci zakleszczenia wi kszej ni  5 d,
stosuj c  jednak  specjalne  technologie  zaklepywania.:
a) stosuj c dwuetapowe nagrzewanie trzpienia nita (nit podgrzany do  temperatury  ~ 1000

sch adza si

w cz ci przeznaczonej na zakuwk

od 100 d0 150

C i zaklepuje. Przy

zaklepywaniu cz

wystaj ca sch odzona ma mniejsz podatno plastyczn , co powoduje, e

swobodniej deformuje si (odkszta ca si ) cz

przeznaczona do zakleszczenia nita

(przeznaczona  do  sp cznienia).  Po  zako czeniu  sp cznienia nast puje  formowanie  zakuwki b)
stosuj c dwustopniowe  nasadki na  zakuwce. W I fazie zaklepywania (sp cznienia) stosuje si
nasadk   tulejow  nie  pozwalaj

na formowanie zakuwki. Po zako czeniu sp cznienia zmienia

si nasadk na dostosowan do kszta tu ba (zmienia si nasadk i zaklepuje si zakuwk )
c) za pomoc specjalnych tulejowych okr gów. Mo na w ten sposób zaklepywa nity o

ugo ci zakleszczenia do 8 mm a nawet do 10 d

rednica nita surowego o 1 mm mniejsza od rednicy obliczeniowej ( rednicy otworów –

czyli o 1 mm otwory wi ksze)

rednice obliczeniowe nitów: 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29

1 Niedopuszczalne wady – 4 z kilkunastu:
. nit  lu ny  (sprawdzane przez  opukiwanie m otkiem)
2.  cz ciowe  przyleganie ba nita ( musi  ca kowicie  przylega )
3.  p kni cie ba  nita  (promieniowe)
4. nieca kowite  wype nienie  otworów (z e sp cznienie) – zakuwka jest wi ksza, gdy   ca y
materia  nie  wszed  tam  gdzie powinien
Trzeba wówczas wyci  nit i wykona  na nowo!

Nit  powinien  pracowa   wy cznie  w  po czeniach  zak adkowych.
Praca  dwuetapowa:
1  etap  –  praca  elementów  dociskanych  (przez tarcie praca),  brak  przemieszcze .  Dopiero
pó niej – deformacje w  wyniku  docisku.

Nie powinno si stosowa nitów, w których napr enia b

tylko rozci gaj ce.

Dopuszcza si

dodatkowe rozci ganie nitów o warto ci 0,3 R

A, przy czym nit nie

powinien pracowa wy cznie na rozci ganie !!!

No no na docisk i cinanie – jak dla rub. Ustala do wiadczalnie, przyjmuj c do oblicze
0,8 no no ci charakterystycznej.

po czenia

bardzo in ynierskie,

bardzo

dobrze pracuj ce,

wad

jest ich

nierozbieralno i to e, trzeba je bardzo dok adnie wykona (k opotliwe po czenie)

CZENIA NA RUBY SPR

ONE

Kategoria D, E, F - doczo owe

D – zwyk e lub spr one
E, F – spr one

Stosowane spr enie

Si a w sumie b dzie sta a do momentu, gdy odpór = obci eniu zewn trznemu

Po czenie doczo owe spr one nie ma wi c wi kszej no no ci ni

no no

ruby.

Zastosowanie

rub wy szej no no ci – powoduje zwi kszenie no no ci. Stosowanie

po cze spr onych zapobiega zm czeniu materia u.

Po czenie spr one stosujemy w przypadku (do)czo owego po czenia.
Doczo owe

spr one

tylko

elementach

obci onych

dynamicznie,

zwyk ych

obci eniach – zwyk e ruby.

Zak adkowe  – dla  statycznych  i dynamicznych
1. Z cza pracuj  na docisk du ych powierzchni, a zatem si y przenoszone s  przez tarcie, co
eliminuje  wyst powanie  zniszczenia

czników i owalizacji otworów (przy po czeniach

obci onych dynamicznie
2. Z uwagi jw. na docisk du ych powierzchni (tarcie), wyst puje znaczne

agodzenie

koncentracji napr

3. W wielu przypadkach mo na nie uwzgl dnia os abienia, gdy jest ono tutaj znacznie
mniejsze
4. Nie ma potrzeby kontroli i ewentualnej wymiany

rub lub nitów z biegiem czasu

eksploatacji
5. Rozbieralno konstrukcji

ruby spr aj ce w zasadzie nie ró ni si wygl dem od rub zwyk ych

Podk adki – zawsze 2 – pod

eb i pod nakr tk

– roz

enie docisku na wi ksz

powierzchni

Nale y pami ta od odpowiednim dokr ceniu.
Si spr aj

w rubie okre la si na 0,7R

– przekrój obliczeniowy). Aby powsta a

taka si a w rubie (S

– si a spr aj ca), to dla rub z gwintem ostrok tnym, metrycznym,

nale y rub spr

- dokr ci momentem spr aj cym o warto ci 0,18 S

d (d – rednica

ruby)

W rubie powstaje z

ony stan napr enia, gdy poza rozci ganiem wyst puje skr canie, a

wi c i cinanie od skr cania

= moment skr caj cy, W

= wsk.wytrz. na skr canie

Celem zwi kszenia no no ci po cze

zak adkowych na

ruby spr aj ce stosuje si

specjalnie przygotowane powierzchnie, tak aby zwi kszy wspó czynnik tarcia, np.:
- przez

rutowanie i piaskowanie powierzchni – zwi kszamy wspó czynnik tarcia z

normalnego 0,2 na 0,4 a nawet 0,45 (z mo liwo ci  zwi kszenia o 0,05 przy kontroli jako ci
powierzchni  przed monta em)
- pow oki z ró nych farb - 0,4 - 0,5 nawet
pow oki  cynkowe

0,3 - 0,5 (w zale no ci od sposobu na

enia, 0,3 – ogniowe

enie)

opalanie p omieniem acetylenowym - 0,35 – 0,4

Za gruba pow oka galwaniczna np.: cynkowa to spadek wsp. tarcia nawet o 0,1

W  zwyk ych  po czeniach rubowych zak adkowych te  mo na  zwi kszy   no no   !
-  stosowanie  lepszych rub
- zastosowane po czenie mieszane np.: klejowe – na ciskanie
  G ównie  kleje

ywicowe, chemoutwardzalne, wymagaj ce odpowiedniej temperatury i si

docisku.

kleje najlepiej pracuj ce w temperaturze otoczenia, które

bardzo

dobrze pracowa y ze wzgl du na du y docisk.

Po czenia spr one wymagaj

odpowiedniej wiedzy technicznej i kultury technicznej.

Po czenie rub musi by precyzyjne, prowadzone stopniowo.

W po czeniach doczo owych wymagana jest szczególnie dok . (p asko ) dociskanych
elementów. Nie mo e wyst powa szczelina w

czonych elementach)szczelinomierz o gr.

0,2 mm nie mo e wej g biej ni 10 mm). Co oznacza,

e w znakomitej wi kszo ci

przypadków blachy czo owe styków doczo owych

wymaga y obróbki wiórowej dla

zlikwidowania deformacji kszta tu, w tym równie wygi pospawalniczych.
X
Po czenia doczo owe-spr one: wykorzystywane wy cznie dla obci

dynamicznych z

uwagi na sta e wyt enie rub i brak zm czenia

czników , wymagaj znacznie wi kszej

dok adno ci wykonania ; powierzchnie

askie-niejednokrotnie frezowane (wada: cena i

przed

enie czasu wykonania ).

Do rub  spr onych  stosujemy ruby klasy –min : 8.8 (preferowane 10.9 , 12.9)
W  styku doczo owym  p asko  powierzchni musi  zapewnia  to , e  szczelinomierz o gr. 0.2
mm nie mo e wej  g biej ni  10 mm.

Po czenie spr one obliczamy wed ug PN  jedynie dla: M20;  M24.
Po czenie  doczo owe  nie mo e by  po czeniem, w którym element jest wygi ty (wówczas
element  jest  doci gni ty rub   spr aj

). RUBY NALE Y DOKR CA STOPNIOWO

Po czenia spr one-zak adkowe:

szczególnie w po czeniach mieszanych, mo na

bowiem zwi kszy

no no

takiego po czenia nawet dwukrotnie (i wi cej): wyj tkowo

korzystne w

po czeniach mieszanych

po czenia klejowo- rubowe, w przypadku

stosowalno ci

rub zwyk ych – maj

one za zadanie przenie

wszystkie obci enia

prostopad e do

aszczyzny klejenia .

Po czenia te projektujemy tak, aby KLEJ przenosi wy cznie napr enia

cinaj ce =du a

no no na

CINANIE oraz ma a na rozci ganie ( ró nica ponad 10-krotna), a RUBA –

jedynie napr enia rozci gaj ce.
Wi kszo

klejów wymaga dla efektywnej pracy (odpowiedniego zwi zania i oczekiwanej

wytrzyma

ci ) : pewnej si y docisku (co zapewniaj

ruby ) oraz okre lonej temperatury

polimeryzacji.
W przypadku stosowania rub spr aj cych - dodajemy do kleju opi ki korundowe (du e si y
docisku

powoduj

wgniatanie cz stek twardych w elementy, tym samym podniesienie

no no ci na ci cie p aszczyzn

czonych) .

Projektowanie: przeciwwskazania dla kombinacji po cze

sztywnych (m.in. nitowane

spr one-zak adkowe, klejowe, spawane, na

ruby pasowane ) z podatnymi (na

ruby

zwyk e) .
Z po cze

wykonywanych w miejscu eksploatacji wybieramy

RUBOWE, poniewa

monta u spoiny obni amy jej no no  o 10%.
Po czenie rubowe  stosujemy   wówczas, gdy  elementy  s   cynkowane (metalizowane).
W  praktyce

ymy aby po czenie posiada o najwi ksz no no i nie stanowi o s abego

punktu konstrukcji.

Sposoby rozmieszczenia rub dla n=6

(najlepiej)

WYMIAROWANIE, OBLICZANIE PO

CZE

RUBOWYCH:

(1) wszystkie

czniki bior jednakowy udzia w przenoszeniu obci enia,

(2) centryczne rozmieszczenie wzgl dem osi pr ta,
(3) pomijamy szczyty napr

w s siedztwie przekroju Q otworów

(4) przekroje rozci gane : jako przekroje netto ( redni, bez szczytów napr

Z uwagi na niespe nienie (1) warunku: ogranicza si ilo

czników po kierunku dzia ania

obci enia do 6-u ; rozstaw skrajnych

czników < 15d ( w przeciwnym razie musimy

zapewni redukcj no no ci po czenia za pomoc wspó czynnika zmniejszaj cego

=1-[(l-15d)/200d] gdy l-odleg

mi dzy skrajnymi

cznikami

= P*a+H*b

# dzia anie P: obci enie dla ka dej ze rub P’=P/n
# H’=H/n
# dzia anie M: w przypadku niespe nienia warunku (1) równowa ymy moment M

dla

zablokowania obrotu
# najbardziej obci ony

cznik- najwi ksza wypadkowa od poszczególnych obci

(P,H,M)

CEL: OBCI

ENIE PRZENOSIMY DO

RODKA CI

KO CI UK ADU

ELEMENTÓW

CZONYCH

Zatem :

M1 r1 + M2 r2 + M3 r3 + .... + Mn rn

: N

= r

: r

N2 N1

N3 N1

+ r

( )

M r 1

M r 2

M r 3

( )

Zatem :

M1 r1 + M2 r2 + M3 r3 + .... + Mn rn

: N

= r

: r

N2 N1

N3 N1

+ r

( )

M r 1

M r 2

M r 3

( )

CZENIA SPAWANE

Spawanie jest to proces sta ego

czenia metalu za pomoc

uku. Wi e si to z

wyst powaniem wysokich temperatur. Wyst puje w zwi zku z tym szereg zmian w materiale
oraz promieniowanie szkodliwe dla spawacza: twarde i mi kkie . W zwi zku z tym ci le
okre lone s rygory BHP.

Promieniowanie – bardzo szkodliwie dzia aj ce na ca skór

nawet nowotwory.

Najlepsz ochron s r kawice i fartuch ze skóry.

Spawanie jest to proces trwa ego

czenia metali. Zasadniczo wykonujemy spawanie

jako spawanie

ukowe lub gazowe. Pewnymi procesami pokrewnymi jest zgrzewanie i

lutowanie. Spawanie

ukowe wykorzystuje wysok

temperatur

uku elektrycznego, a

spawanie gazowe – najcz ciej za pomoc

acetylenu. Do wykonawstwa konstrukcji

stalowych stosuje si wy cznie spawanie ukowe. Spawanie to dzieli si na 2 podgrupy:

1) spawanie elektroda topliw ; rozró nia si tu:

a) spawanie elektrod   otulon
b) spawanie ukiem  krytym
c) spawanie  w os onie gazów ochronnych

2) spawanie elektrod nietopliw

a) spawanie elektrod w glow lub wolframow
b) spawanie atomowe
c) spawanie w os onie gazów ochronnych

Spoina –

cza sk adaj ca si

z metalu stopionego podczas procesu

spawania. Mo e by

wynikiem stopienia wy cznie materia u elementów

czonych lub (w

znakomitej wi kszo ci) z materia u elementów

czonych jak i z materia u dodatkowego

zwanego stopiwem. Mo e to by materia doprowadzony w postaci topliwej elektrody (drutu)
lub przy spawaniu elektrod

nietopliw

doprowadzony z zewn trz w postaci drutu

spawalniczego (ró nych rodzajów).

Podczas spawania metal w mniejszym lub wi kszym zakresie przechodzi przez faz

ciek . Wykazuje on w niej wi ksze powinowactwo z gazami powietrza, które mog z nim
reagowa

lub rozpuszcza

w nim. Oba te zjawiska w znaczny sposób pogarszaj

ciwo ci

po cze .

Zaradzamy

temu

przez

stosowanie

odpowiedniej

technologii

spawania.

NIE MA STALI NIESPAWALNEJ! S STALE TRUDNOSPAWALNE

Krzepni cie spoiny z uwagi na ma obj to jeziorka roztopionego metalu przebiega

bardzo szybko. Wp ywa to w sposób istotny na struktur tej cz ci materia u rodzimego
(poza spoin ), w której pod wp ywem ciep a spawania

zachodzi y ró ne zmiany

strukturalne.

1529 1480

1100

Przebieg na
pewno jest
nieliniowy

860

700

500

200

Temperatura uku: na biegunach 6000°C; w rodku 3000°C

ugo

uku: 3-5mm

Czyste elazo topi si w temperaturze 1529°C

1480 – 1100 strefa przegrzania = 2
1100 – 860 strefa normalizacji zupe nej = 3
860 – 700 strefa normalizacji cz ciowej lub niezupe nej = 4
500 – 700 strefa rekrystalizacji = 5
200 – 500 strefa krucho ci na niebiesko = 6

W strefie 1 wyst puje cz ciowo roztopiony  metal pomieszany ze  stopiwem
W strefie 2  przegrzanie –  struktura  gruboziarnista o  ziarnach  wielokrotnie  wi kszych od
wielko ci  pierwotnej,  przechodz ca  w  stan  Widmanstättena.  Charakteryzuje  si   znacznym
spadkiem  udarno ci.
Strefa  3÷4 –  struktura drobnoziarnista.  W asno ci  mechaniczne  na ogó   lepsze ni   przed
procesem  spawania.

Strefa 5 – Korzystna. Ziarna zniekszta cone podczas obróbki plastycznej ulegaj odbudowie i
odwracaj efekt zgniotu.
Strefa 6 – obszar ten nie wykazuje powa niejszych zmian struktury. Wyst puje nawet wzrost
wytrzyma

ci, ale spadek wyd

alno ci i udarno ci.

W stalach nieuspokojonych jest to strefa intensywnego starzenia si materia u, co

pogarsza zdecydowanie  udarno   i  wywo uje kruche p kni cia.  Dlatego  te   w przypadku
stosowania  po cze   spawanych  w elementach  silnie obci onych,  g ównie  dynamicznie,  a
nawet  quasi-dynamicznie  nie  nale y  stosowa   stali  nieuspokojonych,  a stale  pó uspokojone
tylko w pewnym zakresie.

Przy du ym dynamizmie tylko stale uspokojone!!!

Zasi g poszczególnych stref jest zmienny w znacznych granicach i zale y

ównie od

metody  i parametrów  spawania.  Najmniejsz   stref   wp ywu  wykazuj   z cza  wykonywane
automatycznie ukiem krytym, natomiast najszersze  strefy wp ywu  wyst puj  przy spawaniu
gazowym  – st d  wykluczenie  tego  spawania dla

czenia konstrukcji stalowych!

BUDOWA SPOINY jest zwykle dendrytowa (ziarna

one kierunkowo, a w osi

symetrii spoiny wyst puje strefa koncentracji zanieczyszcze , co wi e si z obni eniem
wytrzyma

ci spoin). Ma to szczególne znacznie w spoinach wysokich (grubych). Uk adanie

tych spoin powinno by

wielowarstwowe, bowiem uk adanie ka dej kolejnej warstwy

powoduje

ca kowite

lub

przynajmniej

cz ciowe

normalizowanie

warstw

uprzednio

onych. Spawanie to zw a równie strefy wp ywu ciep a i wp ywa dodatnio na odcinek

przegrzania. W wyniku tego uzyskujemy z cze i wi kszej udarno ci i wyd

alno ci – ze

znaczn popraw cech plastycznych.

W czasie spawania na p ynny metal dzia aj :

otaczaj ca atmosfera

gazy z otulin elektrod

sk adniki materia u rodzimego

sk adniki

lotwórcze

Zasadniczo zachodzi utlenianie metali i redukcja tlenków. Ró ne sk adniki otulin elektrod
maj

m.in. za zadanie wytworzenie atmosfery ochronnej odcinaj cej dost p gazów

atmosferycznych. niektóre z nich, silniej powinowate do tlenu tworz

z nim tlenki i

przechodz do

la, s to tzw. odtleniacze np.

giel (C), tytan (Ti), Mangan (Mn), Krzem

(Si).
Wolny tlen powoduje wydzielaj c si

na granicach ziarn i

cz c w O

zmniejszenie

wytrzyma

ci spoiny. Wolny wodór (H)

cz c si

w drobiny H

powoduje krucho

wodorow , czyli mikrop kni cia. Jego ilo w stopiwie ogranicza si przez suszenie elektrod i
czyszczenie kraw dzi

czonych elementów z wszelkich zanieczyszcze organicznych.

Siarka tworzy w spoinie siarczek

elaza, który ma kilkukrotnie wi ksz

obj to

materia ów wyj ciowych i wydzielaj c si na granicach ziarn powoduje podobnie jak H

mikrop kni cia. St d ograniczenie do technicznego minimum zawarto ci siarki w drucie
elektrodowym lub drucie spawalniczym.