Συγκολλήσεις Χαλύβων Οπλισμού Σκυροδέματος

Transcript

1 Χαλύβων Οπλισμού Σκυροδέματος Σύμφωνα με τον Κανονισμό Τεχνολογίας Χαλύβων (ΚΤΧ)

2 σε δημόσια έργα Οι συγκολλήσεις οπλισμού χρησιμοποιούνται ευρέως στα εργοτάξια δημοσίων έργων. Στα εργοτάξια της οικοδομής χρησιμοποιούνται με κάποια επιφυλακτικότητα.

3 Τεχνικές Συγκόλλησης Tόξου Χειρωνακτική συγκόλληση τόξου με επενδυμένα ηλεκτρόδια (SMAW) Ημιαυτόματη συγκόλληση τόξου με κουλούρα σύρματος και προστατευτική ατμόσφαιρα αερίου Αr CO 2 (GMAW-MAG) Ημιαυτόματη συγκόλληση τόξου με σωληνωτά ηλεκτρόδια (FCAW) Ημιαυτόματη αυτοπροστατευόμενη συγκόλληση τόξου (χωρίς αέριο) (Self shielded Tubular Core Welding, παραλλαγή της FCAW και της SMAW)

4 Σχηματική αναπαράσταση της χειρωνακτικής συγκόλλησης τόξου (SMAW) Συλλίπασμα Ηλεκτρόδιο Σκουριά Προστασία αερίου Πυρήνας Μέταλλο Βάσης Μέταλλο Συγκόλλησης Λουτρό Διείσδυση

5 Σχηματική αναπαράσταση της ημιαυτόματης συγκόλλησης τόξου με ηλεκτρόδιο σύρμα και προστατευτικό αέριο(gmaw - MAG)

6 Διάταξη της ημιαυτόματης συγκόλλησης τόξου με ηλεκτρόδιο σύρμα και προστατευτικό αέριο (GMAW - MAG)

7 Μηχανισμός εκτύλιξης σύρματος και «τσιμπίδα»

8 Τεχνική βραχυκυκλωμένου τόξου Τυπικές παράμετροι D ηλεκτροδίου: 1.2mm Ένταση: Α Τάση: 17-25V Ηλεκτρόδιο: ΕR70S-6 ER80S-G Αέριο: Αr-20%CO 2

9 Ημιαυτόματη συγκόλληση τόξου σε προστατευτική ατμόσφαιρα Αr-CO2 (Gas Metal Arc Welding, GMAW ή MAG) Πλεονεκτήματα υψηλή παραγωγικότητα υψηλή ποιότητα, επειδή η προστασία από το αέριο είναι πολύ αποτελεσματική η απουσία σκουριάς περιορίζει στο ελάχιστο τον κίνδυνο παρουσίας μη μεταλλικών εγκλεισμάτων στη συγκόλληση. Δεν απαιτεί εξαιρετικά επιδέξιους συγκολλητές Μειονεκτήματα Δεν επιτρέπεται να λειτουργήσει παρουσία ρευμάτων αέρα, διότι το προστατευτικό αέριο διασκορπίζεται και δεν προστατεύει επαρκώς το τόξο. Δεν μπορεί να δράσει καθαριστικά στο μέταλλο που συγκολλάται, αν αυτό περιέχει ακαθαρσίες όπως το θείο (απουσία σκουριάς) ταχύτερος ρυθμό απόψυξης, που είναι δυσμενής στην περίπτωση χαλύβων περιορισμένης συγκολλησιμότητας.

10 Ημιαυτόματη αυτοπροστατευόμενη συγκόλληση τόξου με σωληνωτά ηλεκτρόδια (Flux cored arc welding) Βασικό πλεονέκτημα: Δεν επηρεάζεται σημαντικά από ρεύμα αέρος

11 Τύποι Συνδέσεων που εκτελούνται στο Εργοτάξιο Α) Συνήθεις περιπτώσεις Μετωπικές συγκολλήσεις ή άκρο με άκρο (butt joints) κατά παράθεση (lap joints) Σταυρωτές (cross joints) Β) Ειδικές περιπτώσεις Σύνδεση με λωρίδες (strap joints) Σύνδεση με άλλα δομικά στοιχεία (steel components) Πλευρική συγκόλληση ράβδου επί ελάσματος (side lap joint) Συγκόλληση ράβδου επί εγκαρσίου ελάσματος (transverse end plate joints)

12 Μετωπική Συγκόλληση (Butt joint) Διαδοχή των πάσσων για την αποφυγή έσωτερικών τάσεων και στρεβλώσεων

13 Μετωπική Συγκόλληση Προετοιμασία των άκρων Συνήθεις λοξοτομές για οριζόντια και κατακόρυφη θέση συγκόλλησης

14 Πότε εφαρμόζεται η μετωπική συγκόλληση Πλεονεκτήματα Οι δυνάμεις μεταφέρονται αξονικά Δεν απαιτείται μεγάλο μήκος για τις συνδέσεις Μειονεκτήματα Η παρουσία ελαττωμάτων είναι καταστρεπτική για την αντοχή Απαιτείται μεγάλη δεξιότητα του συγκολλητή Προϋποθέσεις Το μέταλλο του ηλεκτροδίου να έχει ίσες ή καλύτερες μηχανικές ιδιότητες από τις ράβδους που συγκολλούνται Χρήση ισχυρών ηλεκτροδίων ER80S-G, E8018, E9018

15 Τυπικά ελαττώματα μετωπικής συγκόλλησης (defects) α) Μετωπικές συγκολλήσεις β) Ραδιογραφίες γ) Μεταλλογραφική τομή δ,ε) Επιφάνειες θραύσης

16 κατά παράθεση (Lap joints)

17 Χαρακτηριστικά της κατά παράθεση συγκόλλησης Πλεονεκτήματα Δεν απαιτείται μεγάλη δεξιότητα του συγκολλητή Η παρουσία ελαττωμάτων δεν είναι κρίσιμη για την αντοχή Μειονεκτήματα Οι δυνάμεις δεν μεταφέρονται αξονικά και στη διάρκεια του εφελκυσμού παρατηρείται στροφή της σύνδεσης, που μπορεί να προκαλέσει αποδιοργάνωση του σκυροδέματος Το μήκος της σύνδεσης παραμορφώνεται μόνο ελαστικά, όταν η υπόλοιπη ράβδος έχει ήδη φθάσει στη θραύση Απαιτείται μεγάλο μήκος για τις συνδέσεις

18 Σύμφωνα με το CEN 247 (1989) και PrEN (2002), η εφελκυστική τάση στη ράβδο μετατρέπεται σε διατμητική τάση στη ραφή της συγκόλλησης, επομένως η αντοχή της συγκόλλησης είναι ανάλογη με την αντοχή σε διάτμηση του ηλεκτροδίου το μήκος της ραφής (L w ) το πάχος της ραφής (t w ) Δεν επηρεάζεται από τον σχεδιασμό της.

19 Καθώς η διατομή κατά το μήκος της συγκόλλησης δεν είναι σταθερή, έννοιες όπως το όριο διαρροής (Re) και το όριο θραύσης (Rm) δεν αποτελούν πρότυπα μεγέθη. Αντί αυτών, το φορτίο στο οποίο παρατηρείται διαρροή και εκδήλωση θραύσης εκφράζουν την αντοχή των συγκολλημένων συνδέσεων. Η «ισοδύναμη τάση» αντιστοιχεί στο φορτίο προς την διατομή της ράβδου που έχει συγκολληθεί. Η χρήση της ισοδύναμης τάσης επιτρέπει τη σύγκριση της αντοχής της συγκολλημένης σύνδεσης σε σχέση με μια ασυγκόλλητη ράβδο.

20 Συγκόλληση με λωρίδες (strap joint) Ράβδοι σύνδεσης από παρόμοιο συγκολλήσιμο υλικό Ισχύουν όσα ελέχθησαν για τις κατά παράθεση συγκολλήσεις

21 Σταυρωτές (cross joint) Από τη μία ή και από τις δύο πλευρές, σε ράβδους ίδιας ή διαφορετικής διαμέτρου Κίνδυνος ευθραυστότητας (μαρτενσίτη, μπαινίτη) Ελάχιστο μήκος ραφής: 0.5d ή 6mm Ελάχιστο πάχος ραφής 0.3d ή 4mm

22 Σύνδεση ράβδων με άλλα δομικά στοιχεία (steel components) Πλευρική συγκόλληση ράβδου επί ελάσματος (side lap joint) e d+2t d Από τη μία όψη του ελάσματος. d Από τις δύο όψεις του ελάσματος. d e d+2t d 4d 2d 4d t t t = max[0.4d, 4mm] 4d t t = max[0.4d, 4mm] t Μονόπλευρη Δίπλευρη Τομή συγκόλλησης

23 Σύνδεση με άλλα δομικά στοιχεία (steel components) Συγκόλληση ράβδου επί εγκαρσίου ελάσματος (transverse end plate joints) Ράβδος διερχόμενη από έλασμα Ράβδος αγκυρούμενη εντός του πάχους του ελάσματος Μετωπική συγκόλληση ράβδου επί ελάσματος

24 Ελασματική ρωγμάτωση (lamellar tearing)

25 Συγκόλληση παλαιού οπλισμού με νέο κατά παράθεση, συνεχείς και μονόπλευρες D (mm) C Mn Si N Ni Cu Cr S P Ceq S S 500s

26 Θερμική κατανομή Συγκόλλησης Μέταλλο βάσης Θερμικά επηρεασμένη Ζώνη (ΘΕΖ) Τήγμα C Ζώνη τήξης θερμοκρασία Σημείο τήξης C Θερμοκρασία αλλαγής Μικροδομής C Μέταλλο Βάσης-<650 0 C θέση Ceq = %C + %Mn / 6 + (%Cr + %V + %Mo) / 5 + (%Cu + %Ni) / 15. Σχηματισμός Μαρτενσίτη: C>0.24 και C eq >0.52 Η>350ΗVickers, Ευθραυστότητα

27 Όταν παρίσταται ανάγκη συγκόλλησης παλαιού οπλισμού ή οπλισμού άγνωστης προέλευσης με νέο είναι απαραίτητο να γίνεται αρχικά αναγνώριση του υλικού. Για την αναγνώριση του υλικού του παλαιού οπλισμού επιβάλλεται να γίνει πλήρης χημική ανάλυση. Με την χημική ανάλυση προσδιορίζεται η ισοδύναμη τιμή σε άνθρακα και διαπιστώνεται αν και με ποιες συνθήκες ο χάλυβας μπορεί να συγκολληθεί. D (mm) C Mn Si N Ni Cu Cr S P Ceq S S 500s

28 Α) Αν προκύψει C<0.24 και Ceq<0.52 ο χάλυβας είναι συγκολλήσιμος και συγκολλείται σύμφωνα με τα γνωστά. Β) Αν προκύψει 0.25<C<0.45 και Ceq<0.70 ο χάλυβας θεωρείται «συγκολλήσιμος υπό προϋποθέσεις» και η συγκόλληση εκτελείται με τη χρήση προθέρμανσης C Γ) Αν προκύψει C>0.45 ή/και Ceq>0.70 ο χάλυβας θεωρείται μη συγκολλήσιμος και δεν επιτρέπεται συγκόλληση. Σε περιπτώσεις εξαιρετικής ανάγκης εξετάζεται το ενδεχόμενο της συγκόλλησης μετά από ειδική προς τούτο έρευνα.

29 Προετοιμασία Προσεκτικός καθαρισμός επιφάνειας από σκουριά με σμυριδόπανο Προθέρμανση με ήπια φλόγα προπανίου/βουτανίου Προθέρμανση σε όλο το μήκος της συγκόλλησης και 50mm εκατέρωθεν Σε απόσταση mm από τη συγκόλληση η θερμοκρασία να είναι C Εκτέλεση Κατά παράθεση ή μετωπική με διαμόρφωση άκρων Κατά προτίμηση GMAW-MAG με Αr-CO 2, αλλά επιτρέπεται και η SMAW Σε κατακόρυφη θέση ραφές ανεβατές Ηλεκτρόδια: ΕR70S-6, ER80S-G (σύρμα), φ 1.2mm, A. Ε6013 (ρουτιλίου) και Ε7018, Ε8018, Ε9018 (βασικά), φ3.25mm ή φ4mm ( A)

30 Συγκόλληση με ηλεκτρική αντίσταση (spot welding)

31 GMAW Filler Metal Designations Gas Metal Arc Welding ER - 70S - 6 Electrode Rod (can be used with GMAW) Composition 6 = high silicon Solid Electrode Minimum ultimate tensile strength of the weld metal

32 Gas Metal Arc Welding GMAW Modes of Metal Transfer Spray Globular Short Circuiting Pulsed Spray

33 Aνθρακοχάλυβες: Ιδιότητες

34

35 1000 Colled rolled steels TS (MPa) TRIP Dual Phase Dual Phase HSS Microalloyed (HSLA) HS Isotropic Bake-Hardening (HS BH) IF HS Rephosphorized USISTAMP06 USISTAMP El ( %)

36 Alteration of Grain Structure as a Result of Plastic Deformation FIG Alteration of the grain structure of a polycrystalline metal as a result of plastic deformation. (a) Before deformation the grains are equiaxed. (b) The deformation has produced elongated grains.

37 Martensite Diffusionless transformation of FCC to BCT (more volume!) Lenticular structure Very hard & very brittle.

38 Iron-Iron Carbide Phase Figure 4.8 The ironiron carbide phase diagram. Because of the importance of steel as an engineering material, this diagram is one of the most important of all phase diagrams. Diagram

39 Martensite (b) igure 4.18 (a) Hardness of martensite, as a function of carbon content. (b) Micrograph f martensite containing 0.8% carbon. The gray platelike regions are martensite; they ave the same composition as the original austenite (white regions). Magnification: 000X. Source: Courtesy of USX Corporation.

40 Residual Stresses Developed During Welding Figure Residual stresses developed during welding of a butt joint. Source: American Welding Society.

41 FCAW Electrodes AWS Classifications Ex. E70T-1 E = electrode 70 = 70,000 psi tensile strength T = tubular wire 1 = 1 thru 11 indicate chemical composition, method of shielding, and welding suitability

42

43