Σχεδιαςμόσ Καταςκευϊν από κράματα αλουμινίου 3.10

Transcript

1 2016 Σχεδιαςμόσ Καταςκευϊν από κράματα αλουμινίου 3.10

2 Περιεχόμενα Γενικοί κανόνεσ Γενικοί κανόνεσ Ευρωκϊδικασ 9: Σχεδιαςμόσ Καταςκευϊν από Αλουμίνιο Σχεδιαςμόσ Συγκολλθτϊν ςυνδζςεων Χαρακτθριςτικι αντοχι Μζκοδοσ ςχεδίαςθσ μετωπικϊν ςυγκολλιςεων ττλιρουσ διείςδυςθσ Μζκοδοσ ςχεδίαςθσ γωνιακϊν ςυγκολλιςεων Αντοχι ςχεδιαςμοφ τθσ ΘΕΖ Περίγραμμα ςχεδίαςθσ κατά τθσ κόπωςθσ των καταςκευϊν αλουμινίου 22 1

3 Γενικοί κανόνεσ Γενικοί κανόνεσ Γενικοί κανόνεσ Το αλουμίνιο, ςφμβολο ΑΙ. είναι το μεταλλικό εκείνο ςτοιχείο που βρίςκεται ςε μεγαλφτερθ αφκονία ςτο φλοιό τθσ γθσ. Ο ατομικόσ του αρικμόσ είναι 13 και βρίςκεται ςτθ ςτιλθ ΙΙΙα του Περιοδικοφ Πίνακα. Είναι το πιο άφκονο ςτοιχείο ςτον πλανιτθ μετά τα μθ μεταλλικά οξυγόνο και πυρίτιο. Δεν ςυναντάται ποτζ ωσ ελεφκερο μζταλλο αλλά ςυνικωσ ςε μορφζσ αλάτων αναμεμιγμζνο με άλλα μζταλλα όπωσ το νάτριο, το ςίδθρο, το μαγνιςιο κ.α. Τα ορυκτά ςτα οποία ςυναντάται, υφίςτανται διαδικαςία χθμικοφ κακαριςμοφ, οπότε και προκφπτει ο βωξίτθσ, ζνα ζνυδρο μθ κακαρό οξείδιο του αλουμινίου, το οποίο αποτελεί και, τθν εμπορικι πθγι του κακαροφ αλουμινίου και των κραμάτων του. Περίπου δφο με τρεισ τόνοι βωξίτθ απαιτοφνται νια τθν παραγωγι ενόσ τόνου αλοφμινασ (Al 2 O 3 ) και από δυο περίπου τόνουσ αλοφμινασ προκφπτει ζνασ τόνοσ κακαροφ μετάλλου. Η κακαρότθτα του προϊόντοσ μπορεί να φτάςει το 99,5%, ενϊ με περαιτζρω διεργαςίεσ μπορεί να φτάςει και το 99,9%. Κατά το ςχεδιαςμό καταςκευϊν από κράματα αλουμινίου, οι κανόνεσ που ακολουκοφνται είναι παρόμοιεσ με αυτοφσ που διζπουν τισ χαλφβδινεσ καταςκευζσ ωςτόςο, ςθμαντικζσ είναι οι διαφορζσ που προκφπτουν από τθν φφςθ των υλικϊν και ςτισ δυο περιπτϊςεισ. Οι βαςικζσ διαφορζσ μεταξφ κραμάτων αλουμινίου και χαλφβων είναι: Η χαμθλότερθ αντοχι Ο υψθλότεροσ λόγοσ αντοχισ προσ βάροσ Το χαμθλότερο μζτρο ελαςτικότθτασ Η μείωςθ τθσ αντοχισ ςτθ ΘΕΖ ςυγκολλιςεων Οι δυνατότθτεσ ςχεδιαςμοφ βάςει προϊόντων διζλαςθσ 2

4 Σφγκριςθ δοκοφ από χάλυβα κι από κράμα αλουμινίου Αντοχι ςε εφελκυςμό κραμάτων αλουμινίου ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ Είναι ςφνθκεσ ςτισ ςυγκολλιςεισ αλουμινίου να χρθςιμοποιοφνται διακοπτόμενεσ ςυγκολλιςεισ (ςτουσ δευτερεφοντεσ δοκοφσ ενίςχυςθσ) αντί για ςυνεχείσ ζτςι ϊςτε να μειωκεί θ πικανότθτα ςτρεβλϊςεων (λόγω του μικροφ μζτρου ελαςτικότθτασ των αλουμινίων ςε ςφγκριςθ με το χάλυβα) χωρίσ να υπάρχει επίπτωςθ ςτθν αντοχι τθσ καταςκευισ. 3

5 Η τάςθ των κραμάτων αλουμινίου για αυξθμζνεσ ςτρεβλϊςεισ κατά τισ ςυγκολλιςεισ ςε ςυνδυαςμό με τθ μείωςθ τθσ αντοχισ ςτθν περιοχι τθσ ΘΕΖ οδθγεί ςτθν υιοκζτθςθ ειδικϊν ςχεδιαςτικϊν λφςεων. Η επιλογι τθσ Θζςθσ τθσ ραφισ ςτθν καταςκευι αποτελεί ζνα πολφ ςθμαντικό παράγοντα κατά το ςχεδιαςμό. Για παράδειγμα θ τοποκζτθςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ κοντά ςτον ουδζτερο άξονα, παρόλο που κα δϊςει ΘΕΖ με μειωμζνθ αντοχι ωςτόςο, δεν κα υπάρξει επίπτωςθ ςτθν αντοχι του ςτοιχείου ςτθν περίπτωςθ καμτττικισ φόρτιςθσ. Ο γενικόσ κανόνασ είναι να τοποκετοφνται οι ςυγκολλιςεισ ςε ςθμεία χαμθλϊν τάςεων Όταν τα ςτοιχεία τθσ αλουμινο καταςκευι σ πρόκειται να ςυγκολλθκοφν ςε ςθμεία υψθλϊν τάςεων, οι ραφζσ κα πρζπει να είναι παράλλθλεσ ςτθν μζγιςτθ κφρια τάςθ του ςτοιχείου αυτοφ. Εγκάρςιεσ ραφζσ υπό εντατικι κατάςταςθ πρζπει να αποφεφγονται. Γενικά, λόγω τθσ δυνατότθτασ προϊόντων διζλαςθσ κραμάτων αλουμινίου, οι ςυγκολλιςεισ οφείλουν όςο το δυνατό να ελαχιςτοποιθκοφν. 4

6 5

7 6

8 Ευρωκώδικασ 9: Σχεδιαςμόσ Καταςκευών από Αλουμίνιο Σχεδιαςμόσ Καταςκευών από Αλουμίνιο Εφαρμόηεται ςτθ μελζτθ και καταςκευι κτιρίων κοι άλλων ζργων αϊτό κράματα αλουμινίου. Ο ΕΝ 1999 χρθςιμοποιείται ςε ςυνδυαςμό με τον ΕΝ 1990 όςον αφορά τισ αρχζσ ςχεδιαςμοφ και τουσ ΕΝ 1991 και ΕΝ 1998 για τον υπολογιςμό των φορτίων και των δράςεων ςε περίπτωςθ ςειςμοφ. Ο Ευρωκϊδικασ 9 αποτελείται από 6 μζρθ τα ΕΝ ωσ ΕΝ Μζοοσ 1-1: Γενικοί Κανόνεσ, και κανόνεσ για κτίρια Ο ΕΝ παρουςιάηει τουσ κανόνεσ και τθ φιλοςοφία ςχεδιαςμοφ ςτθν ανάλυςθ και τον ςχεδιαςμό κτιριακϊν ζργων από αλουμίνιο. Τα περιεχόμενα του ΕΝ δίδονται ωσ: Στο Κεφάλαιο 1, περιζχονται οι ςτόχοι, οι κανονιςτικζσ αναφορζσ, οι παραδοχζσ, οι αρχζσ και κανόνεσ εφαρμογισ κατά το ςχεδιαςμό, ορολογία και άλλοι οριςμοί, τα ςφμβολα και οι μονάδεσ που χρθςιμοποιοφνται. Στο Κεφάλαιο 2, περιζχονται οι βαςικζσ απαιτιςεισ ςυμπεριφοράσ κακϊσ και τα κριτιρια ςυμμόρφωςθσ που εφαρμόηονται κατά το ςχεδιαςμό, τθν ανάλυςθ και τθν καταςκευι κτιρίων. Στο Κεφάλαιο 3, δίδονται τα βαςικά μθχανικά χαρακτθριςτικά του υλικοφ. το Κεφάλαιο 4, περιγράφονται οι αρχζσ και κανόνεσ για τθν εξαςφάλιςθ τθσ ανκεκτικότθτασ των δομθμάτων από αλουμίνιο. Στο Κεφάλαιο 5, παρουςιάηεται θ μεκοδολογία για τθν ςτατικι ανάλυςθ φορζων από αλουμίνιο Στο Κεφάλαιο 6. παρουςιάηονται οι οριακζσ καταςτάςεισ ςχεδιαςμοφ ζναντι αςτοχίασ. Στο Κεφάλαιο 7, παρουςιάηονται οι οριακζσ καταςτάςεισ ςχεδιαςμοφ για τθν λειτουργικότθτα. Στο Κεφάλαιο 8, παρουςιάηεται θ μεκοδολογία ςχεδιαςμοφ κόμβων και άλλων ςυνδζςεων καταςκευϊν από αλουμίνιο. 7

9 Επιπλζον ςτον ΕΝ περιζχονται και 13 παραρτιματα που αφοροφν: - Παράρτθμα Α: Κατθγορίεσ εκτζλεςθσ - Παράρτθμα Β: Ιςοδφναμο βραχφ Τ υπό εφελκυςμό - Παράρτθμα C: Επιλογι Υλικϊν - Παράρτθμα D: Διάβρωςθ και Επιφανειακι προςταςία - -Παράρτθμα Ε: Αναλυτικά μοντζλα προςομοίωςθσ για τθ ςχζςθ τάςθσπαραμόρφωςθσ - Παράρτθμα F: Συμπεριφορά διατομϊν πζρα αττό το ελαςτικό όριο - Παράρτθμα G: Στροφικι ικανότθτα - Παράρτθμα Η: Μζκοδοσ πλαςτικϊν αρκρϊςεων για ςυνεχείσ δοκοφσ - Παράρτθμα I: Στρεπτοκαμπτικόσ (πλευρικόσ) λυγιςμόσ δοκϊν και ςτρεπτικόσ ι ςτρεπτοκαμπτικόσ λυγιςμόσ κλιβόμενων μελϊν - Παράρτθμα J: Ιδιότθτεσ διατομϊν - -Παράρτθμα Κ: Επιρροζσ διατμθπκισ υςτζρθςθσ ςτον ζλεγχο μελϊν - Παράρτθμα L: Ταξινόμθςθ Κόμβων - Παράρτθμα Μ: Συνδζςεισ με επικόλλθςθ Μζροσ 1-2: ΣχεδΚαςμόσ ςε κατάςταςθ πυρκαγιάσ Ο ΕΝ καλφπτει το ςχεδιαςμό καταςκευϊν από αλουμίνιο ςε κατάςταςθ πυρκαγιάσ και χρθςιμοποιείται ςε ςυνδυαςμό με τουσ ΕΝ και ΕΝ Το τμιμα αυτό καλφπτει μόνον το ςχεδιαςμό των μελϊν με πακθτικά μζςα και δεν ζχει εφαρμογι ςε ενεργζσ μεκόδουσ προςταςίασ ζναντι πυρκαγιάσ. Μζροσ 1-3: Καταςκευζσ ευπακείσ ςε κόπωςθ Ο ΕΝ καλφπτει το ςχεδιαςμό καταςκευϊν από αλουμίνιο ζναντι κραφςθσ λόγω κόπωςθσ. Μζροσ 1-4 Εν ψυχρϊ κατεργαςμζνα δομικά φφμα Ο ΕΝ παρουςιάηει τισ αρχζσ, τισ απαιτιςεισ και τουσ κανόνεσ για το ςχεδιαςμό προϊόντων από εν ψυχρϊ κατεργαςμζνα δομικά φφλλα αλουμινίου. Εφαρμόηεται ςτθν ςχεδίαςθ προϊόντων και υλικϊν αττό εν κερμϊ ι εν ψυχρϊ κυλινδροφμενα δομικά φφλλα αλουμινίου τα οποία ζχουν μορφοποιθκεί ςτο τελικό τουσ ςχιμα εν ψυχρϊ. Μζροσ 1-5: Κελφφθ Ο ΕΝ παρουςιάηει τισ αρχζσ, τισ απαιτιςεισ και τουσ κανόνεσ για το ςχεδιαςμό κελυφωτϊν φορζων με ι χωρίσ νευρϊςεισ ενίςχυςθσ. Τα μζροσ αυτό του ΕΝ 1999 βρίςκει εφαρμογι ςε κελφφθ εκ περιςτροφισ ι κυκλικά πανζλα, τα οποία μορφϊνονται ωσ μονοκυψελωτζσ καταςκευζσ. 8

10 Σχεδιαςμόσ Συγκολλητών ςυνδζςεων Σχεδιαςμόσ Συγκολλητών ςυνδζςεων Σχετικά με το ςχεδιαςμό ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων, μποροφμε να ξεχωρίςουμε δφο χαρακτθριςτικά ςθμείο: θ επιλογι ετερογενοφσ υλικοφ πλιρωςθσ μπορεί να οδθγιςει ςτθ δθμιουργία ηϊνθσ ςυγκόλλθςθσ λιγότερο ανκεκτικισ από το βαςικό μζταλλο. ςτθ ΘΕΖ οι κερμικοί κφκλοι, λόγω ςυγκόλλθςθσ, προκαλοφν ςθμαντικι μείωςθ των ιδιοτιτων του βαςικοφ υλικοφ (εξαςκζνθςθ ΘΕΖ). Το πρότυπο παρζχει οδθγίεσ για τθν επιλογι υλικοφ πλιρωςθσ για τα βαςικά υλικά που περιζχονται ςε αυτό. 9

11 1) 2) 3) 4) In each box filler metal for the maximum weld strength is shown in the top line, in the case of 6xxx series alloys and EN- AW 7020, this will be below the fully heat treated parent metal strength. The filler metal for maximum resistance to corrosion is shown in the middle line. The filler metal for avoidance of resident weld cracking is shown on the bottom line. NR = Not recommended. The welding of alloys containing approximately 2% or more of Mg with Al-Si filler metal, or vice versa is not recommended because sufficient Mg 2Si precipitate is formed at the fusion boundaries to embrittle the weld. Where unavoidable se pren The corrosion behavior of weld metal is likely to be better if its alloy content is close to that of the parent metal and not markedly higher. Thus for service in potentially corrosive environment it is preferable to weld EN-AW 5454 with 5454 filler metal. However, in some cases this may only be possible at the expense of weld soundness, so that a compromise will be necessary. Only in special cases due to the lower strength of the weld and elongation of joint. πρϊτθ γραμμι: καλφτερεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ δεφτερθ γραμμι: καλφτερθ αντοχι ςτθ διάβρωςθ τρίτθ γραμμι: μικρότερθ ευαιςκθςία ςτισ κερμςρωγμζσ Τόςα ςτα κράματα εργοςκλιρυνςθσ όςο και ςτα κερμικά κατεργάςιμα κράματα οι κερμικοί κφκλοι τθσ ςυγκόλλθςθσ προκαλοφν μεταβολι τθσ αρχικισ μικροδομισ. Αυτό το φαινόμενο προκαλεί με τθ ςειρά του ςθμαντικό υποβιβαςμό τθσ μθχανικισ αντοχισ όπωσ φαίνεται ςτο παρακάτω διάγραμμα. Το μζγεκοσ ενόσ τζτοιου υποβιβαςμοφ εξαρτάται από: κερμοκραςία προκζρμανςθσ κερμοκραςία ανάμεςα ςτα κορδόνια τεχνικι ςυγκόλλθςθσ (πλάτοσ κορδανιοφ, ταχφτθτα, κζςθ ςυγκόλλθςθσ κλπ) ειδικι κερμικι παροχι Τιμζσ ορίου διαρροισ f 0.2 (0.2% proof strength) και ορίου κραφςθσ f u για τα κράματα διαμόρφωςθσ αλουμινίου ανάλογα με τθ κερμικι κατεργαςία και το πάχοσ δίνονται ςτον Πίνακα 3.2a για. Αντίςτοιχα, ςτον Πίνακα 3.2b, δίνονται ςτοιχεία για προϊόντα διζλαςθσ. Τζλοσ, ςτον Πίνακα 3.2c αντίςτοιχα, δίνονται ςτοιχεία για ςφυριλατα προϊόντα. Σε άλλο Πίνακα του προτφπου (Πιν. 3.3), δίνονται αντίςτοιχα ςτοιχεία για χυτά κράματα αλουμινίου. Οι τιμζσ που δίνονται ςτουσ Πίνακεσ που αναφζρκθκαν παραπάνω, μποροφν να κεωρθκοφν ωσ χαρακτθριςτικζσ τιμζσ ςε υπολογιςμοφσ για καταςκευζσ που εκτίκενται ςε κερμοκραςίεσ λειτουργίασ μικρότερεσ από 100 C. Για ιδιότθτεσ υλικϊν ςε καταςκευζσ που υπόκεινται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, ςχετιηόμενεσ με φωτιά, εφαρμόηεται το πρότυπο EN "Design of aluminium structures - Structural fire design". 10

12 Key: EP - Extruded profiles EP - Extruded open profiles EP/H - Extruded hollow profiles ET - Extruded tube ER/B - Extruded rod and bar DT - Drawn tube 1) Where values are quoted in bold grater thicknesses and/or higher mechanical properties may be permitted in some forms see ENs and prens listed in In this case the R p0.2 and R n values 11

13 can be taken as f o and f u. If using such higher values the corresponding HAZ factors ρ have to be calculated acc. To expression (6.13) and (6.14) with the same values for f o haz and f u haz. 2) Where minimum elongation values are given in bold, higher minimum values may be given for some forms or thicknesses. 3) According to EN 755-2: following rule applies If a profile cross section is comprised of different thicknesses which fall in more than one set of specified mechanically property values, the lowest specified value should be considered as valid for the whole profile cross section. Exception is possible and the highest value given may be used provided the manufacturer can support the value by an appropriate quality assurance certificate. 4) The HAZ values are valid for MIG welding and thickness up to 15mm. For TIG welding strain hardening alloys (3xxx, 5xxx and 8011A) up to 6mm the same values apply, but for TIG welding precipitation hardening alloys (6xxx and 7xxx) and thickness up to 6mm the HAZ values have to be multiplied by factor 0.8 and so the ρ factors. For higher thickness unless other data are available the HAZ values and ρ factors have to be further reduced by a factor 0.8 for the precipitation hardening alloys (6xxx and 7xxx) and by factor 0.9 for strain hardening alloys (3xxx, 5xxx and 8011A). These reductions do not apply in temper O. 5) 6) BC = buckling class, see , and ) n values in Ramberg Osgood expression for plastic analysis. In applies only in connection with the listed f o value (=minimum standardized value). 8) If it is intended to use extruded or extruded and drawn semi products in EN AW-5454 or EN AW-5457 in tempers O/H 111 and F/H or H14/H24/H34 according to EN or EN 754-2, the corresponding values of table 3.2a may be applied for design with following changes: - For EN AW-5454 temper O/H111 (includes F/H112) replace the values for f u and f u haz by 200 N/mm 2 - For EN AW-5754 temper O/H111 (includes F/H112) replace the values for f u and f u haz by 180 N/mm 2 (thickness of bars < 150mm). - For EN AW-5754 temper H14/H24/H34 replace the values for f o by 180 N/mm 2 and for ρ 0,haz by Οι ςτακερζσ του υλικοφ που χρθςιμοποιοφνται ςτουσ υπολογιςμοφσ λαμβάνονται ωσ εξισ: Μζτρο ελαςτικότθτασ Ε = Ν/mm2 Μζτρο διάτμθςθσ G = Ν/mm2 Λόγοσ Poisson n = 0.3 Συντελεςτισ κερμικισ διαςτολισ a = 23*10-6 1/ C Πυκνότθτα r = 2700 Κg/m3 12

14 Χαρακτηριςτική αντοχή Χαρακτηριςτική αντοχή Οι οριςμοί που δίνονται ςχετικά με τθν αντίςταςθ ςχεδιαςμοφ ενόσ μζλουσ περιζχουν 4 μεγζκθ χαρακτθριςτικϊν αντοχϊν ςυςχετιςμζνων με τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ του υλικοφ. Αυτά τα μεγζκθ κακορίηονται ωσ ακολοφκωσ: f 0 : είναι θ χαρακτθριςτικι αντοχι για κάμψθ και ςυνολικι διαρροι ςε εφελκυςμό και κλίψθ f a : είναι θ Χαρακτθριςτικι αντοχι για τθ τοπικι δυνατότθτα μιασ τομισ ςε εφελκυςμό και κλίψθ f v : είναι θ χαρακτθριςτικι αντοχι ςε διάτμθςθ f s : είναι θ χαρακτθριςτικι αντοχι για ςυνολικι ςτακερότθτα ςε λφγιςμα Τα 3 πρϊτα μεγζκθ είναι άμεςα ςυνδεδεμζνα με τισ ιδιότθτεσ του υλικοφ και ορίηονται όπωσ παρακάτω: f 0 = f 0.2 f a = f u όπου, f 0.2 : το όριο διαρροισ (0.2% proof strength) και f u : το όριο κραφςθσ. Στθ ςχεδίαςθ ςυγκολλθτϊν καταςκευϊν με χριςθ καταςκευαςτικϊν κραμάτων υψθλισ αντοχισ, είναι αναγκαίο να ς υ νυττο Λογιςτεί κατάλλθλα ο υποβιβαςμόσ τθσ αντοχισ που προκφπτει κοντά ςτισ ςυγκολλιςεισ. Ο υποβιβαςμόσ επθρεάηει το όριο διαρροισ πιο ςοβαρά από ότι το όριο κραφςθσ. Ο υποβιβαςμόσ τθσ αντοχισ μελετάται ςτο πρότυπο ΕΝ 1999: μζςω μείωςθσ των ιδιοτιτων αντοχισ με το ςτακερό ςυντελεςτι, rhaz με οριςμό τθσ ζκταςθσ τθσ ηϊνθσ εξαςκζνθςθ, bhaz Η τιμι του r haz εξαρτάται από: το τφπο του κράματοσ και τισ ςυνκικεσ παράδοςθσ του τθ μζκοδο ςυγκόλλθςθσ (ΜΙΟ ι Τ1Ο) που εφαρμόηεται 13

15 Οι τιμζσ του r haz δίνονται ςτον Πίνακα 3.2 (βλ. προθγοφμενεσ ςελίδεσ). Η τιμι του b haz εξαρτάται από: τθ μζκοδο ςυγκόλλθςθσ (MIG ι TIG) που εφαρμόηεται το τφπο του κράματοσ το πάχοσ των προσ ςφνδεςθ μελϊν τθ κερμοκραςία ανάμεςα ςτα κορδόνια Τιμζσ b haz για ςυγκόλλθςθ MIG, ψφξθ ανάμεςα ςτα κορδόνια ςτουσ 60 C (ςειρζσ κραμάτων 6xxx ι 7xxx, ι ςειρά κραμάτων 5xxx ςτθ κατάςταςθ εργοςκλιρυνςθσ): Ο < t < 6 mm b haz = 20 mm 6< t <12 mm b haz = 30 mm 12< t <26 mm b haz = 35 mm t>25 mm b haz = 40 mm Τιμζσ b haz για ςυγκόλθςςθ TIG, ( ςειρζσ κραμάτων 6xxx ι 7xxx, ι ςειρά κραμάτων 5xxx ςτθ ςτθ κατάςταςθ εργοςκλιρυνςθσ): Ο < t < 6 mm b haz = 30 mm *) if the distance is less than 3 b haz assume that the HAZ extends to the full width of outstand 14

16 Κατά το ςχεδιαςμό των ςυγκρλλθτϊν ςυνδζςεων πρζπει να λαμβάνονται υπόψθ: θ αντοχι ςχεδιαςμοφ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ θ αντοχι ςχεδιαςμοφ τθσ ΘΕΖ θ ςχεδίαςθ των ενϊςεων με ςυνδυαςμό ςυγκολλιςεων. Για τθ ςχεδιαςτικι αντοχι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ, είναι αναγκαίο να κακοριςτεί θ χαρακτθριςτικι αντοχι του,f w, που εξαρτάται από: το υλικό πλιρωςθσ που χρθςιμοττοιικθκε το βαςικό μζταλλο 1) For alloys EN AW-5754 and EN AW-5049 the values of alloy 5454 can be used for EN AW EN AW-3005 and EN AW-5005 the values of alloy 6060 can be used for EN AW-6106 the values of alloy 6005A can be used for EN AW-3004 the values of alloy 6082 can be used for EN AW-8011A a value of 100 N/mm 2 for filler metal Type 4 ND Type 5 can be used 2) 3) 4) If filler metals 5056A, 5556A, or 5183 are used then the values for 5356 have to be applied If filler metals 4047A or 3103 are used then the values for 4043A have to be applied For combinations of different alloys the lowest characteristic strength of the weld metal has to be used. 15

17 Μζθοδοσ ςχεδίαςησ μετωπικών ςυγκολλήςεων ττλήρουσ διείςδυςησ Μζθοδοσ ςχεδίαςησ μετωπικών ςυγκολλήςεων ττλήρουσ διείςδυςησ Θα αξιολογθκοφν οι παρακάτω τάςεισ: : κανονικι τάςθ, εφελκυςτικι ι κλιτττικι, κάκετα ςτον άξονα τθσ ςυγκόλλθςθσ T : διατμθτικι Οι ορκζσ τάςεισ που είναι παράλλθλεσ ςτον άξανα τθσ ςυγκόλλθςθσ δε χρειάηεται να λαμβάνονται υπόψθ. Για διαφορετικά πάχθ μελϊν προσ ςυγκόλλθςθ, ωσ πάχοσ ςυγκόλλθςθσ κα λαμβάνεται το μικρότερο πάχοσ. Σαν ενεργό μικοσ κα λαμβάνεται το ςυνολικό μικοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ μόνο αν χρθςιμοποιοφνται προςωρινζσ προεκτάςεισ γία το ξεκίνθμα και ςταμάτθμα τθσ ςυγκόλλθςθσ. Διαφορετικά, το ςυνολικό μικοσ κα μειϊνεται κατά 2 φορζσ το πάχοσ t. Οι ακόλουκεσ ςχζςεισ κα πρζπει να ικανοποιοφνται: Ο μερικόσ ςυντελεςτισ αςφαλείασ gmw, για ςυγκολλθτι ςφνδεςθ λαμβάνεται ίςοσ με: gmw = 1.25 (γενικι περίπτωςθ) gmw = 1.65 (όταν κακορίηεται χαμθλότερο επίπεδο ποιότθτασ από το ςχεδιαςτι, μόνο για μερικισ ι κακόλου αντοχισ μζλθ) 16

18 Μζθοδοσ ςχεδίαςησ γωνιακών ςυγκολλήςεων Μζθοδοσ ςχεδίαςησ γωνιακών ςυγκολλήςεων Αρχικά, θ ενεργι περιοχι κα κακορίηεται από το ενεργό μικοσ και το ενεργό πάχοσ τθσ γωνιακισ ςυγκόλλθςθσ. Το ενεργό μικοσ L w,eff μπορεί να λαμβάνεται ςαν το ςυνολικό μικοσ μιασ γωνιακισ ςυγκόλλθςθσ όταν: 8a < L w < 100a (a το πάχοσ τθσ γωνιακισ ςυγκόλλθςθσ), για ανομοιογενείσ κατανομζσ τάςεων (δεξιά Εικόνα ττου ακολουκεί) 8a < L w για ομοιογενείσ κατανομζσ τάςεων (αριςτερι Εικόνα που ακολουκεί). Οι παραπάνω ςυνκικεσ ςχετίηονται με ιό γεγονόσ ότι για ανομοιογενείσ κατανομζσ τάςεων και λεπτζσ, μακριζσ ςυγκολλιςεισ, θ δυνατότθτα παραμόρφωςθσ ςτα άκρα μπορεί να εξαντλθκεί πριν να εμφανιςτεί διαρροι ςτο μεςαίο τμιμα τθσ ςυγκόλλθςθσ, κι ζτςι θ ςφνδεςθ αςτοχεί μζςω ενόσ χαρακτθριςτικοφ φαινομζνου (zipper - effect). Στθ περίπτωςθ τθσ ανομοιογενοφσ κατανομισ τάςεων και για L w > 100a, το ενεργό μικοσ L w,eff υπολογίηεται μζςω τθσ παρακάτωεξίςωςθσ Το ενεργό πάχοσ ςυγκόλλθςθσ, a, πρζπει να υπολογίηεται όπωσ φαίνεται ςτθν εικόνα παρακάτω (a: το φψοσ του μεγαλφτερου ιςοςκελοφσ τριγϊνου που μπορεί να εγγραφεί μζςα ςτθ διατομι τθσ ςυγκόλλθςθσ): 17

19 Οι δυνάμεισ που αςκοφνται ςε μία γωνακι ςυγκόλλθςθ μποροφν να αναλυκοφν ςε ςυνιςτϊςεσ τάςθσ ςε ςχζςθ με τθ διατομι του αυχζνα ςυγκόλλθςθσ: Αν υπάρχουν κανονικζσ τάςεισ που αγνοοφνται. ενεργοφν κατά μικοσ του άξονα ςυγκόλλθςθσ κα Η αντοχι τθσ γωνιακισ ςυγκόλλθςθσ ικανοποιείται αν: Παραδείγματα: 18

20 19

21 Αντοχή ςχεδιαςμοφ τησ ΘΕΖ Αντοχή ςχεδιαςμοφ τησ ΘΕΖ Η αντοχι τθσ ΘΕΖ ελζγχεται παίρνοντασ υπόψθ τον υποβιβαςμό των μθχανικϊν ιδιοτιτων που προκαλείται από το κερμικά κφκλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Οι ςχζςεισ που χρθςιμοποιοφνται διαφζρουν, ανάλογα το τφπο τθσ ςυγκόλλθςθσ: μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ πλιρουσ διείςδυςθσ μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ μερικισ διείςδυςθσ γωνιακζσ ςυγκολλιςεισ Ο ζλεγχοσ πραγματοποοιείται κεωρϊντασ πικανά επίπεδα αςτοχίασ μζςα ςτθ κερμικά επθρεαςμζνθ ηϊνθ, που υπόκεινται ςε ορκζσ ι / και δίατμθτικζσ τάςεισ. Μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ πλιρουσ διείςδυςθσ Η ορκι και θ διατμθτικι τάςθ ττου αςκοφνται ςτο επίπεδο αςτοχίασ F-F (Σχιμα που ακολουκεί) κο ικανοποιοφν τθ παρακάτω ςχζςθ: Όπου: r haz : ο ςυντελεςτισ εξαςκζνθςθσ τθσ ΘΕΖ f a : θ χαρακτθριςτικι αντοχι του υλικοφ για τθ τοπικι δυνατότθτα μιασ τομισ ςε εφελκυςμό ι κλίψθ Μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ μερικισ διείςδυςθσ Η ορκι και θ διατμθτικι τάςθ που αςκοφνται ςτο επίπεδο αςτοχίασ F-F (Σχιμα που ακολουκεί) κα ικανοποιοφν τθ παρακάτω ςχζςθ: 20

22 Όπου: t e : το ενεργό πάχοσ ςυγκόλλθςθσ τθσ μετωπικισ ςυγκόλλθςθσ μερικισ διείςδυςθσ (Εικόνα που ακολουκεί). Γωνιαικζσ ςυγκολλιςεισ Σε αυτι τθ περίπτωςθ διακρίνονται δφο πικανά επίπεδα αςτοχίασ: το πρϊτο ατον πόδα τθσ ςυγκόλλθςθσ,και το δεφτερο ςτα όρια τθσ τιξθσ (Εικόνα που ακολουκεί). Στο πόδα τθσ ςυγκόλλθςθσ θ κανονικι τάςθ s και θ διατμθτικι τάςθ, t κα ικανοποιοφν τθν ακόλουκθ ςχζςθ: Στα όρια τθσ τιξθσ οι; ς και τα, κα ικανοποιοφν τθν ακόλουκθ ςχζςθ: Όπου: Ζ : θ πλευρά (πόδασ) τθσ γωνιακισ ςυγκόλλθςθσ. 21

23 -1.08 Περίγραμμα ςχεδίαςησ κατά τησ κόπωςησ των καταςκευών αλουμινίου 3.10 Περίγραμμα ςχεδίαςησ κατά τησ κόπωςησ των καταςκευών αλουμινίου (EN 1999 Part 1-3: "Structures susceptible to fatigue") Η ςχεδίαςθ κατά τθσ κόπωςθσ των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων ςτισ καταςκευζσ αλουμινίου ςφμφωνα με το πρότυπο ΕΝ 1999 βαςίηεται ςτισ καμπφλεσ κόπωςθσ S-Ν. Το πλάτος του κφκλου τάσεων Δs (διαφορά μεταξφ μζγιςτθσ τάςθσ ς max και ελάχιςτθσ τάςθσ ς min ςε ζνα κφκλο τάςεων) είναι θ πιο ςθμαντικι παράμετροσ που ελζγχει το χρόνο ηωισ λόγω κόπωςθσ Οι S-Ν καμπφλεσ χαρακτθρίηονται από τα παρακάτω ςθμεία: κάκε καμπφλθ ςχετίηεται με μία ι περιςςότερεσ καταςκευαςτικζσ λεπτομζρειεσ, με ςυγκεκριμζνθ διεφκυνςθ φόρτιςθσ. Οι καταςκευαςτικζσ λεπτομζρειεσ περιζχονται ςε Πίνακεσ κάκε καμπφλθ αντιςτοιχεί ςε μία κατθγορία λεπτομερειϊν, που κακορίηεται από τθ τιμι του ορίου κόπωςθσ ΔςR (Ν/mm 2 ) ςε διάρκεια ηωισ λόγω κόπωςθσ Ν = 2*106 κφκλων οι καμπφλεσ (εκτόσ αυτϊν που ςχετίηονται με αντικείμενα ςωλθνωτοφ ςχιματοσ και των καταςκευαςτικϊν λεπτομερειϊν που υπόκεινται ςε διατμθτικζσ τάςεισ) χαρακτθρίηονται από δφο ιδιαίτερα ςθμεία: το πρϊτο ςτουσ 5*106 κφκλουσ, και το δεφτερο ςτουσ 108 κφκλουσ θ τιμι του ορίου αντοχισ ςτοφσ 5*106 κφκλουσ αποκαλείται όριο κόπωςθσ ςτακεροφ πλάτουσ (εφροσ τάθθσ κότω από το οποίο υποτίκεται ότι δεν εμφανίηεται κόπωςθ με φόρτιςθ ςτακεροφ πλάτουσ) θ τιμι του ορίου κόπωςθσ ςτουσ 108 κφκλουσ καλείται όριο κόπωςθσ (εφροσ τάςθσ κάτω από το οποίο θ κοπωςθ παραβλζπεται). Η αξιολόγθςθ τθσ αντοχισ ςε κόπωςθ μιασ λεπτομζρειασ κα λαμβάνει υπόψθ τουσ παρακάτω παράγοντεσ: τθ διεφκυνςθ τθσ υπό διακλυμανςθ τάςθσ ςχετικά με τθ λεπτομζρεια τθ κζςθ ζναρξθσ τθσ ρωγμισ ςτθ λεπτομζρεια τθ γεωμετρικι απεικόνιςθ τθσ λεπτομζρειασ Η αντοχι ςε κόπωςθ μπορεί ακόμα να εξαρτάται από τουσ παρακάτω παράγοντεσ: τθ μορφι του προϊόντοσ το υλικό (εκτόσ αν είναι ςυγκολλθτό) τθ μζκοδο καταςκευισ το ποςοςτό και το βακμό ελζγχου και επικεϊρθςθσ μετά τθ καταςκευι το ποιοτικό επίπεδο (ςτθ περίπτωςθ ςυγκολλιςεων και χυτϊν). 22

24 1) 2) 3) 4) 5) 6) m 2 = m 1 +2 Stress concentration of stiffening effect of transverse statement already allowed for According to EN ISO 10042:2:2005 Overfill angle for both sides of the weld Overfill angle Taper slope 1:4 at width or thickness changes Κατθγορίεσ λεπτομερειϊν ςυνδζςεισ μελϊν με μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ 23

25 Καμπφλεσ S-Ν για ςυνδζςεισ μελϊν με μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ 24

26 25