6.1 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER

Transkript

1 6.1 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER Yapısal kaynak, benzer alaşımlı metal parçalarının ergitilmiş kaynak metali ile ısıtılması ve kaynaştırılması işlemidir. Aşağıdaki şekiller, iki köşe kaynaklı bağlantıyı göstermektedir. Soğutulduktan sonra yapısal çelik (esas metal) ve kaynak veya dolgu metali bütün bir parça olarak işlev görür. Dolgu metali özel bir elektrodtan aktarılır. Uygulamanın türüne bağlı olarak aşağıdaki kaynak işlemleri kullanılılabilir, Saha kaynakları Fabrika kaynakları Basit Birleşimler 22 Bahar 2018

2 Aşağıda, gazaltı elektrik ark kaynağını gösteren bir şekil gösterilmektedir: Akım elektrod ve esas metal arasındaki boşluk boyunca yayılır. Bağlanan parçalar ısıtılır ve dolgu metalinin bir kısmı ergimiş esas metal içine çökelir. Elektrod üzerindeki kaplama örtü buharlaşır ve koruyucu gazlı bir kalkan oluşturur ve ergitilmiş metalin katılaşmadan önce oksitlenmesini önler. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 23

3 Elektrod eklem boyunca hareket ettirilir ve metal damlaları esas metal parçasına dökülür. Metal damlalarının boyutu hareket hızına bağlıdır Kaynak soğumaya başladığında, yabancı maddeler yüzeye çıkmakta ve cüruf adı verilen bir tabaka oluşturmaktadırlar. Bir sonraki geçişten önce veya kaynak boyanmadan önce cüruf tabakası temizlenmelidir. Gazaltı elektrik ark kaynağı normalde elle yapılır ve saha kaynağı için yaygın olarak kullanılır Kendinden koruyucu çekirdekli Gaz koruyucu çekirdekli Bunlar ve diğer kaynak işlemleri fabrika kaynağı için kullanılır. Çoğu durumda fabrika kaynak işlemleri otomatik veya yarı otomatik hale getirilir. Diğer kaynak işlemleri arasında; Tozaltı elektrik ark kaynağı Electroslag TS648 Yönetmeliğinde kaynaklar üç ana grupta ele alınmaktadır: Köşe Kaynaklar Küt Kaynaklar Dairesel ve Oval Dolgu Kaynaklar Basit Birleşimler 24 Bahar 2018

4 6.1.1 Köşe Kaynaklar (Fillet welds) Kaynak, temas halinde iki parçadan oluşan bir köşeye yerleştirilir Aşağıdaki şekilleri inceleyin Küt Kaynaklar (Groove welds) Küt kaynaklar iki parça arasındaki boşluğa (kaynak ağzına) yapılır; Birleşen elemanlardan birinin orta düzleminin kaynak düzlemini kestiği durumlardaki kaynak türüdür V (tek verevli (eğimli) kaynak ağız tipi) ve çift V (çift verevli kaynak ağız tipi) küt kaynakları (single bevel groove) aşağıdaki şekillerde gösterilmiştir Kaynak için destekleme çubuğu kullanılabilir (şekli inceleyin) Küt kaynaklar iki gruba ayrılır; Tam penetrasyonlu küt kaynak (tüm levha kalınlığında olan küt kaynaklar) Kısmi penetrasyonlu küt kaynak (tüm levha kalınlığında olmayan küt kaynaklar) Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 25

5 Küt kaynaklarda uygulanan kaynak ağızları ve birleşim tipleri Basit Birleşimler 26 Bahar 2018

6 6.1.3 Dairesel ve Oval Dolgu Kaynaklar Bazen, mevcut olana göre daha fazla kaynak uzunluğuna ihtiyaç duyulduğu durumlarda kullanılır. Dairesel veya yarıklı delikler kaynak metali ile doldurulur o Aşağıdaki şekilleri inceleyin İki önemli kaynak çeşidinden biri olan köşe kaynak en yaygın kullanılan kaynak çeşididir ve takip eden bölümde ele alınmaktadır. Köşe kaynaklar küt kaynaklarına göre daha ucuzdur. Tam penetrasyonlu küt kaynakların tasarımı genelde basittir. Dolgu metali ana metale eşit veya daha fazladır (eşit kuvvette veya daha büyük) Bağlantı yapılan parçalar kaynak boyunca sürekli olarak kabul edilir Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 27

7 6.2 KÖŞE KAYNAKLAR Köşe kaynağı uygulanacak birleşim elemanlarının aralarındaki açı 60 ile 120 arasında olmalıdır. Aralarındaki açı 60 den küçük olan birleşimlerdeki kaynaklar kısmi penetrasyonlu küt kaynak olarak değerlendirilir. Köşe kaynaklarının tasarımı ve analizi, kaynağın geometrisinin, aşağıda görüldüğü şekilde 45-dereceli ve dik açılı üçgen olduğu varsayımına dayanır. Köşe kaynaklı bir birleşimde tasarımda kullanılan iki ana parametre vardır. Bunlar yukarıdaki resimde üçgen enkesiti kullanılarak gösterilmiştir; Kenar kalınlığı (w) Kaynak etkin kalınlığı (a). Bir kaynak, uzunluğu boyunca kesme, basınç veya çekme kuvvetlerinin etkisinde olabilir. Fakat bir köşe kaynağının en zayıf olduğu durum kesme kuvveti altında olduğu zamandır. Bu nedenle köşe kaynaklarının kırılması veya göçme durumu etkin kalınlığı yüzeyindeki kayma durumuyla gerçekleştiği varsayılmaktadır. Kaynak etkin kalınlığı, kaynak kökünden (üçgen köşesinden) kaynak yüzeyine (hipotenüse) olan dik uzaklıktır ve kenar uzunluğunun (w) (cos45) katına eşittir. Bir köşe kaynağının, kaynak etkin kalınlığı boyunca olan göçme düzlemi yukarıdaki şekilde gösterilmiştir. Basit Birleşimler 28 Bahar 2018

8 Köşe kaynakların minimum etkin kalınlığı, hesaplanan kuvvetin güvenle aktarılmasını sağlayacak kaynak kalınlığından ve TS648 TABLO 13.4 te verilen minimum kalınlıklardan az olamaz. TS da a hesap kaynak kalınlığı kullanılmış, fakat ders kapsamında kaynak kenar kalınlığı, w, parametresi hesaplarda kullanılacağından, köşe kaynaklar için minimum w değerleri aşağıdaki ek tabloda verilmiştir. Birleşen İnce Eleman Kalınlığı, t, mm Minimum Köşe Kaynak Kenar Kalınlığı, w, mm (inch) t 6 3 (1/8) 6 < t 13 5 (3/16) 13 < t 19 6 (1/4) t > 6 8 (5/16) Kaynaklanan elemanın kenar kalınlığı, t, olmak üzere, köşe kaynakların maksimum kalınlığı için aşağıdaki koşullar gözönüne alınacaktır (a) Kaynaklanan elemanın kenar kalınlığı 6mm veya daha ince ise 0.7t (b) kalınlığından daha büyük olamaz Kaynaklanan elemanın kenar kalınlığı 6mm den daha kalın ise, öngörülen kaynak kalınlığının sağlanabilmesi amacıyla, 0.7(t 2mm) şeklinde belirlenecektir. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 29

9 Köşe kaynakların minimum etkin uzunluğu, kaynak kalınlığının 6 katından veya 40mm den az olamaz. Bu koşulun sağlanmadığı durumda, kaynağın etkin kalınlığı, kaynak uzunluğunun 1/6 sı olarak gözönüne alınacaktır. Aşağıdaki şekildeki gibi bir çekme elemanı uç kaynak birleşimi özel bir durum teşkil eder. Bu tür bir birleşimde boyuna doğrultudaki herbir köşe kaynak uzunluğu (L), kaynaklar arası dik uzaklıktan (W) az olamaz. Elemanların kaynaklı uç birleşimlerinde etkin kaynak uzunluğu aşağıdaki koşullar dikkate alınarak hesaplanacaktır. L 150a için L e = L 150a < L 400a için L e = βl β = (L/a) a < L için L e = 250a burada; L: Kaynak uzunluğu L e : Etkin kaynak uzunluğu. a: Etkin kaynak kalınlığı (kaynak enkesiti içine çizilebilen üçgenin yüksekliği). β: Azaltma katsayısı. Bir köşe kaynağının dayanımı, dolgu maddesinin veya kullanılan elektrod metalinin dayanımına bağlıdır. Bir elektrodun kuvveti, MPa cinsinden çekme dayanımı açısından verilir. Yaygın olarak kullanılan kaynak metali karakteristik çekme dayanımı F E = 480MPa dır. Kaynak malzemesinin karakteristik akma gerilmesi ve çekme dayanımı, kopmaya karşı gelen uzama oranı ve minimum çentik tokluğu (CVN, Charpy-V-Notch) değerleri, esas malzemesinin benzer değerlerinden az olmayacaktır. Basit Birleşimler 30 Bahar 2018

10 6.2.1 Kaynaklı Birleşimlerin Dayanımı Kaynaklı birleşimlerin tasarım dayanımı, φr n, esas metalin çekme ve kayma etkisinde kırılma sınır durumları ile kaynak metalinin kırılma sınır durumuna göre hesaplanan değerlerin küçüğü olarak alınacaktır. L uzunluğundaki kaynak üzerindeki kritik kayma gerilmesi: f v = P 0.707wL Eğer kaynak en yüksek kayma gerilmesi, F nw, bu eşitlikte kullanılırsa, kaynak nominal (karakteristik) dayanımı (yük kapasitesi) aşağıdaki gibi yazılabilir, R n = 0.707wLF nw Bir köşe kaynaktaki en yüksek kayma gerilmesi F nw, kaynak metali çekme dayanımının 0.6 katına eşittir. F nw = 0.60F E Yönetmelik aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi yük doğrultusunu hesaba katan alternatif köşe kaynağı dayanımını sunmaktadır. Yük doğrultusu ile kaynak ekseni arasındaki açı θ ile gösterilirse, karakteristik (nominal) köşe kaynağı dayanımı, F nw = 0.60F E ( (sinθ) 1.5 ) θ nın çeşitli değerleri için dayanımlar aşağıdaki tabloda verilmiştir; eğer kaynak ekseni yük doğrultusuna paralel ise, dayanım basitce F nw = 0.60F E denklemine eşittir, eğer kaynak ekseni yük doğrultusuna dikse, kaynak dayanımı %50 daha fazla olur. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 31

11 Boyuna ve enine kaynaklara sahip basit kaynaklı birleşimlerin (konsantrik yükler) dayanımlarının hesabında aşağıda belirtilen iki durumdan büyük olanı kulanılmalıdır: 1. Hem enine hem de boyuna kaynaklar için kaynak dayanımını F nw = 0.60F E olarak alın: R n = R nwl + R nwt burada R nwl ve R nwt sırasıyla boyuna ve enine kaynakların dayanımıdır. 2. Enine kaynak dayanımını 50% fazla olarak alın ama boyuna kaynak dayanımını 15% azaltın. R n = 0.85R nwl + 1.5R nwt Yük ve Dayanım Katsayıları Yöntemi (YDKT) için köşe kaynakların tasarım dayanımı φr n ; φ = 0.75 Basit Birleşimler 32 Bahar 2018

12 Yukarıdakilere ek olarak, esas metal üzerindeki kesme kuvveti birleşimi, kayma akması ve kayma kırılmasından daha fazla bir gerilim üretmemelidir. Birleşimin yük birleşimi bu nedenle aşağıdaki sınır durumlarına tabidir: Kayma Akması Durumu: φr n = φ(0.6f y )A gv = 1.0(0.6F y )t p L Kayma Kırılması Durumu: φr n = φ(0.6f u )A nv = 0.75(0.6F u )t p L burada A gv ve A nv sırasıyla kesme kuvvetine tabi kayıpsız ve net kayma alanıdır. Kaynaklı bir birleşim için aynı her ikisi de aynı değere sahiptir (= t p L). Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 33

13 Özetle, bir kaynağın birim uzunluğu boyunca dayanımı aşağıdaki üç durumdan en küçük olanıdır: Kaynak Kayma Dayanımı: φr n = 0.75( F E )w Esas Metal Kayma Akması: φr n = 1.0(0.6F y )t p Esas Metal Kayma Kırılması: φr n = 0.75(0.6F y )t p Basit Birleşimler 34 Bahar 2018

14 ÖRNEK: Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi çekme elemanı olarak kullanılan bir levha bağ levhasına bağlanmışır. Kaynaklar E480 elektrodundan yapılmış 5mm kalınlığında köşe kaynaklardır. Birleştirilen parçalar S235 çeliğindendir. Çekme elemanının dayanımının yeterli olduğunu varsayarak, kaynak birleşiminin mevcut dayanımını bulunuz. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 35

15 ÖRNEK: Bir önceki örnekteki birleşim, 100mm lik boyuna kaynaklara ek olarak eleman sonunda 100mm lik enine kaynağa sahip olursa, kaynak birleşiminin dayanımı nedir? Basit Birleşimler 36 Bahar 2018

16 ÖRNEK: Bir önceki örnekteki birleşim tipine sahip bir birleşim 40kN luk bir çalışma ölü yükü ve 80kN luk bir çalışma hareketli yüküne karşı koymak zorundadır. E480 elektrodundan yapılma 6mm lik köşe kaynağı kullanılması durumunda gerekli toplam kaynak uzunluğu nedir? Birleşen parçaların her ikisinin de 10mm lik kalınlığa sahip olduğunu varsayın. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 37

17 ÖRNEK: 13x100 (mm) boyutlarında bir levhadan oluşan bir çekme elemanı 25kN luk bir çalışma ölü yükü ve 80kN luk bir çalışma hareketli yükü taşıyacaktır. Çekme elemanı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi 10mm lik bir bağ levhasına bağlanacaktır. Kaynaklı birleşimin tasarımını yapınız. Basit Birleşimler 38 Bahar 2018

18 6.2.2 Kaynak Birleşimlerinin Detaylandırılması Kaynaklar projelerde sembollerle tarif edilir. Kaynak sembolleri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Bu semboller ve bunların kaynak işaretine yerleştirilmesi örnek bir köşe kaynağı için aşağıdaki şekillerde gösterilmiş. Kaynak işaretlerinde ok referans çizgisinin sağına veya soluna konulabilir. Ok un işaret ettiği taraf, görünen taraftır. Köşe kaynağı, yarım V dikişi, yarım Y dikişi ve Yarım ü dikişlerinin sembollerindeki dik çizgi kaynak işaretinde daima solda, ok, ağız açılacak tarafa yönelik olmalıdır. Aksi belirtilmedikçe görünmeyen taraf kaynakları görünen taraf kaynakları ile aynı boyuttadır. Kaynak işaretinde uzunluğu belirtilmeyen kaynaklar birleşim boyunca süreklidir. Çepeçevre işareti olmayan kaynak işaretleri, iki eni yön değiştirme noktası arasında geçerlidir. Kaynak işaretleri kesitte de görünüşte de kullanılabilir. Bir kaynak ya kesitte ya da görünüşte işaretlenmeli, özel bir nedenle gerekmedikçe her iki yerde birden işaretlenmemelidir. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 39

19 Kaynak Sembolleri Basit Birleşimler 40 Bahar 2018

20 Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 41

21 Basit Birleşimler 42 Bahar 2018

22 Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 43

23 ÖRNEK: Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, 13x200 (mm) boyutlarında bir levhadan oluşan bir çekme elemanı 10mm kalınlığında bir bağ levhasına bağlanacaktır. Birleşimin uzunluğunun 200mm yi geçmeyecek şekilde ve çekme elemanının tam çekme dayanımına ulaşabileceği bir kaynak tasarımını yapınız. Basit Birleşimler 44 Bahar 2018

24 PROBLEMLER Problem 1: Aşağıdaki şekilde gösterilen çekme elemanı 13x140 (mm) boyutlarında bir levhadan ve S235 çeliğinden oluşmuştur. Çekme elemanı M20 bulonları kullanılarak 10mm kalınlığında bir bağ levhasına bağlanmıştır. a) Bulon aralığı ve kenar uzaklığı mesafelerinin uygunluğunu kontrol ediniz. b) Nominal ezilme dayanımını bulunuz. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 45

25 Problem 2: L110x70x12 profilinden çift korniyerli bir çekme elemanı, M bulonları kullanılarak 10mm kalınlığında bir bağ levhasına bağlanmıştır. Birleştirilen bütün parçalar S235 çeliğindendir. Birleşimin yeterli kayma ve ezilme dayanımına sahip olduğunu irdeleyin. Bulon diş açılmış gövdesinin kayma düzlemi içinde veya dışında olduğu bilinmemektedir. Basit Birleşimler 46 Bahar 2018

26 Problem 3: Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi L140x90x8 profilinden çift korniyer çekme elemanı olarak kullanılmış ve gösterildiği gibi kaynaklanmıştır. Hareketli yük ölü yük oranının 2 olduğunu varsayarak, aşağıdaki çekme elemanına uygulanabilecek maksimum çalışma yükünü bulunuz. Bütün elemanlar S235 çeliğindendir, kaynaklar ise E480 5mm lik köşe kaynaklarından yapılmıştır. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 47

27 Problem 4: Aşağıdaki şekilde gösterilen birleşim eklemi için gerekli olan ezilme etkili M bulon sayısını bulunuz. Bulon diş açılmış gövdesi kayma düzlemi dışındadır. Basit Birleşimler 48 Bahar 2018

28 Problem 5: Bir UPN240 profili çekme elemanı olarak kullanılmış ve 13mm kalınlığında bir bağ levhasına bağlanmıştır. Çekme elemanı için S275, bağ levhası için S235 çeliği kullanılmıştır. Çekme elemanı 180kN luk bir çalışma ölü yüküne ve 360kN luk bir çalışma hareketli yüküne dirençli olarak tasarlanmıştır. Birleşim sürtünme etkili bir birleşim ise, kaç tane M bulonları gereklidir. Muhmemel bulon birleşim detayını çizerek gösterin. Elemanın çekme ve blok kayma durumları için yeterli dayanımda olduğunu varsayın. Basit Birleşimler 49 Bahar 2018

29 Problem 6: Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir çekme eklem birleşimi E480 5mm lik kaynak kullanılarak oluşturulmuştur. Eklemin her iki tarafı da gösterildiği gibi kaynaklanmıştır. Orta eleman 8x75 (mm) boyutlarında, dış elemanlar ise 13x150 (mm) boyutlarında levhalardan oluşmaktadır. Bütün elemanlar S235 çeliğindendir. Hareketli yük ölü yük oranının oranının 3 olduğunu varsayarak, uygulanabilecek maksimum çalışma P kuvvetini bulunuz. Basit Birleşimler 50 Bahar 2018

30 Problem 7: Aşağıda gösterildiği gibi 10mm lik bir bağ levasına bağlanan UPN220, S355 çeliğinden bir çekme elemanı için köşe kaynağı tasarımı yapınız. Bağ levhası S235 çeliğindendir. Tasarım detaylarını çizerek gösteriniz. Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 51

31 - MODÜL SONU - Basit Birleşimler 52 Bahar 2018