Metalne konstrukcije 2 P2-1 Zavarivanje
Metalne konstrukcije 2 P2-1
Zavarivanje
Metalne konstrukcije 2 P2-2
Šta je zavarivanje?
– Tehnološki postupak spajanja istih ili sličnih metala;
– Na visokim temperaturama tope se osnovni i dodatni
materijal, dolazi do njihovog mešanja i sjedinjavanja
(fizičkog i hemijskog);
– HlaĎenjem ove mešavine dolazi do očvršćavanja i
nastaje šav kao materijalni kontinuitet;
– Zavarivanjem nastaje kontinualan spoj;
Metalne konstrukcije 2 P2-3
Primena zavarivanja u graĎevinskim
konstrukcijama
– Izrada osnovnih elemenata konstrukcije (I, U, L-
profili, sandučasti profili, kruţni profili...);
– Izrada sklopova specifičnih konstrukcija (ortotropne
ploče kod mostova,...);
– Izrada veza izmeĎu elemenata konstrukcije;
(samostalno ili u kombinaciji sa zavrtnjevima)
– Ojačanje elemenata konstrukcije (adaptacije i
sanacije);
Metalne konstrukcije 2 P2-4
Prednosti zavarivanja
– Materijalan kontinuitet (pravilan tok sila);
– Smanjenje ukupne teţine konstrukcije (lakše veze, mogućnst variranja debljine elemenata);
– Brţa izrada u radionici (nema bušenja);
– Nema slabljenja elemenata rupama za spojna sredstva;
– Manja deformabilnost veza, a samim tim i konstrukcije;
– Velike mogućnosti konstrukcijskog oblikovanja;
– Vodonepropusnost spojeva
– Estetski aspekt;
Metalne konstrukcije 2 P2-5
Nedostaci
– Kvalifikovana radna snaga;
– Kontrola kvaliteta spojeva u radionici i na gradilištu;
– Osetljivost na klimatske uslove na gradilištu
(temperatura, vetar);
– Zavarene veze nisu montaţno-demontaţne;
Metalne konstrukcije 2 P2-6
Osnovni pojmovi
– Osnovni materijal;
– Dodatni materijal (elektroda ili ţica);
– Spoj – meĎusobni poloţaj delova koji se spajaju;
– Šav – materijalizovano mesto spajanja;
– ZUT – Zona Uticaja Toplote;
– Ţljeb – prostor u koji se deponuje dodatni
materijal;
– Zavar – deo šava koji se dobija jednim prolazom
elektrode;
Metalne konstrukcije 2 P2-7
Metalne konstrukcije 2 P2-8
a) šavovi iz jednog zavara
b) šavovi iz više poduţnih zavara
c) šavovi izviše poprečnih zavara
Metalne konstrukcije 2 P2-9
Osnovni principi pri projektovanju
– Veze i nastavci jednostavni za izvoĎenje (Pre svega
izvodljivi!);
– Izbegavati teške poloţaje zavarivanja (manja
efikasnost, stroţiji atesti za zavarivače);
– Racionalan izbor kvaliteta šavova (u skladu sa
klasom izvoĎenja EXC1-EXC4);
Metalne konstrukcije 2 P2-10
Vrste spojeva
Vrste spojeva:
– sučeoni spojevi;
– ugaoni ili T spojevi;
– preklopni spojevi
Metalne konstrukcije 2 P2-11
Vrste šavova
– Sučeoni šavovi sa punom penetracijom;
– Sučeoni šavovi sa delimičnom penetracijom;
– Ugaoni šavovi;
– Šavovi u rupama;
– Čep šavovi;
– Uţljebljeni šavovi;
Metalne konstrukcije 2 P2-12
Vrsta spoja Vrsta
šavova Sučeoni spoj Ugaoni spoj Preklopni spoj
Suče
oni š
avov
i sa
puno
m p
enet
raci
jom
-
Suče
oni š
avov
i sa
delim
ično
m p
enet
rtrac
ijom
-
Uga
oni š
avov
i
-
Šavo
vi u
rupa
ma
- -
Čep
šav
ovi
-
Zbog svoje specifičnosti užljebljeni šavovi ne mogu podleći ovakvoj podeli (slika 2.94)
Metalne konstrukcije 2 P2-13
Sučeoni spojevi
Elementi koji se spajaju leţe u istoj ravni!
Elementi iste debljine Elementi različite debljine
Metalne konstrukcije 2 P2-14
Ugaoni spojevi
Elementi koji se spajaju su pod uglom različitim od 180.
Pravi ugaoni spojevi Kosi ugaoni spojevi
Metalne konstrukcije 2 P2-15
Prekinuti ugaoni spojevi
Krstasti spojevi
Metalne konstrukcije 2 P2-16
Preklopni spojevi
Direktni preklopni spojevi Prekloplni spojevi sa podvezicama
Metalne konstrukcije 2 P2-17
Vrste sučeonih šavova
– I šavovi – bez obrade ivica, t =1-5 mm,
– V i 1/2V šavovi, t = 5-15 mm,
– X šavovi – dvostruki V šavovi, t = 12-35 mm,
– K šavovi – ugaoni spojevi, t >10 mm,
– U šavovi – posebna obrada, t >25 mm,
– J šavovi – ugaoni spojevi, t >15 mm.
Metalne konstrukcije 2 P2-18
I šavovi
V šavovi
1/2V šavovi
X šavovi
K šavovi
U šavovi
J šavovi
Metalne konstrukcije 2 P2-19
Osnovni elementi sučeonog šava
V šavovi X šavovi
Metalne konstrukcije 2 P2-20
Funkcija žljeba kod sučeonih šavova
– Da omogući pristup elektrodi po čitavoj debljini lima;
– Da omogući topljenje osnovnog materijala u zoni
šava;
– Da formira korito za deponovanje mešavine osnovnog
i dodatnog materijala;
Metalne konstrukcije 2 P2-21
Oblici žljebova za uobičajene sučeone šavove Žljeb Šav
Napomena Izgled Naziv Izgled
Debljine
limova
Sučeoni spojevi
Bez obrade I -šav 1-5 mm
Žljeb oblika
1/2V 1/2V - šav 5-15 mm
Žljeb oblika V V - šav 5-15 mm
Žljeb oblika K
K - šav
15-30 mm
Žljeb oblika X
X - šav
12-35 mm
Žljeb oblika Y Y - šav >15 mm
Žljeb oblika U U - šav > 25 mm
Obostrani žljeb
oblika U Dvostruki
U- šav >30 mm
Ugaoni spojevi
Žljeb oblika
1/2V 1/2V - šav
5-15 mm
Žljeb oblika
K K -šav
> 10 mm
Žljeb oblika
J
J - šav
>15 mm
Oblik i dimenzije ţljeba
zavise od:
- vrste šava,
- postupka zavarivanja,
- poloţaja zavarivnja.
Metalne konstrukcije 2 P2-22
Ugaoni šavovi
– Nije potrebna posebna obrada ivica jeftiniji su od
sučeonih;
– Primenjuju se kod ugaonih i preklopnih spojeva;
– Ugao izmeĎu elemenata koji se spajaju treba da bude
izmeĎu 60º i 120º.
– Dodatni materijal se deponuje u korito koje obrazuju
elementi (limovi) koji se spajaju;
– Tok sila je drugačiji nego kod sučeonih šavova;
– Drugačiji postupak proračuna;
– Mogu biti kontinualni ili isprekidani;
Metalne konstrukcije 2 P2-23
Osnovni elementi ugaonog šava
OdreĎivanje debljine (a) ugaonog šava
Debljina ugaonog šava jednaka je visini najvećeg trougla koji se
moţe upisati u telo šava!
Metalne konstrukcije 2 P2-24
Sučeoni šavovi sa delimičnom penetracijom
Sučeoni spojevi Ugaoni spojevi
Metalne konstrukcije 2 P2-25
Šavovi u rupi
Metalne konstrukcije 2 P2-26
Čep šavovi
Metalne konstrukcije 2 P2-27
Užljebljeni šavovi
Metalne konstrukcije 2 P2-28
Postupci zavarivanja
Prema izvoru toplotne energije dele se na:
– elektrotermičke,
– termohemijske,
– mehaničke i
– ostale
Metalne konstrukcije 2 P2-29
Najznačajni elektrolučni postupci zavarivanja
Polje primene Naziv postupka zavarivanja
Skraćeno Oznaka t mm Materijali
Elektrolučno zavarivanje sa obloţenom
elektrodom E 111 3-50
nelegirani, niskolegirani i finozrni
visokovredni čelici
Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom
EPP 12 4-80 nelegirani i
niskolegirani čelici
Elektrolučno zavarivanje elektrodnom ţicom pod zaštitom inertnog gasa
MIG 131 4-24
nelegirani (<0,22%C) i niskolegirani
(0,35%C) čelici i Al-
legure
Elektrolučno zavarivanje elektrodnom ţicom pod zaštitom aktivnog gasa
MAG 135 <30 nelegirani i
niskolegirani čelici
Elektrolučno zavarivanje netopljivom elektrodom
pod zaštitom inertnog
gasa
TIG 141 <12 visokolegirani čelici i
Al-legure
Metalne konstrukcije 2 P2-30
Obeležavanje šavova u tehničkoj dokumentaciji
Naziv šava Izgled Oznaka
I - šav
V - šav
V - šav sa provarenim korenom
1/2V - šav
K - šav
X - šav
U - šav
Ugaoni šav
Metalne konstrukcije 2 P2-31
Greške u šavovima
– Greške predstavljaju materijalni diskontinuitet;
– Dolazi do koncentracija napona u zoni šava;
– Nisu sve greške istog značaja, odnosno iste opasnosti;
– Stepen rizika zavisi od: vrste greške, načina naprezanja i
karaktera opterećenja;
– Neke greške su vidljive golim okom i mogu se otkloniti
(korigovati);
Greške se prema svojoj prirodi mogu podeliti na:
– Dimenzionalne greške ili greške oblika;
– Strukturne greške ili greške kompaktnosti;
Metalne konstrukcije 2 P2-32
Tipične greške u šavovima
1 - neispunjen ţljeb; 2 - nadvišenje; 3 - neprovaren koren; 4 - prokapina; 5 - oštar
prelaz; 6 - zarez; 7 - denivelacija; 8 - krater; 9 - poroznost površine; 10 gasne pore; 11
- nalepljivanje; 12 - greške u provarivanju korena; 13 - uključci troske; 14 - prsline
Metalne konstrukcije 2 P2-33
Vrste kontrole kvaliteta šavova
– Vizuelna kontrola;
– Radiografska kontrola;
– Ultrazvučna kontrola;
– Magnetska kontrola;
– Penetracijska kontrola;
Metalne konstrukcije 2 P2-34
Vizuelna kontrola kvaliteta
Vrše je kvalifikovana lica;
Mogu se otkriti samo dimenzionalne greške;
Koriste se pomoćna sredstva - šabloni;
Metalne konstrukcije 2 P2-35
Radiografska kontrola
Zasniva se na različitoj apsorbciji
rendgenskih ili gama zraka u zavisnsti od
gustine i debljine materijala!
1 Izvor rendgenskih ili gama zraka;
2 Blenda;
3 Propust za lokalizaciju šava;
4 Šav koji se ispituje (snima);
5 Film sa osetljivom emulzijom;
6 Olovna folija;
Šematski prikaz
Metalne konstrukcije 2 P2-36
Radiogram sučeonog V šava bez grešaka
Metalne konstrukcije 2 P2-37
Radiogram sučeonog V šava sa gasnim
mehurićima, uključcima troske i neprovarenim
korenom
Metalne konstrukcije 2 P2-38
Ultrazvučne metode
Zasnivaju se na različitoj brzini ultrazvučnih talasa (za čelik je v = 5850 m/s) .
Primenjuju se dve ultrazvučne metode:
– Metoda prozvučavanja (kada su obe strane pristupačne);
– Eho metoda.
1 1a) b)
2 7
6
5
4
6
3 3 tt
1 Visokofrekventni generator
2 Predajnik
3 Materijal koji se ispituje
4 Prijemnik
5 Pojačivač signala
6 Indikator vremena prolaska
7 Primopredajna glava
Metalne konstrukcije 2 P2-39
Kvalitet šavova
Obim i vrsta kontrole šavova zavise od klase izvoĎenja
konstrukcije (EXC1, EXC2, EXC3 i EXC4), odnosno od
propisanog kvaliteta šavova
Razlikuju se sledeći kvaliteti šavova:
– B+ (za EXC4) - najviši
– B (za EXC3)
– C (za EXC2)
– D (za EXC1) - najniţi
Svaki kvalitet šava podrazumeva odreĎen nivo kontrole kvaliteta;
SRPS EN 1090-2 tačno definiše procedure kontrole kvaliteta koje
odgovaraju zahtevanim klasama izvoĎenja, odnosno kvalitetima
šavova.
Metalne konstrukcije 2 P2-40
Proračun sučeonih šavova
Osnovne pretpostavke:
– zanemaruju se koncentracije napona;
– zanemaruju se sopstveni (zaostali) naponi;
– uticaji u šavovima se odreĎuju kao u osnovnom
materijalu;
– dimenzije sučeonih šavova su jednake
dimenzijama osnovnog materijala (a = tmin);
Metalne konstrukcije 2 P2-41
Primena polaznih i završnih pločica
abw 2
efektivna duţina
Metalne konstrukcije 2 P2-42
Proračun ugaonih šavova
Metalne konstrukcije 2 P2-43
Debljina ugaonih šavova
Minimalna debljina ugaonog šava je: amin = 3 mm
Debljina ugaonog šava ne treba da bude veća od 0,7tmin. U izvesnim
slučajevima kod spojeva čelika veće čvrstoće (S420 i S460) od kojih
se zahteva nosivost veća ili jednaka od nosivosti elementa koji se
spaja moţe se usvojiti veća debljina ugaonih šavova;
Kod veza šupljih profila debljina ugaonog šava moţe da bude
jednaka debljini zida profila a= tmin.
T - spoj Kosi ugaoni spoj Provaren koren
Metalne konstrukcije 2 P2-44
Efektivna dužina ugaonih šavova
aweff 2 U opštem slučaju:
weff aweff
Minimalna duţina šava je: lw,min= max(6a, 30 mm).
Maksimalna duţina šava je: lw,max=150a (ako je veća redukcija!)
Efektivna površina šavova je: Aw = S a leff
Metalne konstrukcije 2 P2-45
Komponente napona u ugaonim šavovima
s normalni napon upravan na merodavnu ravan šava;
sII normalni napon paralelan osi šava (zanemaruje se!)
tII napon smicanja koji deluje u pravcu šava
t napon smicanja koji deluje upravno na šav
Metalne konstrukcije 2 P2-46
Proračun nosivosti ugaonih šavova
Evrokod predviĎa dve metode proračuna:
– Direktna (direkciona) metoda; Zasniva se na
kontroli pojedinačnih (komponentalnih) i
uporednih napona u merodavnoj ravni šava;
– Pojednostavljena metoda; Zasniva se na kontroli
rezultujućih sila po jedinici duţine šava;
Metalne konstrukcije 2 P2-47
Direktna (direkciona) metoda
fu čvrstoća pri zatezanju slabijeg spojenog dela;
fuw,d proračunska vrednost granične čvrstoće ugaonog šava;
gM2 parcijalni koeficijent sigurnosti (gM2 =1,25);
bw korelacioni faktor (0,8-1,0);
2
2II
22 3Mw
uduweq
ff
gbttss ,)(
290 Muf gs /,
Oba sledeća uslova moraju da budu ispunjena:
Metalne konstrukcije 2 P2-48
Korelacioni faktor bw
Standard i kvalitet čelika Korelacioni faktor bw
EN 10025 EN 10210 EN 10219
S 235
S 235 W S 235 H S 235 H 0,80
S 275
S 275 N/NL
S 275 M/ML
S 275 H
S 275 NH/NLH
S 275 H
S 275 NH/NLH
S 275 MH/MLH
0,85
S 355
S 355 N/NL
S 355 M/ML
S 355 W
S 355 H
S 355 NH/NLH
S 355 H
S 355 NH/NLH
S 355 MH/MLH
0,90
S 420 N/NL
S 420 M/ML S 420 MH/MLH 1,00
S 460 N/NL
S 460 M/ML
S 460 Q/QL/QL1
S 460 NH/NLH S 460 NH/NLH
S 460 MH/MLH 1,00
Metalne konstrukcije 2 P2-49
Pojednostavljena metoda proračuna
afFF dvwRdwEdw ,,,
2
3
Mw
udvw
ff
gb
/,
U svakoj tački duţ šava rezultujuća sila po jedinici duţine Fw,Ed
mora da zadovolji sledeći uslov:
Vrsta čelika S235 S275 S355 S420 S460
bw - 0,8 0,85 0,9 1,0 1,0
fu [MPa] 360 430 510 500 530
gM2 - 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25
fvw,d [MPa] 208 234 262 231 245
Proračunska čvrstoća ugaonog šava na smicanje fvw,a se odreĎuje
prema izrazu:
Metalne konstrukcije 2 P2-50
Statički pokriveni ugaoni šavovi - zatezanje
Debljina obostranih ugaonih šavova na
aksijalno opterećenom elementu moţe da se
odredi iz uslova da šavovi imaju veću ili
jednaku nosivost od spojenog elementa:
sila po jedinici duţine
Metalne konstrukcije 2 P2-51
Primer aksijalno opterećenog elementa
Metalne konstrukcije 2 P2-52
Ukupna nosivost aksijalno opterećenog spoja
Metalne konstrukcije 2 P2-53
Primer konzolnog elementa - savijanje
Metalne konstrukcije 2 P2-54
Redukcija nosivosti dugih ugaonih šavova
Kod dugih ugaonih šavova na preklop (lw > 150a) neravnomerna
raspodela napona duţ šava se uzima u obzir tako što se redukuje
nosivost ugaonog šava mnoţenjem koeficijentom redukcije bLw,1;
1150
20211
a
L j
Lw
,,,b
gde je Lj duţina ugaonog šava, odnosno preklopa.
Metalne konstrukcije 2 P2-55
Efektivna širina neukrućenog T-spoja
fweff tkstb 72
1py
fy
p
f
f
f
t
tk
,
, a2s
rs
zavareni profili
valjani profili
Za valjane i zavareni I i H profile
Za sandučaste ili U profile
fweff ttb 52
p
pu
py
eff bf
fb
,
,
fweff kttb 52 ali
U suprotnom veza treba
da bude ukrućena!
Metalne konstrukcije 2 P2-56
Projektovanje zavarenih spojeva
Opšti principi:
– Lako izvoĎenje (spoj pristupačan, poloţaj zavarivanja
što jednostavniji);
– Primena uobičajenih postupaka zavarivanja;
– Šavovi sa što manjim debljinama;
– Ravnomeran tok sila;
– Pravilan izbor vrste i kvaliteta šava;
– Male deformacije usled zavarivanja;
Metalne konstrukcije 2 P2-57
Treba izbegavati
– Debele limove i debele šavove;
– Nagomilavanje šavova na jednom mestu;
– Oštre prelaze i nagle diskontinitete kod dinamički
opterećenih konstrukcija;
– Montaţne nastavke u zavarenoj izradi;
– Teške poloţaje zavarivanja;
– Komplikovane detalje;
Metalne konstrukcije 2 P2-58
Konstruisanje ukrućenja
Debljina lima t (mm) h f g n
4-8 >20 10 >5 >40
8-12 >25 10 >10 >50
12-16 >30 15 >10 >55
16-26 >40 20 >15 >60
26-40 >50 25 >20 >80
40-90 >60 30 >25 >100
Metalne konstrukcije 2 P2-59
Zasecanja rebra na mestu ukrštanja
Metalne konstrukcije 2 P2-60
Pravilno konstruisanje krstastih spojeva
Ne preporučuje se da debljina ugaonih šavova bude veća
od polovine debljine najtanjeg elementa (a<0,5tmin)!
Metalne konstrukcije 2 P2-61
Konstruisanje radioničkih nastavka nosača
Izbegavati nastavljanje svih elemenata u istom
poprečnom preseku!
Metalne konstrukcije 2 P2-62
Izbegavanje nagomilavanja šavova
Metalne konstrukcije 2 P2-63
Konstruisanje s obzirom na lamelarno cepanje
Metalne konstrukcije 2 P2-64
Kompatibilnost različitih spojnih sredstava
– Ne mogu se sva spojna sredstva meĎusobno
kombinovati u istoj vezi;
– Različita krutost spojnih sredstava onemogućava
ravnomernu raspodelu sila;
– Primena različitih spojnih sredstava u istoj vezi,
uglavnom kod sanacija i kod specifičnih
konstrukcijskih sistema;
Metalne konstrukcije 2 P2-65
Dijagrami deformabilnosti (krutosti)
različitih spojnih sredstava
Metalne konstrukcije 2 P2-66
Ne mogu se kombinovati
– Zakivci i obični (neupasovani) zavrtnjevi,
– Neupasovani zavrtnjevi i prednapregnuti visokovredni
zavtrnjevi,
– Neupasovani zavrtnjevi i zavarivanje,
– Prednapregnuti visokovredni zavrtnjevi i obični
(neupasovani) zavrtnjevi sa zazorom većim od 0,3 mm,
– Prednapregnuti visokovredni zavrtnjevi i zavarivanje kod
dinamički opterećenih konstrukcija, osim kod elemenata
opterećenih na savijanje (nosača).
– Sučeoni i ugaoni šavovi kod dinamičkog opterećenja.
Metalne konstrukcije 2 P2-67
Primer ortotropne ploče