اتصال دهنده ها در سازه های فولادی

اتصال دهنده ها در سازه های فولادی Fastener :

اتصال دهنده ها در سازه های فولادی در سه نوع : پیچ ، جوش و پرچ تقسیم بندی میشوند. امروزه پیچ و جوش کاربرد بیشتری نسبت به پرچ دارند . چون پیچ و مهره Bolt and nut در کارخانه ها ساخته می شوند ، بنابراین دارای مشخصات استاندارد و کیفیت مناسب و قابل اطمینان میباشد و با ابزار کمی قابل نصب می باشند و کافی است که آموزش مختصری اتصال دهنده ها در سازه های فولادی به پرسنل مربوطه داده شود .

. بطور کلی مهندس طراح با انتخاب روشهای مناسب و استفاده از آئین نامه ها اتصال دهنده ها در سازه های فولادی، استانداردهای معتبر و آشنایی با رفتار پیچ و مهره نوع معمولی یا اعلاء آنرا انتخاب و روشهای نصب و نظارت بر آنها را برای اتصالات سازه های فولادی مشخص می نماید.
. طراحی پیچ و مهره بر اساس سطح تنش ( Stress Area ) که ضعیف ترین قسمت پیچ میباشد، یعنی سطح دنده های پیچ انجام می گیرد.

 اتصال پرچ: Rivet fastener

پرچ از قدیمی ترین وسایلی است که از آن برای اتصال ها در سازه های فولادی  استفاده میشود ولی امروزه کاربرد آن کاهش یافته است .
پرچ یک قطعه استوانه توپر فولادی است که یک سر آن بشکل گل میخی Rivet, cone -head و یا مخروطی شکل rivet button head ساخته شده و بصورت گرم در سوراخ پروفیل قرار داده و کوبیده می شود . و سر دیگر آن بوسیله چکش بادی شکل داده می شود.

پرچ پس از سرد شدن جمع میشود ، و این جمع شدن موجب فشردگی پرچ و نیروی پس تنیدگی در قطعه اتصال میشود بدین ترتیب یک اتصال اصطکاکی کامل بدست می آید از آنجایی که میزان انقباض و نیروی بوجود آمده در پرچ قابل محاسبه نیست نمی توان مقدار آن در محاسبات  طراحی وارد کرد. چنانچه پرچ سرد کوبیده شود ، هیچ نیروی پس تنیدگی در آن بوجود نمی آید.

چرا پرچ در سازه های فولادی کمتر استفاده می شود

. پیشرفت تکنولوژی جوشکاری
. تولید پیچهای با مقاومت بالا
. نیاز به نیروی انسانی زیاد و ماهر
سرو صدای زیاد در هنگام اجرا
. خطر آتش سوزی در هنگام کار
. احتیاج به نظارت زیاد در اجرا

اتصال جوش: Welded Fastener 

آشنایی با روش ها و فرآیند جوشکاری

۱. ۱ مبانی طبقه بندی روش های جوشکاری

روشهای جوشکاری به شرح زیر اتصال دهنده ها در سازه های فولادی تقسیم بندی می شوند
۱ بر حسب نوع منبع حرارت
نوع الکترود مصرفی
نحوه حفاظت از حوضچه مذاب

۲. ۲- تعریف قوس الکتریکی در جوشکاری

تخلیه بار الکتریکی در یک کانال یونیزه را قوس الکتریکی می گویند که حرارتی حدود ۳۶۰۰ درجه سانتیگراد تولید میکند و دارای دو نوع الکترود به شرح زیر می باشد :

الف) الکترود مصرفی : نقطه ذوبی مشابه فلز پایه دارد و بصورت قطره اتصال دهنده ها در سازه های فولادی جدا شده و به حوضچه مذاب می ریزد.
ب) الکترود غیر مصرفی : الکترودهایی از جنس کربن یا تنگستن که هنگام ایجاد قوس ذوب نمی شوند.

۳.۳ فرآیند متداول جوشکاری

الف – جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکشدار : SMAW Shielded Metal Arc Welding
۱- مزایای جوشکاری با الکترود روکشدار دارای دستگاه و ابزار ساده ، ارزان و قابل حمل می باشد. کاربرد گسترده کار در محلهای محدود کار با انواع فلزات گاز محافظ در برابر وزش باد حساسیت کمتری دارد .
۲- معایب جوشکاری با الکترود روکشدار نرخ رسوب در مقایسه با (GMAW) و (SAW) کمتر است پیوستگی جوشکاری بخاطر نیاز به تعویض الکترود کمتر است. نیاز به پاک کردن سرباره  سرعت کم – شکستن روکش اتصال دهنده ها در سازه های فولادی

ب – جوشکاری قوس الکتریکی زیر پودری (SAW)

Sab Merged Arc Welding
-۱ مزایای جوشکاری قوس الکتریکی : قوس الکتریکی بین مفتول و قطعه کار در زیر پودر برقرار می گردد نفوذ جوش بیشتر است دستگاه اتوماتیک کیفیت بهتری دارد – ظاهر پر جوش بهتر – دود جوش کمتر – اشعه جوش دیده نمیشود – پاشش جوش وجود ندارد.
معایب جوشکاری زیر پودری : برای ورقهای نازک مناسب نیست. اتصال دهنده ها در سازه های فولادی
هزینه تجهیزات بالاتر – فقط جوش شیاری در وضعیت تخت و جوش گوشه
تخت و افقی – محل درز اتصال در هنگام جوشکاری کنترل نمی شود.

ج- جوشکاری قوس الکتریکی تحت حفاظ گاز GMAW

Gas Metal Arc Welding
-۱ مزایای جوشکاری الکتریکی تحت حفاظ گاز در این نوع جوشکاری از گاز آرگون یا گاز دی اکسید کربن استفاده میشود و روش جوشکاری ، نیمه اتوماتیک یا تمام اتوماتیک متمتد میباشد و کیفیت بالایی دارد – برای ورقهای نازک مناسب – در همه حالتها – رکتیفایر با ولتاژ ثابت

DCEP . ۲- معایب جوشکاری هزینه تجهیزات بالا – در محیط های بسته قابل انجام – فاصله جوشکاری در نزدیک دستگاه – ورق ضخیم مناسب نیست.
-۴- جریانهای جوشکاری با قوس الکتریکی
الف – جریان متناوب (AC) Alternative Current
ب جریان مستقیم (DC) Direct Current
مزایای جریان AC جریان متناوب در هر ۱/۵۰ تا ۱/۱۲۰ ثانیه جهت آن معکوس می شود و این تغییر فاز مدام باعث کاهش میدان مغناطیسی جریان و کاهش انحراف قوس و در نتیجه کاهش پاشش جوش کاهش مصرف انرژی و کاهش نیاز به مراقبت می شود .

مزایای جریان DC : انتقال فلز الکترود به حوضچه مذاب یکنواخت تر است – استفاده از شدت جریان کم (V) – همه نوع الکترود – شروع قوس راحت تر – وضعیت های افقی عمودی و بالاسری بهتر، نگهداری طول قوس کوتاه تر برای ورق نازک کار راحت تر است.

۵ دستگاه های جوشکاری : Welding Machines
الف – ترانسفورماتور Transformers یا مبدل جریان متناوب A.C این دستگاه از برق شهر تغذیه میکند در این دستگاه از یک مبدل جهت کاهش ولتاژ الکتریکی جریان متناوب ورودی به ولتاژ مناسب برای جوشکاری استفاده میشود یعنی ولتاژ ورودی شهر مثلاً ۱۱۰-۲۲۰-۴۴۰ ولت را به ولتاژ حدود ۱۸ تا ۳۶ ولت کاهش میدهند. با تعدادی حلقه سیم پیچ ولتاژ مورد نیاز متناسب را بدست میآورند .
از مزایای جریان متناوب میتوان ،، کاهش تخلخل ، کاهش پاشش کاهش میدان مغناطیسی و کاهش مراقبت را نام برد .

: Motor – Generator )ب موتور ژنراتور (دینام
موتور ژنراتور با دو نوع سوخت برق تولید میکند موتور بنزینی و موتور دیزلی در موتور ژنراتور انرژی شیمیایی به حرارتی به مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد و می تواند جریان متناوب یا مستقیم (A.C, D.C) تولید کند و در بین مولدها کمترین بازدهی را دارد. دستگاه دینام تناوببرق را از بین میبرد و جریان مستقیم (DC) تولید میکند ، دارای قوس نفوذی و دوام و کاربرد فلزات می باشد.

ج – رکتیفایر یا مبدل یک سو کننده : Transformers – Rectifiers
رکتیفایر ماشین جوشکاری مبدل – یک سو کننده جریان است و دارای دو
قسمت اصلی به شرح زیر می باشد :
الف – مبدل : (Transformers جهت تنظیم جریان ورودی به ماشین.
ب یکسوکننده : (Rectifiers ) که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می کند.

این دستگاه انعطاف پذیر است و قادر به تولید دو جریان به شرح می باشد :
Straight polarity ( DCSP( با قطب مستقیم Reverse Polarity (DC) (RP( و قطبیت معکوس
– عوامل موثر در انتخاب دستگاه جوشکاری :
الف روش جوشکاری ب محیط کار پ قابلیت حملت اقتصادی بودن ت تعمیر و نگهداری ج مهارت های موجود – آیین نامه و استانداردها – سرویس دهی دستگاه خ ایمنی
قطب ها در جوشکاری: Welding Polarity
 الف قطب مستقیم DCSP : Direct current Straight Polarity
 ب قطبیت معکوس DCRP: Direct current Reverse polarity

انحراف قوس یا وزش قوس

در جوشکاری مواد فرو مغناطیسی مانند فولاد با جریان DC میدان های مغناطیسی در اطراف الکترود قطعه فولادی و کابل وضعیتی بوجود می آید که به آن وزش قوس می گویند.
وزش قوس در جریان مستقیم (DC) بوجود می آید و در جریان متناوب ناچیز است .
وزش قوس در ورقهای ضخیم بیشتر از ورقهای نازک بوجود می آید. وزش قوس موجب جرقه های زیاد و عدم تکمیل جوش می شود.

روشهای جلوگیری از وزش قوس

۱ تغییر جریان از وضعیت DC به AC
-۲ کاهش شدت جریان جوشکاری
تغییر محل کابل اتصال به زمین متناسب با پیشرفت جوش
-۴ پیچیدن کابل به دور قطعه کار

 الکترودهای جوشکاری: Welding Electronic

به فلز پرکننده به شکل مفتول با روکش یا بدون روکش که جریان الکتریکی توسط آن بین کابل الکترود و قطعه اتصال ایجاد میگردد الکترود گفته می شود.
الکترودها ۵ گروه اصلی دسته بندی می شوند :
۱- الکترود فولاد نرمه
۲ فولاد پر کربن
فولادهای آلیاژ دار خاص
۴- چدن
الکترودهای غیر آهنی
۱۰ طبقه بندی الکترود بر حسب نوع روکش :

-۱ الکترود با روکش روتیلی E6013 : دارای قوس ملایم ، نفوذ متوسط ، شدت جریان و حرارت ورودی کم کمتر سوراخ شدن فولاد
-۲- الکترود با روکش سلولزی E6010 :
دارای قوس قوی ، نفوذ خوبخط جوش تخت ، سرباره کم ، انجماد سریع .
الکترود با روکش پودر آهن E7024 دارای قوس کوتاه ، نفوذ کم ، پراکندگی زیاد که به آن الکترود پرجوش یا Full Fill می گویند.
-۴- الکترود با روکش قلیایی E7018
کم هیدروژن، برای فولادهای پرکربن، قطعات ضخیم تر از ۲۵ میلیمتر ، هوای مرطوب

۱۱ طبقه بندی الکترود بر اساس ضخامت روکش :
۱- الکترود با روکش نازک
۲- الکترود با روکش متوسط
۳- الکترود با روکش ضخیم
۴- الکترود با روکش خیلی ضخیم

۱۲ عملکرد مفتول الکترود :

۱- هدایت جریان الکتریکی
۲- تامین فلز پرکننده درز جوش اتصال دهنده ها در سازه های فولادی

الکترود روکش دار Covered Electrode

الکترود فلزی با طول محدود Stick در جوشکاری دستی بکار می رود .

الکترود پیوسته Bare Electrode
الکترود پیوسته قرقره ای در جوشکاری اتوماتیک و نیمه اتوماتیک بکار می رود .
الکترود مغزه دار Cored Electrode
الکترود که پودر جوشکاری در مغز آن قرار دارد و در جوشکاری اتوماتیک و نیمه اتوماتیک بکار می رود .

۱۳ عملکرد روکش الکترود:

۱- پایدار کننده قوس
۲- ایجاد اتمسفر گازی و سرباره محافظ
۳- تامین شکل گرده جوش
۴- کاهش سرعت سرد شدن حوضچه جوش
۵- پایین آوردن نقطه ذوب و خارج کردن ناخالصی ها از حوضچه جوش

ث) مواد متشله روش الترود : اتصال دهنده ها در سازه های فولادی  
سیلیکات سدیم و پتاسیم عموما به عنوان حامل (ملات) به کار می روند. بعضی از چسبهای گیاهی نیز دارای کاربردهای محدودی در این زمینه هستند. آلیاژها آهن دار و فلزات خاص به عنوان عناصر احیا کننده و عناصر آلیاژی به کار میروند فلزات قلیایی خاکی بهترین تثبیت کننده قوس الکتریکی هستند.

خاک اره خمیر ،چوب ،سلولز کتان ،نشاسته شکر و مواد گیاهی دیگر حفاظی در مقابل گازهای اتمسفر و آلودگی هوا ایجاد می کنند. عناصر گداز آور و سرباره ساز شامل سیلیکا ،آلومینیا ،رس، سنگ معدن آهن روتیل سنگ آهک ،مگنزیت پنبه نسوز و میکا و بسیاری مواد معدنی دیگر می باشند.

در ضمن بعضی مواد مصنوعی مانند تیتانات پتاسیم و دی اکسید تیتانیوم نیز عملکردی مشابه مواد معدنی فوق الذکر را دارد.

ج) تاثیر روش بر قطبیت :
ترکیب روکش در انتخاب قطبیت در جوشکاری با جریان یکسو نقش اساسی دارد. بعضی از روکشها با قطبیت مستقیم الکترود منفی بازده بیشتری داشته و روکش دیگر بازده الکترود را با قطبیت معکوس الکترود مثبت افزایش می دهند. اتصال دهنده ها در سازه های فولادی

هر دو نوع روگشهای فوق مزایایی دارند که آنها را برای کاربرد مشخصی قابل استفاده میسازد. امروزه ساخت روکشهایی در حال توسعه است که عملکرد آنها در مقابل هر دو نوع قطبیت مستقیم و معکوس یکسان بوده و در جریان متناوب نیز قابل استفاده هستند. اتصال دهنده ها در سازه های فولادی

۱۴ – شناسایی الکترودها :
American Welding Society (A.W.S( موسسه جوشکاری آمریکا
شناسایی الکترودها را به ۲ گونه زیر بیان می کند :اتصال دهنده ها در سازه های فولادی

۱- سیستم شناسایی با رنگ بر روی الکترود بدون روکش و یا روکش دار -۲- سیستم شماره گذاری و طبقه بندی بر روی الکترود پوشش دار در این سیستم الکترود بر حسب خواص مفتول ، حالت جوشکاری و نوع پوشش نام گذاری می شود .

چهار یا پنج رقم پس از حرف E نشان دهنده مقاومت، حالت جوشکاری و نوع پوشش می باشد.اتصال دهنده ها در سازه های فولادی ۲ یا ۳ عدد اول مقاومت کششی بر حسب ۲ KP/in میباشد شماره بعدی حالت جوشکاری می باشد.

۱ همه حالتها ۲ حالت افقی و تخت ۳ حالت تخت و شماره آخر نوع پوشش الکترود می باشد.
الکترود E6010 : با پوشش سلولزی ، نفوذی و مقاومت حداقل ۴۲۰۰g/m2 برای همه حالت ها. – الکترود E6013 : با پوشش روتیلی ، معمولی و مقاومت حداقل ۴۲۰۰g/m2 برای همه حالت ها.
الکترود E7018 : با هیدروژن کم ضد رطوبت و مقاومت حداقل ۴۹۰۰kg/m2 برای همه حالت ها.
الکترود E7024 با پوشش پودر آهن و مقاومت حداقل ۴۹۰۰۲ برای حالت تخت و افقی ۱۵ طول و قطر استاندارد الکترود
الکترودهای با کلفتی ۱/۵ تا ۲/۵ میلیمتر درازایی حدود ۳۰۰mm تا ۳۵۰mm دارند.
الکترودهای با کلفتی ۳/۱۵ ۴۰ و ۵ تا ۱۰ میلیمتر درازایی حدود ۳۵۰mm تا ۴۵۰mm دارند.

منظور از قطر استاندارد الکترود ، کلفتی فلز داخلی است که دارای روکش الکترود می باشد.
وزن بسته های الکترود
وزن دسته های الکترود حدود ۴kg تا ۵kg
وزن جعبه های الکترود حدود ۲۰kg تا ۳۰kg برای بسته های ۵ و ۶ تایی
وزن خالص حلقه و قرقره بطور تقریب ۶۵kg تا ۹۰kg

۱۶- نگهداری الکترود
الکترودها بایستی همواره خشک نگهداری شود تا جوش کامل و خوبی بدست آید. برای این منظور بهتر است از خشک کن الکترود electrode oven استفاده شود. درجه حرارت خشکها تا ۵۴۰ درجه سانتیگراد قابل تنظیم می باشد که درجه ۷۵ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت خشک کن های الکترود دارای ظرفیتی بین ۱۰ تا ۵۰۰ کیلوگرم می باشد.

منبع: جزوه آقای محمدرضا صالحی