6.1 kaynakli bİrleİmler...munzur Üniversitesi Çelik yapılar i İnşaat mühendisliği bahar...

Munzur Üniversitesi Çelik Yapılar I

İnşaat Mühendisliği Bahar 2018

Basit Birleşimler 22 Bahar 2018

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



Dr. Öğr. Üyesi Erkan Polat 23

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.




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




6.1.1 Köşe Kaynaklar (Fillet welds)

Kaynak, temas halinde iki parçadan oluşan bir köşeye yerleştirilir

Aşağıdaki şekilleri inceleyin

6.1.2 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)




Küt kaynaklarda uygulanan kaynak ağızları ve birleşim tipleri




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




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)

0.707 (cos45) katına eşittir. Bir köşe kaynağının, kaynak etkin kalınlığı boyunca

olan göçme düzlemi yukarıdaki şekilde gösterilmiştir.




Köşe kaynakların minimum etkin kalınlığı, hesaplanan kuvvetin güvenle

aktarılmasını sağlayacak kaynak kalınlığından ve TS648 TABLO 13.4’te

verilen minimum kalınlıklardan az olamaz. TS648-2016’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

kalınlığından daha büyük olamaz

(b) Kaynaklanan elemanın kenar kalınlığı 6mm’den daha kalın ise,

öngörülen kaynak kalınlığının sağlanabilmesi amacıyla,

0.7(𝑡 − 2𝑚𝑚) şeklinde belirlenecektir.




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 𝐿𝑒 = 𝐿

150𝑎 < 𝐿 ≤ 400𝑎 için 𝐿𝑒 = 𝛽𝐿 𝛽 = 1.2 − 0.0014(𝐿/𝑎) ≤ 1.0

400𝑎 < 𝐿 için 𝐿𝑒 = 250𝑎

burada;

𝐿: Kaynak uzunluğu

𝐿𝑒: 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 𝐹𝐸 = 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.




6.2.1 Kaynaklı Birleşimlerin Dayanımı

Kaynaklı birleşimlerin tasarım dayanımı, 𝜙𝑅𝑛, 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:

𝑓𝑣 =𝑃

0.707𝑤𝐿

Eğer kaynak en yüksek kayma gerilmesi, 𝐹𝑛𝑤, bu eşitlikte kullanılırsa, kaynak

nominal (karakteristik) dayanımı (yük kapasitesi) aşağıdaki gibi yazılabilir,

𝑅𝑛 = 0.707𝑤𝐿𝐹𝑛𝑤

Bir köşe kaynaktaki en yüksek kayma gerilmesi 𝐹𝑛𝑤, kaynak metali çekme

dayanımının 0.6 katına eşittir.

𝐹𝑛𝑤 = 0.60𝐹𝐸

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,

𝐹𝑛𝑤 = 0.60𝐹𝐸(1.0 + 0.50(𝑠𝑖𝑛𝜃)1.5)

𝜃 nın çeşitli değerleri için dayanımlar aşağıdaki tabloda verilmiştir; eğer kaynak

ekseni yük doğrultusuna paralel ise, dayanım basitce

𝐹𝑛𝑤 = 0.60𝐹𝐸 denklemine eşittir, eğer kaynak ekseni yük doğrultusuna dikse,

kaynak dayanımı %50 daha fazla olur.




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

𝐹𝑛𝑤 = 0.60𝐹𝐸 olarak alın:

𝑅𝑛 = 𝑅𝑛𝑤𝑙 + 𝑅𝑛𝑤𝑡

burada 𝑅𝑛𝑤𝑙 ve 𝑅𝑛𝑤𝑡 sırasıyla boyuna ve enine kaynakların dayanımıdır.

2. Enine kaynak dayanımını 50% fazla olarak alın ama boyuna kaynak

dayanımını 15% azaltın.

𝑅𝑛 = 0.85𝑅𝑛𝑤𝑙 + 1.5𝑅𝑛𝑤𝑡

Yük ve Dayanım Katsayıları Yöntemi (YDKT) için köşe kaynakların tasarım

dayanımı 𝜙𝑅𝑛;

𝜙 = 0.75




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:

𝜙𝑅𝑛 = 𝜙(0.6𝐹𝑦)𝐴𝑔𝑣 = 1.0(0.6𝐹𝑦)𝑡𝑝𝐿

Kayma Kırılması Durumu:

𝜙𝑅𝑛 = 𝜙(0.6𝐹𝑢)𝐴𝑛𝑣 = 0.75(0.6𝐹𝑢)𝑡𝑝𝐿

burada 𝐴𝑔𝑣 ve 𝐴𝑛𝑣 sırasıyla kesme kuvvetine tabi kayıpsız ve net kayma

alanıdır. Kaynaklı bir birleşim için aynı her ikisi de aynı değere sahiptir

(= 𝑡𝑝𝐿).




Özetle, bir kaynağın birim uzunluğu boyunca dayanımı aşağıdaki üç durumdan

en küçük olanıdır:

Kaynak Kayma Dayanımı: 𝜙𝑅𝑛 = 0.75(0.707 ∙ 0.6𝐹𝐸)𝑤

Esas Metal Kayma Akması: 𝜙𝑅𝑛 = 1.0(0.6𝐹𝑦)𝑡𝑝

Esas Metal Kayma Kırılması: 𝜙𝑅𝑛 = 0.75(0.6𝐹𝑦)𝑡𝑝




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.




ÖRNEK: Bir önceki örnekteki birleşim, 100mm’lik boyuna kaynaklara ek

olarak eleman sonunda 100mm’lik enine kaynağa sahip olursa, kaynak

birleşiminin dayanımı nedir?




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.




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.




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.




Kaynak Sembolleri




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.




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.




Problem 2: L110x70x12 profilinden çift korniyerli bir çekme elemanı, M22-8.8

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.




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.




Problem 4: Aşağıdaki şekilde gösterilen birleşim eklemi için gerekli olan

ezilme etkili M22-8.8 bulon sayısını bulunuz. Bulon diş açılmış gövdesi kayma

düzlemi dışındadır.




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 M30-8.8

bulonları gereklidir. Muhmemel bulon birleşim detayını çizerek gösterin.

Elemanın çekme ve blok kayma durumları için yeterli dayanımda olduğunu

varsayın.




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.




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.




- MODÜL SONU -

6.1 kaynakli bİrleİmler...munzur Üniversitesi Çelik yapılar i İnşaat mühendisliği bahar...

Documents