lezione 24 tecnica (giunti saldati).ppt [modalità
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LezioneTECNICA DELLE COSTRUZIONIProf. Pier Paolo RossiUniversità degli Studi di Catania
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Collegamenti saldati
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Procedimenti di saldatura
• Sorgente termicache produce alta temperatura in modo localizzato
• Fusionedel materiale base più il materiale di apporto
• Protezione del bagno di fusioneper evitare reazione con l’aria
• Procedimenti di saldatura:– manuali saldatura ossiacetilenica o saldatura
ad arco con elettrodi rivestiti– semiautomatici saldatura a filo continuo sotto
protezione di gas– automatici saldatura ad arco sommerso
3
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Procedimenti di saldatura
• Procedimenti di saldatura manualiSaldatura ossiacetilenica
• reazione tra acetilene ed ossigeno (C2H2+O2=2CO+H2)con produzione di gas riducenti e calore
• materiale di apporto sotto forma di bacchetta metallica
4
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Procedimenti di saldatura
Saldatura ad arco con elettrodi rivestiti
• Procedimenti di saldatura manualiSaldatura ossiacetilenica
• arco elettrico fatto scoccare tra materiale base ed elettrodo• l’elettrodo ha funzione di materiale di apporto;
bacchetta metallica conrivestimento la cui fusionegenera gas per la protezionedella zona fusa
Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio 5
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Difetti di saldatura
• Cricche a freddo
• si generano ai bordi della saldatura per effetto dei cicli termici ad elevata velocità di raffreddamento che danno luogo a fenomeni simili a quella della tempra
• la prevenzione da questo fenomeno può ottenersi con un preriscaldamento del pezzo, facendo più passate di saldatura ed utilizzando elettrodi con rivestimento basico
6Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio
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Difetti di saldatura
• Cricche a freddo
• si generano durante la solidificazione della zona fusa e a seguito di scorie provenienti dal materiale base; queste ultime tendono a segregare in zone preferenziali e a temperature più basse del materiale circostante dando luogo a tensioni da ritiro e a non coesione del materiale
• Cricche a caldo
7Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio
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Difetti di saldatura
• Cricche a freddo
• quando i pezzi da saldare non sono vincolati si hanno spostamenti relativi importanti che possono essere corretti con frecce iniziali di segno opposto, con bloccaggio dei pezzi da saldare o con studio delle sequenze di saldatura
• Cricche a caldo• Deformazioni permanenti
8Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio
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Difetti di saldatura
• Cricche a freddo• Cricche a caldo• Deformazioni permanenti• Strappi lamellari• Difetti di esecuzione
• dovuti a cavità contenenti scoria per sequenze improprie delle passate di saldatura, a mancata penetrazione dei pezzi da saldare o ad incollatura tra materiale di apporto fuso e materiale base non ancora fuso
9Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio
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Difetti di saldatura
• Cricche a freddo
• Cricche a caldo
• Deformazioni permanenti
• Strappi lamellari
• Difetti di esecuzione
• Tensioni residue
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Controlli delle saldatureEsame con liquidi penetranti
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Controlli delle saldatureEsame radiografico
Parziale penetrazione Impurità incluse all’interno
Impurità in superficie Presenza di vuoti
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Controlli delle saldatureEsame ad ultrasuoni
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Collegamenti saldatiClassificazione
1. Saldature a completa penetrazione
2. Saldature a cordone d’angolo
Se rimangono tratti non collegati:
saldatura a parziale penetrazione (considerata come cordone d’angolo)
14Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio
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Saldatura a completa penetrazione
• È indispensabile la preparazione dei lembi dei pezzi da saldare:cianfrinatura (perché lo smusso è denominato cianfrino)
15Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio
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Saldatura a completa penetrazione
• Viene perfettamente ripristinata la continuità del materiale• La resistenza della saldatura è almeno pari
a quella dei pezzi che unisce• In genere non è necessaria una verifica specifica
NTC08, punto 4.2.8.2.116
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Saldatura a cordoni d’angoloResistenza dei cordoni di saldatura
17
R Forza agente sul cordone d’angolo
R
Sezione di golaL
a
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Saldatura a cordoni d’angoloResistenza dei cordoni di saldatura
R
Sezione di gola
t
L
a
R Forza agente sul cordone d’angolot Tensione agente sulla sezione di gola
(ha lo stessa direzione di R e modulo pari a t = R / a L)
18
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Saldatura a cordoni d’angoloResistenza dei cordoni di saldatura
⊥σ⊥τ
//τ
Componenti di t⊥σ ⊥τ//τ19
R Forza agente sul cordone d’angolot Tensione agente sulla sezione di gola
R
Sezione di golaL
a
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Saldatura a cordoni d’angoloResistenza dei cordoni di saldatura
Il dominio di rottura di un cordone di saldatura è stato determinato sperimentalmente
Per la sua forma irregolare è stato denominato peroide
20Figura tratta Da Ballio, Mazzolani. Strutture in acciaio
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Dominio di resistenza sperimentalePeroide
⊥σ
⊥τ
⊥σ
//τ
21
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Domini di resistenza analiticiEllissoide
⊥σ
⊥τ
⊥σ
//τ
uwf
uwf58.0 uwf70.0
( ) ( ) 1f70.0f58.0f 2uw
2//
2uw
2
2uw
2
≤τ
+τ+σ ⊥⊥
22
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Domini di resistenzaEllissoide di rotazione
⊥σ
⊥τ
⊥σ
//τ
uwf
uwf58.0 uwf58.0
( ) 1f58.0f 2uw
2//
2
2uw
2
≤τ+τ
+σ ⊥⊥
23
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Domini di resistenzaEllissoide ed ellissoide di rotazione
( ) ( ) 1f70.0f58.0f 2uw
2//
2uw
2
2uw
2
≤τ
+τ+σ ⊥⊥
( ) 1f58.0f 2uw
2//
2
2uw
2
≤τ+τ
+σ ⊥⊥
Bisogna calcolare le componenti della tensione t rispetto al sistema di riferimento della sezione di gola
Svantaggio:
//e, ττσ ⊥⊥24
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Domini di resistenza Dominio sferico
⊥σ
⊥τ
⊥σ
//τ
uwf
uwf58.0
( ) 1f58.0 2uw
2//
22
≤τ+τ+σ ⊥⊥
uwf58.0t ≤25
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Domini di resistenzaSfera mozza
⊥σ
⊥τ
uwf
uwf58.0
⊥σ
uwf70.0
//τ
uwf58.0 uwf58.0
( ) 1f70.0 2uw
2//
22
≤τ+τ+σ ⊥⊥ uwf58.0≤σ⊥
uwf58.0≤τ⊥
Inoltre …
26
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Domini di resistenzaSfera mozza
Inoltre …
uwf70.0
uwf58.0
uwf58.0
⊥n⊥t
⊥n
uwf258.0tn ≤+ ⊥⊥( ) 1f70.0ttn2
uw
2//
22
≤++ ⊥⊥
//t
27
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Saldatura a cordoni d’angoloResistenza dei cordoni di saldatura
⊥σ
⊥τ
⊥σ
//τ
Sia l’EC3 che le NTC08 propongono due domini:1 – dominio sferico con raggio pari a 0.58 fuw2 – ellissoide di rotazione
uwf
uwf58.0
28
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Verifica di cordoni di saldaturaDominio sferico
3f
ft wuwv =<
w
u 3/fβ
=
Massima tensione sopportabile da cordone di saldatura
Tiene conto della differenza tra il cordone di saldatura ed il materiale base
80.0=βw Per S23585.0=βw Per S27590.0=βw Per S355
wvf
wβ
29
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Verifica di cordoni di saldaturaDominio sferico
2Mw
uwv
3/fftγβ
=<
NTC08, punto 4.2.8.2.1
Massima tensione sopportabile da cordone di saldatura
Tiene conto della differenza tra il cordone di saldatura ed il materiale base
80.0=βw Per S23585.0=βw Per S27590.0=βw Per S355
wvf
wβ
30
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Prescrizioni sulle saldature
L’altezza di gola:
• deve essere pari almeno a 3 mm
Lunghezza efficace:• di norma si assume uguale alla lunghezza totale meno 2 volte l’altezza di
gola
• si assume pari alla lunghezza totale se il cordone di saldatura presenta lo stesso spessore anche nelle parti iniziale e finale
• deve essere pari almeno a 6 volte l’altezza di gola e comunque non minore di 30 mm
EN 1993, parte 1-8, punto 4.51 e 4.5.231
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Collegamento saldatoEsempio
1. Determinazione di fv w,d
NEd 150 kN4 Cordoni a = 3 mm(per lato) L = 80 mmAcciaio S235
NEd NEd
MPa8.20725.1x80.03/3603/ff
2Mw
ud,wv ==
γβ=
32
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Collegamento saldatoEsempio
2. Verifica
kN5.374
150nNF
c
EdEd,v ===
MPa8.207f d,wv =
kN9.4910
8.207x80x3fLaF 3w,dvEd,v ==<
I cordoni sono verificati
NEd NEd
NEd 150 kN4 Cordoni a = 3 mm(per lato) L = 80 mmAcciaio S235
33
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Verifica di cordoni di saldaturaEllissoide di rotazione
uw2//
22 f)(3 ≤τ+τ+σ ⊥⊥
( ) 1f58.0f 2uw
2//
2
2uw
2
≤τ+τ
+σ ⊥⊥
Richiede la valutazione delle diverse componenti di tensione sulla sezione di gola
o in alternativa …
2Mw
ufγβ
=
βw e γM2 hanno lo stesso significato fisico ed assumono gli stessi valori mostrati nel caso di dominio sferico
NTC08, punto 4.2.8.2.134
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Collegamento saldato Esempio
1. Determinazione delle tensioni dovute al taglio
Forza verticale applicata sul cordone per effetto deltaglio
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
Nk35270
2VF Ed
V ===
VF
MEd
VEd
35
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Collegamento saldatoEsempio
1. Determinazione delle tensioni dovute al taglio
MPa9.22180x6x2
10x35La
)45cos(F 3VV ==
°=σ⊥
MPa9.22180x6x2
10x35La
)45(senF 3VV ==
°=τ⊥
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
36
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Collegamento saldatoEsempio
2. Determinazione delle tensioni dovute al Momento
Nk9.233171.040
hMF Ed
M ===
Forza orizzontale applicata sul cordone per effettodel momento flettente
MF
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
37
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Collegamento saldatoEsempio
MPa2.153180x6x210x9.233
La)45(senF 3
MM ==°
=σ⊥
MPa2.153180x6x210x9.233
La)45cos(F 3
MM ==°
=τ⊥
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
2. Determinazione delle tensioni dovute al Momento
38
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Collegamento saldato Esempio
3. Determinazione delle tensioni totali
MPa1.1762.1539.22MV =+=σ+σ=σ ⊥⊥⊥
MPa3.1302.1539.22MV =+−=τ+τ−=τ ⊥⊥⊥
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
39
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Collegamento saldatoEsempio
4. Verifica
MPa3.2863.130x31.1763 2222 =+=τ+σ ⊥⊥
MPa36025.1x8.0
360f2Mw
u ==γβ I cordoni sono verificati
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
40
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Collegamento saldatoEsempio
E se avessi eseguito la verifica con il dominio sferico?
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
41
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Collegamento saldatoEsempio
1. Determinazione di fv w,d
MPa8.20725.1x80.03/3603/ff
2Mw
ud,wv ==
γβ=
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
42
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Collegamento saldatoEsempio
2. Calcolo la forza agente sul cordone
Nk9.233171.040
hMF Ed
M ===Nk35270
2VF Ed
V ===
Nk5.2369.23335FFF 222M
2VEd =+=+=
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
MEd
VEd
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Collegamento saldatoEsempio
3. Verifica
VEd 70 kNMEd 40 kNmAcciaio S235Asta HEA 180Cordoni a = 6 mm
L = 180 mm
Nk5.236FEd =
I cordoni non sono verificati
kN4.22410
8.207x180x6fLaF 3w,dvEd ==>
MPa8.207f d,wv =
MEd
VEd
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Saldatura a cordoni d’angoloResistenza dei cordoni di saldatura
Le NTC08 consentono anche l’uso della sfera mozza:
Tengono conto della differenza tra il cordone di saldatura ed il materiale base
y2 ftn β≤+ ⊥⊥
y12//
22 fttnt β≤++= ⊥⊥
Per S235Per S275 ed S355
85.01 =β70.01 =β
00.12 =β85.02 =β
21 e ββ
Dominio ormai superato, introdotto per ottenere gli stessirisultati delle tensioni ammissibiliNTC08, punto 4.2.8.2.1
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FINE
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