Suwmiarką nazywamy przyrząd pomiarowy z noniuszem, używany do pomiaru wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych, a gdy suwmiarka ma wysuwkę głębokościomierza – również do pomiaru głębokości oraz do pomiaru gwintów. Produkuje się także suwmiarki: specjalne, na przykład z jedną ruchomą szczęką pomiarową; do kanałków wewnętrznych i zewnętrznych; modułowe do pomiaru kół zębatych, którymi mierzy się grubość zęba koła zębatego przy wcześniej ustawionym module, który ustala górna szczęka suwmiarki. Suwmiarką można dokonywać pomiarów z dokładnością do 0,1 mm (noniusz 9 mm), 0,05 mm (noniusz 19 mm), 0,02 mm (noniusz 49 mm). W sprzedaży można także spotkać suwmiarki z czytnikiem elektronicznym lub zegarowym o dokładności odczytu nawet 0,001 mm, jednak ze względów konstrukcyjnych (między innymi brak sprzęgiełka i niedokładności styku liniowego noniusza z korpusem) rzeczywista dokładność pomiaru jest w nich o rząd wielkości mniejsza.

Oprócz suwmiarek uniwersalnych mechanicznych, produkowane są także suwmiarki elektroniczne z wyświetlaczem ciekłokrystalicznym.

Mikrometr jest to przyrząd pomiarowy służący do mierzenia przedmiotów z dokładnością rzędu 0,01 mm. Działanie przyrządu opiera się na użyciu śruby mikrometrycznej oraz noniusza. Śruba mikrometryczna to bardzo precyzyjnie wykonana śruba o skoku gwintu 0,5 lub 1 mm połączona z bębnem mikrometru, na obwodzie którego wygrawerowano podziałkę (noniusz). Z bębnem mikrometru połączone jest sprzęgłem zapadkowym pokrętło zapewniające odpowiedni, stały docisk szczęk (na fotografii to mniejsze pokrętło). Nieodpowiedni docisk powoduje znaczne niedokładności pomiaru.

Szczęki mikrometru to:

- szczęka stała

- młoteczek - szczęka ruchoma będąca przedłużeniem śruby mikrometrycznej lub z nią połączona

Najczęściej stosowane są przyrządy mierzące z dokładnością nieco mniejszą tj. do 0,01 mm. Niektóre mikrometry zawierają też dodatkowe pokrętło lub śrubę dociskową do blokowania nastawy mikrometru.

Grubość elementu lub konstrukcji, zwłaszcza dostępnych jednostronnie, może być określana metodą ultradźwiękową. Istnieje szereg procedur pomiarowych wykorzystujących możliwości różnych aparatów ultradźwiękowych. Poczynając od wyspecjalizowanych grubościomierzy ultradźwiękowych, z cyfrowym wyświetlaniem wyniku pomiaru, które mogą być wzbogacone o zobrazowania typu „A”, do uniwersalnych defektoskopów ultradźwiękowych, które można dodatkowo wyposażyć w cyfrowy wyświetlacz położenia impulsu w bramce. Podział tych metod, związany z ich możliwościami pomiarowymi, jest na tyle istotny, że został wprowadzony przez Urząd Dozoru Technicznego jako dwie oddzielne techniki pomiarowe: UT-7 (ultradźwiękowe pomiary grubości defektoskopem) oraz UT-8 (ultradźwiękowe pomiary grubości grubościomierzem). W pracy omówiono niektóre problemy pomiaru grubości wyspecjalizowanymi grubościomierzami ultradźwiękowymi. W grubościomierzach tych najczęściej stosuje się metodę echa i głowicę podwójną, przystosowaną do pomiaru grubości z określonego zakresu. Należy pamiętać, że grubościomierze ultradźwiękowe nie mierzą grubości materiałów. Aparaty te mierzą czas przejścia fali ultradźwiękowej przez badany materiał a grubość oblicza się stosując współczynnik, którym jest prędkość fali w danym materiale, wprowadzana jako wartość znana lub wynikająca z odpowiedniego wzorcowania. Istotnym założeniem jest tu stała prędkość fali w badanym obszarze. Grubość materiału będzie więc równa:

g = 0,5*(t*v)

w którym:

g – mierzona grubość materiału,

t - czas przejścia impulsu ultradźwiękowego,

v - prędkość fali ultradźwiękowej w badanym materiale.

Rodzaj głowicy musi być dostosowany do danego typu grubościomierza oraz do zakresu mierzonych grubości. Nawet zmiana długości przewodów łączących głowicę z aparatem może powodować zmianę charakterystyki pomiarowej przyrządu. Stosujemy fale ultradźwiękowe o częstotliwości 1-10 MHz, najczęściej 4 MHz. Jednak, w zależności od grubości i struktury mierzonego materiału, możliwe jest stosowanie częstotliwości w zakresie od 100 kHz (metoda przepuszczania dla materiałów silnie tłumiących) do 50 MHz w przypadku blach cienkich.

Przy wyborze parametrów stosowanej głowicy należy pamiętać, że głowice szerokopasmowe dają impulsy krótsze niż wąskopasmowe, zapewniając tym samym

odpowiedni bok lub szczyt impulsu do pomiaru czasu przejścia, a więc lepszą rozdzielczość przy pomiarach blach cienkich lub powłok. W przypadku głowic podwójnych strefa ogniska powinna obejmować przewidywany zakres grubości. Ogólnie można przyjąć, że przy prawidłowym wzorcowaniu, pomiary grubości możemy wykonać z dokładnością ±0,1 mm w zakresie od około 1 do 300 mm. Oczywiście, w idealnych warunkach (np. odległość dwóch szlifowanych płaszczyzn równoległych), możemy specjalnymi grubościomierzami zmierzyć odległość z błędem nie przekraczającym ±0,01 mm, a nawet ±0,001mm.

Możliwe jest stosowanie 4 technik pomiarowych: techniki echa pojedynczego, techniki opóźnienia echa pojedynczego, techniki ech wielokrotnych i techniki przepuszczania.

Pomiaru grubości można dokonać następującymi rodzajami aparatury:

- specjalistycznymi aparatami do ultradźwiękowego pomiaru grubości z cyfrowym wyświetlaniem mierzonej wielkości,

- specjalistycznymi aparatami do ultradźwiękowego pomiaru grubości z cyfrowym wyświetlaniem mierzonej wielkości i zobrazowaniem sygnałów A,

- defektoskopami ultradźwiękowymi z zobrazowaniem sygnałów typu A.

Należy pamiętać, że stosowanie prostych i tanich grubościomierzy może pociągać za sobą szereg niedogodności w przypadku pomiaru elementów skorodowanych, pokrytych powłokami ochronnymi itp.

Grubościomierze ultradźwiękowe cyfrowe umożliwiają, po wykonaniu serii pomiarów, natychmiastowe uzyskanie danych dotyczących średniej arytmetycznej wyników, minimalnej lub maksymalnej wartości zmierzonej grubości, porównania z grubością podstawową, sygnalizowania przekroczenia grubości założonych itp. Niektóre, często w formie dodatkowego oprogramowania, pozwalają na analizę statystyczną wyników.

Najprostszym przypadkiem jest pomiar grubości elementu z materiału o niewielkim tłumieniu o ściankach płasko-równoległych i gładkiej powierzchni (rys. 2a). Wyniki takich pomiarów, uzyskane uniwersalnymi grubościomierzami, są w pełni wiarygodne. Powłoki malarskie, metalowe warstwy ochronne, rozbudowane wżerami i produktami korozji powierzchnie przyłożenia głowicy i odbicia fali ultradźwiękowej w wielu przypadkach w istotny sposób zmieniają wynik pomiaru, a w przypadku prostych grubościomierzy uniemożliwiają bezpośredni pomiar.

Rys. 2. Schemat pomiaru grubościomierzem ultradźwiękowym

g_m – grubość rzeczywista materiału

g_p - grubość powłoki

v_m - prędkość fali ultradźwiękowej w materiale

v_p – prędkość fali ultradźwiękowej w powłoce

Podstawowymi, zewnętrznymi czynnikami wpływającymi na błąd pomiaru grubości grubościomierzami ultradźwiękowymi są: jakość i powtarzalność sprzężenia akustycznego głowicy z mierzonym elementem, niezmienność warunków propagacji fali w badanym elemencie, ukształtowanie powierzchni odbijającej oraz temperatura pomiaru.

1. Część teoretyczna

Połączenia śrubowe

W tego rodzaju połączeniach śruba (1) i nakrętka (2), łączą dwa lub więcej elementów (3). Elementy te w miejscu łączenia są przewiercane, tak by otwór mieścił śrubę z pasowaniem luźnym. Śruba w takim połączeniu może przenosić tylko i wyłącznie obciążenia osiowe, np. jeżeli elementy połączenia są od siebie w sposób naturalny odciągane np. pokrywa kotła połączona z jego korpusem. Nakrętka w takim połączeniu dokręcana jest na tyle mocno by zapewnić integralność połączenia, gdy nie jest ono obciążone.

W przypadku gdy elementy łączone są obciążone siłami wzdłużnymi działającymi w osi prostopadłej do osi śruby, należy zapewnić połączenie cierne pomiędzy tymi elementami. Realizuje się to przez wstępne naprężenie śruby. Nie spełnienie warunku wstępnego naprężenia, doprowadza do przesunięcia się elementów względem siebie, które ostatecznie swymi krawędziami oprą się o śrubę powodując jej ścinanie, a w ekstremalnych sytuacjach zniszczenie.

Oprócz siły osiowej pochodzącej od obciążenia złącza lub naprężenia osiowego, śruba jest obciążona skręcającym momentem siły. Zgodnie z tym, obliczenia wytrzymałościowe połączenia polegają na sprawdzeniu śruby ze względu na kryterium wytrzymałości na rozciąganie i skręcanie.

Rodzaje połączeń śrubowych

Obecnie połączenia śrubowe mają szerokie zastosowanie we wszelkiego rodzaju konstrukcjach stalowych, zwłaszcza jako połączenia montażowe. Jako że połączenia śrubowe można łatwo rozebrać, znajdują zastosowanie w budowlach, które użytkowane są okresowo, lub są przenoszone z miejsca na miejsce (jak na przykład rusztowania). Połączenia śrubowe charakteryzuje łatwość wykonania na miejscu budowy w każdych warunkach atmosferycznych, na każdej wysokości, bez użycia ciężkiego sprzętu i specjalistycznych narzędzi.

Połączenie śrubowe powstaje w miejscu styku dwóch (lub kilku) blach, ścianek kształtowników, elementów złożonych itp., za pośrednictwem łączników, czyli śrub umieszczonych w wywierconych otworach, z odpowiedni dokręconymi nakrętkami. Przez obrót i silne dokręcenie nakrętki uzyskuje się siłę rozciągającą w trzpieniu śruby, czyli tzw. naciąg trzpienia.

W konstrukcjach budowlanych stosuje się różne rodzaje połączeń śrubowych. Ze względu na kształt złącza i kierunek obciążenia rozróżnia się przede wszystkim połączenia: zakładkowe bądź nakładkowe oraz doczołowe. W tej grupie klasyfikacyjnej można również umieścić połączenia kotwowe podstaw słupów z fundamentami betonowymi oraz połączenia prętów okrągłych (ściągów, stężeń itp.) za pomocą nakrętek rzymskich.

Połączenia zakładkowe i nakładkowe stosuje się przede wszystkim w stykach pasów i środników belek oraz słupów, w stykach pasów kratownic, w połączeniach prętów stężeń z blachami węzłowymi itp. Połączenia śrubowe są obciążone osiowo, jeśli wypadkowa sił wewnętrznych przechodzi przez środek ciężkości połączenia, a w płaszczyźnie styku łączonych elementów nie występuje moment zginający.

W mimośrodowych połączeniach zakładkowych w płaszczyźnie styku, oprócz siły osiowej, występuje moment zginający.

Połączenia doczołowe stosuje się przede wszystkim w węzłach i stykach konstrukcji ramowych pełnościennych, w stykach podporowych belek ciągłych, w stykach ściągów, stężeń itp. W połączeniach doczołowych moment jest prostopadły do płaszczyzny styku elementów.

Połączenia zakładkowe i nakładkowe można podzielić na zwykłe, pasowane i cierne.

Połączenia zwykłe są od dawna znane i stosowane w budownictwie. Siła rozciągająca w zakładkowych (nakładkowym) połączeniu zwykłym jest przenoszona z jednej blachy na drugą przez trzpień śruby, który pracuje na ścinanie w płaszczyznach styku blach oraz na dociska do ścianek otworu.

Połączenia pasowane, rzadko stosowane w budownictwie, wymagają użycia śrub pasowanych, które umieszcza się w otworach o bardzo małych luzach, wynoszących maksymalnie 0,3 mm. Śruby w połączeniach pasowanych pracują również na ścinanie trzpienia i docisk do ścianek otworu.

Połączenia cierne należą do nowoczesnych, stosowanych w budownictwie sposobów łączenia elementów konstrukcji stalowych. W połączeniach takich (zakładkowych bądź nakładkowych) konieczne jest zawsze zastosowanie śrub wysokiej wytrzymałości, które sprężają złącze. Istota pracy połączeń ciernych polega na przeniesieniu sił w złączu przez tarcie powierzchni łączonych elementów silnie dociśniętych do siebie za pomocą śrub, ich nakrętek i podkładek. Śruby w takich połączeniach pracują wyłącznie na rozciąganie osiowe.

Połączenia zakładkowe (nakładkowe) i doczołowe można podzielić również na połączenia sprężane i niesprężane, głównie ze względu na rodzaj śrub i wprowadzane ich trzpieni siły rozciągające, kontrolowane w czasie dokręcania nakrętek. W połączeniach sprężanych stosuje się zawsze śruby o wysokiej wytrzymałości oraz określa sposób kontroli naciągu.

W tablicy 13 normy P-90/B-03200 podano klasyfikację połączeń śrubowych, z rozróżnieniem kategorii (A-F) i rodzaju połączenia oraz określeniem stanu granicznego nośności (I) lub użytkowania (II), miarodajnego do wymiarowania.

Oznaczenie wymiarów próbek stalowych

Schematy zniszczeń próbek stalowych

1) Gdy a1 < a1 min

2) Gdy a2 < a2 min

3) Gdy a < a min

Klasy wytrzymałości śrub

Śruby dzielimy na grupy według kryterium ich wytrzymałości na działanie sił zewnętrznych, które mogą na elementy te faktycznie zadziałać. Informacja o klasie danej śruby, lub nakrętki pozwala nam stwierdzić jaka jest nominalna wartość jej wytrzymałości na rozciąganie (Rm) oraz, jaka jest nominalna wartość jej granicy plastyczności (Re). Oba te wskaźniki zapisuje się w postaci dwóch cyfr arabskich oddzielonych przecinkiem lub kropką.

W dynamometrii wyróżnia się dziesięć klas wytrzymałości śrub i są to: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8, 8.8, 10.9 i 12.9. Klasy szereguje się od śrub najsłabiej wytrzymałych, do najmocniej wytrzymałych. Oprócz tego klasy te, w zestawieniu z danymi takimi jak, szerokość i średnica gwintu, oraz średnica łebka śruby układa się w tzw. „tablice dynamometryczne”, z których odczytać można dane takie jak: wartość naprężenia wstępnego, czy wartość momentu dokręcania. Znajomość tych informacji zapewni niezawodny montaż, zarówno automatyczny, jak i manualny, śrub z każdej klasy.

Przykład: Klasa śruby 5.8 oznacza:

Rm = 500MPa (5*100)

Re = 500*0.8 = 400MPa

1. Wstęp teoretyczny:

Spawanie jest podstawowym sposobem stałego łączenia elementów stalowych, a rozmaite procesy spawalnicze stosuje się we wszystkich rodzajach konstrukcji metalowych. Spawanie należy do termicznych sposobów łączenia, wymagających miejscowego doprowadzenia ciepła do łączonych elementów i zmiany stanu w złączu (ze stałego w ciekły). Podczas spawania metal łączonych części ulega miejscowemu stopieniu, a część złącza powstająca z metalu stopionego w procesie łączenia nazywa się spoiną. Do wykonania połączenia spawanego jest na ogół potrzebny dodatkowy metal, zwany spoiwem. Mogą to być topiące się podczas spawania elektrody metalowe lub specjalny drut o składzie chemicznym zbliżony do składu materiałów łączonych elementów.

Złącze spawane powstaje w wyniku połączenia dwóch lub większej liczby elementów konstrukcyjnych jedną lub kilkoma spoinami. W zależności od kształtu i ustawienia łączonych krawędzi, złącza dzieli się na doczołowe, kątowe i przylgowe.

Rozwiązania konstrukcyjne oraz technologia wykonania połączeń spawanych powinny zapewniać nie tylko ich odpowiednią nośność, ale również trwałość i możliwość renowacji powłok przeciwkorozyjnych itp. Połączenia spawane powinny być tak projektowane, aby spiętrzenia naprężeń w złączach i elementach konstrukcyjnych były jak najmniejsze, zwłaszcza w wypadku konstrukcji obciążonych dynamicznie i eksploatowanych w ujemnych temperaturach.

Połączenia spawane oblicza się wg stanu granicznego nośności, ale w innym ujęciu niż nośności elementów konstrukcyjnych. Porównuje się, bowiem wartości obliczeniowe naprężeń (σ,τ) w przekroju spoiny z wytrzymałością łączonej stali f_d i współczynnika α. Wartości współczynników wytrzymałości obliczeniowej spoin zależą od rodzaju spoin, rodzaju naprężeń oraz granicy plastyczności stali elementów łączonych. Rozróżniono współczynniki α_┴ i α_║ w zależności od rodzaju i kierunku naprężeń w stosunku do osi oraz przekroju spoiny. Jeśli spawaniem łączy się dwa gatunki stali o różnej wytrzymałości obliczeniowej f_d to wytrzymałość obliczeniową spoin ustala się przyjmując cechy stali o mniejszej wytrzymałości.

a - spoina

b- strefa częściowego przetopu

c - strefa przegrzania o strukturze gruboziarnistej

d - strefa normalizacji o strukturze drobnoziarnistej

e - strefa rekrystalizacji

f - strefa największej twardości i kruchości

1 - stopiwo

2 - wtop (warstwa stopionego metalu rodzimego)

3 - głębokość wtopienia

4 - strefa wpływów cieplnych w metalu rodzimym

5 - materiał rodzimy

6 - lico spoiny

7 - gran spoiny

8 - brzeg spoiny

Klasyfikacja spoin:

Ze względu na charakter pracy:

-nośne

-sczepne

Ze względu na sposób wykonania:

-ciągłe

-przerywane

Ze względu na konstrukcję:

-czołowe, układane w specjalnych rowkach utworzonych wskutek zukosowania brzegów

elementów łączonych

-pachwinowe, układane w naturalnych rowkach, powstających miedzy powierzchniami

łączonych elementów,

- otworowe, powstające w wyniku wypełnienia otworów lub szczelin wykonanych

w jednym z elementów łączonych

Ze względu na położenie spoin:

-podolne, os podłużna spoiny pozioma, jej lico skierowane ku górze

-pionowe, elementy łączone i os spoiny są pionowe

-naścienne, elementy łączone są pionowe, os spoiny jest pozioma

-pułapowe, os podłużna spoiny pozioma, jej lico skierowane ku dołowi