Wpływ składników stopowych na jakość stali

• Węgiel -- C jest podstawowym składnikiem stali, decydującym o

właściwościach mechanicznych stali. Wraz ze wzrostem zawartości węgla w

stali zwiększa się twardość, granica plastyczności i wytrzymałość doraźna.

ObniŜają się natomiast właściwości plastyczne stali: udarność, wydłuŜenie i

przewęŜenie.

• Mangan - Mn w stali węglowej jest wprowadzany głównie w celu związania

siarki i tlenu. W stali niskostopowej mangan przy ilości większej od 0,8%,

zwiększa wytrzymałość i hartowność, a przy ilości do 2% zwiększa

udarność i odporność na ścieranie. Dopuszczalną zawartość manganu w

stali ustala się w zaleŜności od ilości węgla.

Między innymi ocena spawalności metalurgicznej zaleŜy od tzw.

równowaŜnika węgla CE, wyraŜonego wzorem:

CE = C + Mn/6 + (Cr + V + Mo)/5 + (Ni + Cu)/15

Spełnienie warunku CE < 0,42% oznacza, Ŝe stal jest dobrze spawalna, gdy

CE = 0,42 - 0,60%, to wymagane jest podgrzanie elementów stalowych

przed spawaniem, a powyŜej takŜe dodatkowa obróbka cieplna.

Krzem - Si w stali węglowej spełnia funkcję odtleniacza. Krzem zwiększa

twardość, wytrzymałość na rozciąganie, a zwłaszcza spręŜystość stali,

wpływa niekorzystnie na wydłuŜenie, przewęŜenie, udarność i spawalność.

• Aluminium - Al działa odtleniająco, wiąŜąc gazy: tlen i azot. Dodatek

aluminium 0,02% gwarantuje wysoki stopień uspokojenia stali i zapewnia

wysoką udarność stali oraz odporność na kruche pękanie w obniŜonej

temperaturze.

• Chrom - Cr podobnie jak mangan, zwiększa twardość stali, jej

wytrzymałość na rozciąganie oraz granicę plastyczności i spręŜystości.

Chrom tworzy z węglem trwałe węgliki przez co zwiększa się odporność na

ścieranie, większe ilości chromu powodują takŜe odporność na rdzewienie.

• Nikiel - Ni zwiększa hartowność, twardość i wytrzymałość stali, a takŜe

wpływa dodatnio na ciągliwość stali i jej udarność w niskiej temperaturze.

• Wanad - V tworzy drobnoziarnistą strukturę stali. Dzięki twardym węglikom

zwiększa się odporność stali na ścieranie. Dodatek wanadu 0,15 - 0,30%

ma dodatni wpływ na właściwości mechaniczne stali i zwiększa jej

spręŜystość, wytrzymałość i udarność, a takŜe ciągliwość. Podnosi równieŜ

odporność stali na korozję.

Czynniki wpływające na dobór stali na konstrukcję:

- waŜność elementu (główny, drugorzędny)

- rodzaj elementu (spawany, nie spawany)

- rodzaj obciąŜeń (statyczne, zmienne, dynamiczne, cieplne)

- rodzaj napręŜeń i stan wytęŜenia

- temperatura eksploatacji i środowisko

- grubość elementu (materiału)

Ogólne wytyczne stosowania róŜnych gatunków stali.

- stale niestopowe:

- nieuspokojone - na wyroby o grubości do 16mm, przy obciąŜeniach

zmiennych nie przekraczających 50% całości obciąŜeń, eksploatowane w

temp. do -30oC oraz na elementy drugorzędne konstrukcji obciąŜonych

zmiennie. Przy obciąŜeniach udarowych, stale te moŜna stosować tylko w

temp. powyŜej 0oC.

- półuspokojone - na wyroby o grubości do 25mm, przy obciąŜeniach

zmiennych i udarowych, eksploatowane w temp. panujących w Polsce.

- uspokojone - na wyroby o grubości powyŜej 25mm, przy obciąŜeniach

zmiennych i udarowych, eksploatowane w temp. do -30oC.

- poniŜej tej temperatury oraz dla większych grubości naleŜy stosować stale

nie starzejące się o określonej udarności w obniŜonych temp.

- stale o podwyŜszonej wytrzymałości (celowość stosowania):

- zmniejszona masa przy nie zwiększonym koszcie produkcji,

- zmniejszona masa przy zwiększonym koszcie produkcji w sytuacji

zwiększenia trwałości lub obniŜenia kosztów konserwacji

- zapewnienie bezpieczeństwa uŜytkowania lub technicznych moŜliwości

wykonania

• przy elementach rozciąganych wzrost wytrzymałości przekłada się wprost

na wzrost nośności;

• przy elementach ściskanych na nośność wpływa dodatkowo smukłość - im

większa smukłość tym zysk z zastosowania stali o wyŜszej wytrzymałości

jest mniejszy;

• przy zginaniu wzrost wytrzymałości pogarsza zjawisko zwichrzenia.

Badania dotyczą następujących podstawowych właściwości mechanicznych

stali:

- wytrzymałości na rozciąganie,

- granicy spręŜystości

- granicy plastyczności,

- udarności,

- wytrzymałości zmęczeniowej,

- twardości.

Próba statyczna rozciągania stali

przeprowadzana jest na próbkach

okrągłych i płaskich z główkami,

wycinanych na zimno

i frezowanych.

BELKI

• Belki są podstawowymi elementami konstrukcji stalowych, pracującymi na

zginanie w jednej lub dwu płaszczyznach. Belki mogą ponadto pracować na

ścinanie, skręcanie i ewentualnie ściskanie lub rozciąganie osiowe.

• Belki znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie jako konstrukcje

nośne dachów, stropów, pomostów oraz jako belki podsuwnicowe, dźwigary

mostowe, płatwie, krokwie itp.

• Rodzaje belek stalowych:

- z kształtowników walcowanych na gorąco,

- złoŜone z blach, tzw. blachownice,

- skrzynkowe, złoŜone z dwóch lub większej liczby kształtowników lub

blachownic

- z kształtowników profilowanych na zimno,

- kratowe,

- aŜurowe wykonane z rozciętych kształtowników,

- zespolone - belki stalowe współpracujące z konstrukcją Ŝelbetową,

- spręŜone cięgnami lub metodami technologicznymi.

Belki bezpośrednio przekazujące obciąŜenia na podpory noszą nazwę belek

głównych lub podciągów.

• Belki oparte na podciągach nazywane są belkami pośrednimi lub belkami

stropowymi. Niekiedy na belkach pośrednich moŜe być oparty, prostopadle

do nich, dodatkowy drugorzędny układ belek.

• W rozwiązaniach konstrukcyjnych przekryć i stropów rozróŜnia się kilka

układów belek:

- układ równoległy, w którym występują tylko belki główne, oparte na

ścianach lub słupach, podpierające płytę stropową.Taki układ przyjmuje się

dla przekryć o małych rozpiętościach lub ewentualnie dla cięŜkich przekryć

przy duŜym rozstawie belek.

- układ belek stropowych i podciągów poprzecznych lub podłuŜnych,

opierających się na ścianach zewnętrznych lub słupach.

Mogą występować dwa rozwiązania oparć belek stropowych:

* belki stropowe opierają się bezpośrednio na podciągach i wtedy płyta

stropowa opiera się tylko na belkach poprzecznych i pracuje jako płyta

podparta z dwóch stron.

* belki stropowe i podciągi tworzą jednakowy poziom pasów górnych,

wówczas płyta stropowa jest podparta na czterech krawędziach.

- układ złoŜony, składający się z belek głównych oraz z belek stropowych

podłuŜnych i poprzecznych. W tym układzie podłuŜne belki stropowe

obciąŜają belki główne, jeŜeli zachowana jest ich ciągłość. Tego rodzaju

rozwiązanie jest obecnie rzadziej spotykane ze względu na trudności

konstrukcyjno-montaŜowe.

Metody spawania

• Do najbardziej znanych metod spawania zalicza się:

- ręczne spawanie łukowe elektrodami otulonymi,

- spawanie łukiem krytym (pod topnikiem),

- spawanie łukowe w osłonie gazów ochronnych,

- spawanie elektroŜuŜlowe

• Spawanie łukowe jest uniwersalną metodą spawania. Źródłem ciepła jest tu

łuk elektryczny, powstający między elektrodą, a elementem spawanym.

Jarzący się łuk wydziela bardzo duŜo ciepła, co powoduje szybkie topienie

się metalu rodzimego, który wraz ze stopioną elektrodą tworzy spoinę.

Obecnie stosuje się przewaŜnie elektrody topliwe, otulone, składające się z

metalowego rdzenia i warstwy otuliny, której zadaniem jest tworzenie

ŜuŜlowej i gazowej osłony przed czynnikami utleniającymi.

• Spawanie łukiem krytym polega na tym, Ŝe łuk jarzy się w sposób

niewidoczny pod warstwa topnika, spełniającego taką samą funkcję jak

otulina w ręcznym spawaniu łukowym. Dzięki temu, Ŝe prąd doprowadza się

do elektrody przy samym jej końcu i ciepło luku jest chronione grubą warstwą

topnika, elektroda topi się znacznie szybciej. Dlatego teŜ elektroda podawana

jest w formie drutu.

Spawanie elektroŜuŜlowe to nowoczesna metoda łączenia elementów o

duŜych grubościach (z reguły powyŜej 40 mm), przy czym spoiny wykonuje

się automatycznie w pozycji pionowej. Łuk jarzy się tylko przy rozpoczynaniu

spawania, potem gaśnie, a źródłem ciepła topiącego elektrodę i metal

rodzimy staje się topnik w stanie ciekłym, przez który przepływa prąd.

Oporność topika jest dostatecznie duŜa, aby wytworzyć ilość ciepła

niezbędną do procesu topienia się metalu i formowania się spoiny.

Wady spoin wykrywane są róŜnymi metodami:

1. VT - Badania wizualne - polegają na obserwacji wzrokowej i pomiarach

spoin po oczyszczeniu materiału i spoin z ŜuŜla, zgorzeliny, rdzy, farby itp.

MoŜna wtedy stwierdzić następujące wady:

- niewłaściwe wymiary i kształt spoin

- odkształcenie konstrukcji

- nierówność lica spoin czołowych

- podtopienie materiału rodzimego

- pęknięcia spoiny

2. RT - Badania radiologiczne - wykonanie radiogramów spoin za

pomocą promieni X lub gamma i sporządzeniu opisu wad i oceny spoin.

3. UT - Badania ultradźwiękowe - badanie materiału spoin falami

ultradźwiękowymi.

3. MT-Badania magnetyczno-proszkowe. Wzbudzenie pola magnetycznego

oddziałującego na proszek ferromagnetyczny. Wady rozpraszają pole.

4. PT - Badania penetracyjne. Pokrywanie spoiny cieczą pod ciśnieniem.

---