بیش از 100 سال است که در صنعت ساختمان از سازه های فلزی به دلیل صرفه اقتصادی، انعطاف پذیری و سرعت ساخت استفاده می شود. مقاومت به وزن کم، خواص ارتجاعی، شکل پذیری از جمله دلایل استفاده گسترده از سازه های فلزی در کشورهای زلزله خیز از جمله ایران است. از جمله پرکاربردترین روش های اتصال قطعات فلزی در ساخت سازه ها، جوشکاری می باشد که از اهمیت زیادی در هنگام وقوع زلزله برخوردار است. پس باید با توجه به استانداردها، کیفیت خوب داشته باشند. جوشکاری گلمیخ، یکی از انواع جوش های به کار رفته در سازه های فولادی است.
در ساخت سازه های فولادی، از سقف های کامپوزیت فولاد – بتن استفاده می شود. سرعت اجرای سقف کامپوزیت، اقتصادی بودن این روش به دلیل کاهش تعداد تیرها و بتن به کار رفته، استحکام زیاد در مقابل وزن کم و در نتیجه کاهش صدمات وارده در هنگام وقوع زلزلع از جمله دلایل استفاده از این نوع سقف در مناطق زلزله خیز است. با توجه به گزارشات اعلام شده توسط شرکت های تولیدکننده گل میخ و ساخت سازه، امروزه در ساخت بیش از نیمی از ساختمان های اداری و مسکونی، در ایران به دلیل صرفه اقتصادی و زمان از سقف کامپوزیت استفاده می شود. سقف کامپوزیت شامل تیر فولادی، ورق گالوانیزه به عنوان دال بتنی و گلمیخ است. گلمیخ ها با روش جوشکاری گلمیخ، قبل از ریختن بتن به مقطع فولادی وصل می شوند.
انواع اتصال دهنده ها در ساخت سقف کامپوزیتی می توانند به کار روند اما با توجه به مطالعات انجام شده و استانداردهای موجود، گلمیخ های سردار بیشترین کاربرد را به علت مقاومت بیشتر در مقابل بارهای وارد شده دارد. در هنگام بارگذاری دینامیکی، گلمیخ به عنوان برشگیر از نقاط مختلف تحت نیروهای برشی و کششی قرار می گیرد. با توجه به اطلاعات موجود، هدف از طراحی گلمیخ و ایجاد گرده مقاومت جوش در مقابل نیروی برشی اعمالی و هدف از طراحی سر گلمیخ، مقاومت در مقابل تنش های کششی در هنگام بارگذاری است.
در ادامه شما را با گلمیخ و جوشکاری این محصول بیشتر آشنا خواهیم نمود. جهت اطلاع از قیمت گل میخ با کارشناسان مرکزآهن از طریق شماره تلفن 91009009-031 و یا 91009009-021 تماس حاصل فرمایید.
تیرهای کامپوزیت فولاد – بتن برای پلها و سازه های ساختمانی مدت زمان زیادی است که به کار می رود و از جمله آن می توان به سقف های مرکب عرشه فولادی اشاره نمود. در صنعت ساختمان، از متال دکر ساختمان های بزرگ جهت مستحکم کردن و مقاوم به زلزله کردن آن ها به دلیل اینکه تحت بارهای دینامیکی هستند از این سقف ها استفاده می شود. یک تیر کامپوزیت شامل مقطع فولادی و دال بتنی تقویت کننده با گلمیخ مطابق شکل است.
الف) ساختمان دارای سقف کامپوزیت ب) مقطع سقف کامپوزیتی
بدیهی است که بتن در برابر نیروهای فشاری مقاوم است اما تحت نیروی کششی، ضعیف است. در حالی که فولاد تحت تنش کششی قوی است و مقاطع فولادی باریک نسبت به کمانش تحت نیروهای فشاری حساس و ضعیف هستند. در واقع هرکدام از مواد که در ساختمان سازی استفاده می شوند با توجه به مزیت رفتاری آن ها باعث می شود سازه کامپوزیت فولاد – بتن به صورت موثر و اقتصادی عمل کند.
قطعه کار مورد استفاده در سقف کامپوزیت شامل فولاد کار سرد شده و یک ورق فولادی است که نه تنها به عنوان قالب دائم برای دال بتنی عمل می کند بلکه به عنوان تقویت کننده در اعمال نیروی کششی نیز، موثر است. سقف کامپوزیت می تواند به سمت موازی تیر یا عمود بر آن مطابق شکل بالا باشد. در اجرای تیرهای کامپوزیتی با رعایت ضوابط پیشنهادی در استانداردها از جمله AISC و مقررات ملی ساختمانی ایران می توان اثر بتن و فولاد را با هم داشت.
گلمیخ در سقف کامپوزیتی
یک جزء ضروری تیر کامپوزیت، گلمیخ است که بین مقطع فولادی و دال بتنی قرار می گیرد. انتقال نیروی برشی طولی در فصل مشترک فولاد – بتن با گلمیخ های سردار انجام می شود. اتصال با گلمیخ ها به صورت مکانیکی تامین می شود که اجازه به انتقال نیرو از بتن به فولاد و برعکس را می دهد. گلمیخ ها در بال بالایی تیر فولادی و معمولا با جوشکاری قبل از ریختن بتن وصل می شوند. این اتصال دهنده ها تضمین می کنند که دو ماده متفاوت که سازنده مقطع کامپوزیت هستند به عنوان یک جزء واحد و یکپارچه عمل می کنند. گلمیخ، به عنوان برشگیر بین لایه بتنی و تیرآهن فولادی به کار می رود. دک گالوانیزه به عنوان شکل دهنده و قالب بتن بر روی تیر قرار می گیرد. این ورق پوشش دار برای افزایش عمر ساختمان ها می باشد.
انواع وسایل و اشکال مختلف به عنوان برشگیر می توانند عمل کنند و ملاحظات اقتصادی متداوم باعث ایجاد انگیزه در توسعه محصولات جدید شده است. در حال حاضر گلمیخ از نوع سردار به طور وسیع در سازه های کامپوزیتی به کار می رود. وظیفه گلمیخ، مقاومت در برابر نیروی برشی در ناحیه اتصال بین تیر فولادی و دال بتنی است. توانایی گلمیخ ها نه تنها در انتقال نیروی برشی طولی بلکه، مقاوم کردن دال بتنی در برابر ترک خوردن طولی در هنگام تمرکز نیروی برشی است.
در سقف کامپوزیت، بتن و گلمیخ با هم در تماسند. گرده جوش گلمیخ برای مقاومت در برابر نیروی برش طولی و سر گلمیخ برای مقاومت در مقابل نیروی کششی طراحی شده است. برای اینکه گلمیخ به عنوان اتصال دهنده برشی شروع به انتقال نیروهای برشی کند، یک لغزش لازم است که اتفاق بیفتد. این نیروهای لغزشی وارد بر گرده جوش جهت تحمل بار وارد شده از طرف بتن است. نیروهای محوری از قسمت میله گلمیخ منتقل می شوند.
ورق در سقف کامپوزیتی
یکی از روش های اجرای تیرهای مرکب استفاده از عرشه های فولادی است. عرشه های فولادی به صورت ورق های خم شده یا کنگره دار در تیرهای مرکب به کار می روند. از نظر معماری ورق های خم شده مناسب است و باعث می شود وزن مرده کمتری نسبت به اجزای سقف در حالت معمول را ایجاد کند. هدف از خم شدن عرشه فولادی، افزایش سختی است تا تحمل وزن بتن را داشته باشد و به عنوان قالب بتن بعد از بتن ریزی عمل می کند. این ورق ها از جنس فولاد کربنی در شرایط گالوانیزه شده هستند که اصطلاحا به آن ها ورق گالوانیزه گفته می شود.
با وجود اینکه روی گالوانیزه از لحاظ الکتریکی رسانا است اما روی یک آلودگی محسوب می شود که اثرات آن بر متالوژی جوش باعث جوش های ترد می شود. اثر تردی هیدروژنی زمانی که گالوانیزه گرم به کار می رود در نظر گرفته می شود. تردی هیدروژنی از نقاط متفاوت در گلمیخ جوش شده، شروع می شوند.
جوشکاری گلمیخ، یک روش رایج برای اتصال یک گلمیخ فلزی یا اتصال دهنده به قطعه کار فلزی است. این روش، یک روش جایگزین فرایندهای دیگر جوشکاری، همچنین روش های دیگر اتصال همانند سوراخ کردن، پیچ کردن، رزوه کردن و فلز اتصال دهنده می باشد که از دهه 1940 مورد استفاده قرار گرفته است. میلیون ها نوع، گلمیخ فلزی، ساخته و طراحی شده است. انواع گلمیخ ها با فرایند جوشکاری گلمیخ، در صنایع مختلف همانند تولید دیگ بخار، ساختمان، کشتی سازی، اتومبیل سازی و موارد دیگر جوشکاری می شوند. جوشکاری گلمیخ، یک روش جایگزین برای فرایندهای دیگر جوشکاری و همچنین روش های دیگر اتصال همانند سوراخ کردن، پیچ کردن، رزوه کردن است.
گلمیخ ها با توجه به نوع آن و کاربرد مختلف، جنس و شکل متفاوت دارند. یک نوع گلمیخ از جنس چوب و بعضی از جنس فلزهای مختلف طراحی و ساخته شده اند. انواع مختلف گلمیخ از جنس فلز در صنایع مختلف از جمله تولید دیگ بخار، ساختمان، کشتی سازی، اتومبیل سازی، مخازن، جوشکاری می شوند.
جوشکاری گلمیخ شامل قوانین متالورژیکی، مکانیکی و الکتریکی همانند دیگر فرایند جوشکاری قوسی است. جوشکاری گلمیخ همانند دیگر فرایندهای جوشکاری شامل برقراری قوس و ضربه در فرایند جوش می باشد.
اساس این جوشکاری به گونه ای است که گلمیخ با گرم کردن هر دو قطعه با قوسی که بین این دو قسمت کشیده می شود، به فلز پایه متصل می شود. طول قوس و زمان برقراری قوس با تجهیزات این نوع جوشکاری قابل تنظیم است. بعد از برقراری قوس، انتهای جوش گلمیخ و سطح قطعه کار به دمای مناسب برای اتصال می رسد و بعد از یک زمان کنترل شده، دو سطح گرم شده با هم تحت فشار قرار می گیرند و به این ترتیب یک باند متالورژیکی به وجود می آید که منجر به استحکام کامل گلمیخ می شود. روش فرایند در شکل زیر نشان داده شده است.
فرآیند جوشکاری گلمیخ الف) گلمیخ بر روی قطعه کار قرار می گیرد ب) مسیر قرار داده شده انتهای جوش گلمیخ و سطح قطعه کار به دمای مناسب برای اتصال می رسد ج) بعد از یک زمان کنترل شده دو سطح گرم شده با هم تحت فشار قرار می گیرند د) یک باند متالوژیکی به وجود می آید که منجر به استحکام کامل گلمیخ می شود.
فرایند جوشکاری گلمیخ دارای مزایا و محدودیت هایی است. مهمترین مزایا شامل موارد زیر است:
با توجه به اینکه زمان سیکل جوشکاری گلمیخ با قوس خیلی کوتاه است فلز جوش و منطقه متاثر از جوش خیلی باریک بوده و در نتیجه مقدار تنش های وارد شده، بسیار کم است. گلمیخ را می توان در وضعیت های مختلف در ضمن ساختن قسمت های دیگر اسکلت به آن جوش داد و زمان کل ساخت را کوتاه کرد. از طرف دیگر، نیازی به دسترسی به دو طرف سطح موضع جوش نیست.
عدم نیاز به سوراخ و پیچ کردن گلمیخ، گاهی مستلزم انتخاب ورق ضخیم تر می باشد تا استحکام کافی ایجاد شود. برای اتصال گلمیخ بسیار کوچک به ورق های نازک محدودیتی وجود ندارد و با استفاده از جوشکاری تخلیه خازنی گلمیخ می توان گلمیخ های باریک تر از یک سوزن معمولی را به ورق هایی با ضخامت 0.75 میلی متر و کمتر بدون خطر عبور ذوب از ورق جوش داد. با استفاده از روش جوشکاری گلمیخ می توان دو فلز غیر همجنس همانند فولاد زنگ نزن، برنج به فولاد، آلومینیوم به آلیاژ روی ریخته گری تحت فشار و برنج به مس را اتصال داد.
از جمله محدودیت های فرایند جوشکاری گلمیخ می توان به موارد زیر اشاره کرد:
امکان اتصال گلمیخ در دو طرف قطعه کار کم می باشد و در صورت لزوم باید جوشکاری گلمیخ در دو طرف به طور جداگانه انجام شود. حرارت موضعی در مورد فولادهای پرکربن به دلیل سرعت سرد شدن سریع و تردی حاصل از آن در منطقه جوش مضر است. اندازه و شکل گلمیخ تابع نگهدارنده تفنگ جوشکاری است و همچنین اندازه و قطر گلمیخ برای ورق های نازک محدود است.
براساس زمان جوشکاری، موقعیت حوضچه جوش و منبع انرژی جوشکاری برای جوشکاری گلمیخ زیر شاخه هایی تعریف می کنند. دو نوع جوشکاری گلمیخ وجود دارد. نوع اول که از منبع جریان مستقیم استفاده می کند و توسط یک موتور ژنراتور شبیه به فرآیند جوشکاری الکترود دستی، انرژی لازم تولید می شود. نوع دوم از نیروی تخلیه شده مخزن الکتریکی استفاده می کند و به عنوان فرایند تخلیه خازنی شناخته می شود. هر دو فرایند در بعضی حدود کاربرد، با یکدیگر همپوشانی دارند.
جوشکاری قوس الکتریک گل میخ
از بسیاری جهات، جوشکاری گلمیخ، شبیه به جوشکاری الکترود دستی است. گرمای لازم برای جوشکاری با قوس مستقیم بین گلمیخ (الکترود) و صفحه (قطعه کار) در جایی که گلمیخ جوش داده می شود با جریان جوشکاری، تامین می شود. جریان جوشکاری توسط یک منبع تولیدکننده جریان مستقیم شبیه به منبع نیروی جوشکاری الکترود دستی، تولید می شود. پارامترهای جوشکاری قابل تنظیم هستند، گلمیخ درون تفنگ جوشکاری قرار داده می شود و بدین ترتیب، فرایند جوشکاری گلمیخ اتفاق می افتد.
فرایند جوشکاری قوس گلمیخ به ترتیب مراحل زیر انجام می شود:
1 – جریان جوش، زمان جوش، و تنظیمات تفنگ گلمیخ باید تنظیم شوند همان طور که در جداول موجود در استاندارد و تنظیمات هر دستگاهی موجود است.
قطر پایه فلز جوش پس از قرار دادن گل میخ در تفنگ، فرول باید بر پایه گل میخ قرار گیرد و برخلاف نگه دارنده فرول باید باشد.
2 – تفنگ گلمیخ باید عمود بر سطح کار باشد، تا زمانی که فرول به صورتی پایدار و محکم نشسته در برابر سطح قطعه کار باشد.
3 – دکمه تفنگ گلمیخ پس از آن باید فعال شود. تفنگ گلمیخ نباید در حین جوشکاری حرکت داده شود و پس از اینکه فرایند جوشکاری کامل شد، آن را باید در وضعیت قبلی، لحظه ای نگه داشت تا اجازه دهد مذاب فلز جوش منجمد شود، سپس تفنگ برداشته می شود.
4 – فرول باید از اطراف گل میخ برداشته شود، و جوش باید بازرسی چشمی شود. شکل زیر ظاهر قابل قبول و غیر قابل قبول جوش را نشان می دهد. همچنین مراحل فرایند جوشکاری قوس الکتریک گلمیخ نشان داده شده است.
الف- پارامتر p برای گلمیخ تنظیم می شود ب – گلمیخ بر روی قطعه کار گذاشته می شود ج- گلمیخ به اندازه فاصله L بالا می رود در حالی که جریان برقرار می شود قوس ایجاد می شود د- قوس سطح و گلمیخ را ذوب می کند و گلمیخ در مذاب به اندازه فاصله تقریبا P در مذاب فرو می رود ه- مقطع اتصال حاصل می شود.
جوشکاری تخلیه خازنی گل میخ
در این روش جوشکاری، گرما از طریق یک قوس، که تخلیه سریع انرژی الکتریکی در محفظه تولید می کند، به دست می آید. فورا و یا در حین تخلیه انرژی الکتریکی، فشار به گلمیخ وارد می شود، هدف غوطه ور شدن در حوضچه مذاب مربوط به قطعه کار است. قوس ممکن است که با گرمای مقاومتی سریع هم تولید شود. با تبخیری که بر روی پایه گلمیخ و یا با کشیدن یک قوس، زمانی که گلمیخ از قطعه کار دور و بلند می شود.
در این حالت، زمان قوس حدودا 3 الی 15 میلی ثانیه است. این نوع جوشکاری احتیاج به فرول سرامیکی ندارد. به علت زمان کم جوشکاری و مذاب کم حوضچه جوش، این نوع جوشکاری برای گلمیخ های با اندازه کم تا متوسط، مناسب است. این نوع، با توجه به روش های استفاده به سه نوع دیگر تقسیم بندی می شود که شامل روش تماس اولیه، روش فاصله اولیه و کشش قوس است.
فرایند جوشکاری تخلیه خازنی گلمیخ به ترتیب زیر انجام می شود:
1 – منبع کنترل – نیرو توسط سازنده برای اندازه های مختلف گلمیخ توصیه می شود. گلمیخ داخل تفنگ قرار می گیرد.
2 – تفنگ گلمیخ عمود بر سطح قطعه کار قرار گرفته، پس از آن، دکمه فعال شدن فشرده می شود. تفنگ گلمیخ نباید در طول فرایند جوشکاری حرکت کند. در شکل زیر مراحل فرایند جوشکاری قوسی گلمیخ نشان داده شده است.
فرآیند جوشکاری تخلیه خازنی گلمیخ الف- گلمیخ در حالت اولیه با فشاری از طرف تفنگ جوشکاری قرار دارد ب- قوس مشتعل شده یک منطقه مشتعل باریک بر روی گلمیخ و قطعه کار به وجود می آورد ج- گلمیخ در حوضچه جوش فرو می رود. مواد منجمد و گلمیخ جوش داده می شود.
جوشکاری گلمیخ حدود 60 سال است که به طور مداوم در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. در ابتدای سال 1900 با تغییرات زیاد در تجهیزات به کار گرفته شد، به طوری که قوانین اصولی این فرایند بدون تغییر باقی ماند. تجهیزات اصلی مورد استفاده برای جوشکاری گلمیخ شامل منبع تغذیه، سیستم، فیکسچر یا تفنگ جوشکاری قابل حمل، کابل های اتصال، گلمیخ، قطعه کار، محافظ قوس سرامیکی و گاز محافظ می باشند. تجهیزات مورد استفاده در جوشکاری گلمیخ از لحاظ اندازه، قابل حمل بودن، راحتی انجام فرایند با تجهیزات مورد استفاده در فرایند SMAW قابل مقایسه است. در شکل زیر تجهیزات برای جوشکاری گلمیخ نشان داده شده است.
تجهیزات اساسی جوشکاری قوسی گلمیخ فولاد
در فرایند جوشکاری گلمیخ بسته به نوع روش اجرایی، منبع تغذیه متفاوت استفاده می شود. دو نوع منبع تغذیه برای جوشکاری قوسی گلمیخ استفاده می شود.
1 – منبع قدرت DC که شبیه به منبع قدرت مورد استفاده در جوشکاری قوس الکترود دستی است و می تواند ژنراتور یا ترانسفورماتور یکسو کننده با مشخصات زیر را داشته باشد.
ولتاژ مدار باز
خصوصیت ولت – آمپرسراشیبی
افزایش شدت جریان سریع
شدت جریان خروجی بالا در زمان کوتاه
شدت جریان خروجی بالاتر و سیکل تناوب کمتر نسبت به روش های دیگر قوس الکتریکی در این فرایند لازم است.
2 – منبع قدرت ac مورد استفاده که 230 یا 460 v می باشد.
کابل اتصال برای متصل کردن منبع انرژی به تفنگ جوشکاری و گیره اتصال به زمین لازم است.
برای جوشکاری گلمیخ یک سیستم کنترلی که زمان قوس و حرکت تفنگ را تنظیم می کند لازم است. اخیرا سیستم کنترلی و منبع تغذیه از هم مستقل نیستند.
شامل اتصال دهنده مناسب برای قطع و وصل شدن جریان و یک زمان سنج الکتریکی نسبتا دقیق است. کنترل دقیق بدین نحو است که با توجه به قطر گلمیخ و ضخامت قطعه کار و تنظیم آمپر در واحد کنترل، انرژی حرارتی لازم تولید می شود.
در موارد خاص که از گاز محافظ استفاده می شود، تمهیدات لازم و کنترل های جداگانه برای قطع و وصل کردن جریان گاز نیز ضروری است. سوئیچ هایی در این واحد تعبیه شده است که مزایایی از جمله سادگی استفاده، ارزان قیمت بودن، در دسترس بودن و معایبی چون جرقه زدن کنتاکتها، سرعت عمل کم و حجم زیاد را دارا هستند. سوئیچ ها در واحد کنترل، یک رله هستند که با وصل جریان الکتریکی، باعث اتصالات کنتاکتها می شوند. زمان سنج در واحد کنترل می تواند مکانیکی یا الکترونیکی باشد. هنگامی که کلید روشن کردن زده می شود، خروجی زمان سنج که به سوئیچ متصل می باشد فعال می شود و قوس تشکیل می گردد. بعد از مدت زمان کوتاه برحسب آنچه که تنظیم شده، قوس خاموش می شود.
تفنگ جوشکاری یا فیکسچر قابل حمل که وظیفه نگه داشتن گلمیخ و هدایت دقیق آن را در طول فرایند جوشکاری بر عهده دارد، قوس مناسب و فشار برای اتصال را ایجاد می کند. دو نوع تفنگ متحرک و ثابت وجود دارد که شامل بدنه، مکانسیم بلندکننده گلمیخ گیره نگه دارند گلمیخ و نگه دارنده قابل تنظیم برای حلقه سرامیکی مطابق شکل زیر می باشد.
بدنه تفنگ باید از موادی ساخته شود که تا حد امکان کم حجم و سبک باشد تا جوشکار به راحتی آن را حمل و کار خود را بدون خستگی انجام دهد. همچنین باید سیستم آن طوری طراحی شود که گنجایش سلونوئید، کلاچ و فنر را داشته باشد. کلید ورودی و کابل نگه دارنده گلمیخ نیز در مکان مناسبی جای داده شوند.
فرول یا محافظ قوس سرامیکی برای اغلب جوشکاری های قوسی به کار می رود. وظیفه فرول در حین جوش، به صورت زیر است.
تمرکز حرارت قوس در موضع معین بر روی سطح قطعه کار
محدود کردن محدوده جریان هوای اطراف و کمک به کنترل اکسیداسیون فلز جوش مذاب
نگه داشتن مذاب در ناحیه جوش
جلوگیری از زغال شدگی مواد غیر فلزی اطراف
جلوگیری از جاری شدن و پخش شدن مذاب به اطراف گلمیخ و جوش
محافظت اپراتور در برابر قوس
حلقه سرامیکی دو نوع است. یک نوع که کوچک و ارزان است و بعد از فرایند جوشکاری شکسته و دور ریخته می شود. نوع دیگر برای روش های خودکار به کار برده می شود و قابل کاربرد مجدد است. با توجه به شرایط مختلف کاربرد، انواع فرول در شکل زیر آورده شده است.
مقاطع عرضی انواع فرول برای هندسه گلمیخ متفاوت ، موقعیت جوش و کاربرد متفاوت