BÖLÜM 3

1. BÖLÜM 3 ÇELİK BİRLEŞİM ARAÇLARI 3.Çelik Birleşim Araçları

2. Çelik yapılar çeşitli hadde ürünlerinin, proje resimlerinde gösterilen boyutlara göre kesilip birleşmesi suretiyle tamamlanır.Yapıyı oluşturacak olan çelik parçaları, statik ve mukavemet bakımından beraber çalışan yapı kısımları halinde birleştiren araçlara “çelik birleşim araçları” denir.Bu birleşim araçları şunlardır: • Perçin • Bulon (cıvata) • Kaynak Bunlardan başka, son zamanlarda yapıştırma tekniği üzerinde de

3. araştırmalar yapılmaktadır.Ancak bu teknik henüz uygulama alanına girmemiştir. 3.1.Perçinli Birleşimler Silindirik gövdeli, makaslamaya ve delik çevresindeki ezilmeye göre hesaplanan, parçalara açılan deliklere vurulmak suretiyle yerleştirilen çelik birleşim araçlarına denir.(bkz. Şekil 3.1)

4. Parçalardaki delikler atölyede matkapla açılır.Bu hususta, elektronik komutlu zımba tezgahları da kullanılmaktadır.Parçalardaki deliklerin tam olarak karşılıklı gelebilmesi için delikler önce 2-3 mm kadar küçük çaplı açılıp, montaj sırasında parçalar önce cıvatalarla birbirine bağlandıktan sonra, karşılıklı gelen delikler matkapla gerekli çaplarına getirilerek tam uyum sağlanabilir.

5. Şekil 3.2’de görüldüğü üzere, perçin başının şekline göre, iki türlü perçin ayırt edilir.Bunların isimleri ile boyutlarını belirleyen şartnameler şekil üzerinde gösterilmiştir.

6. Şekil 3.1 a)Yuvarlak başlı perçin(TS 94/2) (DIN 124)

7. St 37 veya Fe 37 çeliği kullanılan yapılarda perçin olarak St 34 veya Fe 34, St 52 veya Fe 52 çeliği kullanılan yapı kısımlarında ise perçin çeliği olarak St 44 veya Fe 44 kullanılır.Bu perçin çeliklerinin mukavemet özellikleri DIN 17110’da belirtilmiştir.

8. Yerine vurulmamış perçine ham perçin denir.Ham perçinin d1 gövde çapı, d delik çapından 1 mm daha küçük olur.Ham perçinin bir tarafında bulunan başa nizam başı denir.Ham perçin,perçin ocağında kızıl dereceye kadar ısıtıldıktan sonra deliğine konur.Vurma etkisiyle nizam başının simetriği olan bir baş olur.Bu başa kapak başı denir.Perçinin vurulması sırasında gövdesi de şişerek deliği tamamen doldurur,böylece vurulmuş perçinin gövde çapı delik çapı d ye eşit olur.Perçin vurmak için genellikle pnömatik çekiçler kullanılır.

9. Perçinin iyi vurulabilmesi bakımından birleşen parçaların s toplam kalınlığı <6.5 dolmalıdır.Kapak başının tam olarak oluşabilmesi bakımından , yuvarlak başlı perçinlerde ham perçin boyu l=s + 4/3 d Olmalıdır. Bir birleşimde kullanılacak perçin çapı, birleştirilen parçaların en incesine göre

10. Tablo 3.1 Perçin çapının seçimi

11. Tablo 3.3 Perçin aralıları ve kenar uzaklıkları

12. d=√5t -0,2(cm) olarak seçilir.bu formülde t(cm) cinsinden en ince parça kalınlığıdır.

13. Perçin gövdesi ile delik yüzeyi arasında oluşacak basınç gerilmelerinin dağılışı üniform olmaktan çok uzaktır.Diğer taraftan, perçinlerin makaslamaya çalışan gövde kesitlerinde makaslama gerilmelerinin dağılışı da üniform değildir.Perçin hesaplarını kolaylaştırmak için iki kabul yapılır: 1- Silindirik basınç yüzeyi yerine d*t düzlem alanı alınır. 2-Üniform olmayan gerilme dağılışı göz

14. önünde tutulmayarak, ortalama gerilmeler hesaplanır. Bir perçine gelen kuvvet N olduğuna göre, perçinlerde iki gerilme tahkiki yapılır: 1- Makaslama gerilmesi tahkiki:

15. Tek etkilide: τs= N/(πd2/4) ≤ Tsem σl=N/(d.t) ≤ 1.8 .σem • Çift etkilide: τs= N/2(πd2/4) ≤ Tsem σl=N/(d.t) ≤ 2.5 .σem

16. 2- Ezilme (basınç) gerilmesi tahkiki: σl=N/(d.t) ≤ σlem a) Tek etkili perçinde t=min (t1, t2) b) Çift etkili perçinde t=min (t1, t2+t3) ,

17. Bazı birleşimlerde perçinlere çekme kuvveti de gelebilir.Bir perçine gövde ekseni doğrultusunda etkiyen çekme kuvveti Z ile gösterilirse, perçin gövdesinde çekme gerilmesi tahkiki σz=Z/(πd2/4) ≤σzem şeklinde yapılır.

18. Bir perçinin emniyetle taşıyabileceği yük veya emniyet yükü, makaslamaya ve ezilmeye göre taşıyabileceği kuvvetlerin küçüğü olarak tanımlanır. Nem=min (Ns, Nt)

19. Bir perçinin makaslamaya göre taşıyabileceği kuvvet: a) Tek etkili perçinde Ns1 =πd2/4 * Tsem b) Çift etkili perçinde Ns2 =2* πd2/4 * Tsem

20. Bir perçinin ezilmeye göre taşıyabileceği kuvvet: Nt =d*t*σlem a) Tek etkili perçinde t = min (t1, t2) b) Çift etkili perçinde t = min (t1, t2+t3)

21. 3.2 Bulonlu (Cıvata) Birleşimler Bulon (cıvata) silindirik gövdeli, altı köşeli başlıklı, ucunda spiral diş açılmış kısmı bulunan bir birleşim aracıdır. Deliğine konduktan sonra diş açılmış ucuna, altına pul(rondela) konmak suretiyle somun takılır. Bulon başı anahtarla tutulup, diğer bir anahtar ile somun

23. saat hareketi yönünde döndürülerek sıkılır.Böylece, kolay bir işçilikle bulonlar yerlerine takılmış olur.Bu kolaylık nedeniyle, şantiyede yapılan montaj birleşimlerinin bulonlu birleşim olması tercih edilir.Pahalı olduğundan atölye birleşimlerinde bulon kullanılmaz.

24. Esas itibariyle iki türlü bulon kullanılır: • 1_ Normal bulonlar • 2_ Yüksek mukavemetli bulonları (HV bulonları)

25. 3.2.1 Normal Bulonlar (Cıvata) • Kuvvet aktarmaları perçinlerinki gibi olan, yani gövde de makaslama ve delik çevresinde ezilme gerilmelerine göre hesaplanan bulonlardır.Bulonların kendi ekseni doğrultusunda zorlaması ve makaslaması hallerine ait kopma şekilleri görülmektedir.Diğer Avrupa ülkelerinde olduğu gibi , memleketimizde de metrik sistemdeki bulonlar kullanılır.

26. Normal bulonlarda dikkat edilmesi gerekli çok önemli bir husus, diş açılmamış gövde kısmı boyunun, birleştirilen elemanların toplam s kalınlığından birkaç milimetre fazla olmasıdır.Somunun altına konan pul, bu fazlalığa rağmen , somunun sıkılabilmesini sağlar. • Bulon çeliklerinin mukavemet özellikleri DIN 267’de belirtilmiştir. St 37veya Fe 37 çeliği kullanılan yapı kısımlarında 4.6’ (eski 4D) çeliğinden bulon, St 52 veya Fe 52 çeliği kullanılan yapı kısımlarında ise 5.6’ (eski 5D) çeliğinden bulon kullanılır.

27. Normal bulonlar iki çeşittir: 1_ Kaba bulonlar 2_ Uygun bulonlar • Malzeme mukavemeti açısından bu ayrım aşağıdaki gibidir:

28. Bulon Malzemesi Mukavemeti:4.6 ise KABA BULONLAR Bulon Malzemesi Mukavemeti:5.6 ise KABA ve UYGUN BULONLAR Ayrıca bu iki bulon arasında iki bakımdan fark vardır: a) Kaba bulonlarda bulon gövde çapı, delik çapından 1 mm kadar azdır: d =D_1 mm

29. Uygun bulonlarda ise d=D dir. Yüksek yapılarda 20 ila 30 mm lik çaplarda 0.3 mm kadar tolerans kabul edilir(D_d ≤ 0.3 mm) daha küçük çaplarda bu miktar lineer olarak azaltılır. b) Kaba bulonlarda diş açılmış kısmın dışında kalan gövde kısmı işlenmemiştir. Uygun bulonlarda ise bu kısım, deliğe tam uyacak şekilde, tornalanmak suretiyle düzgün olarak işlenmiştir.

30. Her iki çeşit bulonda kullanılan pul ve somun ile delik çapları aynıdır. Metrik sistemdeki bulonlar ile pul ve somunları için aşağıda belirtilen norm ve standartlar geçerlidir: • Kaba bulonlar DIN 7990 TS 80 • Uygun bulonlar DIN 7968 TS 80 • Pullar (Rondelalar) DIN 7989 TS 79 • Somunlar DIN 555 TS 80

31. DIN 7990 Malzeme mukavemeti 4.6, 5.6 olan kaba • DIN 7989 Malzeme mukavemeti 4.6, 5.6 olan bulonlara ait pullar için • DIN 555 Malzeme mukavemeti 4.6, 5.6 olan bulonlara ait somunlar için • DIN 7968 Malzeme mukavemeti 4.6, 5.6 olan uygun bulonlar için

32. 3.2.2 Yüksek Mukavemetli Bulonlar(HV Bulonlar) 3.2.2.1 Bulon Malzemesi 3.2.2.2 Birleşimlerin Hesabı

33. 3.2.2.1 Bulon Malzemesi Bu bulonlar yüksek mukavemetli çelikle üretilir. Bulon malzemesi somun ve pullarında kullanılan malzeme özelliği DIN ISO 898 uyarınca çeşitli malzeme sınıflarına ayrılmıştır. Bulon malzemesi mukavemeti: 8.8 ve 10.9 ise Yüksek mukavemetli bulonlar olarak yapılan sınıflandırmada DIN şartnameleri göz önüne alınırlar. Bunlar:

34. 3.2.2.1 Bulon Malzemesi DIN 6914 Malzeme mukavemeti 10.9 olan yüksek mukavemetli bulonlar için DIN 6915 Malzeme mukavemeti 10.9 olan yüksek mukavemetli somunlar için DIN 6916 Malzeme mukavemeti 10.9 olan yüksek mukavemetli pullar için DIN 6917 I-profilleri için malzeme mukavemeti 10.9 olan yüksek mukavemetli eğimli pullar için DIN 6918 U-profilleri için Malzeme mukavemeti 10.9 olan yüksek mukavemetli eğimli pullar için

35. 3.2.2.2 Birleşimlerin Hesabı Bu çeşit bulonlu birleşimlerin hesap ve teşkilleri için DASt(Deutscher Ausschuß für Stahlbau-Alman Çelik yapı Komisyonu) şartnamesinde verilen esaslara göre hesap yapılacaktır. İki türlü yüksek mukavemetli bulonlu birleşim vardır. 1. Makaslamaya ve delik çevresinde ezilmeye göre hesaplanan yüksek mukavemetli bulonlu birleşimler(Scher-Lochleibungsverbindungen). Bunlara kısaca SL ve SLP birleşimleri denir. 2. Sürtünme kuvvetli birleşimler (Gleitfeste Verbindungen). Bunlara kısaca GV ve GVP birleşimleri denir.

36. 3.2.2.2 Birleşimlerin Hesabı • SL ve SLP birleşimlerindeki bulonlar DIN 7968’e göre yani normal bulonlardaki gibi yapılır. Delik ve gövde çapları arasındaki fark: • <=1.0 mm ise SL birleşimi • <=0.3 mm ise (Paßschrauben-Uygun Bulon) SLP birleşimi uygulanacaktır. • SL birleşimleri hareketsiz yüklerin hakim olduğu yapı kısımlarında kullanılır. Hareketli yüklerin etkisinde SLP birleşimi kullanılmaktadır.

37. 3.2.2.2 Birleşimlerin Hesabı Bulon eksenine dik olmak suretiyle, makaslama etkisi için her bulonun taşıyabileceği kuvvet: NSLem = tsem . NSLPem Ezilme gerilmesi de: sl=

38. 3.2.2.2BirleşimlerinHesabı N= Bir bulona gelen makaslama kuvveti Min Et= Aynı yöndeki delik çevre basınçları etkisinde bulunan levhaların kalınlık toplamlarının küçüğüdür.

39. 3.2.2.2 Birleşimlerin Hesabı • GV ve GVP birleşimleri hareketsiz yüklerin hakim olduğu yapı kısımlarında kullanıldığı gibi, hareketli yüklerin hakim olduğu yapı kısımlarında da kullanılanılar. Delik ve gövde çapları arasındaki fark: • <=1.0 mm ise GL birleşimi • <=0.3 mm ise (Paßschrauben-Uygun Bulon) GLP birleşimi uygulanacaktır. • Somunlara, uzun kollu özel anahtarlar kullanılarak büyük belirli sıkma momentleri uygulanmak suretiyle, bulonlara Pv ön çekme kuvveti verilir. Bu Pv kuvveti, birleştirilen elemanların birleşim yüzeylerine basınç kuvveti olarak etkiyeceğinden, bulon eksenine dik doğrultuda bir elemandan diğer elemana kuvvet aktarılması, temas yüzeylerinden sürtünme kuvveti yoluyla olur.

40. 3.2.2.2 Birleşimlerin Hesabı • GV birleşimlerde, bulon eksenine dik olarak, bir birleşim yüzeyinden bir bulonun emniyetle aktarabileceği kuvvet: • NGVem=(m/v).Pv • Burada: • Pv=Bulon öngerilme kuvveti • m=Temas yüzeylerindeki sürtünme katsayısı • v=Kaymaya karşı emniyet katsayısı

41. 3.2.2.2 Birleşimlerin Hesabı GV ve GVP birleşimlerinde ayrıca ezilme gerilmesi tahkiki de yapılır. Bu tahkik yapılırken sürtünme kuvvetleri yok farz edilir. Sürtünme mukavemetli birleşim bulonların da makaslama gerilme tahkiki gerekmez. GVP birleşimlerinde, bir sürtünme veya makaslama yüzünden bulon eksenine dik doğrultuda olmak üzere bir bulonun emniyetle aktarabileceği kuvvet: NGVPem=0.5NSLPem+NGVem

42. 3.3 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER Aynı veya benzer alaşımlı metallerin ısı etkisi altında birleştirilmesine kaynak denir.

44. 3.3.1.Ergitme Kaynakları Ergitme kaynağında, birleştirilecek parçaların birbirine kaynaklanacak kısımları ilave metal (kaynak teli, kaynak elektrodu) ergime derecesine kadar ısıtılır ve ergiyerek birleşen kısımların soğuması sonunda birleşim sağlanmış olur.

45. 3.3.1.1. Elektrik Arkı Kaynakları A-) Standart Elektrik Arkı Kaynağı (Elektrod Kaynağı) Elektrodun ucunda oluşan metal damlaları, yer çekimi ve (-) kutuptan (+) kutuba doğru meydana gelen elektron akımı etkisiyle, parçaların arasındaki kaynak derzini doldurur. Böylece parçaların arasındaki derzde kaynak dikişi (kaynak kordonu) denen ve parçaların birleşimini sağlayan kısım oluşmuş olur.

46. Kaynak makineleri Kaynak için elverişli akımın karakteristikleri 10-60 V ve 60-600 A’dir. Bu akımı sağlamak için kullanılan kaynak makineleri üç çeşittir: Kaynak jeneratörleri Kaynak redresörleri Kaynak transformatörleri

47. Elektrodlar Elektrodlar 2-8 mm çapında, kaynaklanacak yapı elemanlarının malzemesine uygun alaşımda bir metalden üretilmiş çubuklardır. Çıplak ve sıvalı olmak üzere ikiye ayrılır. Çıplak elektrod: Kaynak çekilmesi sırasında, kaynak bölgesi havadan oksijen ve azot kaptığından ve çabuk soğuma meydana geldiğinden, çekilecek kaynak dikişinin kalitesi ve mukavemeti düşük olur. Bu nedenle önemsiz tespit dikişleri için kullanılabilir.

48. Sıvalı elektrodlarda isminden de anlaşılacağı üzere, elektodun üzeri bir sıva tabakayla kaplanmıştır. Sıva tabakasını sağladığı faydalar şunlardır: a. Sıva maddesinin yanmasından oluşan koruyucu gazlar, kaynak bölgesinden havayı uzaklaştırarak, çekilen kaynak dikişinin havadan O ve N kapmasını önler. b. Kaynak tabakası üzerinde bir cüruf tabakası oluşturarak ergimiş haldeki malzemenin çabuk soğumasını önleyerek, dikiş içinde gaz habbeciklerinin kalmasını ve kaynak dikişinde ilave gerilmelerin oluşmasını önler. c. Ergimiş haldeki kaynak malzemesi ile cüruf malzemesi arasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar sonucu, kaynak dikişinin mekanik özellikleri iyileşir. d. Elektrik arkı daha stabil olacağından, daha muntazam dikiş çekilebilir.

49. Sıvalı elektrodlar ince sıvalı ve kalın sıvalı olmak üzere ikiye ayrılır. • İnce sıvalı elektrodlar sıva tabakasının kalınlığı, elektrod çapının %20 si kadardır. • Kalın sıvalı (mantolu elektrod) elektodlar sıva tabakasının kalınlığı, elektrod çapının %20-%75’i kadardır. Çelik yapılar için en elverişli elektrodlardır. • DIN 1913 e göre elektrik arkı elektrodlarının sıva maddeleri aşağıdaki gibidir: • Titandioksit tipi (Rutil) Ti • Asit tipi (Erzsaurer) Es • Oksit tipi Ox • Baz tipi (Kalkbasischer) Kb • Selüloz tipi (Zellulose) Ze • Özel tipler (Sondertyp) So • Bu kaynak türü için kullanılan sıvalı elektrod türleri ülkemizde Rutil, Bazik ve Selülozik elektrodlar adı altında üretilmektedir.

50. Bu elektrodların kalsifikasyonunda kullanılan format çeşitli standartlara göre şöyledir: DIN 1913 FORMATI: