Çelik Yapılar - kırklareli.pdf

1

KIRKLARELİ ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ YAPI EĞİTİMİ BÖLÜMÜ YAPI ÖĞRETMENLİĞİ ANABİLİM DALI

ÇELİK YAPILAR DERS NOTLARI

YRD. DOÇ. DR. İZZET YÜKSEK

EYLÜL 2012 KIRKLARELİ

2 GİRİŞ Çeliğin yapılarda inşaat malzemesi olarak kullanılmasına ilk olarak köprülerde başlanmış daha sonra malzeme kalitesi geliştirilerek bina inşaatlarında da kullanılmaya başlanmıştır. İlk önce kullanılan malzeme font idi sonra dövme demir ardından da dökme demir kullanılmaya başlandı. Çeliğin yapılarda taşıyıcı sistemi oluşturması ise İngiltere’de pamuk değirmenlerinin yangından ciddi şekilde hasar görmeleri ile ortaya çıkmıştır. Metal binaların yangına karşı dayanıklılığı kanıtlandıktan sonra dövme ve dökme demirden imal edilen yapısal bileşenler geçerli hale gelmeye başlamıştır. DEMİR Demir Filizleri Metal üretiminde kullanılan ham maddelere filiz ya da cevher adı verilir. Demir filizlerinin sınıflandırılması iki ana grup içerisinde yapılır. Birinci grubu oluşturan filizler, görünümlerine göre sınıflandırılmıştır. Siyah renkte olan filizler. Arı halde %70’ten çok demir içeren magnetittir. Kırmızı renkli filizler, çoğunlukla hematittir. Kahverengi filizler ise ya limonit ya da demir karbonattan oluşan siderittir. İçerdikleri yabancı maddelere göre sınıflandırılmıştır. İkinci gruptaki demir filizlerine örnek olarak, iç yapısında silisyum olan silikatlı filizler verilebilir. Ayrıca kalsiyum karbonat içeren kireçli filizler ile alüminli filizler de bulunur. Yüksek fırında ham demirin elde edilmesi Ham demir yüksek fırın adı verilen tesislerde üretilir. Bu tesisler birçok yüksek fırın ve yardımcı ünitelerden oluşur. Çoğunlukla bir fabrika görüntüsü veren bu tesisler, ham demir için gerekli olan birçok ana ürünü de üretirler. Metal üretiminde kullanılan filizler yer kabuğundan çıkarıldığı şekilde kullanılmaz. Teknik nedenler ile belirli maddelerin uzaklaştırılması ve filizlerin belli tane büyüklüğüne getirilmesi gerekir. Bu yüzden filizler çeşitli filiz hazırlama kademelerinden geçirildikten sonra fırınlarda ergitilir. Filiz hazırlama, filizi zenginleştirme, kısmen redükleme ve diğer işlemler için uygun bir şekil ve büyüklüğe getirme yöntemlerini kapsar. Demir de diğer metal üretim yöntemlerinde olduğu gibi öncelikli olarak filiz hazırlama işlemlerine tabi tutulur. Filiz hazırlamanın ilk aşaması, filiz zenginleştirmedir. Filiz zenginleştirme filiz içindeki yaramaz kısımların ayrılması işlemidir. Zenginleştirme yoluyla demir yönünden fakir filizler bile değerlendirilebilir. Filiz zenginleştirme uygulamalarının bazıları şunlardır; Manyetik ayırma: filizler yaklaşık 2mm. Çapında kırılır. Kırılma işleminden sonra manyetik tambur sayesinde filizin işe yaramaz kısmı ayrılır.manyetikleşme özelliğini en iyi magnetit gösterir. Yaş (Islak) Hazırlama: Esas demir bileşiğinin özgül ağırlığı, gang minerallerinden daha büyüktür. Bu özellikten yararlanarak özgül ağırlığı demir bileşiği ile gang arasında olan bir karışım hazırlanır. Bu karışım içine atılan filizlerde bulunan gang mineralleri sıvı üzerinde yüzerken içinde demir bulunan kısımlar sıvının dibine çöker. Kavurma: Öğütülmüş filizin ısısı ayarlanmış hava akımıyla ısıtılmasına kavurma denir. Sıcaklık parçaları birbirine yapıştıracak kadar(sinterleşecek) yükselmemelidir. Pirit gibi minerallerin içerisinde hem kükürt hem de sülfür vardır. Kükürt demiri kırılgan yapar, bu nedenle istenmez. Demir filizleri içinde bulunan kükürdün, oksit haline gelmesi için kavurma yapılır. Bu esnada kükürt, kükürtdioksit halinde yanar ve sülfirikasit üretiminde kullanılır. Magnetit ve hematit gibi demir açısından zengin filizler, kırılgan ve gözenekli hale getirilmek için kavrulurlar.

3 Elekten geçirme ve kırma: yüksek fırında kullanılacak filizlerin yaklaşık 30 mm. büyüklüğünde olması gerekir. Daha büyük taneli filizler kırılır. İnce taneli filizler ise sinterlemeden geçirilir. Sinterleme: İnce taneli filizlerin 900-1350°C sıcaklık arasında ısıtılarak, tanelerin birbirine yapışacak şekilde pişirilmesine sinterleme adı verilir. Sinterleme işlemi için, ince taneli filizler, sülfürlü filiz külleri, çöktürme tesislerinde üretilen çamur, baca gazlarıyla beraber çıkan tozlar ve uçucu küller %10 kok tozu ile karıştırılarak belirli bir neme sahip karışım elde edilir. Yüksek fırınlar çelik saçların birbirine kaynak edilmesiyle yapılırlar. Boyları 26 m. taban haznesi çapı 9 m. civarındadır. İçleri şamot yalıtım tuğlalarıyla örülmüştür. Duvar kalınlığı 1metreye getirilerek kuvvetlendirilmiştir. Yüksek fırın şu kısımlardan meydana gelmiştir: Üst kısım: yüklemenin, gaz çıkışlarının yapıldığı ve silonun bulunduğu kısımdır. Gövde: bu kısımda kömür filiz karışımı aşağı doğru hareket eder. Karın: fırının alt tarafta yeniden daralmaya başlayan kısmıdır. Kısmi ergime nedeniyle bu kısımda fırın hacmi küçülür. Hazne: Curuf ve demirin toplandığı fırının alt tarafındaki silindirik kısmıdır. Ham demir üretimi Hesaplanmış miktardaki filiz, gang ve diğer ilave maddelerden oluşan karışıma fırın şarjı adı verilir. Yükleme işlemine geçilmeden önce yapılan karışım işlemi üretimin başlangıç aşamasında üzerinde durulması gereken konulardan biridir. Çünkü filizlerdeki topraklı bileşiklerin 1535°C sıvı bir curuf halini alması gerekir. Bunun için de filizler 25-65mm. ölçülerindeki parçalar haline getirilir. Filizlerin bu boyutlarda seçilmesinin sebebi fırındaki karbonmonoksit tarafından indirgenebilecek kadar küçük olması ve gazın bacaya gidişini engelleyemecek kadar büyük olmasıdır. Filiz, kok kömürü, kireçtaşı karışımı, çifte çan adı verilen sistemle yüksek fırın boğazına verilir. Çifte çanın görevi; yüksek fırın gazındaki yitimlerin en aza indirilmesini ve yükleme maddelerinin tepede eşit olarak dağılmasını sağlamaktır. Yüksek fırında önceden ısıtılmış hava (600-1000°C) fırının dibinden verilerek yukarı doğru hareket ettirilir. Hava içerisindeki karbondioksit kok kömürü ile tepkimeye girerek korbonmonoksiti oluşturur. İşte bu gaz demir filizlerinin oksitlerden arındırılmasını ve geriye saf demirin kalmasını sağlar. Yüksek fırında üretim sonucu üç ana madde ortaya çıkar; 1Yüksek fırın gazı 2Ham demir 3Cüruf Yüksek fırın gazı; hava ısıtıcısı sobaların ısıtılmasında, buharla çalışan enerji üretiminde kullanılır. Ham demir; ham demir yüksek fırının ana ürünüdür. Belirli aralıklarla (yaklaşık 2-4 saatte bir) fırın haznesinin alt kısmındaki deliklerden boşaltılır. Cüruf; Ortalama 1000 ton ham demir üretiminden 800 ton cüruf çıkar. Kireç bakımından zengin cüruflar işlenerek yüksek fırın çimentosu haline getirilir. Kireci az olan cüruflar ise kaldırım taşı, yol döşeme taşları ya da beton ilave maddesi olarak kullanılır. Köpüklü cüruf yüksek fırın taşı denilen bir taş meydana getirir. Taş blok olarak ya da beton olarak kullanılır. Elverişli cüruflardan buhar üflemek suretiyle cüruf yünü üretilebilir. Bu yün cam yünü gibi iyi bir ısı yalıtım aracıdır.

4 Dökme demirler Yüksek fırında üretilen ham demir dökme demir olarak kullanılacak ise bazı işlemlerden geçirilmelidir. Bu işlemler genel olarak kupol fırını olarak adlandırılan yerlerde yapılır. Kupol fırınlarında ham demir iç yapısında bulunan karbon %1,7-3,5 arasına düşürülür. Diğer yandan dökme demirin ekonomik olmasını sağlayan hurda çelik alaşımlarının ilavesi yapılır. Karbon azaltımıyla dökme demir üretimi, endüstrinin ihtiyaçlarına cevap verecek şekilde değildir. Bu yüzden başka katkı maddeleri de ilave edilerek, değişik amaçlar için kullanılabilir dökme demir elde edilir. Tüm bu işlemler sonucunda üretilen dökme demirin özellikleri şunlardır; 1Alçak sıcaklıklarda ergime 2Düşük maliyet 3Döküme elverişlilik 4Yüksek basma dayanımı 5Aşınma direnci bu üstünlüklerinin yanında dövülemez oluşu olumsuzluğudur. Dökme demirler 1147°C üzerinde sıvı alt sıcaklıklarda ise katı haldedir. Dökme Demir Türleri Esmer dökme demir: İç yapısında bulunan %2-4 oranında silisyum, karbonun demir karbür yerine grafit yaprakçıkları (karbonun kristalleşmiş bir şekli) halinde bulunmasına neden olur. Bu halde kolayca işlenebilir, ancak grafit yaprakçıkları nedeniyle kırılgandır. Grafit aynı zamanda, metalin kırık yüzeylerine donuk bir görünüm verir. Bu nedenle söz konusu türe, esmer ya da gri dökme demir adı verilir. Beyaz dökme demirler: Döküldüğünde %1,5’ten daha az silisyum içeren demir, sert ve kırılgandır. Çünkü içindeki %3-4 oranındaki karbonu, yapısında demir karbür (sementit) biçiminde bulundurur. Kırık yüzeylerinin parlak ve beyaz bir görünümü olan bu demire beyaz dökme demir adı verilir. Kolayca işlenememesi, sadece aşınmaya karşı dayanıklı gereçlerin kullanılması gereken yerlerde tercih edilir. Temper dökümler: Az karbonlu çeliklerin özelliklerini gösteren ve beyaz dökme demirin bazı işlemlerden geçirilmesi sonucunda üretilen dökme demir türüdür. Bu yönüyle esmer dökme demirden pahalı çelikten ucuzdur. Değişik oranlarda karbona sahip beyaz dökme demirlerin dökümden sonra özel yumuşatma tavlaması yapılmasıyla elde edilirler. Yumuşak dökme demirler: Beyaz dökme demirin uzunca bir normalleştirme tavında tutulması sonucunda oluşan dökme demir türüdür. Beyaz dökme demire uygulanan bu ısıl işlem sürecinde, gerecin kırılganlığı azalarak, iç doku sağlamlığı ile dayanıklılığı artar. Alaşımlı dökme demirler: Genellikle dayanım ve korozyon direncini arttırmak amacıyla, dökme demir içerisine katılan alaşım elementleri, dökme demire yeni üstünlükler kazandırarak, alaşımlı dökme demir adını almasını sağlar. Dökme demire alaşımı kontrol altında tutabilecek ortamlarda (elektrik ark, Siemens-Martin fırınları) katılan alaşım elementleri şunlardır; nikel, krom, nikel-krom, molibden, vanadyum. Çelik dökme demirler: Çelik dökme demir çelik ve dökme demirin üstün özelliklerinin biraraya gelmesiyle ortaya çıkmıştır. (Çelikler, 42 kg/mm2 ile 192 kg/mm2 arasında değişen bir çekme dayanımına sahiptir.) Çelik dökme demirlerin çelikten farkı hangi yönde muayene edilirse edilsin aynı özelliği göstermesidir. Bu özelik haddelenmiş çelikte görülmez. Çünkü

5 haddeleme işlemi çeliğin ezilerek uzamasına neden olmaktadır. Bu şekilde haddelenen çelik uzunlamasına olarak muayene edildiğinde sağlam; enlemesine olarak muayene edildiğinde ise kolaylıkla kopabilecek durumda olduğu sonucunu verir. Çelik dökme demirlerin bünyesinde demir bulunan diğer döküm ürünlerine göre belirli bir üstünlüğü daha vardır; kaynaklı birleştirme işlemi kolaylıkla yapılır. ÇELİK Tanımı: Çelik; dövülerek, preslenerek, haddeden geçirilerek şekil verilebilen bir demir alaşımıdır ve demir cevherinden elde edilir. Çelik demir ve karbon alaşımıdır. İçerisinde %1,7’ye kadar karbon, %1’e kadar mangan, %0.5’e kadar silisyum bulunan kükürt ve fosfor oranı da %0.5’ten az olan demir karbon alaşımıdır. Demir cevheri tabiatta saf olarak bulunmaz; C (karbon), Mn (Manganez), P (Fosfor), Si (Silis) gibi maddelerle karışık olarak bulunur. Saf demir özellikleri sebebiyle yapı malzemesi olarak kullanılmaz. ÇELİĞİN ÖZELLİKLERİ Çelik metal olmasından dolayı metalik özelliklere sahiptir. Alaşımını demir ve karbon oluşturur. Demirin metal, karbonun ise ametal olmasından dolayı özelliklerini birbirlerine aktarırlar. Çelik içerisindeki karbon miktarı, çeliğin içerisinde önemli değişimlere sebep olur. Endüstrinin ihtiyacına göre çeliğin içerisine başka metal ve ametaller ilave edilir. Alaşıma ilave edilen her katkı maddesi, çeliğin özelliğinin değişmesine sebep olur. KULLANILDIĞI YERLER Günümüzde modern binaların ve köprülerin, otomobillerin ve öteki taşıtların, uzay araçlarının, makinelerin ve ev araçlarının yapımında çelik kullanılır. ÇELİK ÜRETİM METODLARI Tüm çelik üretim yöntemlerinde, demir refakat elemanlarının oksijene olan ilgilerinden yararlanılır. Demir refakat elemanlarının oksijene olan ilgileri, demire olan ilgilerinden fazladır. Böylece kolaylıkla oksijenle birleşerek demirden ayrılabilirler. Demir refakat elemanlarının ham demirden uzaklaştırılması için ham demir içine hava üflenerek yakılmaları mümkündür. Bu oksidasyom işlemine üfleme adı verilir. Oksidasyon için gerekli olan oksijen, çeşitli şekillerde sisteme verilir. Böylece çelik üretim yöntemleri açığa çıkar. Eriyik haldeki ham demir ile temas eden oksijen, eriyik içinde miktarı fazla olduğundan öncelikle demir ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucunda demir oksit (FeO) oluşur. Demir oksit demir içinde çözünür ve demir refakat elemanlarıyla reaksiyona girer. Oksijen, demir oksitten demir refakat elemanlarına geçer. Demir redüklenir, refakat elemanları ise oksitlenir. Tüm bu reaksiyonlar sonucunda ham demir iç yapısında bulunan; • Silisyum ve mangan; fazlalığı cüruf olarak • Karbon; baca gazı olarak • Kükürt; cüruf ve baca gazı olarak • Fosfor ise banyo içinde çözünerek istenilen oranlara indirilir. OKSİJEN KONVENTÖR İLE ÇELİK ÜRETİM SİSTEMİ Bu yöntem Bessemer yönteminden türemiştir ve oksijen, metalin içinden üflemek yerine, suyla soğutulmuş bir boru yardımıyla metal yüzeyine üflenir. Bu yöntem ile hızlı ve ekzotermik (tepkime sırasında ısı verir) özelliğinden ötürü yakıt gereksinim yoktur. Çelik üretimi için, geniş bir kaba ya da içi ısıya dayanıklı ateş tuğlası kaplı bir değiştirgece (konvertör) dökülür. Ucu erimiş metalin tam üstüne gelinceye kadar konvertöre sokulan ve

6 suyla soğutulan bir borudan oksijen üflenir. Erimiş demirde, oksijen ile karbon arasında çok hızlı bir tepkime olur. Üflenen oksijenin metalde yaptığı hareket, kaptaki bütün demirin oksijenlenmesini sağlar. Tipik bir oksijen çeliği konvertörü, 300 ton erimiş demir alır ve çelik yapım süreci 30 dakikada tamamlanır. Ekzotermik tepkime gerekenden de çok ısı sağlar. Hatta çeliğin, 1600°C erime sıcaklığını çok aşmaması için, fırına bir miktar da soğuk hurda çelik atılır. Günümüzde dünyada üretilen çeliğin %60’ı bu şekilde üretilmekte olup, bu oran gün geçtikçe artmaktadır. POTA ÇELİK ÜRETİM SİSTEMİ Ham demir ve hurda gereçler içindeki yabancı maddelerin uzaklaştırılması için grafit bir potaya konmaları sağlanır. Daha sonra pota dışarıdan yakacaklardan aldığı ısıyla ısınır. Elde edilen sıcaklık ergiyik çelik içindeki yabancı maddelerin yukarıda toplanmasına neden olur. ELEKTRİK ARK ÇELİK ÜRETİM SİSTEMİ Bazı yığın ve tonaj çelikleri ile aşağı yukarı bütün alaşımlı çelikler, elektrikli fırınlarda üretilir. Değişik yapılarda elektrik ile çalışan çelik üretim fırınları vardır. Bunlar içinde en önemli olanı, elektrik ark fırınıdır. Silindir biçimli bu fırının açılabilen tavanından üç elektrot uzanır. Kapasitesi birkaç tondan 130 ton ve daha üstüne kadar olanları vardır. Belli ağırlıkta soğuk hurda çelik, bazen soğuk dökme demir ile birlikte fırına doldurulur. Tavan yerine yerleştirilir ve elektrotlarla bir ark oluşturulur. Ortaya çıkan yüksek ısı, fırındaki maddeleri kısa sürede eritir. Tipik bir alaşımlama örneği, mutfak eşyalarında kullanılan paslanmaz çeliktir. Bu çelik %18 krom, %8 nikel içerir. Bu alaşım elementleri içindeki maddeler eridiği zaman fırına eklenir. İşlem süresi 3,5-4 saat kadardır. ENDÜKSİYONLA ÇELİK ÜRETİM SİSTEMİ Endüksiyon ocaklarının üstünlükleri şunlardır; 1. Ergime çabuklaşmaktadır. 2. Ergimiş maddenin her yerinde alaşım karışımı aynıdır. 3. İşlem hassas olarak kontrol edilebilir. 4. Alev yapıcı yakıt maddesi kullanılmadığından, ergimiş maddenin, yakıtın oluşturduğu yabancı maddelerden etkilenmesi mümkün değildir. Çalışma prensibi elektrik transformatörüne benzer. Endüksiyon ocaklarında birkaç kat sarılmış bobin transformatörün primer sargısı, ergitilecek metal ise sekonder sargısı olarak düşünülebilir. Ocakta soğuk metal alaşım maddeleri, etrafında yalıtılmış bir sargı bulunan ve yüksek ısılara dayanıklı bir pota içinde bulunur. Sargılara verilen elektrik enerjisi, bir süre sonra pota içerisindeki metalin ergimesini sağlar. Endüksiyon ocaklarının hacmi 10 kgdan 16 tona kadar değişebilir. SİEMENS-MARTİN ÇELİK ÜRETİMİ Siemens-Martin fırınlarında yüksek sıcaklıklara ulaşma gereği vardır. Bunun için yanmayı temin eden havayı önceden ısıtmak gerekir. Önceden ısıtma işlemi, bacaya gidecek olan gaz ile ısıtılmış olan tuğlalı bir sistem içerisinden havanın geçirilmesiyle yapılır. Önceden ısıtılan hava, brülor geçitlerinde sıvı ya da gaz yakacaklar ile karşılaşır. Bu karışım fırını alevlendirir. Oluşan alev şarj maddelerini ve fırının içindeki tuğlaları ısıtır. Siemens-Martin fırınlarında çelik üretimi için hurda malzeme, kireç taşı ve ergimiş demir kullanılmaktadır. Hurda ergitilmesinde gaz ya da sıvı yakıtlar kullanılmaktadır. Hurda malzemenin ardından fırına kireç taşı, daha sonra da ergimiş haldeki ham demir ilave edilir.

7 Ergimeyle birlikte fırın içindeki karışımın yabancı maddeleri cüruf haline gelir. Bu cüruf içinde çelik için zararlı olan tüm yabancı maddeler bulunmaktadır. Cürufun fırın içindeki hava akımıyla önceden ısıtma sistemine zarar vermemesi için cüruf toplama havuzları fırın içinde bulunmaktadır. ÇELİKLERİN SINIFLANDIRILMASI 1. Üretim metodlarına göre:oksijen konvertör üretim sistemi, pota çelik üretim sistemi, elektrik ark çelik üretim sistemi, endüksiyonla çelik üretim sistemi, Siemens-Martin çelik üretimi. 2. Kullanım alanlarına göre: Kullanma alanlarına tipik örnek yapı çelikleridir. Her türlü yapıların betonarme kısımlarında kullanılan çelikler, yapı çeliği olarak tanınır. Bunların karbon oranlarının ve çekme dayanımlarının düşük olması, ekonomik olarak üretilebilmelerine olanak tanır. Diğer örnekler cıvata çeliği, yay çeliği ve ray çeliği olarak verilebilir. göre: Çeliklerin kimyasal bileşenlerine göre 3. Kimyasal bileşimlerine sınıflandırılmalarında, malzemenin karbon, fosfor, kükürt ya da silisyum oranları dikkate alınır. Çelik iç yapısında, alüminyum, kurşun ve bakır gibi başka elementler de bulunuyorsa, sınıflandırmalarda bunlarda belirtilir. Kimyasal bileşenlerine göre sınıflandırma iki başlık altında yapılır; a) Sade karbonlu çelikler b) Alaşımlı çelikler a) Sade karbonlu çelikler: Çeliklerdeki en ucuz ve en etkili alaşım maddesi karbondur. Çelik içinde %1,7’ye kadar karbon bulunur. Sade karbonlu çelikler ötektoit oranları gözönüne alınarak iki grupta toplanır; I. Ötektoit altı çelikler: • Yumuşak çelikler (karbon oranı %0,1-0,2) • Az karbonlu çelikler (karbon oranı %0,2-0,3) • Orta karbonlu çelikler (Karbon oranı %0,3-0,85) II. Ötektoit üstü çelikler: İç yapısında %0.85’ten fazla karbon olan çeliklerdir. b) Alaşımlı çelikler: Bir çeliğe alaşımlı denilebilmesi için, iç yapısında bulunana ametal ya da metallerin alaşımın özelliklerini değiştirmesi gerekir. Çelik içerisine katılan metal ya da ametal çeliğe yeni bir özellik veriyorsa, o çelik alaşımlı olur. Alaşım yapmak için çelik içerisine metal ya da ametal katılabilir. Bunların her biri katkı elemanı olarak anılır ve bazıları şunlardır; Mangan, silisyum, nikel , krom, bakır, alüminyum, volfram, molibden, vanadyum. Çelik içerisine katılan alaşım elemanları, kendi özeliklerini çeliğe verir. Çelik yeni alaşım elemanlarının sayısına göre sınıflandırılır. • Basit alaşımlı çelikler: İç yapısında karbondan başka bir alaşım elemanı olan çeliklerdir. Bu tür çeliklere örnek olarak, nikelli, kromlu, ve vanadyumlu çelik verilebilir. • Çift alaşımlı çelikler: İç yapısında karbondan başka iki alaşım elemanı olan çeliklerdir. Örnek olarak, krom-nikelli, krom-molibdenli, krom-vanadyumlu çelikler verilebilir. • Çok alaşımlı çelikler: İç yapısında karbondan başka çok sayıda alaşım elemanı olan çeliklerdir. Örnek olarak krom-nikel-vanadyumlu, krom-volfram-kobaltlı çelikler gibi. 4. Kaliteye göre: Bir malzemenin ölçülebilen, sayılabilen ya da azalıp çoğalabilen değerleri dışında kalan koşulların tümüne kalite adı verilmektedir. Çeliklerin kaliteye göre sınıflandırması üç grup altında toplanır.

8 a) Biçimlendirme özelliklerine göre: Çeliğin kalitesi, kesme,delme, dövme, bükme gibi biçimlendirme işlemlerini etkiler. b) Yapısal özelliklerine göre: Çeliğin yapısal özelikleri, korozyona, ısıya, aşınmaya karşı dirençlerini ortaya koyar. Bunlar dışında sertleşme nitelikleri de yapısal özelliklere bağlıdır. c) Mikroskopik yapı bakımından: Değişik karbon oranlarına sahip çelikler mikroskop altında incelendiğinde yapısal farklılıklar görülebilir. Buna göre çelikler ferritik, austenitik ve martenzitik çelikler olmak üzere üç grupta toplanır. 5. Sertleşme ortamına göre: İç yapısında %0,20’den az oranda karbon içeren çelikler sertleşemez. Bu oran dışında kalan çelikler sertleştirilebilir. Çeliğin sertleşmesi için ısıl işlemden geçirilmesi gerekir. Genel anlamıyla ısıl işlem, çeliğin ısıtılması ardından kontrollü olarak soğutulmasıdır. Soğutma işlemi başta çok ani, zaman içinde (çeliğin içyapısı göz önüne alınarak) yavaşlatılarak yapılır. Su, yağ ve hava en çok kullanılan sertleşme ortamlarıdır. Çelikler sertleştirildikleri bu ortamlara göre sınıflandırılır. Su çeliği, yağ çeliği ve hava çeliği gibi. ÇELİK YAPI ÖZELLİKLERİ, KAZANÇLARI, SAKINCALI YÖNLERİ Çelik yapı malzemesinin mekanik ve fiziksel özellikleri bugün çoğunlukla kullanılan betonarme ve diğer kagir yapı malzemelerinden farklıdır. Bu özelliklerin kazançları tasarım, inşaat ve kullanım aşamalarına göre şöyledir; Tasarım ile ilgili kazançlar • Büyük mesnet aralığı • Küçük kiriş kesiti • Çok katlı yapı imkanı • Büyük taşıyıcılık • Küçük ağırlık • Şeffaf taşıyıcılık • Kolay teknik donatı İnşaat ile ilgili kazançlar • Fabrikasyon imkanı • Kısa inşaat süresi • Hassas inşaat • Montajda uyum • Atmosfer olaylarından az etkilenen montaj • Küçük şantiye alanı • Kuru inşaat şekli Kullanım ile ilgili kazançlar • Mekan kullanışı esnek • İhtiyaç sonrası sökülüp depolanabilir • Sökülüp başka yere takılabilir • Yapı dış kabuğu şeffaf

9 Çelik yapının sakıncalı yönleri • Fazla ısı değişiklikleri, çabuk deforme olmasına neden olur. Özellikle yangına maruz yerlerde uygulanılmaması gerekir. Yangın sonucu bozulan yapı kısımlarının düzeltilmesi mümkün değildir. • Üzerinin açık bırakılması durumunda paslanır. Paslanmaması için üzerinin kaplama malzemesi ile kaplanması gerekir. Bu da ekonomik değildir. Çelik yapıların uygulandıkları yerler • Yüksek yapılarda • Orta ve büyük açıklıklı köprülerde • Yüksek kulelerde • Büyük açıklıklı hangar, atölye ve fabrikalarda • İskelelerde • Çatı ve çatı kaplamalarında • Prefabrike konutlarda • Hafif çelik yapılarda YAPI ÇELİKLERİ Yapılarda kullanılan çelikler; Fe 37 ve Fe 52 çelikleridir. Burada Fe çelik kelimesinin ilk iki harfidir. 37 ve 52 rakamları da çeliklerin minimum çekme dayanımlarını kg/mm2 cinsinden gösterir. Fe 37 Çeliği: En fazla kullanılan çelik türüdür. İçinde bulunan karbon miktarı %0,2’yi geçmez. Çekme dayanımı 3700-4500 kg/cm2 arasındadır. Akma sınırı 2400 kg/cm2’dir. Özgül ağırlığı 7,55 kg/dm3’tür. Fe 52 Çeliği: Karbon miktarı %0,20-0,25’i geçmez. %0,55 silis, %1,5 manganez, %0,05 kükürt, %0,05 fosfor maddelerini içerir. Kaynaktan etkilenmeyen yüksek mukavemetli bir yapı çeliğidir. Akma sınırı Fe 37’ye oranla %50 daha fazladır, çekme dayanımı 5200 kg/cm2 ile 6200 kg/cm2 arasındadır. ÇELİK ÜRÜNLERİ 1-Standart profiller: Hadde çeliğinden yapılan standart profiller, tek başlarına, perçinli, bulonlu, kaynaklı bağlantılarla birleştirilerek yapı elemanı olarak kullanılabilmektedir. Botları 6-10 m arasında değişen standart profiller başlık ve gövde denilen iki kısımdan oluşur ve kesit şekillerine göre isim alır.

Farklı çelik profil tipleri

10

I profilleri 1.1. I Profilleri: a) Normal I Profilleri: Bu profiller cm olarak yükseklikleri ile belirtilir.(I 22 gibi) Yükseklikleri 8-60 cm arasında değişir. Başlıklarının eğimi %14’tür. Döşeme kirişi olarak kullanıldıklarında az bel verirler. b) Geniş Başlı I Profili: Yükseklikleri ile beraber IP 22 şeklinde ifade edilirler. Yükseklikleri 10-100 cm arasında değişir. Mesnetlerde kullanıldığı gibi esas kiriş olarak ta kullanılır. c) Geniş Ve Paralel Başlıklı I Profili: Gödenin alt ve üstündeki başlıklar ve gövde yükseklikleri 300 mm’ye kadar olanların genişlikleri yüksekliklerine eşit olur. Gövde kalınlığı 100-210 mm arasında olan bu profillere H profili de denir.

1.2- U Profilleri: Yüksekliği 30-400 mm, başlık genişliği 33-110 mm ve gövde kalınlığı 50-140 mm, başlık eğimi %5-%8 arasında değişir. Yapı elemanlarının oluşturulmasında tek olarak veya iki U profili gövdelerden veya başlıklardan birleştirilerek kullanılır. 22 şeklinde ifade edilir.

11

1.3-L profili: Köşebent veya korniyer profilidir. Kesit boyutları 20x30x3 mm ile 100x200x16 mm arasında değişir. a) Eşit kollu L Profili (korniyer): Kol genişlikleri 20-200 mm’dir. L işareti yanına mm olarak kol yüksekliğixkol genişliğixkol kalınlığı (hxbxd) yazılarak gösterilir. L80x80x10 gibi. Ek yerlerinde, dolu gövdeli kirişlerin başlıklarında, kafes kiriş çubuklarında kullanılır. b) Eşit kollu olmayan L profili: Gösteriliş şekli aynıdır.

1.4.T Profili: a)Yüksek gövdeli T profili: Yükseklik ile ayak genişliği birbirine eşit olup 2-14 cm’dir. Bu profiller, işareti yanına yüksekliğin yani genişliğin cm olarak yazılması ile gösterilir. 5 gibi. Ayak yüzeylerinin eğimi %2’dir. Camlı örtü döşemelerinde ara demiri olarak ve kaynaklı çelik yapılarda kullanılır. b) Geniş ayaklı T profili: Yükseklik ayak genişliğinin yarısına eşittir. Ayak genişlikleri 2-14 cm’dir. Bu profiller, işareti yanına cm olarak ayak genişliğixyükseklik yazılarak gösterilir. 12x6 gibi. Ayak üst yüzeyinin eğimi %2, gövdenin iki yanal yüzeyinin eğimi %4’tür.

12

1.5- Z Profili: Yapı elemanı olarak az kullanılan bu profillerin yükseklikleri 30-200 mm, genişlikleri 30-80 mm ve gövde kalınlıkları 4-10 mm arasında değişir.

II. Kapalı yapı profilleri Daire, kare ve dikdörtgen kesitinde olabilirler. Yük taşıyıcı eleman olarak genellikle kolonlarda, mobilya ve kaplama işlerinde, ayrıca T,Z ve L kesitinde olanlar kapı ve pencere doğramalarının yapımında kullanılır.

III: Açık Yapı Profilleri Yük taşıyıcı olmaktan çok kaplama, doğrama ve çelik konstrüksiyon işlerinde kullanılır.

13 IV. Özel Şekillendirilmiş Profiller: Standart profiller dışında, uygulama projesinin gerektirdiği şekillerde profiller haddeden çekilerek veya bükülerek yapılır.

V. Dikdörtgen Kesitli Çelikler (Lamalar) : 1. Dar lama çelikleri; Genişlikleri 500 mm’ye kadar, kalınlıkları ise 8 mm’ye kadar olan şerit biçimindeki lama çeliklerine ince lama çeliği adı verilir. Bu çelikler işareti yanına mm olarak genişlik x kalınlık yazılarak gösterilir. Bu çelikler hafif kirişli döşemelerin yapımında kullanılır. 2. Normal lama çelikleri: Genişlikleri 12-1500 mm ve kalınlıkları 5-60 mm olan dikdörtgen kesitli lama çelikleri 30 m uzunluğa kadar üretilebilir 3. Geniş lama çelikleri: Bu lama çeliklerinin kenarları keskin olup, dikdörtgen şeklindeki kesitlerin genişliği 152-1000 mm ve kalınlıkları 5-60 mm arasındadır. Bu lama çelikleri başlık levhası olarak kullanılır. Düğüm levhası olarak kullanılmaları uygun değildir. 4. Kare kesitli çelik çubuklar: 8-160 mm kalınlıkta yapılan kare kesitli çelikler, işareti yanına, mm olarak kalınlık (kare kesit kenar uzunluğu) yazılarak gösterilir. 20 gibi. Yuvarlak, yassı ve kare kesitli çeliklerin standart uzunlukları, kalınlıklarına göre3-15 m arasında değişir. Geniş lama çeliklerinin standart uzunlukları ise; 3-12 m arasında değişir. Kalın çeliklerin depolama uzunluğu 3-5 m, incelerinki ise 12 m’ye kadardır. VI. Çelik Levhalar Çeşitli kalınlık ve boyutlarda bulunur. Yüzey şekillerine göre düz, baklavalı veya çıkıntılı, oluklu, silindirik veya kubbeli levhalar olmak üzere dört gruba ayrılır.

14

1.

2.

3.

4.

Düz levhalar: Çelik yapı elemanlarında birleştirme, kaplama ve üst işleminde kullanılan sac levhalar kalınlıklarına göre ince, orta ve kalın olmak üzere üç kısma ayrılır. İnce sac levhaların kalınlıkları 3 mm’den az, orta sac levhalar 3-5 mm kalınlığında ve kalın levhalar 5-60 mm kalınlığında bulunur. Baklavalı veya çıkıntılı levhalar: Bir yüzeyi düz, diğer yüzeyinde 1,5-2,5 mm yüksekliğinde kabarıklar bulunan, orta ve kalın sac levhalardır. Bu levhalar üzerindeki çıkıntılar kaymayı önlediğinden çelik köprülerde, merdiven basamaklarında ve yaya kaldırımlarında kullanılır. Oluklu levhalar: İnce sacdan ve çoğunlukla galvanize edilmiş olarak kullanılan dalgalı sac levhalardır. Oluklu sac levhalar, dalga yüksekliğinin genişliğine oranı bakımından üç kısma ayrılır. Birincisi dalga genişliği yüksekliğinin iki katına eşit olanlardır. Bunlara normal levha denir. İkincisi; dalga genişliği yüksekliğinin iki katından fazla olanlardır. Bunlar yassı oluk olup, çatı oluklu levhası denir. Üçüncüsü, dalga genişliği yüksekliğinin iki katından az olan kiriş oluklu adı verilen levhalardır. Silindirik veya kubbeli levhalar: Düz veya galvanizli saclar kullanma yerlerine göre görünüşlerini güzelleştirmek veya gerilimlerini arttırmak üzere orta kısımları presle silindir veya kubbe şeklinde eğimli yapılır.

15 ÇELİK YAPILARDA BİRLEŞTİRME ELEMANLARI 1.Genel : Kolon, kiriş ve çubukların birleşiminden meydana gelen çelik yapılarda, gerek bu birleşimlerin yapılmasını ve gerekse hadde mamüllerinden kolon, kiriş ve çubukları teşkilini sağlayan elemanlara çelik birleştirme araçları denir. [1] 1.1 Çözülebilen birleşim araçları: Bulonlardır. Bulonlar ilerde sökülmesi ve başka yerde de aynı veya değişik amaçla kullanılması düşünülen yapılar (iskeleler) ve şantiye montaj eklerinde kullanılırlar. Ayrıca perçinin dövülmesi için uygun yer bulunmadığı zamanlarda da bulon tercih edilmelidir. [1] 1.2 Çözülemeyen birleşim araçları: Perçin, kaynak. Perçin her türlü inşaatta kullanılmış, güvenilir bir birleştirme vasıtasıdır.Kaynak tekniğindeki gelişme ve güvenilirliğinin tesbiti ile perçin yerini kaynağa bırakmıştır. [1] Bugün modern çelik yapıda en çok kullanılan birleştirme vasıtası kaynaktır.Perçin ancak kaynağa elverişli olmayan St 33 ve özel alaşımlı metallerin ana malzeme olarak kullanıldığı yapılarda, yani mecburi hallerde kullanılmaktadır. 2.PERÇİNLER Yuvarlak demirlerden hazırlanan, gövdesinde kaymaya, çevresinde ezilmeye çalışmak suretiyle kuvvetleri bir taraftan diğer tarafa aktaran birleştirme araçlarına perçin denir.Bir ucunda basınçla teşkil edilmiş yuvarlak nizam başı bulunan perçin (şekil.1) kızıl dereceye kadar ısıtıldıktan sonra, önceden açılmış gövde çapından 1mm daha büyük çağlı deliğe yerleştirilip delikten artan uç kısmı dövülür.Böylece hem deliğin tamamen dolması, hem de bu uçta da bir kapak baş’ının teşkili, dolayısıyla da perçin yapma işlemi sağlanmış olur.Perçinin dövülmesinde ve kapak başının teşkilinde (şekil.2)’deki başlıklardan istifade edilir.Bir işçi, kızıl dereceye kadar ısıtıldıktan sonra deliğe sokulmuş perçinin nizam başına (şekil.3)’daki dayanma başlığı ile dayanırken, diğer bir işçi de perçin makinesinin ucuna takılı vurma başlığını perçinin diğer ucuna tatbik eder. [1]

16

Dövülmüş yuvarlak başlı perçin Şekil.1

Dövülmeye hazır yuvarlak başlı perçin Şekil.2

Vurma başlığı Şekil.3[1] Perçin başları (şekil.1)’deki gibi teşkil edilenlere yuvarlak başlı perçin, (şekil.4)’deki gibi teşkil edilenlerine de gömme başlı perçin denir. Perçin malzemesi olarak daha iyi şekil alabildiklerinden dolayı St 37’den yapılarda St 34, St 52’den yapılarda St 44 kullanılır.

Dövülmeye hazır gömme başlı perçin Şekil.4[1]

Dövülmüş gömme başlı perçin

17 2.1Perçinlerin boyutlandırılması, dövülmesi, yerleştirilmesi ve hesabında sağlanan şartlar: Perçinlerin boyutlandırılması, dövülmesi, yerleştirilmesi ve hesabında aşağıdaki şartların sağlanması gereklidir: 2.1.1Perçin Uzunlukları: Birleştirilecek parçaların toplam kalınlığı s, perçin çapı d olduğuna göre kapak başı yuvarlak olacak perçinlerin l boyu ; • Makine ile dövülen perçinlerde : l = s + 4/3.d • El ile dövülen perçinlerde

: l = s +7/4.d

2.1.2Perçin Çapı : Perçin tarafından birleştirilecek elemanların en incesinin kalınlığı t (cm) ise kullanılacak ham perçinin çapı d1(cm) şu formülle bulunur; d1 = √5t -0,2 Perçin çapının seçilmesinde genellikler aşağıdaki tablo kullanılır; En ince eleman kalınlığı t(mm) 4-6

6-8

8-12

12-18

>18

Ham perçin çapı d1 (mm)

12

16

20

24

27

Dövülmüş perçin çapı d (mm)

13

17

21

25

28

Tablo.1[2] Burada kuvvet aktaran perçinlerin çağının en az 13 mm olabileceği, profillerde kullanılabilecek en büyük perçin çaplarının da profil tablolarında verilmiş olduğunu hatırlatalım. 2.1.3Perçin Aralıkları : Çelik yapılarda perçinler, ya kuvvetleri bir elemandan diğerine aktarırlar veya sadece elemanları bir arada tutarlar.Bunlardan birincilerine kuvvet aktaran perçin, ikincilerine ise tesbit perçini adı verilir.Bu bakımdan birleşimlerde kullanılan birbiri arkasındaki iki perçinin eksenleri arasındaki e mesafesi, [1] Perçinlerin kolay dövülebilmesini Mukavemetin delik zayiatından dolayı fazla azalmamasını Delik çevresinde luzumsuz gerilme birikimlerinin olmamasını Elemanların aralıklarından su girip pas yapmamasını Basınç tesiri ile levhaların buruşmamasını, temin edecek kadar olmalıdır.

18 Min

Max

e

3d1

8d1 veya 15 tmin

e1

2d1

3d1 veya 6 tmin

e2

1.5d1

3d1 veya 6 tmin

Perçin aralıkları Tablo.2[3]

Şekil.5[1]

2.1.4. Perçin Hesapları: Gövdelerinde kaymaya, çevrelerinde ezilmeye çalışarak kuvvetleri bir elemandan diğerine aktaran perçinler kaymaya çalışan alanlarının sayısına göre tesirli ve çok tesirli diye iki kısma ayrılırlar.Bunlardan çok tesirli olanlarının daha çok iki yüzeyde kaymaya çalışmaları ile karşılaşıldığından, alışılmış olarak, kuvvet aktarma bakımından perçinleri tek ve çift tesirli diye iki kısma ayırmak mümkündür. (Şekil.6 ve Şekil.7)

Normal gerilme durumu

Hesaplarda kabul edilen gerilme durumu

19 Tek tesirli perçin Şekil.6[1]

Normal gerilme durumu

Hesaplarda kabul edilen gerilme durumu Çift tesirli perçin Şekil.7[1]

Delik çevresindeki değişken gerilme yayılışı yerine düzgün yayılı ortalama bir gerilme yayılışı düşünülür. Perçin çevresindeki silindirik yüzey yerine d.t boyutundaki ezilme alanı nazarı itibare alınır.

Buna göre perçinlerde gerilme hesabı: [1] *Tek tesirli perçinlerde} Kaymaya göre; N= (л*d2/4)*Z a em, Ezilmeye göre ; N1= d1*tmin *σ 1 em *Çift tesirli perçinlerde} Kaymaya göre; N= 2*(л*d2/4)*Z a em, Ezilmeye göre; N1= d1*tmin *σ 1 em Formülleri ile hesaplanır. Perçinler normal olarak çekmeye çalıştırılmazlar. Eğer perçin çekmeye çalışması mecburiyeti varsa, bu halde gerilme, hesabı tek ve çift tesirli perçinlerde, σ z = Z/(л*d2/4) ≤ σ z em formülü ile hesaplanır. Buradan ; N : Bir perçine gelen ezilme ve kayma doğuran kuvveti Z : Bir perçine gelen çekme kuvvetini d : Perçin (delik) çapını tmin : Tek tesirli perçinlerde t1 ve t2 den küçük olanını , çift tesirlilerde ise t1 ile (t2+t3) değerlerinden küçük olanını Z a em : Perçin kayma emniyet gerilmesini σ 1 em : Perçin ezilme emniyet gerilmesini σ z em : Perçin çekme emniyet gerilmelerini gösterir. [1]

20

ST 37

ST 52

H

HZ

H

HZ

Çekme basınç eğilme(σem)

1400

1600

2100

2400

Kayma (Zem)

500

1050

1350

1550

Ezilme

2800

3200

4200

4800

Çelik yapı kısımları için emniyet gerilmeleri Tablo.3[3]

3.Kuvvete Göre Perçin Hesabı : Belirli bir kuvveti aktaracak perçinlerin hesabını 2 türlü yapabilirz: a-)Perçin çapı ve sayısını önceden tesbit edip bir perçine düşen kuvveti perçinin emniyetle taşıyabileceği en büyük kuvvetle karşılaştrmak, yani N = S/n

S : Aktarılacak kuvvet n : Seçilen perçin sayısı N : Bir perçine düşen kuvvet[3]

b-)Perçin çapını seçip bu perçinin emniyetle taşıyabileceği kuvveti bulduktan sonra aktarılacak kuvveti bu kuvvete bölerek n perçin sayısını bulmak, yani Eğer Nz < N1 ise n = S/ Nz Eğer N1 < NZ ise n = S/ N1 Formüllerini kullanarak perçin sayısını buluruz. [1]

21 PERÇİN HESABINA AİT ÖRNEKLER [4], [2] 1-)Şekilde görülen birleşimin taşıyabileceği en büyük P kuvvetini bulunuz.(H) [1]

(L 100.100.10 için A=19,2 cm2) Cevap : a-)Perçinin taşıyabileceği kuvvet : ( tmin = 10) P1em = N1= d1*tmin *σ 1 em =2,1*1,0*2800 = 5880 kN P1Z = N = 2*(л*d2/4)*Z em = 2* (л*(2,1)2/4)*1400 = 9700 kN Pmax = n * P1em =3 * 5880 = 17640 kN b-)Kesitin taşıyabileceği kuvvet : An = 2*(19,2-2,1*1,0)=34,2 cm2

Pmax = An * σ

c-)Sistemin taşıyabileceği kuvvet : Pmax = 17640

em =

34,2*1400 = 47880kN

22

2-) Şekildeki birleşimde 12 mm çapında 3 adet perçin kullanıldığına göre ST52 YDI için perçinin taşıyabileceği kuvveti bulunuz. Perçin aralıklarına bağlı kalarak boyunu hesaplayınız. Bulunacak P yüküne göre B genişliğini bulunuz? (n=3, d1= 12mm)

Cevap: 1.Perçinlerin taşıyacağı yükün bulunması: N1= d1*tmin= 1.2*0.7*4200= 3528 kg N2= (л*d2/4)*Zem= (3.14*1.22/4)*2100= 2374kg Bir perçinin taşıyabileceği yük: N=2374 kg 3 adet perçin olduğundan ; n=P/Pperçin , P= Pperçin*n= 3*2374=7122kg, P=7122 kg 2. perçin aralıklarının tahkiki: L , boyunun bulunması; e=3d1=3*13=39 ,=40 cm e1=2d1=2*13=26,=30cm L=40*2+30*2=80+60=140 mm, L=140mm 3.B boyutunun bulunması: σem=P/An , 2100=7122 /An= An=3.39 cm2 An=A-Aç, 3.39=A-(1.2*0.7), 3.39+0.84=A A=4.23 cm2 olarak bulunur. b genişliği için ise; A=b*t, 4.23 =0.7*b, b=6.04 cm, 60.4 mm bulunur.

23 3-)Şekilde St 37 YDI çeliği kullanılmıştır.Buna göre; a-) n = ? ¤ = ? c-)Kesit tahkikini yapınız?

Cevap: a-)Perçin çapının seçilmesi d1=√5tmin-0,2 =√5*0,9-0,2 = 1,92 cm

20

seçilen d1 = 21 cm

N1= d1*tmin* σem = 2,1*1,8*2800= 10584 kg N2= (л*d2/2)*Zem= (3.14*2,12/2)*1400= 9693kg Bir perçinin taşıyabileceği kuvvet N = 9693 kg’dır. n = P/N = 31000/9693 = 4 adet ¤ 21 perçin 65 e = 3d1 =3*21 = 63 e1 = 2d1 = 2*21 = 42 45 l = 3e + 2e1 = 3*65+2*45 =284 mm A = 15,5 cm2 2 adet 90.90.9 Eşit kollu korniyer olduğundan; ∆A = 2*15,5 =31 cm2 ∆A = (0,9*2,1)*2 =3,78 cm2 An = A - ∆A = 31 – 3.78 = 27,22 cm2 σ max =P/A =31000/27,22 =1139 kg/cm2 σ mev =1139 kg/cm2 ≤ σ em = 1400 olduğundan kesit uygundur.

24 4-)

2

220.15

a-)Perçin çapını adedini tahkik ediniz? b-)Perçin aralıklarını tahkik ediniz? c-)Kesit tahkikini yapınız? Cevap: a-) d1=√5tmin-0,2 =√5*1,4-0,2 = 2,4 cm = 25 mm perçin çapı uygundur. Bir perçine düşen kuvvet; N= P/n = 50000/6 = 8333 kg N1= d1*tmin* σ em σ mev = 8333 /2,5*1,8 = 1852 kg/cm2 ≤ σ em = 2800 kg/cm2 olduğundan ezilme bakımından emniyetle taşır N2= (л*d1/2)*Zem Zmev = 2N/ л* d1 ≤ Zem = 8333*2/(2,5)2 *л = 850 kg/cm2 ≤ 1400 kg/cm2 olduğundan kesme bakımından emniyetle taşır. b-)Perçin aralıklarının bulunması; e = 3d1 =3*25 =75 e1=2d1 =2*25 = 50 e2=1,5d1 =1,5*25 = 37,5 =38 c-)Kesit tahkiki ; A = 2*(22*1,5) =66 cm2 ∆A =(2* (2,5*1,5))*2 =15 cm2 An = A - ∆A = 66 – 15 = 51cm2 σ =P/A =50000/51 = 980 kg/cm2 ≤ 1400 kg/cm2 olduğundan kesit uygundur

25 5-)St 37 malzemeler iki parçalı olarak yapılmış bir çekme çubuğu bir düğüm levhasına perçinli olarak birleştirilecektir.

a-)Kullanılacak perçin çapını tayin ediniz b-)Minimum perçin-kenar mesafesine göre lamanın ‘b’ boyutunu hesaplayınız c-)Çekme çubuğunun EY (H) halinde taşıyabileceği kuvvete göre lüzumlu perçin sayısını bulunuz ve yerleştiriniz. Cevap: a-) d1 =

min-0,2

=

- 0,2 =1,53 cm ≈ 16 cm buradan ¤17 perçin seçilebilir.

b-) blüz = 2e ; e =1,5*d1 = 1,5 * 17 = 25,5

30 ; b = 2*30 =60

c-)Kesitin taşıyabileceği maximum kuvvet için ; An = 2(A1 - ∆A1) = 2*(6*0,6-1,7*0,6) = 5,16 cm2 max P = An* σ em=5,16*14 =72,24 Kn bulunur. Pem = P σ = d1*tmin* σ em =1,7*1,0*28 =47,6 Kn < Pz =2(л*d12/4)*Zem=2*[ л*(1,7)2/4]*14 =63,5 kN Perçin sayısı: n=P/Pem = 72,24/47,6 = 1,52 ≈ 16 buradan e2 = 2d1 = 2*17 =34 35 e = 3d1 = 3*17 = 51 55

2 ¤ 17 perçin

26 6-)Şekilde kesiti görülen ve 2L 100.10 dan yapılmış çekme çubuğunda;

a-)Kesitin taşıyabileceği max P kuvvetini bulunuz b-)Bu kuvvete göre çubuğun, t =12 mm kalınlığındaki düğüm levhasına birleşimde kullanılacak ¤ 21 perçin sayısını bulunuz ve yerleştiriniz. L 100.10 da : A = 19,2 cm2 σ em =14 Kn/cm2 Cevap: a-) An = 2(A1 - ∆A1) = 2*(1,92-2,1*1,0) = 34,2 cm2 Pmax = An* σ em =34,2*14 =478,8 kN b-) Pem = P σ = d1*tmin* σ em =2,1*1,2*28 =70,56 Kn < Pz =2(л*d12/4)*Zem=2*[ л*(2,1)2/4]*14 =97 kN Perçin sayısı: 7 ¤ 21 perçin n=P/Pem = 478,8/70,56 = 6,78 n>5 olduğundan, 2 perçin için yardımcı korniyer kullanmak gerekir. Yardımcı korniyerin, düğüm levhasına dik kolundaki perçin sayısının hesabında kullanılacak kuvvet;

Py = 1,5*[(2/7)*478,8)] = 205,2 kN bu perçinler tek tesirli olacaklarından Pem yeniden hesaplanmalıdır. Pem = P z =(л*d12/4)*Zem=[ л*(2,1)2/4]*14= 48,5 kN < P σ = d1*tmin* σ em =2,1*1,0*28 = 58,8 kN Perçin sayısı: n=Py/Pem = 205,2/48,5 = 4,2 2*3 ¤ 21 perçin Perçin aralıkları : Kenarda ; 2d1 = 2*21 = 42 45 Arada ; 3d1 = 3*21 = 63 65

27 7-)Şekilde görülen birleşimin aktarabileceği en büyük kuvveti bulunuz.(H)

Cevap: a-) Perçin bakımından(tmin=14) Pem = P z =2*(л*d12/4)*Zem=2*[ л*(1,7)2/4]*14= 63,55 kN < P σ = d1*tmin* σ em =1,7 *1,4*28 = 66,64 kN Pmax = n* σ em = 6*63,55 = 381,3 kN b-)Orta levha bakımından ; An = A - ∆A = 14*1,4 – 2*1,7*1,4 = 14,84cm2 Pmax = An* σ em = 16,96*14 =237,44 kN c-)Yan levhalar bakımından ; An = 2(A1 - ∆A1) = 2*(14*0,8-2*1,7*0,8) = 16,96 cm2 Pmax = An* σ em =16,96*14 = 237,44 kN d-)Sistemin taşıyabileceği kuvvet Pmax = 207,76 kN

28 8-) Şekilde görülen birleşimin aktardığı Pmax bulunuz.St 37 H 4 ¤ 13 Pmax =?

Cevap : Perçinin taşıyabileceği kuvvet bulunması ; N1= d1*tmin* σ em = 1,3*0,6*2800 = 2184 kg N2= (л*d1/4)*Zem= (л*1.32)/4*1400 = 2011 kg Pperçin= n.N = 4*2011 = 8044 kg Levhanın Taşıyabileceği Kuvvetin Bulunması ; P = A* σ em An = A - ∆A = 0,6*11,5 – 2*1,3*0,6 = 5,34cm2 Plevha = A* σ em = 5,34*1400 = 7476 kg Pperçin > Plevha olduğundan Pmax = 7476 kg

29 9-)Şekildeki birleşimde 53 t kuvvet aktarılmaktadır. St 37 Hz

a-)Gerekli perçin çapı ve adedini bulunuz. b-)Perçinleri 3 sıra halinde yerleştirerek yerleşim planını yapınız. c-)Levhanın 53 t yükü taşıyıp taşıyamacağını tahkik ediniz.

Cevap: a-) d1 = - 0,2= 2,03 21 mm min-0,2 = N1= d1*tmin* σ em = 2,1*1*3200 = 6720 kg (Ezilme) N2= (л*d1/4)*Zem= (л*2,12)/4*1600 = 5539 kg (Kesme) n = P/N = 53000/5539 = 10 adet 21 mm’lik perçin kullanılacak. b-) e = 3d1 =3*21 = 63 65 e1=2d1 =2*21 = 42 45 e2=1,5d1 =1,5*21 = 32 35 c-) I-I Kesiti : An = A - ∆A = 1,6*18,3 – 3*2,1*1,6 = 21,92 cm2 II-II Kesiti kesitinden yırtılır.(ZAYIF KESİT) Plevha = An* σ em = 21,92*1600 Plevha = 35200 kg < P = 53000 kg olduğundan taşıyamaz. *Taşıyabilmesi için 183’ün arttırılması gerekir. 53000 = A*1600 An=33,125 cm2 33,125+10,080 = 43,205 cm2 1,6*b = 43,205 b = 27 cm = 270 mm olmalıdır.

30 10-)Şekildeki birleşimde St 37 H çeliği kullanılmıştır.P=22t n = ? ¤ =

? Cevap : d1 = - 0,2= 1,67 17 mm min-0,2 = Çift tesirli; N1= d1*tmin* σ em = 1,7*1,2*2800 = 5712 kg (Ezilme) N2= (л*d1/2)*Zem= (л*1,72)/2*1400 = 6354 kg (Kesme) n = P/N = 22000/5712 = 4 adet 17 mm’lik perçin kullanılacak e=3d1=3*17=51 ,=55 cm e1=2d1=2*13=34,=35cm L=3*55+2*35 = 235 mm Kesit tahkiki ; 2 adet 70.70.7 A = 9,40*2 =18,8 cm ( 2 adet olduğundan 2 ile çarpılır) ∆A =(1,7*0,7)*2 =2,4 cm2 An = A - ∆A = 18,8 – 2,4 = 16,40 cm2 σ =P/A =22000/16,40 = 1342 kg/cm2 < σem = 1400 kg/cm2

31 BULON ve BULON HESAPLARI

1. GİRİŞ Silindirik gövdeli, altı köşeli başlıklı, ucundan spiral diş açılmış kısmı bulunan bir birleşim elemanıdır. Bulonlar sökülebilen birleşim aracıdır. Bulonlar şantiyede yapılacak montajlarda kolay olması bakımından tercih edilirler. Hesapları aynen perçinlerde olduğu gibidir. Kaymaya ve ezilmeye göre tahkik yapılır. Bulonlar perçinlerden farklı olarak çekmeye de çalışabilirler. Bu durumda diş açılmış kısmın net alanı hesaba girer. Bir bulon üç kısımdan meydana gelir: 1. Altı köşeli başlık kısmı 2. Silindirik ve düz olarak teşkil edilen gövde kısmı 3. Silindirik olarak teşkil edilen dişli kısım

1.1. Bulonların Tercih Nedenleri 1. Birleşim tekrar sökülecekse bulon kullanılması uygundur. 2. Birleştirilecek parçaların boyutları, malzemesi ve şekilleri perçin yapılmasına müsait değilse, örneğin çelik ile ahşabın ve çelik ile betonun birleştirilmesi ve boyutları perçinlerin dövülmesine elverişli değilse, 3. Birleşimin konstrüksiyon içindeki yeri, usulüne uygun ve güvenilir kalitede perçin yada kaynak yapımına elverişli değil ise, 4. Şantiyede perçin yada kaynak yapmak pahalıya geliyor ve bunun için gerekli tesisat yoksa, 5. Perçinlere eksenleri doğrultusunda büyük çekme kuvvetleri geliyorsa, 6. Birleştirilecek parçaların toplam kalınlıkları (S), perçin yapılamayacak kadar fazla ise ( S ≤ 4.5d yuvarlak başlıklı perçin, S ≤ 6.5d gömme başlıklı perçin). 2. BULON Bulon (cıvata) silindirik gövdeli, altı köşeli başlıklı, ucunda spiral diş açılmış kısım bulunan sökülebilir bir birleşim aracıdır (Şekil 1 (a)). Montaj esnasında bulon deliğine konduktan sonra diş açılmış ucuna, önce pul (rondela) (Şekil 1 (b)), ardından somun (Şekil 1(c)) takılır. Bulon başı bir anahtarla sabit tutulup, diğer bir anahtarla somun saat yönünde döndürülerek sıkılır. Görüldüğü üzere montajı kolay olduğundan, genellikle şantiyede yapılan montaj birleşimlerinin bulonlu olması tercih edilir. Öte yandan pahalı olduğundan ve birleştirilen parçalarda en kesit kaybına neden olduğundan atölye birleşimlerinde bulon tercih edilmez [1].

32

D iş a ç ılm ış k ıs ım

B u lo n b a ş ı

Som un

D

som un

d

G övde s ık ış a n le v h a la r

p u l ( ro n d e la )

B u lo n , s o m u n , p u l v e s ık ış a n le v h a la r

2.1. BULON ÇEŞİTLERİ Bulonlar belli başlı iki grupta sınıflandırılabilirler: 1. Normal bulonlar (Cıvatalar) a) Kaba Bulonlar b) Uygun Bulonlar 2. Yüksek mukavemetli bulonlar (HV Bulonları) (Çelik Yapılar I dersi kapsamında bu cins bulonlara değinilmeyecektir) [2].

2.1.1. Normal Bulonlar (Cıvatalar) St 37 yapı çeliği ile teşkil edilmiş yapı elemanlarının birleştirilmesi sırasında 4.6 çeliğinden, St 52 çeliği kullanılan elemanlar için ise 5.6 çeliğinden bulonlar kullanılır [5]. Normal bulonlar iki çeşittir: 1. Kaba (Siyah) Bulonlar, 2. Uygun (Parlak) Bulonlar.

33 Kaba bulonlarda bulon gövde çapı delik çapından 1 mm kadar azdır (d1 = d + 1 mm). Uygun bulonlarda ise delik çapı ve gövde çapı birbirine eşittir (20~30 mm çapında uygun bulonlarda 0,3 mm’ye kadar bir tolerans vardır) (d1 ≈ d (+ 0,3 mm)). Kaba bulonlarda diş açılmış kısmın dışında kalan gövde kısmı işlenmemiştir. Uygun bulonlarda ise bu kısım, deliğe tam uyacak şekilde, tornalanmak suretiyle düzgün olarak işlenmiştir[4]. Malzeme mukavemeti bakımından 4,6 çeliğinden yapılan bulonlar kaba ya da uygun, 5.6 çeliğinden teşkil edilenler ise uygun olabilir. 4.6 çeliğinde kopma gerilmesi σK = 40 kN/cm2, akma gerilmesi σF = 24 kN/cm2 dir. 5,6 çeliğinde kopma gerilmesi σK = 50 kN/cm2, akma gerilmesi σF = 30 kN/cm2 dir[6]. Avrupa ülkelerinde olduğu gibi ülkemizde de metrik sistemdeki bulonlar kullanılır. Bu nedenle bulonlar adlandırılırken M harfi ile başlayan isimler verilir; Örneğin M16, M20 gibi. İsimlendirme kaba bulonu esas almaktadır; yani M16 bulon için bulon çapı 16 mm, açılan delik çapı ise 17 mm’ dir. Uygun bulonlar için farklı bir isimlendirme sistemi yoktur. Kaba bulonlara atıf yapılarak parantez içinde “uygun” açıklaması ile isimlendirilirler; Örneğin M16 (uygun), M24 (uygun) gibi. M16 (uygun) bulon için bulon çapı delik çapına eşittir ve 17mm’ dir. Bulonlar ve somunları için TS ISO 8992, rondelâlar için ise TS 79-1~79-10, vb. standartlardan faydalanılabilir. Bulon gövdesinde yivler olduğundan, bulonun kesit alanı değişkendir ve en küçük en kesit alanına sahip olduğu kısım çekirdek ya da diş dibi diye adlandırılır. Özellikle gövde eksenine paralel etki alan bulonlarda (Örneğin; ankraj bulonları) çekirdek alan kullanılarak hesap yapılır. Gerek kaba, gerekse uygun bulonlarda çekirdek alanı aynıdır. Öte yandan perçinli birleşimlerde, perçin deliği tam olarak doldurulduğundan böyle bir tanım geçerli değildir. Bulonların gövde eksenine paralel çekmeye mukavemeti perçinlerden çok daha fazladır [3]. 2.1.2. Yüksek Mukavemetli Bulonlar Mevcut TS 648-Madde 5,5’de yer alan bilgiler çerçevesinde yüksek mukavemetli bulonlarla teşkil edilen bir birleşimin boyutlandırılamayacağı acıktır. Öte yandan hazırlanmış olan Deprem Standardı Taslağı - Madde 8.2.3’de “Birleşimde kullanılacak bulonlar 10,9 ve 8,8 kalitesinde olacaktır. Bu bulonlara kendilerine uygulanacak öngerilme kuvvetinin en az yarısı uygulanmalıdır.” denilmektedir [7]. Ülkemizde Deprem Yönetmeliği’nin zorunlu bir yönetmelik olduğu düşünüldüğünde mevcut TS 648’ in bu bağlamda bu ihtiyaca cevap veremeyeceği açıktır.

34 Yüksek mukavemetli bulonların boyutlandırılmasına ilişkin bu tasarım açığının giderilmesine yönelik olarak hazırlanan İMO-02/2005 Standardı’nda bu bolum etraflıca ele alınmıştır. Önce yüksek mukavemetli bulonların malzeme kaliteleri tanımlanmış ve buna ait mukavemet özellikleri verilmiştir. Gerek SL ve SLP tipi birleşimler ve gerekse de sürtünme kuvvetli birleşimlerin hesap esasları açıklanmış, boyutlandırmada göz önüne alınacak ilgili emniyet gerilmeleri tanımlanmış ve yüksek mukavemetli bu bulonların hangi tip yüklemelerde kullanılabileceği belirtilmiştir. Bunun yanı sıra farklı birleşim araçlarının aynı birleşimde birlikte kuvvet aktarabilme koşullarına da yer verilmiştir. Bilindiği gibi yüksek mukavemetli bulonların en önemli özelliğini öngerilmelendirilebilmeleri oluşturmaktadır. Tasarlanan bir birleşimde bu bulonlara gövdeleri doğrultusunda çekme kuvveti gelmesi halinde öngerilmelendirilmiş bulonların kullanılması avantaj olmaktadır. Öte yandan sürtünme tipli rijit birleşimlerde birleşimden aktarılacak kuvveti, birinci derecede uygulanan Öngerilme kuvveti belirlemektedir. Dolayısıyla hazırlanan İMO-02/2005 Standardı’nda bulonların önerilmesinde uygulanan yöntemlere ve buna bağlı olarak çeşitli bulon çaplarına karşı gelecek şekilde gerekli uygulanacak öngerilme kuvvetlerine ilişkin bir tablo düzenlenerek verilmiştir[7]. Bulon sembolleri, çapları ve çekirdek (diş dibi) alanları

Bulon DIN 407 ye göre işaretli Delik Çapı d1 (mm) Kaba bulon gövde çapı d (mm) Uygun bulon gövde çapı d (mm) Çekirdek Alanı (cm2)

M10

M12

M16

M20

M22

M24

M27

M30

M33

M36

11

13

17

21

23

25

28

31

34

37

10

12

16

20

22

24

27

30

33

36

11

13

17

21

23

25

28

31

34

37

0,509

0,743

1,41

2,20

2,76

3,17

4,19

5,09

6,36

7,45

35 3. BULON HESAPLARI 3.1. Bulon Uzunlukları Bulonla bağlanacak levhaların toplam kalınlığı perçin çapının 6,5 katını aşmamalıdır. Bulon boyları birleştirilen levhaların toplam kalınlıkları ve bulon çaplarıyla orantılıdır ve aşağıdaki formülle hesaplanır [8]. l = s + d (makine) l = s + d (el ile) s = Kalınlık

d = Çap

l= Boy

3.2. Bulon Çapı ̶ 0,2 d1 = d1 = Seçilecek Perçin Çapı (cm) tmin = Minimum Levha Kalınlığı 3.3. Bulon Sayısı n= n = Bulon Sayısı N = Bir Bulona Gelen Kuvvet P = Sistemi Etkiyen Kuvvet 3.4. Bir Bulonun Taşıyabileceği Kuvvetin Bulunması Ezilme; N = d1 × tmin × Kesme işlemi yapılırken dikkat etmemiz gereken sistemin tek mi yoksa çift tesirlimi olduğuna bakılır. Buna göre aşağıdaki yollardan uygun olanına gidilir [8]. Kesme; N= N =2 ×

×

(Tek Tesirli ise) ×

(Çift Tesirli ise)

3.5. Net Alanın Bulunması An = A - A An = Net Alan A = Çürük Dâhil Alan A = Çürük Alan 3.6. Sistemin Taşıyabileceği Kuvvetin Bulunması P = An × P = Sistemin Taşıyabileceği Kuvvet An = Net Alan = Emniyet Gerilmesi

36 5. BULON EMNİYET GERİLMELERİ, ÇAPLARI ve ARALIKLARI UYGUN BULON St37

Makaslama (Kesme)

KABA BULON St52

St38,13

H

Hz

H

Hz

H

Hz

1400

1600

2100

2400

1120

1260

(

Ezilme

2800

3200

4200

4800

2400

2700

(

Çekme

1120

1120

1500

1500

1120

1120

BULON ÇAPLARI t(mm)

4-6

6-8

8-10

10-12

12-16

16-20

Bulonlar

M12

M16

M20

M22

M24

M27

BULON ARALIKLARI min

max

e

4d1

8d1

e1

2d1

3d1

e2

1,5d1

3d1

BULON ÇAPLARI BULON DELİK ÇAPI KABA BULON GÖVDE ÇAPI UYGUN BULON GÖVDE ÇAPI

M12

M16

M20

M22

M24

M27

M30

13

17

21

23

25

28

31

12

16

20

22

24

27

30

13

17

21

23

25

28

31

37

BULON HESAPLARINA AİT ÖRNEK SORU VE ÇÖZÜMLER ÖRNEK 1. Aşağıdaki şekilde verilenlere göre bu birleşimde kullanılması gereken bulon çapı ve adedini hesaplayınız? tm in = 1 0 70 .7 0 .7

p = 37 .5 t

st37 , H

ÇÖZÜM: Bulon Çapı Tahkiki; - 0,2 d1 = d1 = - 0,2 =1.67 cm =1,7 çapı Bu Çapa Göre Bulon Sayısının Bulunması; Çift tesirli perçin olduğu için; Kesme; N = 2 ×

×

Ezilme; N = d1 × tmin × Küçük olanı alırız:

=

× 1400 = 6352,22 kg

= 1,7 × 1 × 2800 = 4760 kg

Bulon Sayısı; n= n=

= 8 adet kullanılmıştır.

e2

b

e e2

e1

e

e

e

e1

l

l Uzunluğunun Bulunması; e = 4 × d1 = 4 × 17 = 68 70 e1 = 2 × d1 = 2 × 17 = 34 35 e2 = 1.5 ×d1 = 1.5 × 17 = 25.5 30 l = 3e + 2e1 = ( 3 × 70 ) + (2 × 35 ) = 280 mm b Uzunluğunun Bulunması; b = 2e2 + e = ( 2 × 30 ) + 70 = 130 mm

38 ÖRNEK 2. Aşağıdaki şekilde verilenlere göre bu birleşimde kullanılması gereken bulon çapı ve adedini hesaplayınız?

t : 15 mm

P = 22,5 t

70.70.7 st 37 çeliği Y.D.I

ÇÖZÜM: Bulon Çapı Tahkiki; ̶ 0,2 d1 = d1 = ̶ 0,2 =1.67 cm =1,7 çapı uygundur. Bu Çapa Göre Bulon Sayısının Bulunması; Çift tesirli perçin olduğu için; Kesme; N =2 ×

×

Ezilme; N = d1 × tmin × Küçük olanı alırız: n= n=

=

× 1400 = 6352,22 kg

= 1,7 × 1,4 × 2800 = 6664 kg

= 4 adet bulon kullanılmıştır.

Kesit Tahkiki: Eşit kollu korniyer olduğundan tablo 7 den alana bakılır. 70.70.7 =9.40 ∑A = Toplam Alan ∑A= 2 9.40 =18,8

∆A = Çürük Alan

∑A= 1,7) 2 = 2.38 An = 18,8 – 2.38 = 16.42 = = =1370 ≤ 1400 olduğundan uygundur.

39

e2

b e2

e1

e

e

e

e1

l

l Uzunluğunun Bulunması; e = 4 × d1 = 4 × 17 = 68 70 e1 = 2 × d1 = 2 × 17 = 34 35 e2 = 1.5 ×d1 = 1.5 × 17 = 25.5 30 l= 3e + 2e1 = ( 3 × 70 ) + (2 × 35 ) = 280 mm b Uzunluğunun Bulunması; b = 2e2 = ( 2 × 30 ) = 60 ÖRNEK 3 25

t = 20

20

200.25

P=?

Bulonlar Ø = 20 n=6 malzeme = st37 Y.D.I

Pmax= ? ÇÖZÜM: Pbulon Hesabı: Tek tesirli bulon olduğu için; Kesme; N =

×

Ezilme; N = d1 × tmin × Pbulon = 6

=

× 1400 = 4396 kg = 2 × 2 × 2800 = 11200 kg

4396 =26376 kg

40

Pçubuk Hesabı: 25

An = A - ∆A An = (20 2.5) – 2 (2.5 2 ) = 40 cm2 Pçubuk = 40 1400 =56000 kg P max = Pbulon =26376 kg

20 200 20

ÖRNEK 4

t = 14mm

60.8

P = 14 t

Verilenler: Şekilde verilen kaba bulonlu birleşimde P =14 ton, kaba bulon çapı d1= 16mm, malzeme St37 ve yükleme “H” olarak verilmektedir. İstenenler: Gerekli bulon sayısını hesaplayarak yerleşimini yapınız.

ÇÖZÜM: Çift tesirli perçin olduğu için; Kesme; N =2 ×

×

Ezilme; N = d1 × tmin × Bulon Sayısı

=

× 4501 = kg

= 1,6 × 1,4 × 2400 = 5376 kg

41 n=

;

n=

= 4 adet kullanılmıştır

Bulonların Yerleşmesi e2

b e2

e1

e

e

e

e1

l l Uzunluğunun Bulunması; e = 4 × d1 = 4 × 17 = 68 70 e1 = 2 × d1 = 2 × 17 = 34 35 e2 = 1.5 ×d1 = 1.5 × 17 = 25.5 30 l = 3e + 2e1 = ( 3 × 70 ) + (2 × 35 ) = 280 mm b Uzunluğunun Bulunması; b = 2e2 = ( 2 × 30 ) = 60 ÖRNEK 5

140.9

140.16

Verilenler: 1. 9 tane M16 bulon = Pbulon =? 2. Orta levha 140.16 = Porta =? 3. Yan levhalar 2 tane = Pyan = ?

st 37 , H M16 uygun bulon pmax = ?

42 ÇÖZÜM: Çift tesirli perçin olduğu için; Kesme; N =2 ×

×

Ezilme; N = d1 × tmin ×

=

× 1400 = 6352,22 kg

= 1,7 × 1,6 × 2800 = 7616 kg

Bir Bulonun Taşıyabileceği Kuvvet: Küçük olanı alırız. N = 6352,22 kg Pbulon: 9 × 6352,22 =57170 kg Porta:

140

16

Porta = An. An = A - ∆A =14 × 1,6 – 3 × ( 1,6 × 1,7 ) = 14.24 Porta = 14.24 × 1400 = 19936 kg Pyan:

140

9

9

Pyan = An . An = A - ∆A = 2 × (14 × 0,9) –(3×2×( 0.9 ×1.7)) = 16.02 Pyan = 16.02 × 1400 =22428 kg

Pmax = 19936 kg

43

16

ÖRNEK 6

P =?

14

14

P =?

b

Şekildeki birleşimde 3 adet 14 mm' lik perçin kullanıldığına göre bu sistemin taşıyabileceği P kuvvetini, perçinlerin yan yana bulunması sonucu oluşacak l boyutunu ve P yüküne bağlı b genişliğinin en az ne olacağını bulunuz. Malzeme St52 YDII

l

ÇÖZÜM: P Kuvvetinin Bulunması: d1 . tmin . σem = 1,4 . 1.4 . 4800 = 9408 kg 3692 kg

11077kg e Boyutlarına Bağlı l Uzunluğunun Bulunması:

e1

e

e

l = 2 e1 + 2 e

e1

e1 = 2 . d1 = 2 . 14 = 26 ≅ 30 mm e = 3 . d1 = 3 . 14 = 39 ≅ 50 mm

l = (2 . 30) + (2 . 50) = 160 mm = 16 cm

44 P Yüküne Bağlı b Uzunluğunun Bulunması:

2

toplam çürük alan

2

2

t.b

ÖRNEK 7 9 20 9 t=20 mm 90.90.9

P= 28,5 t

St37, H

Şekilde elemanları şematik olarak verilen birleşimde bulon hesabını kaba ve uygun olarak ayrı ayrı yapınız kesit tahkiki yapınız ÇÖZÜM: a ) Kaba Bulonlu Çözümü: d1 = ̶ 0,2 d1 = ̶ 0,2 =1.92 cm = M20 kaba bulon kullanılmalıdır. Kesme; N =2 ×

×

Ezilme; N = d1 × tmin ×

=

= 2 × 1,8 × 2400 = 8640 kg

Bulon Sayısı Bulunması: n= n=

× 1120 = 7034 kg

= 5 adet kullanılmıştır.

45 Uygun Bulonlu Çözüm: Kesme; N =2 ×

×

=

× 1400 = 9693 kg

Ezilme; N = d1 × tmin × = 2,1 × 1,8 × 2800 = 10584 kg Bulon Sayısı Bulunması: n= ; = 4 adet kullanılmıştır.

n=

Kesit Tahkiki: An = A - ∆A An = 2 × 15.5 - 2 × (2,1 × 0,9) An = 27,22 cm2 = = 1047 ≤ 1400 olduğundan uygundur. Kaba Bulon İçin: e2

b e2

e1

e

e

e

e e1

l

e = 4 × d1 = 4 × 21 = 84 85 e1 = 2 × d1 = 2 × 21 = 42 45 e2 = 1.5 ×d1 = 1.5 × 21= 31,5 35 l Uzunluğunun Bulunması; l= 4e + 2e1 = ( 4 × 85 ) + (2 × 45 ) = 430 mm b Uzunluğunun Bulunması; b = 2e2 = ( 2 × 35 ) = 70 e2

b e2

e1

e

e

l

e

e1

46 Uygun Bulon İçin: e = 4 × d1 = 4 × 21 = 84 85 e1 = 2 × d1 = 2 × 21 = 42 45 e2 = 1.5 ×d1 = 1.5 × 21= 31,5 35 l Uzunluğunun Bulunması; l = 3e + 2e1 = ( 3 × 85 ) + (2 × 45 ) = 345 mm b Uzunluğunun Bulunması; b = 2e2 = ( 2 × 35 ) = 70 ÖRNEK 8

70.70.7

70.70.7

D2 : 13 t

D1 :14 t

st37 , H M 20 uygun bulon t = 10mm

60°

50°

90.90.9

20t

a)Yukarıdaki Şekilde D1 Kesit Ve Bulon Tahkikini Yapınız. b) Alt Başlık İçin Bulon Sayısını Hesaplayınız (M20). ÇÖZÜM: Kesit Tahkiki: 70.70.7 (2 adet) A = 9,40 (1 tanesi) An = A - ∆A 18,8 – 2 (2,1 ) = 15,86

= 882 kg / cm2 <

AT =2

9,40 =18,8

1400 kg / cm2 olduğundan uygundur.

Bulon Tahkiki: 3 adet M20 Bulon

N=

=

= 4666 kg

47 Ezilme; N = d1 × tmin ×

=

=

= 2222 < 2800 olduğundan uygundur.

Kesme;

N=

= 673 < 1400 olduğundan uygundur.

= b)

D1 = 14 ton

° 60

50°

D2 = 13 ton

20 ton

X X = 13000 cos50 + 14000 cos60 +20000 =35360 kg X = 35360 -20000 = 15360 kg Bir Bulonun Taşıyabileceği Kuvvet: N = d1 × tmin × = 2,1 × 1 × 2800 = 5880 kg N=2× n=

×

=

=

× 1400 = 9693,18 kg

= 3 adet bulon kullanılır.

ÖRNEK 9 t = 10

L 80.80.8

8 10

35 s

45

40

60

60

60

40

Şekilde görülen bir bina inşaatına ilişkin uygun bulonlu birleşim, malzeme St 37 ,”H” yüklemesi, S = 11.5 ton, bulon çapı d = 17 mm dir. Verilen bulonlu birleşimin tahkikini yapınız.

48 ÇÖZÜM: Bulon Çapı Tahkiki: ̶ 0,2 d= 17 mm ≤ d1 = d1 = ̶ 0,2 = 18 mm olduğundan uygundur. Bulon Sayısı Tahkiki: “H” yüklemesi ve St37 den Makaslama = 1400 kg/ cm2 Ezilme =2800 Kg/ cm2 Bulonlar tek tesirli çalışıyor ve bir bulona aktardığı kuvvet, Makaslamaya Göre: N=

×

Ezilmeye Göre: N = d1 × tmin ×

=

× 1400 = 3178 kg = 1,7 × 0,8 × 2800 = 3808 kg

Bulonun Emniyetle Taşıdığı Kuvvet: Nem = 3178 kg Birleşimde 4 adet bulon kullanıldığına göre: 4 × 3178 = 12712 kg > 11500 kg olduğundan uygundur. Aralık Tahkiki: 3d = 3 × 17 = 51 mm < e = 60 mm < 8d = 8 × 17 = 136 mm (15tmin = 15 × 8 =120 mm) 2d = 2 × 17 = 34 mm < e1 =40 mm < 3d = 3× 15 =51 mm ( 6tmin = 6 × 8 = 48 mm ) olduğundan uygundur. e2 ‘ ye ilişkin 35 mm ve 45 mm lik değerler korniyerlerle ilgili tablodan, 80.80.8 lik korniyer için delik açma uzaklıkları olarak alınmıştır. Tahkik etmeye gerek yoktur.

49 ÖRNEK 10 t =12 m m

s

7 .5 12 7 .5

L

Bir binanın birleştirilmesi gereken elemanları şekilde gösterilmiştir. “Hz” yüklemesinde S=18.5 ton, Ana malzeme St37 ve birleşimde , -Kaba bulon -Uygun bulon kullanıldığına göre, birleşimin minimum ( L) uzunluğunu belirleyiniz.

ÇÖZÜM: Kaba Bulon Kullanılması Halinde: Kullanılacak Bulon: d≤ d=

̶ 0,2 ̶ 0,2 = 1,74 mm olduğundan M16 bulonu kullanılacaktır.

Bulon sayısı “Hz” yüklemesi ve St37’ den yapılar için kaba bulonda; Makaslama = 1260 kg/ cm2 Ezilme = 2700Kg/ cm2

Bulonlar çift tesirli çalışıyor ve M16 kaba bulonda d = 16 mm bir bulonun aktardığı kuvvet, Makaslamaya Göre: N=2×

×

=

× 1260 = 5070 kg

Ezilmeye Göre: N = d1 × tmin ×

= 1,6 × 1,2 × 2700 = 5180 kg

Bulonun emniyetle taşıdığı kuvvet küçük olan yani 5070 kg dir.

50 Gerekli Bulon Adedi: =

= 3,65 yaklaşık 4 bulon

35 60 60 60 35

L

Şekilde kaba bulonlu tertip görülmektedir L değeri = 35 + (60 × 3 ) +35 = 250 mm Aralıklar: e ≥ 3.5 × 16 = 56 mm yaklaşık 60mm e1 ≥ 2 × 16 = 32

35 mm

Uygun bulon kullanılması halinde: Bulon tespiti kaba bulonla aynı olacağından kullanılacak bulon M16 dır. Bulon sayısı “Hz” yüklemesi ve St37’ den yapılar için uygun bulonda Makaslama = 1600 kg/ cm2 Ezilme = 3200 Kg/ cm2

Bulonlar çift tesirli çalışıyor ve bir bulonun aktardığı kuvvet M16 kaba bulonda d = 17 mm Makaslamaya Göre: N=2×

×

× 1600 = 7260 kg

=

Ezilmeye Göre: N = d1 × tmin ×

= 1,7 × 1,2 × 3200 = 6530 kg

Bulonun emniyetle taşıdığı kuvvet küçük olan yani 6530 kg dir. Gerekli Bulon Adedi: =

= 2.83

3 bulon

Aralıklar: e ≥ 3.5 × 17 = 59,5 mm

60mm e1 ≥ 2 × 17 = 34

L =35 + ( 60 × 2 ) + 35 =190 mm

35 mm

51 KAYNAKLI BİRLEŞİMLER

KAYNAĞIN TARİFİ, ÖNEMİ VE SINIFLANDIRILMASI 1.1. Kaynağın tarifi Kaynak tatbik edileceği malzemenin cinsine göre, metal kaynağı ve plastik malzeme kaynağı olarak ele alınır. Metal kaynağı: Metalik malzemeyi ısı veya basınç veya her ikisini birden kullanarak ve aynı cinsten ve erime aralığı aynı veya yaklaşık bir malzeme katarak veya katmadan birleştirmeye "metal kaynağı" adı verilir. İki parçanın birleştirilmesinde ilave bir malzeme kullanılırsa, bu malzemeye "ilave metal" adı verilir. 1.2.- Kaynağın önemi Parçaların kaynakla birleştirilmesinin öneminin kavranabilmesi için, diğer imal usulleriyle mukayese edilmesi gerekir. Her ne kadar her usulün üstün olduğu sahalar varsa da, birbirine çok yakın oldukları uygulamalar da vardır. (1) 1.2.1.- Kaynak ile perçinin mukayesesi Parçaların birleştirilmesinde eski bir usul olmasına rağmen, kaynağın öneminin bilinebilmesi bakımından perçinle kaynağın karşılaştırılması uygun olacaktır: a) Kaynak, ağırlık ve işçilikten tasarruf sağlar. Ağırlıktan sağlanan tasarruf, % 10 ila 30 arasındadır. İşçilikten sağlanan tasarruf ise, % 20–35 civarındadır. Çeşitli bağlantı biçimlerinde kaynak ve perçinin nasıl olduğu, şekil 1.1'de görülmektedir. b) Kaynak ile, perçine göre daha iyi bir sızdırmazlık elde edilir. c) Kaynaklı bağlantıların mukavemeti, perçinli birleştirmelerden daha yüksektir. Perçinde esas malzemenin mukavemetine erişilmemesine rağmen, kaynakta %100'üne erişilir. d) Kaynak ile, perçine göre daha kolay ve ucuz bağlantılar elde edilir. e) Gemi inşaatlarında kaynaklı birleştirmelerin suya karşı dirençleri daha azdır. Dolayısıyla geminin hızını azaltmazlar.

52

Şekil I.1.- Çeşitli birleştirme tiplerinde kaynak ile perçinin karşılaştırılmas(1) 1.2.2.- Kaynak ile dökümün mukayesesi Kaynak ile dökümün farkları aşağıdaki biçimde sıralanabilir: a) Kaynakta model masrafı yoktur. b) Cidar kalınlıkları 6 mm'den az olan parçaların dökümü güçlük arz ederken, kaynakla imalatında bir zorluk yoktur. c) Çelik malzemeden dökümle parça yapımında bazı zorluklar ortaya çıkarken, aynı parçanın kaynakla imalatı kolaydır. d) Kaynak, döküme göre ağırlık tasarruf sağlar. Ağırlıktan sağlanan kazanç %30 civarındadır. e) Çok sayıda üretimde, döküm daha üstündür. (1)

1.3.- Kaynağın sınıflandırılması Kaynak metotlarını çeşitli bakımlardan sınıflandırmak mümkündür. Temel olarak kaynaklanan malzemenin cinsine, kaynak sırasında tatbik edilen işlemlere ve kaynak işleminin maksadına göre sınıflandırma yapılır.

1.4.- Kaynağı uygulandığı (esas) malzemeye göre sınıflandırma Kaynak uygulandığı malzeme cinsine göre "Metal Kaynağı" ve "Plastik Malzeme Kaynağı" olmak üzere ikiye ayrılır.

1.5.- Kaynağı gayesine göre sınıflandırma Kaynak yapılış gayesine göre de "Birleştirme Kaynağı" ve "Doldurma Kaynağı" diye ikiye ayrılır. 5.1.- Birleştirme kaynağı; iki veya daha fazla parçayı çözülmez bir bütün haline getirmek için kaynak yapmaktır.

53 5.2.- Doldurma kaynağı; bir iş parçasının hacmindeki eksikliği tamamlamak veya hacmini büyütmek, ayrıca korozyona veya aşındırıcı tesirlere karşı korumak maksadıyla üzerine sınırlı bir alan dahilinde malzeme kaynak etmektedir. Mesela; kaplama, zırhlama ve tampon tabaka kaplama doldurması gibi. (1)

1.6.- Kaynağı usulü bakımından sınıflandırma Kaynak icrası sırasında takip edilen yola göre dörde ayrılır. Bunlar el kaynağı, yarı mekanize kaynak, tam mekanize kaynak ve otomatik kaynaktır. 6.1.- El kaynağı Kaynak, yalnız el ile sevk edilen bir kaynak aleti vasıtasıyla yapılır. 6.2.- Yarı mekanize kaynak Kaynak aleti, el yerine kısmen mekanize edilmiş bir vasıta ile sevk edilir. 6.3.- Tam mekanize kaynak Kaynak aleti, el yerine tamamen mekanize edilmiş bir makina ile sevk edilir. 6.4.- Otomatik kaynak Gerek kaynak işlemi, gerekse iş parçasının değiştirilmesi gibi bütün ana ve yardımcı işlemler tam olarak mekanize edilmiştir. (1)

1.7.- Kaynağı işlemin cinsine göre sınıflandırma 1.7.1.- Eritme kaynağı Malzemeyi yalnız sıcaklığın tesiri ile bölgesel olarak (sınırlandırılmış bir kısmını) eritip, bir ilave metal katarak veya katmadan birleştirmektir. 1.7.2.- Basınç Kaynağı Basınç kaynağı; malzemeyi genellikle ilave metal katmadan basınç altında bölgesel olarak ısıtıp birleştirmektir . 1.8.- Metal kaynağı 1.8.1.- Eritme kaynağı usulleri Metallerin eritme kaynağında başlıca olarak, aşağıdaki usuller kullanılır. Döküm eritme kaynağı Elektrik direnç eritme kaynağı Gaz eritme kaynağı Elektrik ark kaynağı 1.8.2.- Basınç kaynağı usulleri Metallerin basınç kaynağında başlıca aşağıdaki usuller kullanılır. Soğuk basınç kaynağı Ultrasonik kaynak

54 Sürtünme kaynağı Ocak kaynağı Döküm basınç kaynağı Gaz basınç kaynağı Elektrik direnç kaynağı Elektrik ark basınç kaynağı Difüzyon kaynağı(1)

2.- Kaynak pozisyon ve bağlantı çeşitleri Oksi-asetilen kaynağında kullanılan kaynak pozisyonları aşağıdaki gibi tasnif edilebilir

A-) Alın kaynakları: Birleştirilecek parçaların alın alına getirilmesiyle yapılan kaynak türüdür. Parçaların bulundukları pozisyonlara göre şu alt sınıflandırmaya tabi tutulabilir: a-) Yatay pozisyonda alın kaynağı b-) Dikey pozisyonda, yatay alın kaynağı (korniş pozisyonu). Şekil ll.4'de şematik olarakgörülmektedir. c-) Tavan alın kaynağı (Şekil 11.5).

Şekil II.4.- Dikey pozisyonda alın kaynağı Şekil II.5.- Tavan alın kaynağı

d-) Dikey pozisyonda, dikey alın kaynağı (Şekil II.6)

55 e-) Eğik (meyilli) alın kaynağı (Şekil II.7)

Şekil II. 6.- Dikey pozisyonda, dikey alın kaynağı.

Küt kaynaklar B-) İç köşe kaynakları a-) Yatay pozisyonda iç köşe kaynağı b-) Oluk pozisyonda iç köşe kaynağı (Şekil II.7) c-) Dikey pozisyonda iç köşe kaynağı (Şekil II.7) d-) Tavan pozisyonunda iç köşe kaynağı (Şekil II.7)

56

Şekil II. 7.- Kaynak pozisyonlarının şematik olarak gösterilişi. C-) Bindirme kaynakları a-) Yatay pozisyonda bindirme kaynağı (Şekil III. 17 b-) Korniş pozisyonunda bindirme kaynağı c-) Dikey pozisyonda bindirme kaynağı D-) Dış köşe kaynakları

2.10.- Kaynak ağızları

Oksi-asetilen kaynağında kullanılan kaynak ağzı biçimleri Tablo II.8'de görülmektedir.

Şekil II.8.- Yatay pozisyonda bindirme kaynağı

57

Köşe kaynaklar

3.ELEKTRİK ARK KAYNAĞI 3.1.- Tarifi ve tarihçesi Kaynaklı bağlantı için gerekli ısının elektrotlar arasında oluşturulduğu ve ark vasıtasıyla sağlandığı eritme kaynağı türüne "elektrik ark kaynağı" adı verilir. Elektrik ark kaynağının ilk uygulaması, bir karbon elektrot ile iş parçası arasında ark meydana getirilmesi biçiminde olmuştur (Şekil III.1). Bernardos usulü olarak bilinen bu uygulamada, bir de ilâve metal kullanılmıştır (1885). Daha sonra 1889 senesinde Zerener kaynak arkını, iki karbon elektrot arasında meydana getirmiş ve arkın parçaya üflenmesini magnetik bir bobin vasıtasıyla sağlamıştır. Yine 1889 yılında Slavianoff çıplak metalik bir elektrot ile iş parçası arasında arkı teşekkül ettirerek, bugünkü ark kaynağının esasını bulmuştur (Şekil III.2). Eriyen elektrot, kaynak ağzının doldurulmasını sağlamıştır.

Şekil III.1.- Benardos kaynak Yöntemi

58 1.- Karbon elektrot 2.- Esas metal 3.- Elektrik arkı 4.- Kaynak banyosu 5.- Tel elektrot 6.- Hamlaç

Yukarıda anlatılan ark kaynağının ilk uygulamalarında, erimiş haldeki metali havanın zararlı tesirlerinden korumak mümkün olmamaktadır. 1904 yılında İsveçli Oscar Kjellberg, metalik çubuk üzerine bir örtü kaplayarak bu mahzuru ortadan kaldırmıştır (örtülü elektrot ile ark kaynağı). (3)

Şekil III. 2.- Slavianoff Kaynak Yöntemi

1.- Eriyen elektrod 2.- Esas metal 3.- Elektrik arkı 4.- Kaynak banyosu 5.- Kaynak dikişi 6.- Hamlaç

3.2.- Kaynak arkı ve arkın elektriksel karakteristikleri

Ark; kızgın bir katottan yayman elektronların, yüksek bir hızla anodu bombardıman etmesi neticesinde oluşur. Bu bombardıman çarpma sonunda nötr moleküllerin iyonize olmasına sebep olduğundan, kuvvetli bir sıcaklık yükselmesi meydana gelir. Ortaya çıkan toplam enerjinin %85'i ısı ve %15'i de ışık enerjisine dönüşmektedir. Pratikte kaynak arkının gücü, 0,3 ilâ 160 kw ve ısı eşdeğeri de 70 ilâ 40.000 cal/sn arasında değişir. Ark demeti, katodik leke (elektrodun negatif ucu) ve anodik krater (elektrodun pozitif

59 ucu) arasında dağılır. Katodik leke ve anodik kraterde meydana gelen sıcaklıklar, kullanılan elektrot malzemesi ve arkın meydana getirildiği çevreye bağlı olarak değişmektedir (Tablo IV.1). Elektrodlar

Anodik kraterin

Katodik lekenin

sıcaklığı (°C)

sıcaklığı (°C)

Hava

3900

3200

Azot

2300

2100

Hava

2150

1900

Azot

2150

1900

Alüminyum

Hava

3100

3100

Tungsten

Hava

3950

2700

Nikel

Hava

2180

2100

Azot

2180

2100

Karbon

Bakır

Gaz

Tablo III.1.- Katodik leke ve anodik kraterdeki sıcaklıklar.

Kaynak esnasında elektrodun ve iş parçasının erimeleri, yukarıdaki tabloda görülen yüksek sıcaklıklar sebebiyle olur.

Şekil III.3.-Metalsel bir arkın elektrik rejimi Arkın uçları arasındaki gerilim ve arktan geçen akım şiddeti, Ohm kanununa göre değişmez. Akım şiddeti artıkça, uçlardaki gerilim önce hızla ve daha sonra da yavaş bir şekilde düşer (Şekil III.3). Aynı zamanda gerilim ve akım şiddeti ark boyuna da bağlıdır. Elektrodlar arasındaki uzaklık, "ark boyu" olarak adlandırılır. Ark boyu arttıkça, gerilim de artar. Bir elektrik arkında gerilim ile akım şiddeti arasındaki değişim şekil III.4'de görüldüğü gibidir ve bu değişim, "arkın statik karakteristiği" olarak adlandırılır.

60

a, b ve c ark boylan için gerilim ve akım şiddetinin ölçülmesinin şematik olarak gösterilişi Şekil III.4.- Bir kaynak arkının statik karakteristiği

Elektrik ark kaynağı esnasında metallerin erime miktarı, arkın gücüne (sabit kaynak hızlarında) bağlıdır. Arkın gücü denilince, ark gerilimi ve akım şiddeti sözkonusudur. O halde düzgün bir kaynak yapılabilmesi için, ark geriliminin sabit tutulması lazımdır (dolayısıyla akım şiddeti sabit kalır). Ark geriliminin sabit kalması, arkın kararlılığı olarak adlandırılmaktadır. (3)

3.2.1.- Doğru akım arkının kararlılığı Metalsel bir arkın sabit gerilim altında çalışma kararlılığını sağlamak için, yeterli miktarda direnç seri olarak bağlanmakta ve çok defa bu dirence, akımın hızlı değişmelerine karşı koyacak bir şelf ilâve etmek gerekmektedir. Kaynak edilecek parçaların üzerleri çoğunlukla yağ, pas ve boya gibi yabancı maddelerle örtülü olduğundan; kolayca teşkili bakımından başlangıçta, çalışmadakinden daha yüksek bir gerilim tatbik etmek gerekmektedir. Doğru akım ark teşkil etmek için, 40 ilâ 70 volt arasında bir gerilim uygulanmaktadır. Arkın kararlılığı üzerinde aşağıdaki faktörler etkili olmaktadır: a-) Metallerin iyonlaşma gerilimleri 50 b-) Metallerin termo-iyonik kabiliyetleri c-) Metallerin ısı geçirgenliği Metallerin iyonlaşma gerilimleri ve termo-iyonik gerilimleri ne kadar düşükse, ark o oranda kararlıdır. Metalin ısı geçirgenliği arttıkça, katodik yayınma azalmakta ve bu sebepten arkın kararsızlığı artmaktadır. Meselâ bakır, pirinç ve alüminyum bronzlarında arkın teşkili zordur. Böyle durumlarda arkın tutuşmasını ve kararlılığını sağlamak için, elektrodun örtüsüne uygun maddelerin katılması gerekir.

61 Böylece iyonlaşma gerilimi, termo-iyonik kabiliyet ve ısı geçirgenliği arzu edilen değerde tutulmuş olur. Aynı zamanda ark uzunluğu da sabit tutulmalıdır.

3.2.2.- Alternatif akım arkının kararlılığı Şekil III.5'de görülen ve alternatif akım arkında gerilim ile akım şiddeti arasındaki değişimi veren diyagram, alternatif akım arkında gerilim ile akım şiddeti arasındaki değişimi veren diyagram, alternatif akım arkının dinamik karakteristiğini belirtir. Pozitif yönde ortaya çıkan tepe noktası, arkın kararsızlığını gösterir. Arkın kararlılığı arttıkça, tepe noktası ortadan kaybolur. Tepe noktasının ortaya çıkmasına aşağıdaki faktörler tesir eder: a-) Akımın frekansı b-) Arkın boyu (uzunluğu) c-) Devrede bir şelfin bulunması d-) Elektrot örtüsünün cinsi e-) Elektrodun cinsi f-) Arkı çevreleyen ortamın cinsi Akımın frekansı ve ark boyunun artması, devrede bir şelfin bulunması, elektrot örtüsünde oksitler ve karbonatlar gibi katkıların bulunması arkın kararlılığını artırmaktadır.

Şekil III.5.- Alternatif akım arkının dinamik karakteristiği(3) 3.3.- Ark üflemesi Magnetik malzemeden yapılmış bir telden elektrik akımı geçtiği zaman, etrafında bir magnetik kuvvet alanı meydana gelir. Bu magnetik alanın kuvvet hatları, telin yakınında sık ve uzaklaştıkça da seyrektir Bir kaynak arkı da, hareket halinde bulunan bir iletkendir. Bu sebepten arkın etrafında bir magnetik kuvvet alanı oluşur. Bu kuvvet alanı magnetik malzemelerde, arkın üflenmesine sebep olur.

62 Ark üflenmesi kaynakta erime profilini bozması sebebiyle, istenmeyen bir olaydır. Bu sebepten bu olayın nedenlerinin ve önleme çarelerinin bilinmesi gerekmektedir. Ark üflemesini aşağıdaki faktörler etkilemektedir: a-) Paralel iki iletkendeki akımın yönü b-) Akım geçen iletkenin eğimi c-) Parçadaki akım yönü d-) Magnetik iletkenlerin tesiri e-) Aynı parçada birden fazla kaynakçının çalışması hali f-) Hava akımının tesiri

Yukarıdaki sebeplerden dolayı meydana gelen ark üflemesinin önlenebilmesi için, aşağıdaki tedbirler alınmalıdır: a-) Elektroda uygun bir meyil verilmesi. b-) İlk pasonun (kök pasosu) adım usulüyle yapılması . c-) Yeri değiştirilebilen bir kutup tertibatının kullanılması, d-) Kaynak dikişinin puntalanarak yapılması, e-) Kısa ark boyu ile kaynak yapılması, f-) Örtülü elektrotla kaynak yapılması, g-) Alternatif akım kullanılması, h-) Magnetik üfleme tertibatı kullanılması. I-) İnce çaplı elektrodların tercih edilmesi. (3)

3.4.- Kaynak ağızlarının hazırlanması Kaynak ağızlarının hazırlanmasında parça kalınlığına, şekline ve cinsine göre giyotin makasla kesme, talaş kaldırarak işleme, oksijenle kesme ve karbon ark veya özel elektrod ile oluk açma yöntemlerinden birisi kullanılabilir. Kaynak ağız şeklinin seçilmesinde gözönünde bulundurulacak hususlar şunlardır: - Parçanın kalınlığı, - Parçanın malzemesi, - Kaynak pozisyonu, - Kaynak yerine ulaşabilme olanağı, - Kaynak yapılan iş yerinin takım teçhizat olanakları - Ekonomik koşullar (3)

63 3.5.- El ile elektrik ark kaynağında elektrot hareketleri El ile kaynak yapılırken elektroda verilecek hareket, kaynağın kalitesine önemli oranda tesir eder. Kaynak yapılacak yere göre elektroda verilmesi gereken hareketler şekil IV.16'da görülmektedir.

Şekil III.10.- El ile elektrik ark kaynağında elektroda verilecek hareketler. (3)

4. ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI 4.1.- Prensibi Direnç kaynağı; iş parçalarından geçen elektrik akımına karşı iş parçalarının gösterdiği dirençten sağlanan ısı ve aynı zamanda, basıncın tatbikiyle yapılan bir kaynak usulüdür. Malzemeden geçen elektrik akımının meydana getirdiği ısının dışında, herhangi bir ısı tatbik edilmemektedir. Isı, kaynak edilecek kısımlarda meydana gelir ve basınç kaynak makinasındaki elektrodlar veya çeneler vasıtasıyla uygulanır. Elektrik direnç kaynağı için gerekli alçak gerilim ve yüksek akım şiddetindeki elektrik gücü, kaynak transformatörlerinden sağlanır. Basınç ise; hidrolik veya mekanik donanımlarla temin edilir. (4) 4.2.- Elektrik direnç kaynağı usulleri Elektrik direnç kaynağı usulleri, icra şekillerine göre aşağıdaki gibi tasnif edilebilir: A-) a-) Normal nokta kaynağı b-) Kabartılı nokta kaynağı B-) Dikiş kaynağı a-) Sürekli dikiş kaynağı b-) Aralıklı dikiş kaynağı C-) Alın kaynağı a-) Basınçlı alın kaynağı b-) Yakma alın kaynağı Bütün direnç kaynağı usulleri, uygun bir akım şiddeti-kaynak zamanı düzenlemesini gerektirir.

64 Kaynak bölgesinin ısınma ve soğuma hızları, zaman ekonomisi bakımından mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır. Demir esaslı malzemelerde bu hız gevrek bir kaynak dikişi meydana getirecek kadar yüksek ise, ayrıca bir temperleme işlemi gerekir. (4)

5. KAYNAK HESAPLARI VE KAYNAK EMNİYET GERİLMELERİ 5.1.Kaynak hesaplamaları Kaynaklı yapıların imalatına ancak aşağıdakı teknik esaslar hazır olduktan sonra başlanabilir; a) Mukavemet esasları b) Uygulama resimleri c) Kaynak planı d) Röntgen muayene planı e) Kaynak ehliyetlerinin tahkiki ( çalışanların yeterliliği ) Kaynak dikişlerinde malzeme olarak St 37 ve St 52 çelikler kullanılır. (5) 5.1.1. Kaynak boylarının hesaplanması

5.1.1.1. Kaynak kalınlığının hesaplanması Kaynak kalınlığı aşağıdaki formül ile hesaplanır; 3mm < a < 0.7 tmin a = kaynak kalınlığı t min = Kaynak yapılan levha kalınlığı Kaynak kalınlığı yukarıdaki formül aralığında bir değer alınarak bulunur. (5)

5.1.1.2. Kaynak boyunun hesaplanması Kaynak boyu ( ) aşagıdaki formülde değeri çekilerek bulunur.

=

=

= P = Çubuğun taşıyabileceği max kuvvet, a = kaynak kalınlığı = kaynağın 1 cm2 sini taşıyabileceği max kuvvet = kaynak boyu (5)

65 5.1.2. Kaynak boylarının tahkiki 5.1.2.1. Kaynak kalınlığının tahkiki Kaynak kalınlığının tahkiki aşağıdaki formülle yapılır

3mm < a < 0.7 tmin a = kaynak kalınlığı t min = Kaynak yapılan levha kalınlığı Kaynak kalınlığı yukarıdaki değerler arasındaysa kaynak kalınlığı uydundur. 5.1.2.2. kaynak boyunun tahkiki Kaynak boyunun tahkiki aşağıdaki formülle yapılır ;

15 a < < 100 a a = kaynak kalınlığı = kaynak boyu Kaynak boyu yukarıdaki değerler arasındaysa kaynak boyu uygundur. (5)

Kaynak boyu (l), kaynak kalınlığı (a) ve kaynakta oluşan gerilmeler

66 2.1. Kaynak emniyet gerilmeleri Kaynak emniyet gerilmeleri St 37 ve St 52 olarak aşağıdaki tablodaki değerleri alır ; (Tablo V.1) Dikiş

Dikiş

Gerilme

çeşidi

niteliği

Küt

Muayene

Basınç ve

kaynak

edilmiş

Eğilme

Çift tarafa

veya

basınç

köşe

edilmemiş

kaynak

Çatlak

Çekme ve

bağlantı ve

kaynak

hatalı

yönüne dik

olmadığı

eğim

muayene

gerilmesi

St 37

St 37

St 52

St52

YDI

YDII

YDI

YDII

1400

1600

2400

2700

1400

1600

2400

2700

1100

1250

1700

1900

1100

1250

1700

1900

1100

1250

1700

1900

ile tespit edilirse Muayene edilmemiş Köşe

Muayene

Basınç

kaynak

edilmiş

eğilme

Tek taraflı

veya

Basınç

köşe

edilmemiş

çekme ve

kaynak

Eğilme kıyaslama değeri

Bütün dikiş çeşitleri

Tablo V.1. : Kaynak emniyet gerilmeleri (5)

67

6. KAYNAKLI BİRLEŞİMLERE AİT ÖRNEKLER Soru

12 * 320

12 10

t = 10 mm

p = 50 t

l=?

1: Yukarıdaki şekilde malzeme St 37 YDI P = 50 t olduğuna göre kaynak boyunu hesap ediniz. (5) Cevap 1: 1. Adım kaynak kalınlığının tespiti 3mm < a < 0,7 × tmin

3mm < a < 7mm

a = 7 mm seçilsin 2. Adım gerekli kayak alanı hesabı : = 1100 kg\cm2 = = 45.45 cm = 455 mm 15 a < < 100 a 75 < 455 < 500

seçtiğimiz değer uygundur.

68 Soru 2:

3,5 S=5,7

8.6

1/2 I 140 b=66

Bir kafes kirişin ½ I 140 (A=9,1 cm2) dan yapılmış alt başlık kuvvetin az olduğu bir çubukta eklenmek isteniyor ve ekinde yukarıda ki şekilde görüldüğü gibi enine levhalı olması düşünülüyor. (5) a) Enine levhanın kalınlığını belirleyiniz. b) Ekte kullanılacak kaynak kalınlıklarını kontrol ediniz. c) Verilen

kaynakların

115

kN

değerindeki

çubuk

kuvvetini

aktarıp

aktaramayacaklarını kontrol ediniz. Cevap 2: a) Bu kalınlık en az 8.6 olmalı. Dolayısıyla seçilen: tl=10 b) Gövdede: 3 < a =3,5 < 0,7 tmin=0,7x5,7=3,99 Başlıkta: 3 < a =6< 0,7 tmin=0,7x8,6=6,02 Uygundur. c) Pek ≥ Aσem/2= 9,1x14/2=127 kN olmalı. Verilen kuvvet daha küçük olduğu için, ek hesabı bu kuvvete göre yapılacaktır. Ek yerinde boyun bölgesi dışında her yerde kaynak dikişi olduğunu varsayalım: Ak=0,35x(2x5,45+0,57-2x0,35) + 0,6x(2x6,6-3x0,57) Ak=10,66 cm2 127,4/10,66=11,95 kN / cm2 >11 kN / cm2 Bu durumda bile kaynak dikişlerinin yetersiz oldukları görülüyor dolayısyla eki lamalı ek olarak teşkil etmek daha uygun olur.

69 Soru 3: a

P

12

10

l P=525 kN (H) olduğuna göre; a) Çubuk kesitini seçiniz. b) Şekildeki kaynak boylarını hesaplayınız. (5) Cevap 3: a) Alüz=

σem =525/14=37,5 cm2

blüz=37,5/1,2=31,25 cm

=bxt=1,2xb

Seçilen: b=32 cm Kesit: 320.12 b) a= 3 mm seçelim: Ʈk=P/

al≤

Ʈk em

ƪ lüz =P/ (Ʈk emx a)= 525/(11x2x0,3)

ƪ lüz= 79,5 cm>100a=30cm a=amax=0,7 tmin= 0,7x10=7mm seçilirse; ƪ lüz=525/(11x2x0,7)=34,1 cm>15a=15x0,7=10,5cm <100a=100x0,7=70 cm ƪı=341+2x7=355

ƪı=360 cm

70

Soru 4:

150.7 ab=4,5 P

P

70.7

ag=3 2b=116

Şekilde görülen çekme çubuğu ekinde, a) Çubuğun taşıyabileceği maksimum kuvveti bulunuz. b) Ek elemanlarına uygun seçilip seçilmediğini kontrol ediniz. c) Verilen kaynak kalınlıklarını kontrol ediniz ve ek elemanlarının minimum uzunluklarını bulunuz. (5) Cevap 4: a) Korniyerlerin yatay kollarının alt kenarına göre statik moment yazılırsa,

t =1,656 cm

t= 18

b) Boyun perçinleri kesitinde; An,ek=(2x5,5+18)x0,5+1,8x(7,5-2,3)=15,76 cm2 Baş perçinlerin kesitinde; An,ek=(2x5,5+1,8-2x1,7)x0,5+1,8x7,5=18,2 cm2 Çubukta: Zayiatın fazla olduğu kesit, boyun perçinleri kesitidir: An,çubuk=2x(8,66-2,3x0,7)14,10 cm2
71 Soru 5:

St 37 H 6 8 6

t=8mm a1=3 l1=?

60

3

60.60.6

4

P=15 t

a1=3 l1=125 125

St 37 Yükleme Durumu ΙΙ (H) Yukarıdaki şekilde köşe kaynak dikişlerinde a1=3mm , a2=3mm ,

1=125mm

olduğuna göre a) a1=3mm olduğuna göre

2 boyunu

hesap ediniz.

b) a2=3mm , 1=125mm lik kaynak boyunu tahkik ediniz. (5) Cevap 5: a)

2 boyunun

hesap edilmesi ;

4,31

P1

P=1500 ton

1,69

P2

P × 1,69 = P1 × 6 P1 =

P × 4,31 = P2 × 6 P2 =

P1 = 4225 kg = 1100 kg\cm2 =

P2 = 10775 kg

ve Pmax= 15 t

72 = 3,84cm2

Akay = Akay = (a1×

1)

3,84cm2 = 2×(0,3 cm ×

1

)

1= 1=

64 cm = 64 mm

=

1+

2 × a1

= 64 mm + 2 × 3 cm = 70 mm b) a2=3mm , 2=125mm lik kaynak boyunu tahkiki 3mm < a2 > 0,7 × tmin

15a< 2>100a

3mm < 3mm> 0,7 × 0,6mm

15×3mm<125mm>100×3mm

3mm < 3mm > 4,2mm

45mm<125mm>300mm

= = = 1151kg\cm2 > 1100 kg\cm2 olduğundan uygun değildir.

73

Soru 6: 1 2

p= ?

I 200

p= ?

St 52 YD I

Yukarıda şekli verilen I 200 çekme çubuğunu küt kaynakla eklersek kaç kğ yük taşır. (5)

Cevap 6:

a) Küt kaynağın taşıyacağı kuvvet =

Küt kaynakta kaynak alanı = çekme çubuğunun kesit alanı = 1700 kg / cm2

= 16,7 Pkay = 16,7

×

kg / cm2

Pkay = 20040 kg b) Çekme çubuğunun taşıyacağı kuvvet = I 200 çekme çubuğu için alan = 16,7 Pç = Aç × Pç = 16,7 Pç = 35070 kg Pç = 35070 kg

× 2100 kg / cm2

74 Soru 7: 6.180

P =24 t

P =24 t

l =?

P =24 t

P =24 t

St 37 , H

Yukarıdaki şekle göre a kaynak kalınlığını ve kaynak boyu hesaplayınız ve bulduğunuz bu değerin kontrolünü yapınız. (5) Cevap 7: a kaynak kalınlıgı tespiti ; tmin : 0.5 mm 3mm < a < 0,7 × tmin 3mm < a< 0,7 × 0,5mm 3mm < a < 3,5mm a: 3,5mm seçtik kaynak boyunun tespiti ; = 1100 kg/cm2 = = = 7,8cm = 78mm =

1+

2×a

= 78mm + 2 × 3,5 mm = 78mm + 7 mm

75 = 85mm kaynak boyunun tahkik 15a< < 100a 15 × 3,5mm < 85mm < 100 × 3,5mm 52,5mm < 85mm < 350mm

uygudur.

Soru 8:

1 2

190 . 20

190 . 20

I 200

p= ?

1 2

I 200

p= ?

St 52 YD I

Yukarıda şekli verilen I 200 çekme çubuğunu enlem levhayla eklersek kaç kğ yük taşır. (5)

Cevap 8:

a) Kaynağın taşıyacağı kuvvet =

Pkay = Akay ×

76 l1 90

l

41,25

41,25

l

88,7

l2

l

1=

2× ( 2) +

7,5

3

tmin = 7,5 mm 3mm < a > 0,7 × tmin

3mm < a > 55,5mm

Akay1 = 2×( 2×( a× 1)) = 2×( 2×( 0,4×9)) Akay1 =14,4 Akay2 = 2×( 2×( a× 4)) = 2×( 2×( 0,4×8,8)) Akay2 = 14,1 Akay = Akay1 + Akay2 Akay =14,4

+ 14,1

Akay =28,1 Pkay = Akay × × 1700 kg / cm2

Pkay = 28,1 Pkay = 47770 kg

b) Çekme çubuğunun taşıyacağı kuvvet = I 200 çekme çubuğu için alan = 16,7 Pç = Aç ×

= 16,7

× 2100 kg / cm2

Pç = 35070 kg c) Levhanın taşıyacağı kuvvet = Alev = 19 cm× 2cm= 38 Plev = Alev × Plev= 79800 kg

= 38

× 2100 kg / cm2

a = 4 mm = 0,4 cm

77 Soru 9:

0 2 3

t =10 mm

I

2

10 . 200

P = 18 t

St 37 , H

Yukarıdaki şekilde verilenlere göre ; a) I profili ile 10mm kalınlıklı levha arsındaki küt kaynağın denetimini yapınız. b) 200mm × 10mm en kesitli levhanın denetimini yapınız. (5) Cevap 9: a) Küt kaynak tahkiki Küt kaynakta kaynak alanı = çekme çubuğunun kesit alanı

I 320 çekme çubuğu için alan = = = = 231 kg/cm2 < 1100 kg/cm2 olduğunda uygundur.

b) 200mm × 10mm en kesitli levhanın denetimini An = ( A - ∆A ) An = 2 × ( 1cm × 20cm ) ̶ 2 × ( 1,7cm × 1cm )

78 An = 40cm2 ̶ 6,8cm2 An = 33,2cm2 = = = 552kg\cm2 <

1400kg\cm2

olduğundan emniyetle taşır.