TEHERHORDÓ ALUMÍNIUM SZERKEZETEK

Átírás

1 MMK szakmai továbbképzés Budapest, TEHERHORDÓ ALUMÍNIUM SZERKEZETEK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIA HATÁSA, ALKALMAZÁS, TERVEZÉS Vigh László Gergely egyetemi docens BME Hidak és Szerkezetek Tanszék Dr. Fernezely Sándor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Hidak és Szerkezetek Tanszék

2 Shanghai Al-Jin Metal Products Csömöri gyalogoshíd Kapp Aluminium

3 BEVEZETÉS

4 AZ ALUMÍNIUM A föld kérgében a harmadik leggyakrabban előforduló elem Wöhler fedezte fel 1827-ben Tisztán 1854-ben Delville Saint Clair állította elő Ipari előállítása 1887-ben kezdődött Bayer, illetve Hall-Heroult eljárás

5 ZEPPELIN LÉGHAJÓ 1900 SCHWARC DÁVID LÉGHAJÓJA 1897

6 LÉGHAJÓ KATASZTRÓFA

7 MA REPÜLŐGÉP 1924

8

9 gépjárműváz alumínium hajótest

11 ALUMÍNIUM ÖTVÖZETEK JELLEMZŐI, GYÁRTÁSTECHNOLÓGIA

12 Alumínium ötvözetek és termékek Ötvözetek: öntészeti (cast) alakítható ötvözetek(wrought) Alakítható ötvözetek: Cu Mg AlCuMg AlMgSi AlZnMg AlZnMgCu Al Zn Si AlSiCu AlSi AlMg AlMgMn Mn AlMn

13 Gyártástechnológia Sajtolás forrás: TALAT Hegesztés Hidegalakítás (élhajlítás, hengerlés) trapézlemezek, stb.

14 Fizikai és mechanikai jellemzők Jellemző Alumínium Acél Fajsúly kg / m Olvadási pont C hőtágulási együttható 1 / C korrózióállóság jó / kiváló rossz folyáshatár / egyezményes folyáshatár szakítószilárdság MPa MPa 5083-O 145 Fe T6 275 Fe T O 290 Fe T6 310 Fe T6 570 rugalmassági modulus GPa Poisson szakadónyúlás % levágási határ nincs van kúszás magas hőm. nem jell. ridegtörés nem igen

15 1060-O 1060-H O 2014-T H O 5083-O 5083-H T T T O 7075-T6 Fe360 Fe510 related to the proof stress related to the ultimate strength szilárdság Ratio of strength / fajsúly to specific arány weight (10[cm 5 cm) x 10 5 ]

16 forrás: TALAT

17 Korrózió Az alumínium anyag (és ötvözetei) felületén oxidréteg képződik. Ez a réteg kemény és összefüggő felületet képez. Ez a réteg megvédi az anyagot a további oxidációtól. Az ötvöző anyagtól függően az anyag korrózióval szembeni ellenállása csökkenhet. Kifejezetten kedvezőtlen a réz (Cu) tartalom, illetve a vas (Fe) szennyezés. Jelentős mértékben függ az esetleges korróziós károsodás a környezeti hatásoktól, a levegő nedvességtartalmától, a szennyeződésektől stb. Az alumínium szerkezeti elemmel érintkezésbe kerülő egyéb anyagok (kapcsolódó fémek, építő anyagok, vegyszerek) hatása is eltérő lehet. Megállapíthatjuk, hogy bár az alumínium szerkezetek korrózió ellenállása lényegesen kedvezőbb az acélénál, de minden körülmény között ellenálló alumínium szerkezetről nem beszélhetünk.

18

19

20 Hegeszthetőség 1. A különböző ötvöző fémek eltérően befolyásolják a hegeszthetőséget: Mg az anyag jól hegeszthető, MgSi, ZnSi a hegeszthetőség közepesen nehéz, Mn nehezen hegeszthető az anyag. 2. Az alumínium elem felületén oxidréteg van, ezért különleges módon (nagy hőmérsékleten) lehet csak hegeszteni. 3. A hegesztés mindig védőgáz alatt történik, hogy az olvadék intenzív oxidációját (égését) megakadályozzuk. 4. AWI (TIG) hegesztés: wolfram elektródával egyenárammal történik. 5. AFI (MIG) hegesztés: alumínium anyagú fogyó elektródával, ma váltóárammal történik. 6. A hegesztési hőbevitel hatására a hideg alakítással, vagy hőkezeléssel szilárdságnövelt anyag kilágyul, szilárdsága lecsökken. 7. A hegesztés által érintett, így csökkent szilárdságú területet nevezzük hő-befolyásolt zónának. 8. Különleges ötvözet típus az önszilárduló ötvözet.

22

23 ALUMÍNIUM SZERKEZETEK SAJÁTOSSÁGAI, SZERKEZETI KIALAKÍTÁS

24 Szerkezetépítés Anyagkiválasztás Súly Rugalmassági modulus Sajtolás Hőmérséklet Hegesztés Korrózióállóság, korrózióvédelem Kapcsolatkialakítás Ár Újrahasznosítás

25 Ötvözetválasztás fő szempontjai Az ötvözet kiválasztása tervezési paraméter! Környezet: hőmérsékleti tartomány: max, min hőmérséklet kémiai környezet: korrózióállóság terhelés: rug. modulus, folyáshatár, szakítószilárdság, fáradás Elektromos és hőáram tulajdonságok Kontakt Gyártás: gyárthatóság, alakíthatóság, szerelhetőség: sajtolhatóság, hajlíthatóság, hengerlés, öntészet kapcsolatok: hegeszthetőség, csavarozás, ragasztás, szegecselés felületvédelem, felületkezelés

26 Megmunkálás: Hengerelt: 3***, 5*** Sajtolt: 6***, 7*** Öntött: 4*** Magas szilárdság: 7***, 6*** Jó alakíthatóság: 6*** Jó korrózióállóság: 3***, 5*** Jó hegeszthetőség: 5***, 7*** Jó felület: 3***

27 Felhasználási irányelvek Ötvözet Szilárdság Fáradási szilárdság Nemesíthető Alakíthatóság Hegeszthetőség Időjárásállóság Felhasználás Termék 2014A igen magas jó nem rossz repülőipar E, P 3103/3003 nem közepes jó jó jó 5251 / 5052 nem jó jó jó jó jó 5454 nem jó magas jó közepes járműipar, offshore szerkezetép. járműipar, offshore szerkezetép. S, P, E S, P jó jó járműipar, tartályok S, P 5083 / 5182 nem magas magas jó jó kiváló hajóipar, tartályok S, P, E 6063 igen közepes közepes jó jó jó nyílászárók E 6061 / 6082 igen jó közepes jó jó jó 6005A igen jó magas jó kiváló 7020 (önnemesedő) 7075 (önnemesedő) forrás: aluselect teherviselő szerk. elemek, hidak, darupályák, tetőszerkezet, söröshordó vékonyfalú széles sajtolt termékek igen magas magas jó megfel. megfel. járműipar, hadiipar P, E S, P, E igen magas magas jó nem rossz repülőipar E, P E

28 Rugalmassági modulus stabilitási problémák deformációk forrás: TALAT

29 Hőmérséklet alacsony olvadáspont magas hőmérsékleten kúszás, erőteljesen csökkent jellemzők Hegesztés (MIG, TIG, FSW ) hatása: drága hőhatás övezet kilágyulás hegesztési sajátfeszültségek befolyásolja a tervezést elemi kapcsolat; keresztmetszet; elem stabilitási ellenállás szinten is

30

31 Korrózióvédelem jó korróziós tulajdonságok, de TÉVHIT, hogy egyáltalán nincs korróziós probléma lyuk-, kristályközi korrózió kontakt korrózió feszültségkorrózió réskorrózió forrás: TALAT

32 forrás: TALAT

33 Sajtolás összetett szelvények alakíthatóak ki optimális szelvény, mely ötvözi a szerkezeti, építészeti és funkcionális előnyöket, pl. merevítőbordák, csavarómerevség, kapcsolat nagy méretpontosság, relatíve kis imperfekciók sajtolószerszám relatíve drága, főleg nagy szelvényeknél tömeggyártás nagy szelvények: sajtolt elemek összehegesztése forrás: TALAT

34 Kapcsolatkialakítás Tompavarrat előkészítése Tompavarrat előkészítése, növelt falvastagsággal, a hőbefolyásolt zóna szilárdságcsökkentés ellensúlyozására Tompavarrat előkészítése, állandó alátétlemez besajtolásával Dupla csiptetőkapocs Egyoldali forgó csiptetőkapocs Forgó akasztó kapcsolat Sajtolt horony önmetsző csavarnak Kép7-13 forrás: TALAT

35 Ragasztott kötés zárócsavar forrás: TALAT

36 Optimális szelvénykialakítás Optimális hegesztési pozíció acél Azonos hajlítómerevségű szelvények alumínium 50%-kal kisebb súly növelt csavarómerevség növelt csavarómerevség, integrált funkció

37 forrás: TALAT

38 Kapp Aluminium

39

40

41 MÉRETEZÉS AZ EUROCODE 9 SZERINT

42 Eurocode 9 EN : Design of Aluminium Structures: General structural rules. EN : Design of Aluminium Structures: Structural fire design. EN : Design of Aluminium Structures: Structures susceptible to fatigue. EN : Design of Aluminium Structures: Cold-formed structural sheeting. EN : Design of Aluminium Structures: Shell structures. Hidegen alakított vékonyfalú elemek 3000, 5000 sorozat trapézlemezek, kazetták, szelemenek, hullámlemezek analóg a hasonló acélszerkezetekkel: gyártás, viselkedés, problémák, kapcsolatok, felhasználás, stb. viselkedés, méretezés: mint acélszerkezetek de a most elhangzottakat figyelembe véve (pl. korrózióvédelem) EC9-1-4: analóg az EC3-1-3 előírásaival

43 Sajtolt és/vagy hegesztett elemek alapanyag tipikusan: 3000, 5000, 6000 sorozat lemezek, sajtolt vagy húzott profilok lehet hegesztett

44 Keresztmetszeti ellenállás Húzás: Nyomás: Hajlítás: Krm-i osztály Nem hegesztett Hegesztett 1 W pl / W el W pl,haz / W el 2 W pl / W el W pl,haz / W el 3 a 3,u a 3,w 4 W eff / W el W eff,haz / W el

45 Hegesztés hatása krm-i ellenállás szintjén: hőhatás övezetben effektív vastagsággal

46 Nyomás és hajlítás interakciója (szilárdsági): I-szelvényre: zárt szelvényre:

47 Lemez- és torzulásos horpadás EC9-1-1: lemezhorpadás: effektív krm (alapelv, mint EC3-1-5) torzulásos horpadás: egyszerűbb esetekre kezeli; teljes és részleges merevítésre egyaránt síkjában terhelt merevítetlen és merevített lemezmezőkre külön (alternatív) eljárás is (köv. óra) EC9-1-4: az EC3-1-3-mal analóg módon hidegen alakított elemekre ad eljárást Specialitás: rugmod kisebb, mint acélnál hegesztés hatása speciális alakú szelvények

48 Merevítetlen lemezmezők krm osztályozása: Horpadási osztály Belső Külső b 1 / e b 2 / e b 3 / e b 1 / e b 2 / e b 3 / e A ,5 6 A + hegesztés ,5 4 5 B 13 16,5 18 3,5 4,5 5 e B + hegesztés 10 13, , / f o Osztályozás: b b 1 : 1. krm. oszt. b 1 < b b 2 : 2. b 2 < b b 3 : 3. b 3 b: 4.

49 Bordával merevített lemezek krm osztályozása: egyszerűbb esetekre:

50 Effektív krm effektív lemezvastagság!!!

51 Kihajlás Síkbeli kihajlás: Tiszta vagy térbeli elcsavarodó kihajlás:

52

53 Kifordulás

54 Nyomott-hajlított elemek Kihajlás és nyomaték interakciója: I-szelvényre: zárt szelvényre: Kihajlás és kifordulás interakciója:

55 Csavarási jellemzők

56 MINTAPÉLDÁK

57 ALKALMAZÁSI TERÜLETEK

58 Alkalmazási területek hagyományos szerkezetekben: oszlop, gerenda ortotróp lemez: híd pályalemez; födém lemeze donga héjak könnyűszerkezetes tetőrendszer térrács gyalogos hidak állványrendszerek sátor szerkezetek

59 Télikert, Ötödik Évszak Kft. Alumínium mobil állvány, PopUp

60 Big Concert Truss System, RK Ltd.

61 Helideck, Kapp Aluminium

62

63 Csömöri gyalogoshíd

64

65

66

67 Alumínium szerk., Osaka University

70 Komjádi uszoda

71

72

73 MMK szakmai továbbképzés Budapest, KÖSZÖNÖM A MEGTISZTELŐ FIGYELMET! Vigh László Gergely

74 Irodalom Fernezelyi, Kövesdi, Vigh: Alumíniumszerkezetek tervezése az Eurocode 9 alapján. Gyakorlati útmutató. Magyar Mérnöki Kamara, Budapest, TALAT: Training in Aluminium Application Technologies alumatter: aluselect: Seregi György: Magasépítési alumíniumszerkezetek European Aluminium Association: