konstrukcije od aluminijumskih leguraluminijumskih · pdf filezavarivanje pomoću dvometalnih...

Konstrukcije od aluminijumskih leguraaluminijumskih legura

Lake metalne konstrukcije P06-1

Opšte o aluminijumuOpšte o aluminijumu

Al i ij j ći j j iji l lji j k i l– Aluminijum je treći najrasprostranjeniji element u zemljinoj kori posle kiseonika i silicijuma (8,07%);

– U prirodi se ne javlja u čistom stanju već u vidu rude boksita;p j j j ;

– Čist aluminijum je mek i ograničene čvrstoće. Legiranjem sa Cu, Mg, Si, Mn i Zn, dobija karakteristike koje ga čine pogodnim za primenu u mnogim granama industrije;u mnogim granama industrije;

– Pored legiranja, karakteristike aluminijuma mogu se poboljšati i termičkom obradom (žarenjem, kaljenjem, dozrevanjem i obradom u hladnom stanju);

– Aluminijum je lak metal. Specifična težina aluminijuma je 27 kN/m3, što je gotovo tri puta manje od specifične težine čelikašto je gotovo tri puta manje od specifične težine čelika.

– Vrlo je otporan na dejstvo korozije, zahvaljujući filmu oksida;



Metalografija

Aluminijum (Al) je metal sa atomskim brojem 13;

U prirodi se javlja u vidu rude boksita;U prirodi se javlja u vidu rude boksita;

Mikrostruktura aluminijuma je u vidu kristalnih rešetki koje mogu biti:

ši ki ij ti k b k i t l š tk- površinski orijentisana kubna kristalna rešetka;

- prostorno orijentisana kubna kristalna rešetka;

- zatvorena heksagonalna kristalna rešetka;


Istorijat proizvodnje AlIstorijat proizvodnje Al

1807 d j l ki h ič H f i D i d id j– 1807. god. je engleski hemičar ser Hemfri Darvi predvideo je mogućnost izdvajanja Al iz gline, što je 1825. god. uspelo Dancu Derstedu i 1827. god. Nemcu Voleru. Aluminijum je bio nečist i veoma skup (kao zlato!);

– 1855. francuski hemičar Sent Kler Devil izdvaja Al na industrijski način - elektrohemijskom redukcijom aluminijum hlorida (čistoće 96-način elektrohemijskom redukcijom aluminijum hlorida (čistoće 9697%). Cena pada na petinu, ali je i dalje bila jako velika. Al je i dalje smatran za plemeniti metal;

1866 d Č l M ti H l SAD i P l H F k j– 1866. god. Čarls Martin Hol u SAD i Pol Hero u Francuskoj pronalaze ekonomski opravdano rešenje postupka elektrolize;

– 1892. god. Austrijanac Bajer patentirao postupak za dobijanje g j j p p p j jaluminijum oksida - glinice (Al2O3) iz rude boksita koji se u svojoj osnovi i danas koristi.


Postupak proizvodnje AlPostupak proizvodnje Al

– Postupak proizvodnje primernog Al može da se podeli na dve faze:

B j t k d bij j li i i d b k it– Bajerov postupak za dobijanje glinice iz rude boksita;

– Dobijanje primarnog Al elektrolitičkom redukcijom glinice;

P i i d ji Al t ši lik k liči l kt ič– Pri proizvodnji Al se troši veoma velika količina električne energije (14-16MWh);

Reciklažom sekundarnih sirovina (sekundarni Al) potrošnja– Reciklažom sekundarnih sirovina (sekundarni Al) potrošnja električne energije se smanjuje na samo 5% energije za proizvodnju primarnog Al;proizvodnju primarnog Al;

– Udeo proizvodnje sekundarnog Al u ukupnoj svetskoj proizvodnji je oko 25%;


p j j ;


Boksit i glinicaBoksit i glinica


Šematski prikaz procesa proizvodnje AlŠematski prikaz procesa proizvodnje Al


Prerada Al i Al leguraPrerada Al i Al-legura

Postupci prerade Al-legura su:

– valjanje (u vrućem ili hladnom stanju),j j ( j )

– presovanje ili istiskivanje (u vrućem stanju),

– kovanje (u vrućem ili hladnom stanju)– kovanje (u vrućem ili hladnom stanju),

– vučenje (u hladnom stanju),

– izvlačenje (u hladnom stanju).


Prese za presovanje istiskivanjePrese za presovanje - istiskivanje


Matrice za istiskivanjeMatrice za istiskivanje



Primena Al leguraPrimena Al-legura

Primenjuje se u mnogim granama industrije:

– auto industrija;j

– avio industrija;

– brodogradnja;– brodogradnja;

– građevinarstvo;

– prehrambena industrija;



Primena Al-legura u građevinarstvuPrimena Al legura u građevinarstvu

– konstrukcije krovova srednjih i velikih raspona;

– fasadne konstrukcije;

– konstrukcije objekata sa izloženom konstrukcijom u primorskim krajevima ili u agresivnim sredinama;krajevima, ili u agresivnim sredinama;

– konstrukcije sa pokretnim delovima (pontonski mostovi, pokretnimostovi),

– objekti za skladištenje i transport materija koji agresivno deluju na čelik (rezervoari, cevovodi...),

– konstrukcije koje se nalaze u teško pristupačnim predelima i koje jekonstrukcije koje se nalaze u teško pristupačnim predelima i koje je teško održavati (svetionici, dalekovodi,...);

– konstrukcije u predelima sa ekstremno niskim temperaturama;

– montažno-demontažne konstrukcije različite namene,

– postojeće konstrukcije kod kojih je predviđeno povećanje korisnog opterećenja,


opterećenja,

Primena Al legura u zgradarstvuPrimena Al-legura u zgradarstvu


Konstrukcije tipskih halaKonstrukcije tipskih hala



Prostorne rešetkaste konstrukcijeProstorne rešetkaste konstrukcije


Krovne kupoleKrovne kupole


Stubovi dalekovodaStubovi dalekovoda


HeliodromiHeliodromi


HeliodromiHeliodromi


SvetioniciSvetionici


Fasadne konstrukcijeFasadne konstrukcije



SkeleSkele


Lučni drumski most KanadaLučni drumski most - Kanada

Velike temperaturne promene (+40C do -40C);

Napravljen 1950. god;

Raspon 88,2 m;

Prvi veliki drumski lučni most od aluminijuma;

AB kolovozna ploča širine 7,3 m;AB kolovozna ploča širine 7,3 m;

Konstrukcija od legure Al-CuMg težine 180 t, (oko 2,4 puta manje u

d ij t š j dodnosu na varijantno rešenje od čelika).


Drumski most preko Rone u FrancuskojDrumski most preko Rone u Francuskoj

Pušten u saobraćaj 1977 godPušten u saobraćaj 1977. god.(Lion).

Rekonstrukcija starog mosta iz 1912 k l t bl d1912. sa kolovoznom tablom od čelika i drveta,

Raspon 174 m p

Povećanje saobraćajnog opterećenja sa 8 t na 30 t. Novi aluminimjumski (Al Mg Si)aluminimjumski (Al-Mg-Si) nosači visine 2,4 m spregnuti sa pločom od lakog betona, debljine 20 cmdebljine 20 cm.

Postao dva puta lakši.


Pešački mostoviPešački mostovi


Pešački most - Francuska


Pokretni mostoviPokretni mostovi


Pontonski mostoviPontonski mostovi


Vojni mobilni mostovi


Specifičnosti Al legura u odnosu na čelikSpecifičnosti Al-legura u odnosu na čelik

– mala težina;

– otpornost na koroziju;p j

– žilavost na niskim temperaturama;

– fleksibilnost i obradljivost;– fleksibilnost i obradljivost;

– manji modul elastičnosti;

– nelinearan dijagram;

– ponašanje pri porastu temperature;

– smanjenje mehaničkih karakteristike u ZUT-u;


Mala specifična težinaMala specifična težina

Oko tri puta manja specifična težina u odnosu na čelik;

Lakša konstrukcija;

Manji troškovi transporta, manipulacije i montaže


Otpornost na korozijuOtpornost na koroziju

– Prirodni sloj aluminijum-oksida obezbeđuje visoko efikasnu AKZ;

– Aluminijum gubi samo 2-4 g/m2 usled dejstva korozije, za razliku od čelika koji godišnje gubikorozije, za razliku od čelika koji godišnje gubi oko 80 g/m2.

Iako se zbog dobre otpornosti na koroziju– Iako se, zbog dobre otpornosti na koroziju aluminijum može primeniti bez zaštitnog premaza postoji opasnost od kontaktnepremaza, postoji opasnost od kontaktne korozije.


Kontaktna korozija

– Usled razlike elektrohemijskog potencijala aluminijuma i drugih materijala, u prisustvu j g j pelektrolita, nastaju galvanske struje koje dovode do razgradnje elektrohemijski negativnijeg g j j g j gmaterijala.

– Korozija najčešće nastaje na kontaktimaKorozija najčešće nastaje na kontaktima aluminijum-čelik, pa ovakvim spojevima trebaposvetiti posebnu pažnju kako ne bi došlo doposvetiti posebnu pažnju kako ne bi došlo do degradacije (anodnog rastvaranja) aluminijuma.

– Postoje gotovi sistemi za veze ova dva metala u– Postoje gotovi sistemi za veze ova dva metala u konstrukcijama, kao i razni podmetači, premazi i lepljive trake za eliminiaciju kontakta


lepljive trake za eliminiaciju kontakta.

Izolacija kontakta Al-čelik


Ponašanje na niskim temperaturamaPonašanje na niskim temperaturama

– Aluminijum je pogodan za korišćenje u sredinama sa niskim temperaturama zato što je otporniji na krti lom od čelika (udarna žilavost je veća);

– Sniženjem temperature kod aluminijuma dolazi do povećanja duktilnosti i poboljšanja drugih karakteristika materijala, kao što je na primer zatezna čvrstoća;


Fleksibilnost i obradljivostFleksibilnost i obradljivost


Mehanička svojstva Al leguraMehanička svojstva Al-legura

Modul elastičnosti je tri puta manji nego kod– Modul elastičnosti je tri puta manji nego kod čelika (veća deformabilnost i osetljivost na stabilitetne probleme);stabilitetne probleme);

– Granica razvlačenja i čvrstoća na zatezanje i j i ti d t Al lvariraju u zavisnosti od vrste Al-legure;

– Veza između napona i dilatacije je nelinearna;

– Nema izražene granice razvlačenja, već se koristi tehnička ili konvencijalna granica razvlačenja f0;j g j 0;

– Izduženja pri lomu su manja nego kod čelika (5-15%);


15%);

dijagrami čelika i Al legura dijagrami čelika i Al-legura

S355

S235


Ramberg Ozgudov model dijagramaRamberg-Ozgudov model dijagrama

n

fE

02

0020 ,

)/ln(

ln

0102

2

ffn

)/ln( 0102 ff

Parametar n zavisi od vrste Al-legure!


Poređenje najbitnijih svojstava Al-legure, čelika i nerđajućeg čelika


Ponašanje pri porastu temperaturePonašanje pri porastu temperature

– Al-legure imaju slabu vatrootpornost. Pri porastu temparature mehanička svojstva aluminijuma brže opadaju nego kod čelika.

– Izduženja usled temparature su dva puta veća jnego kod čelika (t =2,3x10-5 1/C);

– Zbog manjeg modula elastičnosti naponi koji seZbog manjeg modula elastičnosti naponi koji se javljaju u materijalu usled temperaturnih promena su manji nego u čeliku (2/3).promena su manji nego u čeliku (2/3).


Zavarivanje Al leguraZavarivanje Al-legura

– Primenjuju se MIG i TIG postupak zavarivanja;

– Promene u ZUT-u dovode do smanjanja j jmehaničkih svojstava materijala koje se uzimaju u obzir u proračunu nosivosti!

– Zavarivanje aluminijumskih legura sa čelikom može da se izvede samo primenom posebnihmože da se izvede samo primenom posebnih postupaka!


Šematski prikaz MIG postupkaŠematski prikaz MIG postupka


Šematski prikaz TIG postupkaŠematski prikaz TIG postupka


Promene u ZUT u (HAZ)Promene u ZUT-u (HAZ)

Uticaj zavarivanja zavisi od vrste Al-legure;Uticaj zavarivanja zavisi od vrste Al-legure;

Termički očvrsle i termički neočvrsle Al-legure se drugačije ponašaju u ZUTg g j p j

Širina uticaja se dugo određivala primenom pravila jednog inča;

Evrokod 9 daje detaljna pravila za proračun;


Zavarivanje Al-legura i čelika

Zavarivanje pomoću dvometalnih prelaznih umetaka;

Umetak se proizvodi tako što se spajanje Al sa čelikom se izvodi

lj j k l i i ilivaljanjem, eksplozionim ili frikcionim zavarivanjem;

Dvometalni umetak (Al-čelik) seDvometalni umetak (Al čelik) se posebno zavaruje za Al i za čelik, odgovarajućim, standardnim postupcima zavarivanja;postupcima zavarivanja;

Preporučuje se prvo zavarivanje aluminijuma;aluminijuma;

Dobijaju se zavareni spojevi odličnog kvaliteta;


Ekološki održiv materijal - trajna vrednost

Reciklaža Al-otpada;Reciklaža Al-otpada;

Mala potrošnja energije;

95 99% Al otpada se reciklira u95-99% Al-otpada se reciklira u razvijenim zemljama!


konstrukcije od aluminijumskih leguraluminijumskih · pdf filezavarivanje pomoću dvometalnih...

Documents