مقایسه جوشکاری تیر آهن با اتصال پیچ و مهره

اتصال جوشکاری تیرآهن شامل فرآیند حرارتی و ذوب فلز پایه و فلز جوش است که پیوستگی کامل مولکولی ایجاد می‌کند. مقاومت کششی ناحیه جوش معمولاً بین 380–420 مگاپاسکال است و سختی سطحی بین 200–240 HB اندازه‌گیری می‌شود. در مقابل، اتصال پیچ و مهره‌ای با استفاده از بولت‌های فولادی کلاس 8.8 یا 10.9 انجام می‌شود و پیش‌بارگذاری تا 70–85 درصد proof load اعمال می‌شود. این اتصال قابلیت تحمل گشتاور نصب 120–250 نیوتن‌متر را دارد و توزیع نیرو در طول رزوه به صورت یکنواخت انجام می‌شود. ابعاد تیرآهن، قطر بولت‌ها و تعداد پیچ‌ها در طراحی اتصال، مستقیم بر مقاومت و ایمنی سازه تأثیر دارند و استانداردهای ISO 898-1 و DIN 931 برای انتخاب پیچ‌ها استفاده می‌شوند.

اتصال جوشکاری نیازمند کنترل کیفیت دقیق شامل تست‌های غیرمخرب مانند التراسونیک و مایعات نافذ است تا ترک‌ها یا تخلخل‌ها شناسایی شود. همچنین، زاویه و عمق جوش و نوع الکترود یا سیم جوش باید مطابق با مشخصات سازه و نوع فولاد تیرآهن باشد. در اتصالات پیچ و مهره‌ای، ضخامت ورق‌ها و طول رزوه‌های درگیر، محاسبات عددی برای پیش‌بارگذاری و توزیع نیرو را تعیین می‌کنند تا از شل شدن یا آسیب در شرایط بار دینامیک جلوگیری شود.

مزایا و معایب اتصال پیچ و مهره ای و جوشی

مزایای اتصال جوشکاری شامل پیوستگی کامل فلز، مقاومت بالا در برابر بارهای استاتیک و توزیع یکنواخت تنش است. هزینه اولیه جوشکاری پایین‌تر است و در سازه‌های دائمی عملکرد بسیار پایدار دارد. اما معایب آن شامل حساسیت به ترک‌های حرارتی، نیاز به نیروی کار متخصص و تجهیزات جوشکاری و زمان‌بری نسبت به اتصال پیچ و مهره‌ای است. در بارهای دینامیک یا ارتعاشی، جوشکاری ممکن است دچار خستگی فلز شود و طول عمر اتصال کاهش یابد.

اتصال پیچ و مهره‌ بر روی تیر آهن مزیت انعطاف‌پذیری و امکان باز و نصب مجدد دارد و تحمل نیروهای دینامیک و لرزش تا 15–20 درصد بیشتر نسبت به جوشکاری فراهم می‌کند. معایب آن شامل نیاز به پیش‌بارگذاری دقیق و امکان شل شدن بولت‌ها در صورت نگهداری نادرست است. همچنین، مقاومت نهایی اتصال محدود به مقاومت کششی و سختی پیچ‌ها و مهره‌ ها بوده و اگر کیفیت فولاد پایین باشد، احتمال شکست افزایش می‌یابد.

طول عمر و دوام

اتصال جوشکاری تیرآهن در شرایط محیطی کنترل شده می‌تواند بیش از 50 سال عمر مفید داشته باشد، به شرط آنکه ترک‌های حرارتی و خوردگی کنترل شوند. در شرایط مرطوب یا اسیدی، مقاومت جوش کاهش می‌یابد و ترک‌های موضعی باعث کاهش طول عمر تا 20–30 درصد می‌شود. با انجام عملیات حرارتی پس از جوشکاری و اعمال پوشش‌های ضدخوردگی، دوام سازه افزایش می‌یابد و سختی سطحی جوش بین 220–240 HB تثبیت می‌شود.

اتصال پیچ و مهره‌ای با مراقبت مناسب و پیش‌بارگذاری دقیق، طول عمر 30–50 سال دارد و قابلیت تعویض قطعات فرسوده یا آسیب‌دیده باعث افزایش دوام می‌شود. پوشش‌های گالوانیزه یا استیل پیچ‌ها مقاومت در برابر زنگ زدگی را تا 50 درصد افزایش می‌دهد و تنش‌های ناشی از ارتعاش یا بار دینامیک به صورت یکنواخت در طول رزوه توزیع می‌شوند. باز و نصب مجدد اتصال باعث می‌شود عمر مفید سازه در صورت تغییرات بار یا تعمیرات افزایش یابد.

مقاومت کششی و سختی اتصال جوشکاری تیر آهن به اتصال پیچ و مهره

در اتصال جوشکاری، مقاومت کششی ناحیه جوش 380–420 مگاپاسکال است و توزیع نیرو در طول تیرآهن یکپارچه انجام می‌شود. سختی سطحی جوش معمولاً بین 200–240 HB قرار دارد و مقاومت سایشی در صورت پوشش‌دهی مناسب افزایش می‌یابد. این نوع اتصال در بارهای استاتیک بسیار مقاوم است ولی در شرایط بارهای متناوب و ارتعاشی احتمال خستگی فلز وجود دارد.

در اتصال پیچ و مهره‌ای، مقاومت کششی وابسته به کلاس پیچ‌ها است؛ برای بولت‌های کلاس 10.9 مقاومت نهایی کششی 1,040–1,100 مگاپاسکال اندازه‌گیری می‌شود. سختی سطحی بولت‌ها بین 320–360 HB است و توزیع پیش‌بارگذاری باعث کاهش تمرکز تنش و افزایش ایمنی اتصال می‌شود. مقاومت اتصال به تعداد پیچ‌ها، قطر رزوه و طول رزوه‌های درگیر بستگی دارد و در بارهای دینامیک و لرزشی عملکرد بهتری نسبت به جوشکاری ارائه می‌دهد.