پـرچ و پيـچ

مقدمه
هر سازه تركيبي از اعضاي جدا از هم مي باشد كه اين اعضا بايد به طريق .مناسبي به يكديكر متصل شوند. پرچ و پيچ دو نوع از اين وسايل مي باشند كه در اين فصل به معرفي و بررسي آنها مي پردازيم.

پرچ
پرچ از قديمي ترين وسايلي مي باشد كه از آن براي اتصال اعضاي سازه هاي فلزي استفاده مي شود. ليكن امروزه بنا به دلايلي كه بعداً ذكر خواهد گرديد استفاده از پرچ رفته رفته منسوخ مي شود. همانند شكل زير يك پرچ نكوبيده از يك تنها استوانه اي كه يك سر آن داراي كلاهك مي باشد تشكيل مي شود. پرچ ها معمولا از فولاد نرمه ساخته مي شوند. در استاندارد آمريكايي دو نوع پرچ يكي A502-1 با تنش جاري شدن ۱۹۰۰ كيلوگرم بر سانتي متر مربع و ديگري A502-2 با تنش جاري شدن ۲۶۰۰ كيلوگرم بر سانتي متر مربع وجود دارد. عمل گرم كردن پرچ و همچنين كوبيدن آن باعث تغيير در خواص مكانيكي پرچ مي شود.

روش كوبيدن پرچ بدين ترتيب است كه ابتدا آن را تا دماي سرخ شدن گرم مي‌كنند. سپس آن را توسط انبر مخصوصي درون سوراخ اتصال قرار داده و با ثابت نگه داشتن سر كلاهك دار آن سر ديگر را مي كوبند تا به فرم كلاهك در آيد و پرچ محكم گردد. در طي اين مراحل تنه پرچ به طور كامل سوراخي كه در آن فرو رفته پر مي كند. در حين سرد شدن پرچ منقبض مي شود كه اين انقباض باعث به وجود آمدن نيروي پيش تنيدگي در پرچ مي شود. اما از آنجايي كه اين نيروي پيش تنيدگي از پرچي به پرچ ديگر فرق مي كند از آن نمي توان در محاسبات طراحي استفاده كرد. البته پرچ را به صورت سرد نيز مي كوبند كه در اين پرچها ديگر نيروي پيش تنيدگي وجود ندارد. امروزه پرچ‌كاري به دلايل زير از رونق افتاده است:

۱- پيشرفت فن جوشكاري
۲- توليد پيچ هاي پر مقاومت
۳- احتياج به نيروي انساني زياد و ماهر براي پرچكاري
۴- احتياج به نظارت دقيق
۵- توليد سر و صداي زياد در هنگام كوبيدن و خطر آتش سوزي در كارگاه
در ايران صنعت پرچكاري هيچ وقت به طور جدي رونق نگرفت و طراحان به ندرت به طراحي پرچ مي خورند.
پيچ هاي معمولي
اين پيچها از فولاد نرمه (با كربن كم) ساخته مي شوند و در استاندارد آمريكايي با علامت A307 نمايش داده مي شوند. اين نوع پيچ ارزانترين نوع پيچ مي باشد، اما معلوم نيست كه اتصالي كه با آن ساخته مي شود، ارزانترين باشد. زيرا به علت پايين بودن مقاومت، تعداد آن نسبت به پيچ هاي اعلا (پر مقاومت) ممكن است بيشتر گردد. اين نوع پيچ ها در ساختمان سازي سبك، اعضا مهاربندهاو اعضاي درجه دوم، خرپاهاي كوچك لايه ها و كليه اعضايي كه بار وارد بر آنها سبك و استاتيكي مي باشد مورد استفاده قرار مي گيرند.

مورد استفاده ديگر اين پيچ به عنوان پيچ مونتاژ در اتصالاتي كه وسايل اصلي اتصال آنها پيچ هاي اعلا و يا جوش است مي باشد. لقي سوراخ اين نوع پيچ ها حدود ۲ ميليمتر مي باشد. اين نوع پيچ ها از قطر ۶ تا ۱۰۰ ميليمتر ساخته مي شوند.
پيچ هاي پر مقاومت
در استاندارد آمريكايي دو نوع پيچ پر مقاومت كه با علامت A490 , A325 نشان داده مي شوند، وجود دارد. پيچ هاي A325 از لاد با كربن متوسط كه مقاومت جاري شدن آن حدود ۵۶۰۰ تا ۶۳۰۰ كيلوگرم بر سانتي متر مربع است ساخته مي شوند و تقريباً معادل پيچ هاي پر مقاومت آلماني ۸٫۸ مي باشند. پيچ هاي A490 از فولاد آلياژ دار با مقاومت جاري شدن ۸۰۰۰ تا ۹۰۰۰ كيلوگرم بر سانتي متر مربع ساخته مي شوند و معادل پيچ هاي آلماني ۱۰k مي باشد.
قطر پيچ هاي پر مقاومت بين ۱۲ تا ۳۸ ميليمتر ( تا اينچ) مي بشاد كه استفاده از قطرهاي ۲۰ و ۲۲ ميليمتر ( و اينچ) در ساختمان سازي معمولتر است.
مشخه مهم پيچ هاي پر مقاومت در اين است كه با سخت كردن معين مهره هاي آنها يك نيروي پيش تنيدگي كه به بار دوام مشهور است در آنجا ايجاد مي شود. اين نيروي پيش تنيدگي با فشار دائمي كه بر صفحات اتصال وارد مي آورد باعث توليد نيروي اصطكاكي بين آنها مي شود كه از اين نيروي اصطكاكي مي توان در محاسبات اتصال استفاده نمود.
شكل ظاهري پيچ ها
شكل ظاهري پيچ ها (چه از نوع معمولي و چه از نوع پر مقاومت) مطابق شكل زير مي باشد.

براي جلوگيري از باز شدن محدود مهره ها آنها را مي توان به وسيله خال جوش به پيچ و يا صفحه اتصال محكم نمود. روش ديگر استفاده از واشرهاي فنري مي باشد. البته تدابير فوق فقط براي پيچ هاي معمولي مي باشد. در پيچ هاي پيش تنيده به خاطر وجود نيروي پيش تنيدگي در پيچ خطر باز شدن مهره ها وجود ندارد.

جــوش
مقدمه
جوشكاري عبارت است از اتصال و يكپارچه كردن مصالح به يكديگر به كمك حرارت با و يا بدون استفاده از فشار و يا مواد پر كننده اضافي.
براي ذوب فلز مبنا و ماده جوش حرارت به كار مي رود. تا مواد سيال شده و تداخل آنها عملي گردد. ضمناً حرارت شكل پذيري را افزايش داده باعث مي شود كه حتي در صورت عدم ذوب كامل سيلان خميري انجام شود. به علاوه حرارت باعث كمك به كنده شدن لايه هاي مواد خارجي از روي اجسام مي گردد.
معمولترين روش هاي جوشكاري، خصوصاً براي جوش فولاد ساختماني، استفاده از انرژي برق به عنوان منبع حرارتي است. بدين منظور اغلب از قوس الكتريكي استفاده مي شود. قوس الكتريكي تشكيل شده است از يك تخليه جريان نسبتاً بزرگ بين الكترود و فلز مبنا كه از ميان ستوني از مواد گازي يونيزه به نام پلاسما انجام مي‌پذيرد. در جوش قوس الكتريكي ، عمل ذوب و اتصال با جريان مواد در طول قوس و بدون اعمال فشار صورت مي گيرد.

انواع روش هاي جوشكاري با استفاده از قوس الكتريكي
در زير به تشريح چهار روش متداول براي جوشكاري با استفاده از قوس الكتريكي مي پردازيم:
۱- جوش هاي قوس الكتريكي با الكترود روكش دار ( AMAW)
جوش هاي قوس الكتريكي با الكترود روكش دار يكي از مهمترين، ساده ترين و شايد كارآمد ترين جوشي است كه براي فولاد ساختماني به كار مي رود. در محاورات فني، اين روش به نام جوش برقي دستي با الكترود خوانده مي شود.

حرارت توسط برقرار نمودن قوس الكتريكي بين يك الكترود روكش دار و اعضايي كه بايد متصل شوند ايجاد مي گردد. مدار جوشكاري در شكل به نمايش درآمده است.

در جريان جوشكاري با استفاده از فلز الكترود به ماده مبنا، الكترود روكش دار مصرف ميشود. فلز الكترود تبديل به ماده پر كننده مي شود و قسمتي از روكش به گاز حافظ و قسمت ديگر آن به گل جوشكاري تبديل مي گردد، و قسمتي هم به وسيله فلز جوش جذب مي شود. روكش مخلوطي گل مانند از سيليكاتي هاي سخت كننده و مواد گردي مانند فلورايدها، كربناتها، اكسيدها، آلياژهاي فلزي و سلولز است. اين مخلوط پخته و فشرده شده تا روكش سخت و خشك و متراكم را به وجود بياورد.
روكش الكترود مي تواند وظايف زير را نيز به عهده داشته باشد:
۱- با ايجاد سپر گازي هوا را جدا ساخته و قوس را تثبيت كند.
۲- مواد ديگري مانند احيا كننده ها را وارد فلز جوش نمايد، تا بافت ساختماني آن را بهبود بخشد.
۳- با ايجاد يك روكش از گل جوشكاري روي حوضچه مذاب و جوش سخت شده آنها را در مقابل اكسيژن و نيتروژن هوا محا فظت كرده، در ضمن مانع سرد شدن سريع جوش گردد.
در اينجا لازم است به نحوه مشخص ساختن و شناسايي الكترودهاي مورد استفاده اشاره كوتاهي به عمل آيد.
در استاندارد هاي مختلف براي نشان دادن انواع الكترود از علائم گوناگون استفاده مي شود، به عنوان مثال استاندارد انجمن جوشكاري آمريكا (AWS ) و انجمن آمريكايي آزمايش مصالح (ASTM ) علامت ها را با حروف E شروع مي كنند كه با يك عدد چهار يا پنج رقمي دنبال مي گردند. دو رقم اول سمت چپ معرف مقاومت كششي فلز الكترود بر حسب هزا پوند بر اينچ مربع مي باشد. به

طور مثال الكترودهاي نشان داده شده به صورت E70XX , E60XX به ترتيب داراي مقاومت كششي Psi 60000 (4200 كيلوگرم بر سانتي متر مربع ) و Psi 70000 (4900 كيلوگرم بر سانتي متر مربع) در فلز جوش است. اعداد بعدي كه با XX نمايش داده شده اند نمايشگر عوامل موثر ديگر مانند وضعيت جوشكاري منبع توصيه شده براي تامين الكتريسيته جنس روكش و مشخصات قوس الكتركيي مي باشند. اين استاندارد تا حدود زيادي در ايران متداول و در اين كتاب نيز از علائم آن استفاده گرديده است.
جدول شمار ۶ انواع الكترود هاي روكش داري را كه بايد با انواع مختلف فولاد ساختماني م

ورد استفاده قرار گيرند مشخص مي سازد. در جوشكاري فولادهاي پر كربن و يا كم آلياژ به روش قوس الكتريكي با الكترود روكش دار براي همه فولادهاي ساختماني استفاده از الكترودهاي كم هيدروژن توصيه مي گردد. اين الكترود مفتولي با پوشش سود يا آهك مي باشند. مشخصات مكانيكي جوش هاي به دست آمده از جوشكاري با اين الكترود كيفيتي بالاتر از انواع ديگر جوش دارد.
۲- جوش قوس الكتريكي غوطه ور يا جوش زير پودري (SAW)
در جوشكاري به روش قوس الكتريكي غوطه ور، قوس الكتريكي قابل رويت نيست زيرا كه با لايه ضخيمي از مواد دانه اي و مواد متصل كننده چنانچه در شكل زير به نمايش درآمده پوشيده شده است.

الكترود فلزي لخت كه در اين جوشكاري از آن استفاده مي گردد به مصرف پر كردن درز مي رسد. انتهاي الكترود دائماً به وسليه فلوس ذوب شده اي كه روي آن لايه ديگري از فلوس ذوب نشده به صورت دانه اي قرار دارد حفاظت مي‌گردد.
فلوس كه عامل مشخصه اين روش جوشكاري است روكشي ايجاد مي كند كه اجازه مي دهد عمل جوشكاري بدون پراكندگي، جرقه زدن يا ايجاد دود انجام پذيرد. فلوس دانه اي معمولا به طور خودكار روي خط جوش و در پيشاپيش الكترود كه در حال حركت به جلو مي باشد قرار مي گيرد. اين ماده حوضچه مذاب را در مقابل گازهاي هوا محافظت نموده به تم

يزي فلز جوش كمك مي كند. در ضمن تركيب شيميايي فلز جوش را نيز بهبود مي بخشد.
جوشهايي كه به روش قوس الكتريكي غوطه ور ايجاد مي شوند معمولا يكدست بوده و از مقاومت زيادي برخوردارند. شكل پذيري خوبي از خود به نمايش مي گذارند، در مقابل ضربه مقاومت زيادي دارند. متراكمند و در مقابل عوامل خورنده به خوبي مقاومت مي كنند. مشخصات مكانيكي چنين جوش هايي عموماً به همان خوبي فلز مبنا مي باشد.
جوشكاري به روش قوس الكتريكي غوطه ور اغلب براي فولاد در كارخانه و براي كار با وسايل خودكار يا نيمه خودكار مورد استفاده قرار مي گيرد.
۳-جوش قوس الكتريكي تحت حفاظت گاز (GMAW)
در اين روش الكترود يك مفتول ممتد است كه از ميان گيره الكترود گذشته و با يك قرقره تعديه مي شود (شكل زير)

 

حفاظت در اين روش اصولاً با سپري از گاز غير فعال صورت مي گيرد. گازهاي مركب معمولا به تنهاييبراي اين منظور به كار نمي روند. فقط CO2 (دي اكسيد كربن) در اين مورد استثناست. استفاده از CO2 به تنهايي و يا مخلوط ديگر گازهاي غير فعال به طور وسيعي در جوشكاري فولاد رواج پيدا كرده است.
۴-جوش قوس الكتريكي با فلوس مغزي (FCAW)
اين روش جوشكاري شبيه جوشكاري به روش قوس گازي است، با اين تفاوت كه الكترود ممتد فلزي آن لوله اي شكل بوده مواد فلوس را در داخل خود دارا مي باشد. اين ماده همان نقش را به عهده دارد كه روكش در قوس جوش قوس الكتريكي با الكترود روكش دار و يا فلوس دانه اي در روش جوش قوس الكتريكي غوطه ور به عهده داشتند. در مورد مفتول هاي قرقره پيچ، حفظ روكش بر روي سيم امكان ندارد. به اين جهت سپر گازي به وسليه فلوس مغزي تامين مي گردد اما حفاظت بيشتر اغلب به وسيله گاز CO2 انجام مي گيرد.

انواع اتصالهاي جوش
نوع اتصال جوشي به عواملي از قبيل اندازه و شكل اعضايي كه به هم متصل مي شوند، نوع بارگذاري، سطحي از درز كه براي جوشكاري قابل استفاده است و هزينه مقايسه اي انواع مختلف جوش بستگي دارد. اگرچه در عمل انواع و تركيبات مختلفي يافت مي شود، ولي پنج نوع اتصال جوش اصلي وجود دارد كه عبارتند از لب به لب ، رويهم ، سپري ، گونيا و پيشاني .
در شكل زير انواع اصلي اتصال به نمايش گذارده شده است.

اتصالات لب به لب
اتصال لب به لب اغلب براي متصل ساختن انتهاي ورق هاي مسطح با ضخامت‌هاي نسبتاً مساوي مورد استفاده قرار مي گيرد. امتياز اين نوع اتصال اجتناب از خروج مركزيتي است كه در اتصالهاي رويهم يكطرفه مانند شكل ۴- ب به وجود مي آيد. وقتي كه در اتصال لب به لب از جوش شياري با نفوذ كامل استفاده شود، اندازه اتصال به حداقل خود رسيده و ظاهر آن بسيار خوشايندتر از انواع ديگر اتصال مي گردد.
عيب عمده اين روش در آن است كه لبه هايي كه جوشكاري مي شوند بايد قبلاً به طور مخصوص

ي آماده گردند. (يخ زده شود) و قبل از جوشكاري لبه ها بايد به دقت در يك راستا قرار گيرند. تنظيم بعدي به ندرت امكان پذير است، لذا جزئيات قطعات بايد به دقت طراحي شده و ساخته شوند. در نتيجه اغلب جوش هاي لب به لب در شرايط كارخانه اي يعني جايي كه مي توان بر انجام كار نظارت دقيق داشت اجرا مي شوند.
اتصال رويهم
اتصال رويهم كه انواع آن در شكل زير نمايش داده شده، معمولترين نوع اتصال است.
اين مثال دو مزيت عمده دارد

۱-سادگي جفت و جور كردن: ساخت قطعات اني نوع اتصال اجتياج به وقت زياد، به ميزاني كه در انواع ديگر اتصالات جوشي مورد نياز است ندارد. قطعات مي توانند بر روي هم كمي جابجا گردند تا خطاهاي كوچك ساخت را پوشانده با تنظيم طول را عملي سازند.
۲-سادگي اتصال دادن: لبه هاي قطعات متصل شونده احتياج به آمادگي خاصي ندارد و اغلب برش عادي خورنده يا با شعله بريده مي شوند. در اتصال رويهم اغلب از جوش گوشه استفاده مي گردد. بنابراين هم براي جوش در كارگاه جوشكاري و هم براي جوش در محل نصب مناسب است. قطعات مورد اتصال اغلب به سادگي به يكديگر گيره مي شوند، و احتياج به پايه ها و فك هاي مخصوص نمي باشد. خيلي از اوقات قطعات را با استفاده از تعداد كمي پيچهاي مونتاژ، در جاي

خود ثابت مي نمايند. اين پيچ ها را مي توان بعد از اتمام جوشكاري برداشته و يا در جاي خود باقي گذاشت.
يك امتياز ديگر اتصالات رويهم امكان وصل صفحات با ضخامتهاي متفاوت ميباشد. مانند جوش رويهم دو طرفه. با توجه به شكل اتصال در خرپاي شكل در مي‌يابيم كه ايجاد چنين اتصالي با انواع ديگر جوش تا چه حد مشكل است.

اتصال سپري
اين نوع اتصال در ساخت نيمرخهاي مركب به شكل I , T. تير ورقها سخت كننده‌هاي تحت بار، آويزها، نشيمن هاي طاقچه اي و عموماً قطعاتي را كه با زاويه با هم جفت مي گردند مانند شكل ۴- كاربرد دارد . مزيت اين نوع اتصال خصوصاً در آن است كه در ساخت مقاطع اجازه مي دهد، صفحات تخت به دلخواه با جوش گوشه و يا جوش شياري به يكديگر متصل گردند.
اتصال گونيا
اتصال گونيا عمدتاً در ساخت مقاطع جعبه اي مستطيلي شكلي كه تيرها و ستون هاي مقاوم در برابر پيچش را تشكيل مي دهند مورد استفاده قرار مي گيرد.
اتصال پيشاني
اتصال پيشاني اغلب نقش سازه اي به عهده ندارد، مورد استفاده آن معمولا در نگهداري دو يا چند صفحه در يك سطح و يا نگهداري امتداد اوليه است.

همان طور كه خواننده مي تواند از مباحث قبلي نتيجه بگيرد. در حقيقت تركيبات اين پنج نوع اتصال اصلي و امكان انتخاب از ميان آنها بي نهايت است. از آنجا كه اغلب بيش از يك راه براي اتصال دو عضو ساختماني به هم وجود دارد، تصميم گيري در مورد انتخاب بهترين تركيبي كه اتصال را تشكيل مي دهد، در هر مورد خاص به عهده طراح است.
انواع جوش
چهار نوع از جوش ها كه در شكل زير نمايش داده شده اند عبارتند از: جوش شياري، جوش گوشه، جوش كام و جوش انگشتانه. هر نوع جوشي مزيت هاي مخصوص به خود را دارد كه دامنه كاربرد آن را تعيين مي نمايد. نسبت تقريبي استفاده از اين چهار نوع جوش در ساخت اتصالات ساختماني به ترتيب مقابل است. جوش شياري ۱۵ درصد، و در ۵ درصد بقيه موارد جوش هاي كام و انگشتانه و انواع ديگر جوش هاي مخصوص به كار مي روند.