Hegesztett acélszerkezetek viselkedése tűzihorganyzásnál
A tűzihorganyzásra beérkező acélszerkezetek döntő hányada hegesztett kivitelben készül. Ez a mennyiség hazánkban évente megközelítően kilencven-százezer tonna, az Európai Unióban hét-nyolc millió tonna/év hegesztett és tűzihorganyzott acélszerkezetet jelent. Jelentőségének megfelelően a magyar tűzihorganyzó ipar támogatja a tervezőket és acélszerkezet-gyártókat a kiváló minőségű tűzihorganyzott, hegesztett acélszerkezetek előállítása érdekében, melyekből néhány fontos elemet emelünk ki cikkünkben.
A tűzihorganyzott acélszerkezet minősége
A készregyártott acélszerkezetek (1. kép) horganybevonataira vonatkozó MSZ EN ISO 1461:2023 szabvány kizárólag csak a védőréteg minőségére vonatkozik. Egy tűzihorganyzott acélszerkezeti elem minőségének fogalma nemcsak magának a bevonatnak a tulajdonságait foglalja magában, hanem az adott szerkezet megfelelő alaktartását is. A továbbiakban eltekintünk a bevonat minőségi előírásainak ismertetésétől, cikkünkben a termék tényleges felhasználhatóságát befolyásoló alaktartással, deformációs kérdésekkel foglalkozunk. A tűzihorganyzás alatti deformációk forrásait, fontosabb okait az alábbi táblázatban foglaljuk össze.
1. Acélszerkezet alakváltozásait kiváltó fontosabb okok tűzihorganyzáskor
2. Deformáció a horganyzott készterméken
Az acélszerkezet anyagába bevitt gyártási feszültségekhez (mint sajátfeszültségekhez) fog hozzáadódni a használatkor fellépő statikus és dinamikus terhek (szélteher, hóteher, saját tömeg, egyéb külső terhek) összessége, az így kialakuló terhelésnek kell majd megfelelnie az acélszerkezetnek. Amennyiben egy hagyományos, hidegfestéssel ellátott acélszerkezetre tekintünk, a fentiek teljesen igazak. Tűzihorganyzott acélszerkezetnél azonban a bevonási technológia részben módosíthatja a gyártási feszültségek eloszlását és nagyságát.
A tervezés
Minden különálló szerkezeti elem tervezésénél figyelembe kell venni a tűzihorganyzási célt, melynek fő technológiai jellemzője a magas bevonási hőmérséklet, a kb. 450 °C-os fémolvadék (folyadék), ahol a horganybevonat nagy részben kialakul (3. kép). Tervezéskor feltételként kell figyelembe venni, hogy az acélszerkezetben minél kisebb gyártási feszültségek keletkezzenek, továbbá a tartókeresztmetszetekben a gyártási feszültségek eloszlása lehetőleg szimmetrikus legyen. A bevonás művelete alatt fellépő dilatációk különbségei miatt szélsőséges lemezvastagság eltérések nem lehetnek egy összehegesztett darabon belül. Ennek oka az eltérő felmelegedési időszükséglet, így az időben eltolódó hosszváltozás. Vékony lemezszerű szerkezetek, acélhálók kialakítására külön szabályok vannak. Az önállóan horganyzott termék saját tömege (önsúlya), valamint befoglaló méretei illeszkedjenek a kiválasztott tűzihorganyzó lehetőségeihez. A szerkezeti csomópontok kialakítására vonatkozóan néhány egyszerű elv betartása szükséges (technológiai nyílások a teljes bevonás és biztonsági követelmények miatt). Részletesebb tudnivalókhoz az MSZ EN ISO 14713-1 szabványból és szakmai kiadványokból lehet hozzájutni.
3. Többtonnás acélszerkezet tűzihorganyzása
Az acélszerkezet gyártás
Acélszerkezetek gyártásakor a termikus alakítás, a hegesztés deformációkat okozhat, mert az adott technológia kisebb-nagyobb szerkezeti feszültségeket gerjeszt az acélanyagban. Csak a helyes hegesztési megoldások vezetnek megfelelő alakú, felhasználható szerkezeti elemhez. Ez egyébként általános hegesztéstechnológiai követelmény is. Ha az acélszerkezetet, vagy annak egyes elemeit hidegalakításnak vetik alá, az érintett anyagrészekben jelentősen megváltozik a feszültségek nagysága, eloszlása és iránya.
4. „Feszültség-export” az acélszerkezet gyártása során
Az erős maradandó alakváltozás miatt az acél szakítószilárdsága és folyáshatára megnő, ütőmunkája romlik. A bevitt feszültségek nagysága függvényében már kisebb hőmérsékleten is (pl. 500°C alatt) megindulhat a feszültségek csökkenése, diszlokációk átrendeződése, amely deformációkban is megnyilvánulhat. Minél nagyobb a hidegalakítás nagysága annak kisebb hőmérsékleten kezdődhet meg a belső feszültségek feloldódása. Növekvő hőmérséklettel a szerkezeti acél folyáshatára csökken (5. kép) és a lecsökkent folyáshatárt „elérő” feszültségcsúcsok leépülnek, közben mikrofolyások keletkeznek, melyek összegződve szabad szemmel is látható alakváltozásként jelenhetnek meg. Mivel a tűzihorganyzás egy alacsony hőmérsékletű hőkezelésnek is megfelel, ezért befolyásolja, általában csökkenteni fogja az acélszerkezet anyagában – a gyártásából eredő – maradó feszültségek nagyságát. Egyes esetekben ez a horganyozást követően, szemmel is látható deformációkhoz vezethet, melyet el kell és el lehet kerülni. Megjegyezzük, hogy ritka, kritikus esetben a folyamat akár repedések kialakulását is okozhatja, melyet helyes tervezéssel, jó minőségű gyártással és szakszerű tűzihorganyzással meg lehet előzni.
5. Anyagszerkezeti feszültségek csökkenése tűzihorganyzás alatt
A tűzihorganyzás
A technológia végrehajtása ellenőrzött üzemi körülmények között történik, a technológiai paramétereket számítógépes ellenőrzőrendszerek felügyelik. A termékek végső alakjára leginkább ható üzemi jellemzők a fémolvadék hőfoka, a bemerítés sebessége és dőlésszöge és az expozíció időtartama.
A bevonás alatt nagy szerepe van a horganyozást végzők szakmai hozzáértésének, azonban egy hibás konstrukcióból, vagy rossz minőségű acélszerkezet-gyártásból eredő hibát nem tudnak kiküszöbölni.
Következő írásunkban a zártszelvényekből készített, tűzihorganyzott kivitelű acélszerkezetek fontosabb tervezési és gyártási irányelveivel foglalkozunk.
(x)
