Применять автоматическую сварку при изготовлении решетчатых конструкций неэкономично, независимо от типа производства (массовое, серийное, единичное). В серийном производстве решетчатых конструкций целесообразно применение сварки давлением (точечной), которая экономичнее сварки плавлением.
Стержни решетки, например, из уголков собирают с другими элементами обваркой по контуру, иногда фланговыми или лобовыми швами. При сварке только фланговыми швами требуемые площади швов распределяются по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня. Не рекомендуется применять прерывистые швы, а также швы с катетом менее 5 мм и длиной менее 60 мм. Концы фланговых швов выводят на торцы привариваемого элемента на длину 20 мм (рис. 148), что гарантирует прочность сварных соединений. В первую очередь следует выполнять стыковые швы, а затем уже угловые (рис. 149). Так как усадка металла максимальна в стыковых соединениях и минимальна в угловых, то при указанном порядке наложения швов в сварном узле будет менее напряженный металл.
Близко расположенные друг к другу швы не следует выполнять сразу; надо охладить тот участок основного металла, на котором будет выполняться второй, близко расположенный шов (рис. 148). Это необходимо предусматривать для того, чтобы уменьшать перегрев металла и величину зоны пластических деформаций от сварки; в результате этого работоспособность сварного узла возрастет.
По сниженной цене резиновые бахилы на обувь на сайте компании Аспект.
Решетчатые конструкции состоят из элементов прокатного и составного профиля, соединяемых между собой в узлах. Основными элементами ферм являются пояса, а в мачтах и колоннах — опорные стойки, соединенные между собой стержнями решетки (раскосами, стойками, распорками и связями). Фермы бывают плоские, у которых составляющие ее стержни лежат в одной плоскости, и пространственные, составленные из нескольких плоских.
При заготовке элементов для сборки фермы в первую очередь определяют минусы раскосов и стоек в узлах фермы путем расчета или шаблонирования. Минусом называется та величина, на которую нужно уменьшить теоретическую длину элемента (расстояние между узловыми точками), чтобы получить его действительный размер. Зная величину минусов, заготовляют из соответствующего профиля элементы требуемой длины. На поясах намечают осевые линии и на них размечают узловые точки, а на концах элементов решетки намечают по осевым линиям риски.
Сборка и сварка плоских ферм производится преимущественно на стеллажах или на козлах, хорошо выверенных по уровню. Процесс сборки плоской фермы выполняется примерно в такой последовательности.
1. На стеллажах, пользуясь фиксаторами, ограничителями и закрепляющими устройствами, выкладывают согласно чертежу первые ветви верхнего и нижнего пояса фермы.
2. В узловых точках поясов устанавливают косынки, прижимают их струбцинами или скобками к ветвям поясов и прихватывают.
3. Проверяют правильность положения поясов и узловых точек, измеряя линейкой или струной по направлению стоек, раскосов и связей их теоретическую длину между взаимно противоположными точками и одновременно наносят на косынках риски по направлению элементов решетки.
4. Выкладывают первые ветви стоек и раскосов, выдерживая величину минуса в каждом узле и, ориентируясь по совпадению рисок на косынках и на концах стержней решетки, прижимают стержни к косынкам и ставят прихватки.
5. Кантуют собранную ветвь фермы на 180°, выкладывают согласно чертежу прокладки на поясах и элементах решетки, прижимают их и прихватывают.
6. Выкладывают вторые ветви поясов, стоек, раскосов и связей, ориентируясь по первой ветви каждого элемента, прижимают их и прихватывают к косынкам и прокладкам.
7. Производят сварку собранной фермы. Сварку узлов начинают от середины фермы и ведут симметрично к ее концам. В каждом узле сначала приваривают косынки к поясам, а затем стойки и раскосы к косынкам.
8. Кантуют второй раз ферму на 180° и производят в таком же порядке сварку узлов со стороны первых ветвей поясов, стоек и раскосов. Если после выполнения рабочих операций по сборке фермы, указанных в п. 4, произвести на первой ветви сварку узлов, как описано в п. 7, то вторая кантовка фермы станет излишней. При этом деформация фермы из ее плоскости после сварки узлов на первой ветви будет увеличена и возможно потребуется правка ее. После выполнения сварки узлов на второй ветви фермы (после ее кантовки) эта деформация станет значительно меньше.
9. После сварки всех швов ферма подвергается заключительным операциям, по окончании которых поступает в склад готовой продукции.
Помимо описанной в общих чертах сборки и сварки плоской фермы, в зависимости от наличия технологической оснастки и характера ее, ход сборочно-сварочных операций может быть изменен, однако порядок сварки узлов всегда следует вести от середины фермы к ее концам. При изготовлении пространственной решетчатой конструкции ее разбивают на плоские фермы, которые могут быть собраны и сварены описанным выше способом. Затем сваренные плоские фермы соединяются связями и свариваются. В процессе сварки пространственной решетчатой конструкции необходимо ее несколько раз кантовать для сварки узлов со всех сторон.
Если габаритные размеры решетчатой конструкции не слишком велики, то сборку и сварку целесообразно выполнять в специальном поворотном кантователе. Это облегчает доступ к наложению швов и уменьшает трудоемкость выполнения кантовки.
Решетчатые и балочные конструкции применяют в строительстве при возведении ферм зданий и мостов, опор, линий электропередач, конструкций тепловых и гидравлических электростанций и других сооружений, а также в машиностроении при изготовлении подъемных кранов, вагонов, тепловозов, автомобилей, сельхозмашин, фундаментных рам и прочих изделий. На рис. 182 в качестве примера показаны узлы решетчатых строительных ферм. В этих конструкциях наибольшее распространение получили стержни из одного или двух уголков (рис. 182, а и б). Применяют также сварные тавровые соединения (рис. 182, в) и фермы из труб (рис. 182, г). Конструкции данного вида характеризуются наличием большого количества коротких, прямолинейных стыковых или угловых швов, выполняемых ручной или полуавтоматической сваркой. Используется ручная сварка покрытыми электродами или полуавтоматическая сварка в углекислом газе.
Собирают и сваривают фермы по разметке, по копиру и в кондукторах, на стендах и стеллажах, обеспечивающих точность геометрических размеров и пересечения осей соединяемых элементов в одной точке — центре тяжести сечения данного узла. Допускаемое отклонение осей — не более 5 мм. Фермы из узлов сваривают последовательно от середины к опорам. Сначала выполняют стыковые соединения, в узлах сваривают сначала лобовые, а затем фланковые швы. В таких конструкциях трудоемкость основных сборочно-сварочных работ составляет 80—85% от общей трудоемкости изготовления конструкции, остальные 15—20% падают на долю вспомогательных операций — разметки, правки, строжки и пр.
Для изготовления рамных пространственных конструкций в машиностроении и строительстве используют прокат — уголки, швеллеры, двутавры и штампованные элементы. Типы сопряжений элементов таких конструкций показаны на рис. 183. Сварку выполняют на сварочных плитах и стендах или в кондукторах. Сначала сваривают основные узлы, а затем — раму в целом, сварку начинают с середины рамы и ведут к краям.
Балки со сплошным сечением стенки изготовляют из листового металла. Применяют балки двутаврового и коробчатого сечения. Широко распространены сварные коробчатые балки из гнутых листовых элементов.
В условиях единичного и мелкосерийного производства балки собирают по разметке, применяя ручную и полуавтоматическую сварку. При массовом и крупносерийном производстве сборку производят в кондукторах, а сварку ведут на специальных установках автоматическим способом под флюсом и в углекислом газе, с использованием кантователей.
На рис. 184, а показаны способы выполнения сварных стыков двутавровых балок. Дополнительные накладки на стыке используют в том случае, когда стык расположен в наиболее нагруженной части балки.
Сварные балки и колонны со сплошными стенками сначала собирают без ребер жесткости. На рис. 184, б показан цифрами 1, 2, 3 и 4 порядок сварки поясных швов балки. При переходе из положения I, II, III и IV балку поворачивают на 90° кантователем. Каждый последующий шов сваривают в направлении, обратном направлению сварки предыдущего шва. Ребра жесткости приваривают ручной дуговой или полуавтоматической сваркой, одновременно с двух сторон два сварщика, в направлении от середины к краям балки.
Существует классификация сварных конструкций и в зависимости от этого к ним предъявляются разные требования. Общим определением из всего многообразия является то, что это конструкции, выполненные методом сварки. Однако более удобным является разделение на различные виды:
Каждый из указанных вариантов имеет свои особенности при соединении элементов методом сварки. Эти рекомендации указываются обычно на чертежах и в технологической карте. Сварные металлические конструкции после окончания их соединения должны обладать прочностью и надежностью. Такие требования налагают большую ответственность на сварщика в области соблюдения им определенных требований при осуществлении этого непростого процесса.
Особо большие требования предъявляются, когда происходит сварка ответственных металлоконструкций. От качества их выполнения будет зависеть, насколько большой является возможность разрушения всего объекта, что является недопустимым. Выполнять такие работы имеют право только сварщики, обладающие высокой квалификацией. Результат сварки таких конструкций в обязательном порядке должен быть подвергнут контролю.
Характеристики, которыми должны обладать металлоконструкции сварные, применяемые в строительстве, изложены в ГОСТе 27772. Также к руководящей документации можно отнести нормативный документ СНИП II 23-81. Требования, изложенные в этих документах, относятся в первую очередь к деятельности профессиональных сварщиков, но при решении произвести такие работы самостоятельно будет не лишним ознакомиться с ними.
При ручной сварке следует руководствоваться требованиями ГОСТа 5264-80, а если она осуществляется в защитном газе, то ГОСТа 14771-76. Большое внимание в имеющейся нормативной документации уделяется подготовке перед началом сваривания кромок соединяемых деталей, что является гарантией создания качественного соединения.
Сварные конструкции должны иметь наименьшие из возможных значений усадочные напряжения, а также минимальные деформации. Это может обеспечить сварка конструкций при сохранении стабильности выбранного режима. Разброс значений тока и напряжения не должен превышать 5%. Для обеспечения этих требований выполняются чертежи сварных конструкций, и в специальной карте описывается технологический процесс сварки металлоконструкций.
Чертежи металлоконструкций
Изготовление сварных конструкций следует проводить, согласуясь с требованиями, указанными в чертежах на них. На сварные конструкции из метала чертежи имеют свои особенности, поэтому необходимо уметь их не только грамотно составлять, но и читать. Для этого необходимо изучить используемые на этих конструкторских документах обозначения.
На начальном этапе разработки создают чертежи общего вида, объединенные названием «КМ», что расшифровывается как конструкции металлические. На них обозначается сварка конструкций в общем виде.
При составлении чертежей следует руководствоваться нормами, изложенными в ГОСТе 2.410-68, где четко изложены правила, по которым должны выполняться чертежи на металлические конструкции. Качественная сборка и сварка металлоконструкций напрямую зависят от грамотного составления чертежей. Общий вид дает представление о том, каким должно выглядеть сооружение после заключения сварочных работ.
На чертежах в специальных таблицах указываются технические данные, которые служат ориентиром для правильной сварки.
Начинать читать чертежи необходимо в определенном порядке. Вначале следует ознакомиться с первым чертежом комплекта, чтобы получить общее представление о предстоящей работе. Затем надо ознакомиться с «ведомостью элементов». В ней для каждой детали, именуемой маркой элемента, содержатся сведения о ее сечении с предоставлением небольшого эскиза, на котором могут быть показаны отдельные размеры, например шаг.
В столбце «Поз» указывается номер позиции детали на чертеже. Рядом в графе «Состав» находится в сокращенном виде обозначение того профиля, которым обладает сечение детали по правилам их условного обозначения согласно требованиям ГОСТа 2.420. Далее идут графы, в которых указываются усилия и марка стали.
Это приложение является обязательным. Особое значение ведомости заключается в том, что только в ней указываются подробно наименования профилей, например «двутавр №14». Для таких сложных металлоконструкций, как фермы и решетки эскиза будет недостаточно и на них выпускаются отдельные чертежи.
Ценной деталью для сварщика на общем чертеже может быть указание марки электродов, которыми рекомендуется осуществлять монтаж и сварку металлоконструкций. На чертежах также условно показываются швы согласно требованиям ГОСТа 21.504-2005. В обозначение могут входить такие параметры, как длина шва и размер катета. Для разных видов швов используются свои условные изображения.
Сведения о профилях располагают на специальных выносках.
Рядом с обозначением через тире помещают сведения о количестве используемых в конструкции деталей.
Это бывает важно при использовании большого количества однотипных деталей, например, на узлах фермы.
Технологическая карта
Этот документ служит главным помощником сварщика. Сборка металлоконструкций и их сварка относятся к сложным процессам, которые необходимо выполнять в определенной последовательности. Технология сварки металлоконструкций и ее этапы подробно расписаны в особом документе, называемом технологической картой.
Этот документ входит в число общей конструкторской документации. Разработка технологической карты входит в обязанность инженера-технолога, который хорошо понимает, что такое технологичность сварных конструкций. Разработчик технологической карты производит необходимые расчеты, на основании которых выбираются оптимальные параметры для соединения конкретных металлических изделий.
Технологическая карта может охватывать различные виды сварных конструкций, в том числе достаточно сложные. К ним, например, относится сварка толстостенных конструкций. Такая карта незаменима при прокладке трубопроводов, монтаже громоздких сооружений.
При сварке металла большой толщины с увеличением этого размера, например, более 15-20 миллиметров, в соединениях возрастают объемные сварочные напряжения. Это приводит к опасности возникновения в деталях трещин. Чтобы избежать этого рекомендуется вести сварку определенными способами, например, двойным слоем или блоками. Эти рекомендации указывают в технологической карте.
Технологическая карта на изготовление сварных металлоконструкций включает в себя также правила контроля получившихся сварных соединений. Технологические карты разделяются на типовые и стандартные. Выполняться они должны обязательно в соответствии с существующими нормативными документами.
Сварка металлоконструкций полуавтоматом является наиболее предпочтительной. Полностью автоматическую сварку применять нецелесообразно. При серийном производстве может быть использована точечная сварка. Если предполагается налагать швы, расположенные на близком расстоянии, то нельзя это делать сразу. Необходимо подождать, пока остынет первый шов, а затем начинать варить второй. Это убережет металл от пластических деформаций.
Технологическую карту надо составлять с учетом имеющегося оборудования. Единого образца технологической карты не существует. Разрабатывать ее можно самостоятельно. Однако, этот документ должен создаваться с учетом требований существующих нормативных документов в этой области. Технологическая карта в обязательном порядке подлежит утверждению уполномоченными лицами. В ней помимо технических данных могу указываться трудозатраты.
В типовой технологической карте могут содержаться сведения, каким способом может быть осуществлена надежная фиксация элементов конструкции, сведения о возможной необходимости подогрева деталей перед сваркой, данные сварочных параметров, которые надо устанавливать на применяемом оборудовании. При наличии особенностей выполнения техпроцесса они подробно расписываются.
Требования к качеству должны подтверждаться реальными цифрами возможных отклонений. В отдельном разделе или пункте может быть расписано, какие действия он должен совершать при обнаружении недопустимых дефектов.
В технологической карте в особом разделе оговариваются меры безопасности. Сварщик перед работой должен ознакомиться с содержанием технологической карты и следовать ее рекомендациям.
Сварка решетчатых конструкций
Они все могут иметь различные виды соединений.
Очертания решетки позволяют разделять фермы на различные типы. Имеются следующие виды очертаний:
Особенности сварки решетчатых конструкций в виде ферм заключаются в правильной центрировке соединяемых стержней. Это поможет избежать появления дополнительных напряжений на изгиб, которые не были включены в первоначальный расчет. Соединение стержней должно быть таким, чтобы они испытывали только такие воздействия, как растяжение или сжатие.
Элементы металлоконструкций выполняют из уголков, швеллеров и двутавров. Конструктивные элементы металлической фермы:
К особенностям сварки ферм относится последовательность, в которой осуществляются различные этапы. Сварку узлов фермы ведут от середины к их краям. Если применяются швы различных видов, то вначале выполняют стыковые, а затем угловые швы. Если швы обладают разным сечением, то первыми начинают прокладывать швы с более большим размером сечения. Конец шва проводят на торец привариваемого элемента миллиметров на двадцать.
Сборка и сварка решетчатых конструкций будет более удобна при использовании различных приспособлений.Технология сварки решетчатых конструкций должна быть описана в технологической карте на изделие. Длина сварочных швов при сварке решетчатых конструкций должна находиться в диапазоне 20-40 сантиметров.
Чтобы напряжение в узлах фермы сделать минимальным, сварку следует начинать в середине, а затем двигаться к ее краям. При наличии швов с большим и маленьким сечением начинать следует с тех, чье сечение больше.
Сварка балок
Сварка балок обеспечивает наиболее рациональное решение при выполнении различных строительных конструкций. Благодаря их применению возможно возведение конструкций высотой несколько метров. Сваркой можно создавать балки, в которых толстые широкие пояса сочетаются с высокими тонкими стенками. Это позволяет снижать затраты на металл, что делает возводимые конструкции более экономичными.
Сплошные сварные балки бывают коробчатого и двутаврового сечения. Наиболее часто применяемой является сварка балок двутаврового сечения.
Это металлическое соединение состоит из стенки, которая обрамляется верхней и нижней полками. Эти три элемента путем сварки соединяются в неразъемную конструкцию. К преимуществам использования двутавровых балок относится:
Разновидностью балок, имеющих горизонтальное расположение, являются подкрановые балки. Вместе с уложенными на них рельсами они образуют путь, по которому могут перемещаться мостовые краны. Подкрановые балки имеют тавровое или двутавровое сечение.
Технология сварки балочных конструкций должна обеспечивать прочность, плотность, жесткость и подобные требования. В качестве подготовки необходимо осуществить расчет на жесткость и прочность.
Этапы формирования балок:
Сварка двутавровых балок представляет собой соединение отрезков этого профиля между собой. Оно может осуществляться встык или под углом. Для увеличения жесткости применяются металлические накладки, которые представляют собой вырезанные из листового проката прямоугольники. Это делается на каждой из сторон.
Перед сваркой встык необходима предварительная обработка торцов. Для такого метода применяют оборудование портального или консольного типа.
На нем также можно размещать средства для контроля получаемого соединения. Сварку в этом случае осуществляют под углом в 45°. Это является гарантией высокой проварки шва. Для сварки двутавровых балок большой длины при небольших партиях можно использовать самоходные сварочные тракторы.
Поскольку двутавровые балки будут нести на себе большую нагрузку, то необходимо придерживаться произведенных ранее расчетов. Разработанная технология учитывает правильное распределение усилий.
Более сложными, чем двутавровые балки в изготовлении являются балки, имеющие сечение в виде коробки. Сварка коробочных конструкций более трудоемка, но находит широкое применение благодаря тому, что получающиеся соединения обладают большой жесткостью на кручение. Если коробчатые балки имеют большую длину, то их сваривают из нескольких листовых элементов.
Последовательность действий следующая:
Сварку поясных швов осуществлять рекомендуется способом «в лодочку», при этом электрод ведут под наклоном. Областью применения металлоизделий в виде балок являются мосты, эстакады, виадуки, жилые здания, стадионы, путепроводы. Поскольку существует возможность сваривать балки, имеющие в разных местах сечения различных размеров, то с их помощью можно реализовать многие интересные архитектурные задумки.
Известные сварные конструкции
Надежность и эффектность конструкций из металла способствует тому, что они часто используются в строительстве. К преимуществам относится возможность их способность выдерживать сильнейшие нагрузки, осуществление монтажа при любых погодных условиях, удобная транспортировка отдельных элементов и легкий демонтаж.
Знаменитые сварные конструкции вызывают восхищение долгие годы. Среди известных металлических конструкций первое место по праву занимает знаменитая Эйфелева башня в Париже.
Она до сих пор привлекает своей необычностью огромные толпы туристов. Визитной карточной и символов Австралии является Сиднейский оперный театр. Это здание стоит на глубоко вбитых в землю сваях. Необычную форму крыши позволили создать такие свойства металлопроката, как гибкость и прочность.
«Небесное дерево» в Токио представляет собой телебашню, в основе которой находятся металлоконструкции, соединенные между собой.
Высота стен составляет шестьдесят восемь метров. Здание из металлоконструкций способно выдержать подземные толчки высокой интенсивности. Внешняя оболочка является комбинацией стальных труб.
В Дубае расположено самое высокое здание в мире под названием «Бурдж-Халифа». Каркас здания состоит из металлических конструкций.
Имплозия цистерны
