Сварка двутавровых балок между собой встык: Страница не найдена — Svaring

Содержание

Технология соединения двутавров

Двутавр, он же двутавровая балка – один из самых востребованных в строительстве видов металлопроката. Его геометрия позволяет выдерживать большие продольные и поперечные нагрузки, поэтому двутавр широко применяется при монтаже металлоконструкций, в том числе, и ответственных. Однако, независимо от варианта использования, прочность итогового металлокаркаса зависит не только от параметров и характеристик самого проката, но и от правильности и метода его соединения между собой.

Методы соединения двутавровых балок

Их монтаж может производиться двумя способами: сваркой или болтовым соединением. Правильно произведенная сварка позволяет получить прочную, надежную конструкцию, но в ряде случаев могут использоваться и болтовые или клепочные соединения, поскольку сам по себе сварной шов является местом концентрации напряжений в конструкции.

Сварка двутавра

Сварка может использоваться в двух ситуациях: соединении двутавра встык при необходимости удлинения балки (например, при монтаже пролетов) или при перекрестном креплении второстепенной балки к основной. Сварка встык производится двумя способами.

Через прокладку

Между концами расположенных в одной плоскости двутавров помещается стальная пластина, по размерам выходящая за границы их профиля. Приварка пластины осуществляется угловым швом с двух сторон. Таким же способом может производиться монтаж проката с разными размерами.

Среди преимуществ: относительная простота – необходимо лишь соблюсти прямизну продольной оси, и высокая скорость монтажа, поскольку выполнять предварительную разделку кромок не требуется.

С накладками

Для дополнительного усиления места соединения могут применяться накладки. Для этого кромки стенки (основания) и полок предварительно скашиваются для обеспечения качественного провара. Прокат проваривается по периметру с соблюдением прямизны продольной оси. На верхнюю и нижнюю плоскость полок, а также на боковины стенки струбцинами крепятся накладки из листовой стали. Их форма может быть прямоугольной или, для большего удобства, ромбовидной с обязательным соблюдением симметричности формы относительно продольной оси. Заключительный этап – обварка накладок по периметру.

Оба способа используются лишь в тех случаях, когда конструкция является неответственной, а нагрузка на место соединения будет незначительной.

Сварка с второстепенной балкой

Этот метод соединения двутавра используется при возведении перекрытий и несущих конструкций, при этом, несмотря на заметно большую прочность и надежность, выполняется он почти так же просто, как и предыдущий.

В верхней полке основной балки производятся вырезы в форме равностороннего треугольника, к нижней полке приваривается накладка. Верхней полке дополнительной балки придается форма треугольника, соответствующая форме вырезов в основной. Ее нижняя полка срезается на длину, равную расстоянию до стенки основного двутавра.

Монтаж всей конструкции производится поочередно: сначала монтируются основные двутавры, затем к ним пристыковываются и привариваются дополнительные.

Болтовое соединение

Этот метод, в отличие от предыдущего, является разъемным, поэтому используется, в основном, там, где может потребоваться демонтаж конструкции. Производится с помощью накладок. Практически аналогично болтовому – соединение на заклепках, но демонтаж части конструкции в этом случае требует разрушения крепежа.

Плюсы:

  • Простота сборки – особой квалификации от рабочего не требуется.
  • В месте крепления отсутствуют остаточные напряжения, свойственные сварному шву.
  • Проверка качества места соединения гораздо проще, чем проверка качества сварки.
  • Устойчивость к ударным нагрузкам и вибрациям.

Недостатки:

  • Необходимость периодической проверки болтовых соединений и их подтяжки, что в определенных случаях достаточно сложно или и вовсе невозможно.
  • Больший расход металла и трудоемкость работ.
  • Постепенный износ соединений из-за коррозии болтов.

В целом, технология соединения двутавров с помощью болтов практически полностью аналогична сварке с накладками. Дополнительно требуется лишь соблюдать:

  • Расстояния между центрами отверстий – они должны быть не менее 3 диаметров заклепок.
  • Размеры головок болтов и гаек – расстояния между ними должны быть достаточны для удобства работы инструментом.

Как уже отмечалось выше, в строительстве используются оба варианта. Выбор в сторону одного из них всегда основывается на дополнительных требованиях к надежности конструкции и условиях ее эксплуатации.

Соединение двутавров: особенности и правила сварки

Самым надежным металлическим профилем для возведения металлоконструкций является двутавр. Крепление двутавра к двутавру выполняют сваркой встык между собой при создании несущих конструкций межэтажных перекрытий, куполов и арок. Преимуществом метода является обеспечение высокой надежности соединений.

Особенности сваривания

Сначала сваривают стыки и стенки поясов двутавров. В балках стыковые швы являются основными. Чтобы уменьшить остаточное напряжение необходимо варить без закреплений в обрабатываемых листах.

Как правильно сварить двутавры?

Необходимо следить, чтобы между стыкующимися кромками зазор был в допустимых пределах, иначе все усилия будут сведены на нет. Правильное расположение осей проверяется с помощью длинной линейки. Если имеется смещение, его легко убрать посредством клина. Необходимый зазор выполняется с помощью сборочной планки. Стык сваривают высококачественными электродами или под флюсом, также можно применять полуавтомат.

Как приварить двутавр к двутавру?

  • Сварка в горизонтальном положении. Выполнять работы легче, если поясные швы сваривают «в угол» двумя автоматами, а вертикальная стена находится в горизонтальном положении. Ось в продольном направлении искривляется минимально, поскольку прогиб по горизонтали практически удален за счет обратного прогиба после сварки второй пары.
  • Сварка в вертикальном положении. Остаточный прогиб виден в месте, где сделана первая пара швов. Когда сварные соединения двутавров выполнены, проводят разметку поперечных ребер жесткости. Приваривают их вручную или полуавтоматом.

Чтобы выполнить узел крепления одного отрезка двутавра к другому двутавру, используют накладки. Перед установкой накладок с двух сторон от стенки и снаружи полок, нужно обрезать их по форме ромба и обварить косыми швами. Такие работы необходимы, чтобы выступающие полки не препятствовали наложению сварочного шва по стороне накладок. Рекомендуется располагать накладки симметрично продольной оси балки. Такой способ станет отличным решением для выполнения конструкций, испытывающих незначительную нагрузку. Причиной является свойство накладок концентрировать напряжение у швов, поскольку форма сечения изменяется.

Как правильно стыковать двутавр - Инженер ПТО

При строительстве многоэтажных зданий промышленного и гражданского назначения с большими пролетами, колоннами, массивными фермами используют двутавровые балки. В процессе монтажа их требуется стыковать друг с другом и другими строительными элементами. Монтажные стыки двутавровых балок, которые должны быть практически равнопрочными с телом металлопроката, выполняются сваркой или с помощью крепежных элементов. На строительной площадке изготавливать их сложнее, чем в заводских условиях, из-за необходимости четкого позиционирования и усиления стыковочных узлов.

Особенности стыкования двутавровых балок

Основной вариант использования фасонного проката с сечением Н-образной формы – в качестве элементов балочных клеток. Соединение балок в таких конструкциях осуществляется в горизонтальной плоскости или опиранием сверху.

В месте опирания для конца двутавра создают опорные ребра жесткости. Они служат для распределения и передачи нагрузки от двутаврового проката – опоре.

Особенности выполнения сварных соединений

Надежным способом создания узлов стыковки балок с двутавровым профилем является сварка. При выполнении сварки встык обязательно проводится контроль качества шва. Чаще всего для повышения надежности узла используют усиливающие накладки.

Один из вариантов удлинения двутавровой балки – приварка профильного проката с двух сторон к прокладке по периметру двутаврового профиля. Разделка кромок не требуется.

Второй способ – соединение двутавровых балок встык с последующей наваркой четырех укрепляющих накладок, подбор формы которых зависит от положения двутавра в пространстве. Накладки приваривают на каждую полку и на каждую сторону стенки.

Этапы производства работ:

  • На кромках двутавра изготавливают скос, обеспечивающий хороший провар шва.
  • Готовят накладки из листовой стали. Укрепляющие элементы прямоугольной формы, привариваемые на полки, должны иметь ширину полок, на стенку – высоту стенки.
  • Накладки укладывают на шов, приваривают их по периметру, прижимая с помощью струбцины. Для удобства проведения работ накладки на стенку делают ромбовидными. Главное требование – накладка должна иметь форму, симметричную относительно продольной оси двутавра.

Сварка двутавровых балок с использованием накладок и прокладок применяется для создания конструкций, не подвергаемых значительным нагрузкам. Это связано с тем, что швы, по которым привариваются эти укрепляющие элементы, являются концентраторами напряжений. Еще одна проблема сварных швов – быстрое старение. Для борьбы с этим негативным явлением применяют грунтовочные составы.

Сварку выполняют при зафиксированном положении балок. Для этого их укладывают на жесткие основания, чаще всего – на специализированные стеллажи-фундаменты.

Особенности выполнения болтовых соединений

Для определения способа, как правильно стыковать элементы конструкции из двутавра, необходимо точно знать особенности эксплуатации объекта. Разъемный вид стыкования двутавровой балкиобычно применяется при монтаже конструкций, которые планируется несколько раз демонтировать и монтировать вновь. Выполняется с использованием накладок, имеет преимущества и недостатки.

Плюсы болтового соединения

  • Относительная простота сборки, которую могут выполнить рабочие с невысоким уровнем квалификации.
  • Отсутствие остаточных напряжений, имеющихся в сварном шве.
  • Более простые мероприятия по проверке качества соединений, по сравнению с проверкой сварного шва.
  • Отсутствие необходимости привлечения к работе квалифицированных сварщиков.
  • Стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам. Однако в сложных эксплуатационных условиях может потребоваться периодическая подтяжка крепежа.

Недостатки этого метода – более высокая (по сравнению со сваркой) трудоемкость и металлоемкость из-за необходимости использовать дополнительные усиливающие элементы, постепенное коррозионное разрушение крепежа, изготовленного из «черных» сталей.

Комбинированное стыкование двутавровых балок

Для создания крупногабаритных пролетов применяют способ комбинированного соединения двутавров, сочетающий стыкование на болтах и сварку. Порядок проведения работ:

  • соединение балок с помощью накладок и резьбового крепежа из высокопрочной стали;
  • сварка поясов;
  • закрытие технологических окон с помощью накладок и прокладок.

Стальные балки, имеющие в поперечном сечении форму двутавра, сконструированы для универсального применения в машиностроении и строительстве. При изучении характера напряжений, возникающих в нагружаемых изделиях, имеющих сплошное сечение, была выявлена неравномерность их распределения.

Были определены участки сечения деталей, имеющие наибольшие значения напряжения. В результате этого возникла идея создания изделия с такой формой сечения, где масса металла сконцентрирована в наиболее нагруженных участках. Так появилось двутавровое сечение.

Изготовление и применение

Благодаря способности выдерживать большие нагрузки на изгиб в разных плоскостях, на сдвиг и кручение, стальные двутавровые балки составляют основу несущих конструкций быстровозводимых каркасных зданий и потолочных перекрытий.

Внутрицеховые грузоподъемные механизмы (кран-балки и мостовые краны) перемещаются по направляющим, изготовленным из балок двутаврового сечения.

Изготовление двутавровых балок осуществляется двумя способами:

  • методом проката цельных отливок. Такие двутавровые балки называются горячекатаными;
  • электродуговой сваркой предварительно раскроенных листовых заготовок, в результате чего получают сварную сборную двутавровую балку.

Горячекатаные двутавровые балки производятся на прокатных станах металлургических предприятий. Такая технология позволяет получить цельное изделие, не содержащее швов и обладающее высокой прочностью.

Сборку и сварку двутавровой балки осуществляют на автоматических линиях. Такая балка незначительно уступает цельнокатаной по прочности, но может быть выполнена по специальному заказу, с учетом требований конкретного проекта.

Производство горячекатаной двутавровой балки осуществляется в соответствии с ГОСТ 26020-83, сварной двутавр производители выпускают по своим собственным техническим условиям (ТУ).

Технология производства

В типовом варианте, двутавровая балка получают из трех листовых заготовок: стенки и двух полок, привариваемых к её торцам под прямым углом. Изготовление осуществляется на специализированных сборочных линиях, настроенных на выпуск балки определенного размера.

Заготовки перемещаются на специальных катках и предварительно закрепляются в нужном положении зажимными устройствами, оснащенными гидравлическим или пневматическим приводом.

На зафиксированном зажимным устройством участке собираемой балки делаются прихватки сваркой по поясному шву. После этого, балка перемещается по каткам, вновь закрепляется, и сваркой прихватывается следующий ее участок.

Поясной шов проваривается окончательно после того, как вся конструкция оказывается предварительно скреплённой сварными прихватками.

Сварка тавровых соединений стенки с полками осуществляется в автоматическом режиме под слоем флюса. Процесс автоматической сварки может выполняться разными приспособлениями. Это могут быть сварочные манипуляторы, горелки которых варят, перемещаясь по заданным траекториям посредством шарнирных соединений с несколькими степенями свободы.

Также могут применяться более простые устройства типа самоходных сварочных тракторов, гораздо больше подходящих для создания прямолинейных соединений.

Еще один класс устройств, способных автоматически сваривать поясные швы двутавровых балок, это консольные или портальные установки. В их состав, кроме собственно сварочного оборудования, входит аппаратура слежения и контроля качества сварного шва, а также устройства подачи флюса и последующей очистки шва от его остатков.

Такие установки осуществляют сварку под оптимальным углом, составляющим 45 °, чем обеспечивается наиболее благоприятное расположение сварочной ванны, и соответственно, высокое качество сварного шва.

Интенсивный нагрев заготовок в процессе сварки приводит к короблению полок. По этой причине процесс сборки двутавровых балок включает процедуру их выравнивания, осуществляемую на специальных машинах для исправления грибовидности.

На завершающей стадии изготовления производится фрезерная обработка торцов изделия.

Замена швеллерами

На практике при возведении строительных конструкций для получения двутаврового сечения иногда используется сварка швеллеров между собой. Если швеллеры применяются взамен предусмотренных проектом двутавровых балок, такая замена должна согласовываться.

Согласование использования альтернативного материала отражается изменениями, вносимыми в соответствующие разделы рабочего проекта. Возможность замены определяется по результатам поверочных расчётов на прочность, выполняемых проектировщиками.

Способ применяемой сварки швеллеров между собой также определяется расчётом. Это может быть сварка непрерывным или прерывистым швом, либо с применением соединительных накладок.

При сварке швеллеров непрерывным швом, в результате температурных деформаций металла, может произойти скручивание профиля. Избежать этого явления можно, применяя специальные струбцины, а также, накладывая сварочные швы небольшими участками, чередуя при этом стороны соединяемых профилей.

При необходимости удлинить такую конструкцию, осуществляют сварку швеллеров встык. Места стыковых сварочных швов швеллеров, образующих двутавр не должны совпадать друг с другом. Для усиления конструкции сварной шов можно укрепить с помощью накладки.

Способы соединения двутавров

При осуществлении монтажа балочных конструкций выполняются сварные соединения элементов в различных сочетаниях. Среди них можно выделить типовые способы соединение двутавровых балок.

Встык

Для соединения способом «встык» свариваемые фрагменты стыкуют предварительно обработанными торцами. Обработка состоит в том, что на торцевых срезах выполняют угловые скосы для более глубокой проварки соединения.

Учитывая несущие функции двутавровых балок, их соединение не ограничивается выполнением торцевых швов. Для усиления участка стыковки обычно применяют четыре накладки – по одной на каждую из полок, и по одной на каждую из сторон стенки.

Накладки представляют собой прямоугольники из листового металла. Они накладываются поверх соединительного шва, затем привариваются по периметру. Накладки на полки делают на всю ширину полки двутавровой балки, накладки на стенку – на всю высоту стенки.

Под прямым углом

Такое соединение осуществляется между главной и второстепенной несущими двутавровыми балками каркасной конструкции, находящимися на одном уровне. В этом соединении главная балка служит опорой второстепенной.

Сварочные работы выполняются в следующей последовательности. В верхней полке главной двутавровой балки делают вырез в форме равнобедренного треугольника с углом, близким к прямому.

Верхняя полка второстепенного двутавра вырезается под вставку в треугольный вырез главнойдвутавровой балки, а нижняя его полка срезается на величину половины ширины.

В результате должно получиться следующее. Плотное совмещение вырезов верхних полок двутавров, стыковка торца стенки второстепенной двутавровой балки с боковой поверхностью стенки главного двутавра и прилегание среза нижней полки второстепенной двутавровой балки к полке главного двутавра.

Полученное таким образом совместное закрепление заподлицо двух перпендикулярных двутавровых балок усиливается привариваемой снизу листовой накладкой.

Сваривание двутавра со швеллером под прямым углом

Это соединение выполняется, если второстепенной двутавровой балкой служит швеллер. Если стенки двутавра и швеллера одинаковы по высоте, можно поступить следующим образом.

Верхняя полка швеллера срезается род углом 45 °, на верхней полке двутавровой балки делается аналогичный по форме вырез. Нижняя полка швеллера отрезается с таким расчетом, чтобы при стыковке срез совместился с нижней полкой двутавра, а стенка швеллера уперлась в стенку двутавра. Так же, как и в предыдущем случае, соединение укрепляется накладкой снизу.

Инженерная мысль не стоит на месте. Кроме описанных технологий сварки могут применяться вновь созданные, на смену устаревающему сварочному оборудованию приходит обновленное, модернизированное или принципиально новое. Не исключено, что и традиционная сварка когда-нибудь уступит место другой технологии неразъемных соединений.

Большинство зданий из металлоконструкций промышленного и коммерческого назначения представляют собой рамные конструкции состоящие из колонн, балок перекрытия, ферм или ригелей. Как правило, такие здания нередко обладают большими пролетами и высотой, что заставляет производителей и строителей широко использовать стыковые узлы в различных элементах стальных строительных конструкций.

Монтажный стык на накладках при помощи болтового соединения

Подготовка стыка к сварке. Разделка кромок и установка на направляющих планках.

Стык после сварки, шов зачищен, направляющие пластины срезаны.
Применение заводских стыков в первую очередь обусловлено экономическими причинами и размером металлопроката. Из опыта производства металлоконструкций последних лет, в строительстве промышленных зданий в 80% случаев используется нормальная, колонная или широкополочная балка по СТО АСЧМ 20-93, ГОСТ26020-83,и порядка 20% приходится на сварную балку переменного сечения. Стандартная длина двутавровых балок 12,0м, листового проката 6,0м, в целях сокращения издержек на раскрой материалов, приходится производить заготовку отправочных элементов по нарастающей. Например, при длине колонн 10800мм, из одной прокатной балки 12000мм у нас получается заготовка для целой колонны 10800мм и остаток 1200мм, следующую колонну мы получаем наращивая новую прокатную балку получившимся остатком (1200+12000=13200) и снова отрезаем 10800, после чего с полученным остатком 2400мм поступаем так же как описано выше и так далее. С листовой составной балкой поступаем аналогичным образом непосредственно при раскрое листа, но на самих балках стык делается не в одной плоскости, а разносится, стенка варится в одном месте, полки стыкуются под углом 60 и варятся выше и ниже стыка стенки.
Конечно же, в обоих случаях приходится учитывать и место стыка, не допуская его попадание в зону максимальных нагрузок и места сопряжения других элементов конструкции. Заводской стык на колоннах и балках выполняется по условиям расчета согласно СНиП II-23-81*, наиболее часто в заводских реалиях находит применение сварной стыковой шов в с полным проваром и разделкой кромок поясов и стенок сопрягаемых деталей. В случаях, когда нужно обеспечить надежность стыка и основного металла в зонах действия значительных моментов и поперечных сил, стык усиливают накладками, установленными на полки и стенки балки. Для оптимизации процесса проектирования КМ или разработки КМД при производстве металлоконструкций можно так же применять типовую серию 2.400-10 «Нормали заводских стыков профилей в строительных стальных конструкциях», где уже произведен расчет равнопрочности стыка с основным металлом и даны конструктивные решения стыков соединяемых элементов из швеллеров, уголков и двутавров.

Монтажные стыки выполняются из-за ограниченных возможностей транспортирования крупногабаритных металлоконструкций автомобильным и железнодорожным транспортом, при их длине более 15 метров с точки зрения удобства и экономии целесообразнее расчленить конструкцию на более мелкие элементы для доставки потребителю. Объединение отправочных элементов в одно целое производится непосредственно на строительной площадке силами монтажной организации. Монтажные стыки балок и колонн выполняются сварными или болтовыми, по сравнению с заводскими они более трудоемкие и затратные из-за необходимости применения дополнительных элементов для усиления и позиционирования деталей в узлах сопряжений. Самый лучший вариант конечно сварной, встык с полным проваром при условии раздела кромок и физическом методе контроля, однако на монтаже не всегда условия сварки и контроля качества швов соответствуют расчетным, поэтому, как правило, монтажные соединения изначально делаются на накладках усиливающих прочность стыка. Болтовые монтажные соединения так же выполняются на накладках предпочтительно с использованием высокопрочных болтов, такие соединения металлоемки, требуют значительных трудозатрат при производстве, к тому же отверстия ослабляют сечения элементов, однако с точки зрения монтажа их легче собрать и они не требуют высокоспециализированного персонала для выполнения качественного стыка. Довольно эффективны фланцевые соединения, но мало распространены в силу своей повышенной деформативности. Согласно СП 16.13330.2011 – «стыковку колонн на монтаже необходимо производить фрезерованными торцами сваренными встык, либо на накладках со сварными или болтовыми соединениями, в том числе на высокопрочных болтах, так же допускается использование фланцевых соединений воспринимающих растягивающее усилие болтами, а сжимающее через прижим поверхностей фланцев».

Особенности стыкования двутавровых балок

Основной вариант использования фасонного проката с сечением Н-образной формы – в качестве элементов балочных клеток. Соединение балок в таких конструкциях осуществляется в горизонтальной плоскости или опиранием сверху.
В месте опирания для конца двутавра создают опорные ребра жесткости. Они служат для распределения и передачи нагрузки от двутаврового проката – опоре.

Особенности выполнения сварных соединений

Надежным способом создания узлов стыковки балок с двутавровым профилем является сварка. При выполнении сварки встык обязательно проводится контроль качества шва. Чаще всего для повышения надежности узла используют усиливающие накладки.
Один из вариантов удлинения двутавровой балки – приварка профильного проката с двух сторон к прокладке по периметру двутаврового профиля. Разделка кромок не требуется.

Второй способ – соединение двутавровых балок встык с последующей наваркой четырех укрепляющих накладок, подбор формы которых зависит от положения двутавра в пространстве. Накладки приваривают на каждую полку и на каждую сторону стенки.

Этапы производства работ:

  • На кромках двутавра изготавливают скос, обеспечивающий хороший провар шва.
  • Готовят накладки из листовой стали. Укрепляющие элементы прямоугольной формы, привариваемые на полки, должны иметь ширину полок, на стенку – высоту стенки.
  • Накладки укладывают на шов, приваривают их по периметру, прижимая с помощью струбцины. Для удобства проведения работ накладки на стенку делают ромбовидными. Главное требование – накладка должна иметь форму, симметричную относительно продольной оси двутавра.

Сварка двутавровых балок с использованием накладок и прокладок применяется для создания конструкций, не подвергаемых значительным нагрузкам. Это связано с тем, что швы, по которым привариваются эти укрепляющие элементы, являются концентраторами напряжений. Еще одна проблема сварных швов – быстрое старение. Для борьбы с этим негативным явлением применяют грунтовочные составы.
Сварку выполняют при зафиксированном положении балок. Для этого их укладывают на жесткие основания, чаще всего – на специализированные стеллажи-фундаменты.

Особенности выполнения болтовых соединений

Для определения способа, как правильно стыковать элементы конструкции из двутавра, необходимо точно знать особенности эксплуатации объекта. Разъемный вид стыкования двутавровой балкиобычно применяется при монтаже конструкций, которые планируется несколько раз демонтировать и монтировать вновь. Выполняется с использованием накладок, имеет преимущества и недостатки.

Плюсы болтового соединения

  • Относительная простота сборки, которую могут выполнить рабочие с невысоким уровнем квалификации.
  • Отсутствие остаточных напряжений, имеющихся в сварном шве.
  • Более простые мероприятия по проверке качества соединений, по сравнению с проверкой сварного шва.
  • Отсутствие необходимости привлечения к работе квалифицированных сварщиков.
  • Стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам. Однако в сложных эксплуатационных условиях может потребоваться периодическая подтяжка крепежа.

Недостатки этого метода – более высокая (по сравнению со сваркой) трудоемкость и металлоемкость из-за необходимости использовать дополнительные усиливающие элементы, постепенное коррозионное разрушение крепежа, изготовленного из «черных» сталей.

Комбинированное стыкование двутавровых балок

Для создания крупногабаритных пролетов применяют способ комбинированного соединения двутавров, сочетающий стыкование на болтах и сварку. Порядок проведения работ:

  • соединение балок с помощью накладок и резьбового крепежа из высокопрочной стали;
  • сварка поясов;
  • закрытие технологических окон с помощью накладок и прокладок.

Источник

Сварка двутавровых балок между собой

К изготовлению двутавровых балок методом сварки предъявляются строгие требования, готовые изделия должны быть прочными, надежными, качественными и высокой плотности. Одной из главных целей производителя является уменьшение расхода металла и сохранение прочностных характеристик. Двутавровые балки широко используются в строительстве в качестве металлических каркасов, позволяя уменьшить вес металлоконструкций.

Двутавровые сварные балки: преимущества применения.


Двутавровые сварные балки Балка с двутавровым сечением позволяет уменьшить материальные расходы на возведение зданий и сооружений разного назначения, обеспечивая высокую надежность и прочность металлоконструкции. Она может выдержать повышенные нагрузки (статические и динамические), снижая давление на фундамент и несущие элементы металлоконструкций.

Технология производства сварного двутавра экономичная и надежная, поэтому он широко применяется для строительства быстровозводимых сооружений. Используя современные автоматизированные производственные линии, можно уменьшить себестоимость готовых изделий и строго соблюдать условия процесса технологии.

Технология производства сварных балок.

Для изготовления двутавровых балок используется углеродистая сталь, а работы по сварке выполняются под действием флюса при помощи автоматизированного оборудования. Производственный процесс состоит из нескольких этапов, а именно:
  • раскрой металлических листов на полосы. Скорость резки зависит от толщины металла, а работы выполняются на промышленной установке по терморезке с ЧПУ, при этом раскрой листов осуществляется сразу несколькими резаками;
  • фрезеровка. Фрезерная обработка торцов позволяет улучшить качество шва между стенкой и полкой, работы выполняются на торцефрезерных станках;
  • сборка балки с двутавровым сечением. В серийном производстве для сборки применяются станы, которые повышают производительность труда и сокращают время работ. Для закрепления и освобождения элементов заготовки используются специальные прижимные приспособления гидравлического типа, которые отличаются удобным применением, производительностью и высокой скоростью выполнения операции;
  • сварочные работы. Проводятся на автоматизированных сварочных установках портального типа. Используются следующие методы сварки: наклоненным электродом и «в лодочку». Первый способ позволяет сварить одновременно два шва, а второй лучше формирует шов и глубину проплавления;
  • правка полок. В процессе производства нарушается геометрия полок из-за нагрева металла, поэтому необходима правка грибовидности, а для этого балка на стане проходит через специальные ролики.
Применение комплексной производственной линии для производства балок двутавровых позволяет снизить время работ без потери качества и эксплуатационных характеристик изделий. Главными преимуществами линии является приемлемая стоимость, высокая производительность и автоматизация процессов.


Методы сварки балок с двутавровым сечением.


3D сверление Производители используют несколько методов сварки изделий, выбор которых зависит от оборудования и вида приспособлений. Для получения поясных длинных швов применяется автоматическая сварка под флюсом. В результате швы получаются отличного качества по всей длине балки. Применение жидкого флюса для сварки позволяет снизить себестоимость продукции, расплавленный металл медленнее остывает и минимизируется разбрызгивание металла из рабочей зоны.

Кроме этого метода, возможно использование дуговой (ручной и полуавтоматической) сварки. В этом способе применяются кондукторы в комплексе с зажимами, хомутами или прихватками. К недостаткам этого типа сварки относится большой расход расплавленного металла из-за его угара и разбрызгивания. Для производства балок с сечением в виде двутавра может выполняться сварка «встык», а для этого применяется следующее оборудование: консольное и портальное, сварочные манипуляторы и самоходные тракторы.

Особенностями консольного и портального оборудования является получение шва высокого качества и хорошая провариваемость изделий. Сварочные манипуляторы характеризуются универсальностью и надежностью, а их использование позволяет выполнять различные сварочные работы. Для производства двутавровых балок в небольшом количестве рационально применять специальные сварочные самоходные тракторы, которые характеризуются простой эксплуатацией. Портальная установка подходит для дуговой автоматизированной сварки на стапелях и под действием флюса. Состоит такая установка из портала (главный элемент с высокой жесткостью), сварочной головки, стапеля, рельсового пути и концевых выключателей.

Как правильно сварить двутавр

Балочные двутавры стандартных размеров производят в промышленных объемах, по индивидуальным чертежам изготавливают небольшие партии. Сварная балка состоит из трех элементов: двух стенок и промежуточного пояса. Она изготавливается из марочного листового проката, используется в высокопрочных металлоконструкциях. При небольших металлозатратах получаются надежные конструкции, выдерживающие разнонаправленные нагрузки за счет ребер жесткости.

Область применения

Быстровозводимые здания и сооружения создают с опорными и несущими металлическими каркасами, из них делают перекрытия, фермы. При использовании сварных двутавровых балок снижается вес строений, для них не нужен мощный фундамент.

Сварной двутавр характеризуется высокой прочностью, долговечностью, не подвержен усталостным разрушениям. Он применяется в тяжелом машиностроении, из него делают элементы, испытывающие большое давление, работающие на разрыв.

В отличие от двутавровых катанок, сварные не ограничены в размерах. Сваркой полос получают балки любого сечения и длины. Архитекторы не ограничены в полете фантазии.

В процессе изготовления двутавровых профилей образуется мало отходов. Их можно делать с полками и стенками из разных марок стали: в местах минимальных напряжений используют углеродистую сталь или перфорированные стальные листы, нагруженные части делают из легированного проката.

Виды металлических сварных балок

Налажено непрерывное производство двутавров различного назначения. По стандарту выделяют несколько видов балок двутаврового сечения:

  • с небольшой длиной полок по отношению к перегородке, они применяются для подвесных путей, перекрытий, укрепления шахтных выработок;
  • с пропорциональным размером перегородки и полок, они применяются при возведении опорных каркасов, армирования декоративных колонн.

По точности изготовления бывают двутавровые профили двух видов: обычные и высокоточные.

Технология производства сварных балок двутаврового сечения

Мелкие партии делают с применением электродуговой или аргоновой сварки в зависимости от марки металла, его способности свариваться.

Для изготовления сварных балок промышленным способом применяются специальные сварочные линии. Для защиты ванны расплава от окисления применяют флюсы.

Сварка балки в автоматическом режиме схожа с ручным изготовлением двутавра. Основные технологические этапы:

  1. раскрой листового проката на полосы необходимой ширины на терморезке с программным управлением, средняя скорость раскроя 1 м/мин.
  2. фрезерование торцов на торцефрезерных станках сокращает зазор стыка между стеной и полкой, улучшает качество сварки;
  3. процесс сборки двутавра осуществляется с большой скоростью на специальном станке, ленты металла фиксируют прижимные приспособления с гидравлическими усилителями; сначала делается т-образный стык, затем присоединяется вторая стенка; такую конструкцию удобно сваривать;
  4. сварные работы проводятся на автоматах портального типа двух видов: а) наклоненными электродами неглубоко проваривают сразу два шва; б) шов в «лодочку» создается поэтапно: сначала с одной стороны двутавровой перегородки, затем с другой; металл проваривается на большую глубину;
  5. завершающий этап – правка двутавровой балки на специальных роликах, устраняются небольшие перекосы, возникшие во время сборки и сварки профиля.

Производительность комплексных линий высокая, швы получаются прочные, процент брака невысокий.

Возможные дефекты

Во время сварки двутавровой балки из-за несоблюдения технологии возникает кристаллизация стали от высокой температуры. Из-за расхождения по фазам в металле возникают внутренние напряжения. Снижается прочность и жесткость, увеличивается риск корродирования.

При сварке стальных листов возможны и другие дефекты:

  • нарушение формы шва отклонение от формы наружных поверхностей или геометрии стыка;
  • прожоги, когда расплав вытекает из ванны, образуются дырки в шве;
  • подрезы – канавки вдоль границы соединения;
  • трещины, образующие в местах разрыва шва;
  • шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.

Металлоизделия с дефектами ненадежные, они не выдержат большой нагрузки на изгиб, кручение. Их отбраковывают и проваривают снова, если это возможно.

Сварка двутавровых балок между собой

Монтаж балочных металлоконструкций предусматривает соединение двутавров встык или под углом. Для усиления соединений используют металлические накладки – прямоугольники, вырезанные из листового проката.

Сварка балок встык проводится после обработки торцов. На них делают угловые скосы, чтобы шов хорошо проварился. Дополнительно на каждую из сторон стенок и обе полки обязательно крепят накладки, их приваривают для укрепления и защиты соединительного шва. При таком соединении несущая конструкция из двутавровых балок после сварки не снижается.

Под углом двутавры соединяют так, чтобы второстепенный опирался на главный. В верхней полке главного вырезают равнобедренный треугольник с вершиной в 90°. Его место займет аналогичная вставка второстепенного двутавра, срезы должны плотно прилегать друг к другу. Нижняя полка срезается на ½ ширины так, чтобы срез упирался в полку главной двутавровой балки. Сварка проводится заподлицо. Усиливается соединение нижней накладкой.

Второстепенный швеллер приваривается к опорному двутавру под углом 90°. Сначала стыкуют верхнюю полку швеллера с балочной полкой, срезая их под углом 45°. Нижние полки соединяются так, чтобы швеллер упирался в стенку двутавровой балки, лишнее срезается. Затем наваривается нижняя укрепляющая накладка.

В горизонтальном положении сварку проводить легче. Продольная ось искривляется минимально. При вертикальной сварке возможен прогиб поперечин, поэтому проводят разметку всех ребер жесткости.

Накладки для сварки двутавра выкраиваются в форме ромба, размещаются симметрично продольной оси. Обвариваются косыми швами по всему периметру. Накладки концентрируют напряжение у швов, компенсируя изменившуюся после сварки форму сечения.

Двутавровые балки рассчитывают на большую нагрузку. При работе с ними необходимо придерживаться разработанной технологии. Она учитывает распределение усилий по направляющим. Качественно выполненные сопряжения – залог долгой эксплуатации металлоконструкций.

Стальные балки, имеющие в поперечном сечении форму двутавра, сконструированы для универсального применения в машиностроении и строительстве. При изучении характера напряжений, возникающих в нагружаемых изделиях, имеющих сплошное сечение, была выявлена неравномерность их распределения.

Были определены участки сечения деталей, имеющие наибольшие значения напряжения. В результате этого возникла идея создания изделия с такой формой сечения, где масса металла сконцентрирована в наиболее нагруженных участках. Так появилось двутавровое сечение.

Изготовление и применение

Благодаря способности выдерживать большие нагрузки на изгиб в разных плоскостях, на сдвиг и кручение, стальные двутавровые балки составляют основу несущих конструкций быстровозводимых каркасных зданий и потолочных перекрытий.

Внутрицеховые грузоподъемные механизмы (кран-балки и мостовые краны) перемещаются по направляющим, изготовленным из балок двутаврового сечения.

Изготовление двутавровых балок осуществляется двумя способами:

  • методом проката цельных отливок. Такие двутавровые балки называются горячекатаными;
  • электродуговой сваркой предварительно раскроенных листовых заготовок, в результате чего получают сварную сборную двутавровую балку.

Горячекатаные двутавровые балки производятся на прокатных станах металлургических предприятий. Такая технология позволяет получить цельное изделие, не содержащее швов и обладающее высокой прочностью.

Сборку и сварку двутавровой балки осуществляют на автоматических линиях. Такая балка незначительно уступает цельнокатаной по прочности, но может быть выполнена по специальному заказу, с учетом требований конкретного проекта.

Производство горячекатаной двутавровой балки осуществляется в соответствии с ГОСТ 26020-83, сварной двутавр производители выпускают по своим собственным техническим условиям (ТУ).

Технология производства

В типовом варианте, двутавровая балка получают из трех листовых заготовок: стенки и двух полок, привариваемых к её торцам под прямым углом. Изготовление осуществляется на специализированных сборочных линиях, настроенных на выпуск балки определенного размера.

Заготовки перемещаются на специальных катках и предварительно закрепляются в нужном положении зажимными устройствами, оснащенными гидравлическим или пневматическим приводом.

На зафиксированном зажимным устройством участке собираемой балки делаются прихватки сваркой по поясному шву. После этого, балка перемещается по каткам, вновь закрепляется, и сваркой прихватывается следующий ее участок.

Поясной шов проваривается окончательно после того, как вся конструкция оказывается предварительно скреплённой сварными прихватками.

Сварка тавровых соединений стенки с полками осуществляется в автоматическом режиме под слоем флюса. Процесс автоматической сварки может выполняться разными приспособлениями. Это могут быть сварочные манипуляторы, горелки которых варят, перемещаясь по заданным траекториям посредством шарнирных соединений с несколькими степенями свободы.

Также могут применяться более простые устройства типа самоходных сварочных тракторов, гораздо больше подходящих для создания прямолинейных соединений.

Еще один класс устройств, способных автоматически сваривать поясные швы двутавровых балок, это консольные или портальные установки. В их состав, кроме собственно сварочного оборудования, входит аппаратура слежения и контроля качества сварного шва, а также устройства подачи флюса и последующей очистки шва от его остатков.

Такие установки осуществляют сварку под оптимальным углом, составляющим 45 °, чем обеспечивается наиболее благоприятное расположение сварочной ванны, и соответственно, высокое качество сварного шва.

Интенсивный нагрев заготовок в процессе сварки приводит к короблению полок. По этой причине процесс сборки двутавровых балок включает процедуру их выравнивания, осуществляемую на специальных машинах для исправления грибовидности.

На завершающей стадии изготовления производится фрезерная обработка торцов изделия.

Замена швеллерами

На практике при возведении строительных конструкций для получения двутаврового сечения иногда используется сварка швеллеров между собой. Если швеллеры применяются взамен предусмотренных проектом двутавровых балок, такая замена должна согласовываться.

Согласование использования альтернативного материала отражается изменениями, вносимыми в соответствующие разделы рабочего проекта. Возможность замены определяется по результатам поверочных расчётов на прочность, выполняемых проектировщиками.

Способ применяемой сварки швеллеров между собой также определяется расчётом. Это может быть сварка непрерывным или прерывистым швом, либо с применением соединительных накладок.

При сварке швеллеров непрерывным швом, в результате температурных деформаций металла, может произойти скручивание профиля. Избежать этого явления можно, применяя специальные струбцины, а также, накладывая сварочные швы небольшими участками, чередуя при этом стороны соединяемых профилей.

При необходимости удлинить такую конструкцию, осуществляют сварку швеллеров встык. Места стыковых сварочных швов швеллеров, образующих двутавр не должны совпадать друг с другом. Для усиления конструкции сварной шов можно укрепить с помощью накладки.

Способы соединения двутавров

При осуществлении монтажа балочных конструкций выполняются сварные соединения элементов в различных сочетаниях. Среди них можно выделить типовые способы соединение двутавровых балок.

Встык

Для соединения способом «встык» свариваемые фрагменты стыкуют предварительно обработанными торцами. Обработка состоит в том, что на торцевых срезах выполняют угловые скосы для более глубокой проварки соединения.

Учитывая несущие функции двутавровых балок, их соединение не ограничивается выполнением торцевых швов. Для усиления участка стыковки обычно применяют четыре накладки – по одной на каждую из полок, и по одной на каждую из сторон стенки.

Накладки представляют собой прямоугольники из листового металла. Они накладываются поверх соединительного шва, затем привариваются по периметру. Накладки на полки делают на всю ширину полки двутавровой балки, накладки на стенку – на всю высоту стенки.

Под прямым углом

Такое соединение осуществляется между главной и второстепенной несущими двутавровыми балками каркасной конструкции, находящимися на одном уровне. В этом соединении главная балка служит опорой второстепенной.

Сварочные работы выполняются в следующей последовательности. В верхней полке главной двутавровой балки делают вырез в форме равнобедренного треугольника с углом, близким к прямому.

Верхняя полка второстепенного двутавра вырезается под вставку в треугольный вырез главнойдвутавровой балки, а нижняя его полка срезается на величину половины ширины.

В результате должно получиться следующее. Плотное совмещение вырезов верхних полок двутавров, стыковка торца стенки второстепенной двутавровой балки с боковой поверхностью стенки главного двутавра и прилегание среза нижней полки второстепенной двутавровой балки к полке главного двутавра.

Полученное таким образом совместное закрепление заподлицо двух перпендикулярных двутавровых балок усиливается привариваемой снизу листовой накладкой.

Сваривание двутавра со швеллером под прямым углом

Это соединение выполняется, если второстепенной двутавровой балкой служит швеллер. Если стенки двутавра и швеллера одинаковы по высоте, можно поступить следующим образом.

Верхняя полка швеллера срезается род углом 45 °, на верхней полке двутавровой балки делается аналогичный по форме вырез. Нижняя полка швеллера отрезается с таким расчетом, чтобы при стыковке срез совместился с нижней полкой двутавра, а стенка швеллера уперлась в стенку двутавра. Так же, как и в предыдущем случае, соединение укрепляется накладкой снизу.

Инженерная мысль не стоит на месте. Кроме описанных технологий сварки могут применяться вновь созданные, на смену устаревающему сварочному оборудованию приходит обновленное, модернизированное или принципиально новое. Не исключено, что и традиционная сварка когда-нибудь уступит место другой технологии неразъемных соединений.

Специфика конструкций двутавровых балок обуславливает некую последовательность, которую необходимо соблюсти, когда необходимо соединить данные изделия. Обычно вариант сварки будет напрямую зависеть от технических характеристик металлопроката, а также типа используемого оборудования для соединения поясных швов стальной балки. Сегодня нашло широкое применение использование автоматов под флюсом.

Сварка балок двутаврового сечения

Как правило, технология процесса выглядит следующим образом:

  • Собирают балку из её трех базовых элементов: стенки и поясов;
  • Швы соединяют автоматом под флюсом;
  • Устанавливают поперечные ребра жесткости, а далее соединяют их между собой вручную или с помощью полуавтомата.

При этом следует понимать, что для начала соединяются узлы стыковки двутавровых балок, расположенных с одной стороны, в после наступает черед внутренних стыков поясов.

Далее идет стык стенки и внутренние стыки поясов уже с другой стороны. Что касается наружных стыков, то за них следует приниматься в последнюю очередь.

Работу по соединению металлопроката выполняют с использованием прихваток и хомутов, либо в специальном кондукторе. При сварке двутавров специалисты рекомендуют использовать механизированный или ручной дуговой метод. Но наибольшее распространение получил в настоящее время автоматизированное оборудование, которое с легкостью справляется с задачей.

Правила стыковки балок: инструкция к действию

При соединении двутавровых балок необходимо придерживаться следующих советов:

  1. Накладки на стенке изделия нужно располагать симметрично относительно продольной оси сечения профиля;
  2. В процессе работы накладки следует как можно плотнее притягивать к соединяемым деталям, используя при этом струбцины;
  3. Соединяемые балки нужно укладывать в одну линию, чтобы не допустить при этом переломов на стыке изделий, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости;
  4. Кромки накладок, которые перекрывают полки соединяемых изделий, обязаны быть параллельны кромкам стыкуемых деталей.

как изготавливается и собирается? + Видео

В настоящее время балка двутавровая сварная прочно вошла в строительную сферу, потеснив стандартные балки, элементы которых скреплялись между собой множеством болтов, штырей и заклепок, утяжелявших конструкцию зданий.

1 Сварная двутавровая балка – выгоды применения

Экономическая выгода от применения сварных двутавров для возведения сооружений и зданий дает возможность строительным предприятиям снижать себестоимость работ, гарантируя при этом уникальную надежность строений. Использование таких балок, как и разных видов швеллеров, обеспечивает оптимальную форму сечений и опор отдельных строительных элементов, снижающих общий вес конструкций из металла.

Каркасы из двутавров характеризуются очень высокой прочностью, как, впрочем, и любые другие элементы зданий – рабочие площадки, эстакады, межэтажные перекрытия и так далее. На данный момент сварные балки без преувеличения незаменимы при строительстве быстровозводимых сооружений, а также в сфере машиностроения. Популярность изделиям добавляет и то, что технология их изготовления весьма экономична. Производить сварные двутавры можно и мелкими партиями, и серийно.

В первом случае применяется малоэффективная, достаточно-таки примитивная оснастка, что ведет к удорожанию себестоимости готовой продукции.

Зато серийное изготовление сварной двутавровой балки на автоматических станах либо на поточных технологических линиях – экономически очень и очень выгодный процесс. Именно о серийном производстве двутавров на поточных производственных линиях, которые обычно оборудуются множеством специальных установок и приспособлений, обеспечивающих непрерывность процесса, мы и поговорим.

2 Производство сварной двутавровой балки

Данный процесс осуществляется в несколько последовательно идущих друг за другом стадий, каждая из которых на сегодняшний день идеально отработана:

  1. Создание заготовки. На агрегатах термической резки из листового металла изготавливаются необходимые по ширине и длине штрипсы. Современные предприятия работают на установках с ЧПУ, что позволяет одновременно производить раскрой стальных листов несколькими резаками. Конкретная скорость роспуска может составлять до 1 метра за 1 минуту – все зависит от того, какой толщины заготовка используется.
  2. Фрезеровка кромок. На кромкофрезерном станке осуществляется обработка кромок. Данная операция необходима для того, чтобы улучшить провар шва между стенкой двутавровой балки и ее полкой. Времени она занимает немного, а вот эффект от фрезеровки сказывается впоследствии, когда делается сборка и сварка двутавровой балки.
  3. Сборка заготовки. Выполняется она на специальных станах, увеличивающих производительность работ в 2–3 раза. Особое внимание при этом специалисты обращают на обеспечение взаимной перпендикулярности и симметрии расположения стенки двутавра и полки. Экономическая и техническая целесообразность применения сборочных станов обусловлена уникальной надежностью и реальным быстродействием механизма, отвечающего за грамотное и точное позиционирование деталей двутавра. Большинство предприятий используют установки с прижимными гидравлическими механизмами, так как закрепление балочных элементов с применением винтов и их последующее освобождение может потребовать немалых затрат времени. С технической точки зрения сборка балки осуществляется в две стадии. Сначала собирается Т-образный профиль, после чего его кантуют на 180 градусов, что дает возможность выполнять непосредственно сборку двутаврового изделия.
  4. Сварка двутавра. Об этом этапе мы подробно расскажем далее.
  5. Правка полок готового изделия. Операция необходима в связи с тем, что в процессе производства балки возникает эффект "грибовидности", вызываемый нагревом металла. Под таким явлением понимают нарушение геометрических форм полок двутавра. Исправить его несложно, достаточно пропустить изделие через специальный стан с большим количеством роликов, которые "подправят" нарушенную геометрию.

3 Сварка балок двутаврового сечения

Вид сборки двутавра определяется конструкцией и характером выбранного способа сварки поясных швов изделий, а также тем, какие приспособления используются. Как правило, поясные длинные швы на сборочных предприятиях сваривают автоматами под флюсом. Сначала изделие собирается из стенки и поясов, являющихся основными его элементами, затем производится скрепление его поясных швов.

После этого монтируются ребра жесткости, и осуществляется непосредственно сварка двутавровой балки (вручную либо с помощью полуавтоматического оборудования). Финальная сборка двутавра выполняется в специальном кондукторе или с применением прихваток и хомутов. В тех случаях, когда изделия изготавливают на автоматизированных линиях, технология сварки двутавровой балки становится менее затратной, причем получаемая продукция отличается идеальной надежностью.

Популярность использования жидкого флюса обусловлена тем, что он значительно улучшает процесс сварки. Нерасплавленный флюс находится под давлением. Это обеспечивает отсутствие явлений разбрасывания и разбрызгивания жидкого металла, что гарантирует беспроблемное образование качественного сварочного шва при высоких (до 4 тысяч Ампер) показателях силы тока.

При сварке открытой дугой из-за разбрызгивания и угара может теряться до 30 процентов металла. Если же выполняется сварка двутавровых балок встык под флюсом, потери составляют от силы два процента, а иногда и меньше (около 1 %). Кроме того, когда горячий металл остывает под флюсом, улучшается выход газа из-под его слоя за счет более медленного охлаждения расплавленной композиции.

4 Виды сварочных установок для сварки двутавров

Несомненно, наиболее оптимальным является процесс автоматического производства и сварки балок двутаврового сечения. Он гарантирует малые затраты на материалы, требуемые для сварочных работ, снижение числа добавочных операций (не нужно кантовать и позиционировать заготовки) и количества работников, принимающих участие в производственном процессе. Но кроме него сварка двутавровых балок между собой (в стык) может выполняться при помощи такого оборудования:

  • Сварочные манипуляторы. Они имеют высокий уровень автоматизации процесса, вполне рациональную конструкцию, могут дополнительно снабжаться навесным специальным оборудованием. На многих заводах на манипуляторы монтируют сварочные автоматические головки, которые способны работать в атмосфере инертных газов, углекислого газа и под жидким флюсом. Это позволяет предприятиям решать самые разные задачи в области сварки.
  • Сварочные самоходные трактора. Пожалуй, самый простой способ сварки двутавра. Но применять его имеет смысл исключительно для изготовления изделий небольшими партиями, при поточном производстве экономическая целесообразность трактора будет совсем маленькой.
  • Портальные и консольные установки. На них монтируются комплексы слежения за качеством сварного шва, системы подачи флюса, его переработки и удаления с агрегата. Отличный катет и провар шва на подобных установках достигается за счет того, что сварка производится под 45-градусным углом на стапелях.

Использование двутавровых балок и качественной арматуры для фундамента – гарантия строительства прочных и надежных зданий!

Как присоединить двутавровые балки друг к другу

Более надежный металлический профиль для возведения металлических конструкций – двутавр. Крепятся эти элементы друг к другу с помощью сварки встык между собой с целью создания конструкций межэтажных перекрытий несущего характера, куполов и арок. Плюс данного метода заключается в обеспечении высокой надежности соединения.

Особенности сварки двутавра

Вначале свариваются стыки и стенки двутавровых поясов. В двутавровых балках стыковые швы выполняют основную функцию. Для уменьшения остаточного напряжения нужно варить без закреплений в обрабатываемом месте. Надо постоянно наблюдать, чтобы между стыками кромок зазор был в допустимых пределах. В противном случае вся работа сведется на нет.

  1. Сваривание горизонтально. Выполняется легче, если поясные швы свариваются «в угол» 2-мя автоматами, а вертикальная стена располагается горизонтально. Ось в продольном направлении может искривиться на минимум, потому как прогиб по горизонтали почти удален благодаря обратному прогибу после сварки 2-й пары;
  2. Сваривание вертикально. Остаточный прогиб виден в там, где сделаны первый два шва. Когда сварные двутавровые соединения выполнены, проводится разметка поперечных ребер жесткости. Привариваются они механически или полуавтоматом;
  3. Для выполнения узла крепления одного отрезка двутавра к другому используются накладки. Чтобы установить накладки с 2-ух сторон от стенки и снаружи полок, они обрезаются ромбом и обварить косыми швами. Такие работы нужны, чтобы выступающие полки не мешали накладывать сварочный шов по стороне накладок. Советуется располагать накладки симметрично продольной оси балки. Данный метод – отличное решение для создания конструкций с незначительной нагрузкой. Причина кроется в концентрации напряжения у швов накладок, так как форма сечения меняется.

Правильное расположение осей можно проверить длинной линейкой. Если есть смещение, то оно запросто убирается клином. Нужный зазор выполняется сборочной планкой. Стык сваривается с помощью высококачественных электродов или под флюсом, также применяется полуавтомат.

Читайте интересное

Моментостойкие соединения - SteelConstruction.info

В данной статье рассматриваются моментные моментные соединения, которые используются при проектировании одноэтажных и многоэтажных зданий, в которых используются сплошные рамы.

В статье обсуждаются наиболее часто используемые типы соединений с сопротивлением моменту. Рассмотрено использование стандартных соединений для соединений балка-колонна и балка-балка, и представлен обзор процедур проектирования на основе Еврокода 3.Рассматриваются как болтовые, так и сварные соединения. Также представлены соединения колонн и основания колонн.

 

Типовые болтовые соединения балки с колонной концевой пластины

[вверху] Типы моментных соединений

Моментостойкие соединения используются в многоэтажных несвязных зданиях и в одноэтажных зданиях с портальным каркасом. Соединения в многоэтажных рамах, скорее всего, будут болтовыми, соединениями концевых пластин на всю глубину или соединениями с удлиненными концевыми пластинами.Там, где требуется более глубокое соединение, чтобы обеспечить более крупное плечо рычага для болтов, можно использовать соединение с вытяжкой. Однако, поскольку это приведет к дополнительному изготовлению, этой ситуации следует по возможности избегать.

Для конструкций портальной рамы почти всегда используются соединения с сопротивлением моменту на карнизе и вершине каркаса, поскольку в дополнение к увеличению сопротивления соединений, задняя часть увеличивает сопротивление стропила.

Наиболее часто используемые соединения с сопротивлением моменту - это болтовые соединения балки с колонной на концевой пластине; они показаны на рисунке ниже.

  • Концевая пластина удлиненная с усилением


Вместо болтовых соединений балка с колонной можно использовать сварные соединения. Эти соединения могут обеспечить полную непрерывность момента, но их производство дорого, особенно на месте. Сварные соединения балки с колонной могут быть изготовлены в производственном цехе с помощью болтового стыкового соединения внутри опоры балки в положении с меньшим изгибающим моментом.Сварные соединения также используются при строительстве зданий в сейсмоопасных зонах.

К другим типам соединений с сопротивлением моменту относятся:


Один аспект, который не рассматривается в этой статье, - это сварные соединения между полые секции. Однако руководство по проектированию сварных соединений для полых профилей Celsius®355 и Hybox®355 можно получить в Tata Steel.

[вверх] Совместная классификация

Проектирование стыков в стальных конструкциях в Великобритании регулируется BS EN 1993-1-8 [1] и его национальным приложением [2] .

BS EN 1993-1-8 [1] требует, чтобы соединения классифицировались по жесткости (как жесткие, полужесткие или номинально штифтовые) или по прочности (как полная прочность, частичная прочность или номинально штифтовые). Классификация жесткости актуальна для упругого анализа рам, классификация прочности - для рам, анализируемых пластически. Стандарт определяет модели соединений как простые, полунепрерывные или непрерывные, в зависимости от жесткости и прочности. Сопротивляющиеся моменту соединения обычно бывают жесткими и имеют полную или частичную прочность, и, таким образом, соединения являются непрерывными или полунепрерывными.

В большинстве ситуаций проектная идея заключалась в том, чтобы муфты, сопротивляющиеся моменту, были жесткими и моделировались как таковые при расчете рамы. Если бы соединения были фактически полужесткими, поведение соединения необходимо было бы учитывать при анализе рамы, но UK NA [2] не одобряет этот подход до тех пор, пока не будет накоплен опыт с численным методом расчета вращательной жесткости. .

Пункт 5.2.2.1 (2) BS EN 1993-1-8 [1] отмечает, что соединение может быть классифицировано на основе экспериментальных данных, опыта предыдущих удовлетворительных характеристик в аналогичных случаях или расчетов, основанных на испытании. свидетельство.

Национальное приложение Великобритании [2] предлагает дополнительные пояснения, а в NA.2.6 комментарии, что соединения разработаны в соответствии с SCI P207 [3] . (версия BS 5950 Зеленой книги по моментным соединениям) могут быть классифицированы в соответствии с рекомендациями в этой публикации.

SCI P207 [3] был обновлен с учетом BS EN 1993-1-8 [1] и был переиздан как SCI P398.

[вверх] Классификация жестких соединений

Соединения с правильными пропорциями, соответствующие рекомендациям по стандартизации, приведенным в SCI P398 и рассчитанные только на прочность, обычно можно считать жесткими для соединений в одноэтажных портальных рамах.Для многоэтажных несвязанных рам жесткость вращения является основополагающей для определения устойчивости рамы. Поэтому проектировщик должен либо оценить жесткость соединения (в соответствии с BS EN 1993-1-8 [1] ) и учесть это при проектировании рамы и оценке устойчивости рамы, либо, если при расчете рамы предполагались жесткие соединения. , убедитесь, что конструкция подключения соответствует этому предположению. Для соединения с торцевой пластиной можно предположить, что соединение является жестким, если удовлетворяются оба следующих требования:

  • Использование относительно толстых торцевых пластин и потенциально усиленного фланца колонны
  • Сила сдвига стеновой панели колонны не превышает 80% расчетного сопротивления сдвигу.Если это невозможно, следует использовать более прочную колонну или предусмотреть подходящее усиление.


Если невозможно предположить наличие жесткого соединения, соединение следует считать «полужестким», а гибкость соединений учитывается при оценке устойчивости рамы.

Моментно-резистивные соединения неизменно дороже в изготовлении, чем простые соединения (только срезанные). Хотя стоимость материалов компонентов в соединении (пластин, болтов и т. Д.) Может быть незначительной, моментные соединения обычно требуют большего количества сварки, чем другие соединения.Сварка - дорогостоящая операция, которая также требует осмотра после завершения сварных швов.

Местное усиление увеличивает дополнительные расходы: увеличение сопротивления основных элементов всегда следует рассматривать как экономичную альтернативу. Местное усиление часто затрудняет соединение с малой осью, что увеличивает дополнительные расходы.

Закручивания требуют большого количества сварочных работ и поэтому дороги. Когда они используются для увеличения сопротивления элемента, например, в стропилах портальной рамы, их использование оправдано, но бедра могут быть дорогостоящим вариантом, если они предусмотрены только для того, чтобы сделать возможным болтовое соединение.

[вверху] Стандартные соединения

Несмотря на то, что не существует стандартных соединений с моментным сопротивлением, принципы стандартизации остаются важными для структурной эффективности, рентабельности строительства и безопасности. Обычно рекомендуется следующее руководство, по крайней мере, для целей первоначального проектирования:

  • Болты M20 или M24 класса прочности 8,8, с полной резьбой
  • Болты с поперечным центром 90 или 100 мм (калибр)
  • Болты с шагом 90 мм по вертикали
  • Фитинги S275 или S355 (концевые пластины, стыковые пластины и ребра жесткости)
  • Торцевые пластины 20 мм с болтами М20; Торцевые пластины 25 мм с болтами M24.

[вверху] Болтовые соединения балки с колонной

Болтовые соединения концевой пластины между балками и колоннами двутаврового или двутаврового сечения, как показано на рисунке ниже, спроектированы с использованием подхода, описанного в BS EN 1993-1-8 [1] . Болтовые соединения торцевой пластины и соединения вершины, для которых используются аналогичные процедуры проектирования, рассматриваются в разделе, посвященном стыкам.

 

Типовые болтовые соединения балки с колонной концевой пластины

[вверх] Проектные основы

 

Усилия в соединении концевой панели

Сопротивление болтового соединения концевой пластины обеспечивается комбинацией сил растяжения в болтах, прилегающих к одному фланцу, и сил сжатия в подшипнике на другом фланце.Если в балке нет осевой силы, общие силы растяжения и сжатия равны и противоположны. Вертикальному сдвигу противодействуют болты в подшипнике и сдвиг; Обычно считается, что силам сопротивляется, в основном, болтами, примыкающими к компрессионному фланцу. Эти силы схематически показаны на рисунке справа.

В предельном состоянии центр вращения находится на фланце сжатия или рядом с ним, и для простоты конструкции можно предположить, что сопротивление сжатию сосредоточено на уровне центра фланца.

Самый дальний от сжатого фланца ряд болтов будет иметь тенденцию привлекать наибольшую силу растяжения, и в прошлом практика проектирования предполагала «треугольное» распределение сил пропорционально расстоянию от нижнего фланца. Однако, если либо фланец колонны, либо концевая пластина достаточно гибкие (как определено в NA.2.7 UK NA [2] ), что достигается пластичность, можно использовать полное сопротивление нижних рядов (это иногда его называют «пластическим распределением усилий в ряду болтов»).

  • Распределение усилий в болтах
  • Распределение «Пластик»

[вверх] Метод расчета

Полный метод проектирования соединения концевой пластины обязательно представляет собой итеративную процедуру: выбирается конфигурация болтов и, при необходимости, ребра жесткости; оценивается сопротивление этой конфигурации; затем конфигурацию модифицируют для большей устойчивости или большей экономии, в зависимости от ситуации; пересмотренная конфигурация повторно оценивается до тех пор, пока не будет достигнуто удовлетворительное решение.

Проверка сопротивления сварного соединения концевой пластины за семь этапов
ШАГ 1 Рассчитайте эффективное сопротивление растяжению рядов болтов. Это включает в себя расчет сопротивления болтов, торцевой пластины, полки колонны, стенки балки и стенки колонны. Эффективное сопротивление для любого ряда может быть таким же, как для изолированного ряда, или как части группы рядов, или может быть ограничено «треугольным» распределением от уровня сжатого фланца.


Завершением этого этапа является набор сопротивлений растяжению, одно значение для каждого ряда болтов и сумма всех рядов болтов для получения общего сопротивления зоны растяжения.

ШАГ 2 Рассчитайте сопротивления зоны сжатия стенки колонны с учетом силы сдвига в стенке колонны и полки балки.
ШАГ 3 Рассчитайте сопротивление сдвигу стенки колонны.
ШАГ 4 Если общее сопротивление растяжению превышает сопротивление сжатию (этап 2) или сопротивление сдвигу стенки колонны (этап 3), рассчитайте приведенное эффективное сопротивление растяжению для рядов болтов, если это необходимо для обеспечения равновесия.


Рассчитайте момент сопротивления. Это сумма произведений силы ряда болтов, умноженных на соответствующее плечо рычага, вычисленное от центра сжатия.

ШАГ 5 Рассчитайте сопротивление сдвигу рядов болтов. Сопротивление принимается как сумма полного сопротивления сдвигу нижнего ряда (или рядов) болтов (которые, как предполагается, не сопротивляются растяжению) и 28% сопротивления сдвигу болтов в зоне растяжения (при консервативном предположении, что они полностью используются в напряжении).
ШАГ 6 Проверьте соответствие всех ребер жесткости конфигурации.
ШАГ 7 Проверьте соответствие сварных швов в соединении. (Обратите внимание, что размеры сварных швов не имеют решающего значения на предыдущих этапах).


Компоненты, находящиеся на сжатии в прямом подшипнике, требуют только номинального сварного шва, если не требуется учитывать изменение момента.

 

Компоненты, подлежащие оценке в рамках процедуры проектирования

Проверка сопротивления сварного соединения концевой пластины с учетом каждого из компонентов, составляющих соединение, проиллюстрирована на рисунке справа и в прилагаемой таблице ниже.

Компоненты, подлежащие оценке в рамках процедуры проектирования
Зона Ссылка Компонент Процедура
Напряжение a Болт натяжной Шаг 1а
б Гибка торцевой пластины Шаг 1а
с Изгиб фланца колонны Шаг 1а
д Натяжение стенки балки Шаг 1b
e Натяжение полотна колонны Шаг 1b
f Приварной фланец к концевой пластине Шаг 7
г Стенка приварной к торцевой пластине Шаг 7
Горизонтальные ножницы ч Ножницы для стеновых панелей колонны Шаг 3
Компрессия j Обжимной фланец балки Шаг 2
к Приварной фланец балки Шаг 7
I Паутина колонны Шаг 2
Вертикальные ножницы м Стенка приварной к торцевой пластине Шаг 7
n Болт срезной Шаг 5
п. Болт опорный (пластинчатый или фланцевый) Шаг 5

Расчеты, соответствующие этапам проектирования, изложенным выше, подробно описаны в SCI P398, Раздел 2.5.

[вверх] Способы усиления

Тщательный выбор элементов во время проектирования часто позволяет избежать необходимости усиления соединения и приведет к созданию более рентабельной конструкции. Однако иногда нет альтернативы усилению одной или нескольких зон соединения. Диапазон используемых ребер жесткости показан на рисунках ниже.

               
 
               
 
 

Способы усиления

Тип усиления должен быть выбран таким, чтобы он не конфликтовал с другими компонентами при соединении.Это часто проблема обычных ребер жесткости, когда второстепенные балки соединяются со стенкой колонны.

Обычно существует несколько способов усиления каждой зоны, и многие из них могут способствовать преодолению недостатков в более чем одной области, как показано в таблице ниже.

Способы усиления колонн
Тип ребра жесткости колонны Дефицит
Лента в натяжении Фланец в подшипнике Паутина в сжатом состоянии Паутина на сдвиг
Горизонтальные ребра жесткости: Полная глубина
Частичная глубина
Дополнительные пластины стенки
Диагональные ребра жесткости (N & K)
Ребра жесткости Морриса
Опорные пластины фланца

[вверху] Сварные соединения балок с колоннами

Целью заводской сварной конструкции является обеспечение того, чтобы соединения главной балки с колонной выполнялись в заводских условиях и могли быть жесткими соединениями полной прочности.Для этого, сохраняя при этом размеры деталей достаточно малыми для транспортировки, к колоннам приваривают короткие отрезки секции балки. Соединение патрубка с остальной частью балки обычно выполняется с помощью болтового соединения крышки. Обратите внимание, что болтовые соединения должны использовать предварительно нагруженные болтовые сборки.

Типовая схема многоэтажного дома показана на рисунке ниже.

 

Соединения сварной балки с колонной

[наверх] Соединения заводские сварные

 

Заводской приварной штуцер балки

Типичное заводское сварное соединение, как показано на рисунке справа, состоит из короткого отрезка балки, приваренного на заводе к фланцам колонны, и конического патрубка, приваренного к внутреннему профилю колонны на другой оси.Заглушки подготавливаются для крепления болтами или приваривания с закрывающими пластинами, как правило, в местах, где изгибающий момент уменьшился.

Преимущества этого подхода:

  • Эффективные соединения с полной нагрузкой на момент - все сварочные работы с колонной выполняются в контролируемых условиях
  • Заготовку можно повернуть, чтобы избежать или свести к минимуму позиционную сварку.


Недостатки:

  • Больше соединений и, следовательно, более высокие затраты на изготовление
  • Заглушки «Дерево колонны» затрудняют перемещение и транспортировку компонента
  • Стыки балок должны быть закреплены болтами или сварены в воздухе на некотором расстоянии от колонны
  • Соединительные пластины и болты фланца могут мешать работе с некоторыми типами полов, такими как сборные элементы или металлический настил.
[вверх] Практические соображения
 

Колонна-манипулятор для приварки заглушек балки к колоннам

Сплошные угловые швы обычно используются для большинства балок малых и средних размеров с фланцами толщиной до 17 мм. Однако многие подрядчики по производству стальных конструкций предпочитают переходить на стыковые швы с частичным проплавлением с наложенными угловыми швами или стыковые швы с полным проплавлением, а не использовать угловые швы более 12 мм.

Чтобы обеспечить хороший доступ для сварки во время изготовления, валы колонн могут быть установлены в специальных манипуляторах и повернуты, чтобы облегчить сварку в нижнем положении к каждой заглушке.

[вверх] Метод расчета

В статически определенных рамах соединение частичной прочности, достаточное для сопротивления расчетному моменту, является удовлетворительным. Если рама является статически неопределенной, соединения должны обладать достаточной пластичностью, чтобы компенсировать любую неточность расчетного момента, возникающую, например, из-за несовершенства рамы или осадки опор.Для этого сварные швы в соединении должны быть прочными.

Проверка сопротивления сварного соединения балки с колонной в пять этапов
ШАГ 1 Рассчитайте расчетные усилия в полках балки на растяжение и сжатие. При определении этих сил наличием перемычки можно пренебречь.
ШАГ 2 Рассчитайте сопротивления в зоне растяжения и проверьте их соответствие.Если для колонны без жесткости сопротивление недостаточное, определите сопротивление для колонны с усиленной жесткостью и проверьте его адекватность. Обычно требуются ребра жесткости фланца колонны.
ШАГ 3 Рассчитайте сопротивления в зоне сжатия и проверьте их соответствие. Если для колонны без жесткости сопротивление недостаточное, определите сопротивление для колонны с усиленной жесткостью и проверьте его адекватность.
ШАГ 4 Проверьте соответствие панели стенки колонны сдвигу.Если неупрочненная панель недостаточна, она может быть усилена, как в случае соединения с торцевой пластиной.
ШАГ 5 Проверьте соответствие сварных швов фланцам и стенке.
 

Компоненты, подлежащие оценке в рамках процедуры проектирования

Проверка сопротивления соединения сварной балки с колонной с учетом каждого из компонентов, составляющих соединение, проиллюстрирована на рисунке справа и указана в прилагаемой таблице ниже.

Компоненты, подлежащие оценке в рамках процедуры проектирования
Зона Ссылка Компонент Процедура
Напряжение a Фланец балки Шаг 2
б Паутина колонны Шаг 2
Сжатие с Фланец балки Шаг 3
д Паутина колонны Шаг 3
Горизонтальные ножницы и Ножницы для стеновых панелей колонны Шаг 4
Сварные швы ф, г Фланцевые швы Шаг 5
ч Перемычка Шаг 5

Расчеты, соответствующие этапам проектирования, изложенным выше, подробно описаны в разделе 3 SCI P398.4.

[вверху] Соединители

Конструкция стыков балок и колонн между двутавровыми или двутавровыми профилями, на которые действуют изгибающий момент, осевое усилие и поперечное усилие сдвига, включает следующие типы стыков:

  • Соединение накладки на болтах
  • Соединение концевой пластины на болтах
  • Соединения сварные.


Конструкция соединенных болтами соединений колонн, которые подвергаются преобладающим сжимающим силам, описана в статье о простых соединениях и более подробно в SCI P358.

[вверху] Соединители накладки на болтах

[вверху] Детали подключения
 

Типовые соединения крышек с болтовым соединением

На рисунке показаны типичные соединения крышки с болтовым креплением.

В стыке балок есть небольшой зазор между двумя концами балки. Для небольших секций балки для полок и стенки может быть достаточно одинарных крышек. Для симметричных поперечных сечений обычно используется симметричное расположение накладок независимо от относительных величин расчетных усилий во фланцах.

Соединения колонн могут быть опорными или ненесущими. Руководство по проектированию стыков колонн подшипникового типа приведено в SCI P358. Ненесущие стыки колонн могут быть устроены и выполнены как стыки балок.

[вверх] Основа конструкции

Стык балки (или стык не несущей колонны) противостоит сопутствующему расчетному моменту, осевому усилию и сдвигу в балке за счет сочетания сил растяжения и сжатия в накладках фланца и сдвиговых, изгибающих и осевых сил в перемычке. тарелки.

Чтобы получить классификацию жестких соединений, соединения должны быть спроектированы как противоскользящие соединения. Обычно необходимо обеспечить сопротивление скольжению только в SLS (категория B согласно BS EN 1993‑1‑8 [1] , 3.4.1), хотя, если требуется жесткое соединение в ULS, необходимо обеспечить сопротивление скольжению в ULS. (Подключение категории C).

В конструкциях, подвергнутых упругому анализу, стыки крышек на болтах не требуются для обеспечения полной прочности секции балки, а только для обеспечения достаточного сопротивления расчетным моментам и силам в месте стыка.Однако обратите внимание, что когда стыки расположены в элементе вдали от положения бокового ограничения, необходимо учитывать расчетный изгибающий момент вокруг малой оси сечения, представляющий эффекты второго порядка.

[вверху] Жесткость и непрерывность

Соединения должны иметь достаточную непрерывность по обеим осям. Поэтому фланцевые пластины должны быть, по крайней мере, такими же по ширине и толщине, что и полки балки, и должны выходить на минимальное расстояние, равное ширине полки или 225 мм, по обе стороны от стыка.Минимальные требования к прочности приведены в BS EN 1993-1-8 [1] , пункт 6.2.7.1 (13) и (14). Разработчикам также следует обратиться к примечанию AD393 SCI Advisory Desk.

[вверх] Метод расчета

Процесс проектирования стыка балок включает выбор размеров закрывающих пластин и конфигурации болтов, которые обеспечат достаточное расчетное сопротивление стыка. Этот процесс состоит из нескольких этапов, которые описаны ниже.

Процесс проектирования стыка балок, состоящий из пяти этапов
ШАГ 1 Рассчитайте расчетные силы растяжения и сжатия в двух фланцах из-за изгибающего момента и осевой силы (при наличии) в месте стыка.Эти силы можно определить на основе распределения упругих напряжений в сечении балки или, консервативно, игнорируя вклад стенки.


Рассчитайте усилия сдвига, осевые силы и изгибающий момент в закрывающих пластинах полотна. Изгибающий момент в накладках - это та часть момента на всем сечении, которая переносится стенкой (независимо от любого консервативного перераспределения на фланцы - см. BS EN 1993-1-8 [1] , 6.2.7.1 (16)) плюс момент из-за эксцентриситета группы болтов, сопротивляющейся сдвигу от осевой линии стыка.
Рассчитайте силы в отдельных болтах.

ШАГ 2 Определите сопротивления болтов и проверьте их соответствие на фланцах и в стенке.
ШАГ 3 Проверьте соответствие натяжного фланца на стыке и крышках.
ШАГ 4 Убедитесь, что прижимной фланец соответствует стыку и закрывающим пластинам.
ШАГ 5 Убедитесь, что существует минимальное сопротивление для непрерывности луча.
 

Проверяемые компоненты сращивания

Вышеупомянутые шаги включают определение значений сопротивления 11 отдельных компонентов болтового соединения, как показано на рисунке справа и перечислено в прилагаемой таблице ниже.

Проверяемые соединительные элементы
Зона Ссылка Компонент шаг
Напряжение a Крышка (и) фланца 3
б Болт срезной 2
с Болт подшипник 2
д Фланец 3
Компрессия и Фланец 4
f Крышка (и) фланца 4
г Болт срезной 2
ч Болт подшипник 2
Ножницы j Заглушка (и) полотна 1
к Болт срезной 1
л Болт подшипник 1

Расчеты, соответствующие этапам проектирования, изложенным выше, подробно описаны в разделе 4 SCI P398.2.

[вверху] Соединения концевых пластин на болтах

[вверху] Детали подключения
 

Типовые соединения концевой пластины на болтах

Болтовые соединения концевых пластин в виде стыков или вершин в портальных рамах фактически представляют собой сторону балки соединений балка-колонна, зеркально отражаясь, образуя пару. Эта форма соединения имеет преимущество перед типом крышки в том, что не требуются болты с предварительным натягом (и, как следствие, необходимая подготовка контактных поверхностей).Однако они менее жесткие, чем детали стыковки накладок.

Соединение «бедра на вершине портала» регулярно используется в каркасах одноэтажного портала и обычно считается «жестким» для целей глобального анализа упругости.

[вверх] Метод расчета

Метод проектирования в основном тот, что описан для соединений балка с колонной, без оценки сопротивления колонны. Соответствующие шаги и соответствующие вычисления описаны в SCI P398, Раздел 4.3.

[вверх] Моментные соединения между балками

[вверху] Детали подключения

Соединения балок, проходящих через балку, обычно выполняются с использованием соединений концевых пластин с помощью болтов без предварительного натяжения; типичные детали показаны на рисунке ниже. Болты без предварительного натяга могут использоваться, когда есть только концевые пластины, но когда также используется крышка, следует использовать болты с предварительным натягом, чтобы предотвратить проскальзывание при ULS.

  • Типовая балка, проходящая через стыки балок
[вверх] Метод расчета

Если крышка отсутствует, можно использовать метод расчета стыков концевой пластины.Если используется закрывающая пластина, она должна быть спроектирована так же, как стыковка закрывающей пластины; консервативно можно предположить, что болты концевой пластины несут только вертикальный сдвиг.

Соединение между пластиной и крышкой опорной балкой, как правило, только номинальной, как и момент передается в кручении к опорной балке, как правило, весьма скромный.

Соответствующие шаги и соответствующие вычисления описаны в SCI P398, Раздел 4.4.

[вверху] Сварные соединения

[вверху] Детали подключения
 

Типовые соединения сварных балок

Сварные стыки в цехах часто используются для соединения более коротких отрезков, поставляемых с заводов или складов.В этих условиях сварные швы неизменно получают «полную прочность» путем стыковой сварки фланцев и стенки. В перемычке могут быть сформированы небольшие угловые отверстия для облегчения сварки фланца.

 

Типовые сварные соединения колонн

Если соединяемые секции не относятся к одной и той же «прокатке» и, следовательно, немного различаются по размеру из-за допусков прокатки, между двумя секциями обычно предусматривается разделительная пластина.При соединении компонентов другого серийного размера этим методом требуется ребро жесткости стенки в большей секции (выровненное с фланцем меньшей секции), или может быть предусмотрена задняя часть, соответствующая глубине большего размера.

Соединение на месте может быть выполнено с помощью заглушек, приваренных угловым сварным швом, в качестве альтернативы детали, приваренной встык. В заглушках полотна могут быть предусмотрены болты для временного соединения во время монтажа.

[вверх] Основа конструкции

Для сварных стыков общими расчетными основами являются:

  • Для статически неопределимых рам, независимо от того, спроектированы ли они пластически или упруго, необходимо обеспечить сварные швы полной прочности на фланцах и стенке
  • В статически определенных рамах соединения могут быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать расчетный момент, который меньше, чем сопротивление моменту элемента, и в этом случае:
    • Фланцевые сварные швы должны быть рассчитаны на сопротивление силе, равной расчетному моменту, деленному на расстояние между центрами тяжести фланца.
    • Сварные швы стенки должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать расчетный сдвиг.
    • Если имеется осевое усилие, оно должно распределяться между фланцами и сварными швами, рассчитанными на это усилие в дополнение к усилию, создаваемому расчетным моментом.


Требование полной прочности для неопределенного материала необходимо для обеспечения того, чтобы стык был достаточно прочным, чтобы компенсировать любую неточность расчетного момента, возникающую, например, из-за несовершенства рамы, аппроксимации моделирования или осадки опор.

[вверх] Основания колонн

 

Типичная опорная плита колонны без жесткости

Пример основания колонны, способного передавать момент и осевую силу между стальными элементами и бетонными опорными конструкциями в основании колонн, показан на рисунке слева. Пример показывает столбец базу с неукрепленной опорной плитой. Окоченевшее соединение опорной плиты и основание колонн, отлитое в карманах и другие варианты.Однако жесткие базовые соединения обычно не используются из-за связанных с этим затрат на фундамент.

[вверх] Проектные основы

Конструктивно соединение основания колонны представляет собой болтовое соединение с торцевой пластиной с некоторыми особенностями:

  • Осевые силы более важны, чем обычно в соединениях концевых пластин.
  • При сжатии расчетная сила распределяется по площади контакта сталь-бетон, которая определяется прочностью бетона и набивочного раствора или раствора.
  • При растяжении сила передается прижимными болтами, закрепленными в бетонном основании.


Как следствие, неподкрепленная опорная плита имеет тенденцию быть очень толстой по сравнению с концевыми плитами соединений балка-колонна.

Чаще всего момент может действовать в любом направлении, и выбираются симметричные детали. Однако могут быть обстоятельства, например некоторые портальные рамы, в которых могут быть уместны асимметричные детали.

Обычно требуется, чтобы соединение передавало горизонтальный сдвиг за счет трения или посредством болтов.Это не разумно, что горизонтальный сдвиг распределяется равномерно на все болты, проходящих через отверстие в клиренсе опорной плиты, если шайба пластина не приварена над болтами в конечном положении. Если горизонтальный сдвиг является большим, сдвиг заглушки приварены к нижней стороне опорной плиты может быть более подходящими. Во всех случаях затирка основания является критической операцией и требует особого внимания.

[вверх] Метод расчета

Процесс проектирования требует итеративного подхода, в котором выбирают пробный базовый размер пластины и конфигурация болта и сопротивлений в диапазоне от комбинированного осевого усилия и момента затем оценки.Соответствующие шаги и соответствующие вычисления описаны в SCI P398, Раздел 5.5.

[вверху] Классификация соединений основания колонны

Жесткость базового соединения обычно имеет большее значение для рабочих характеристик рамы, чем другие соединения в конструкции. Большинство незакрепленных опорных пластин существенно жестче, чем типичная деталь концевой пластины. Толщина опорной пластины и предварительного сжатия из колонки способствуют этому. Однако ни одно базовое соединение не бывает жестче, чем фундамент и, в свою очередь, грунт, на который передается его момент.Многое может зависеть от характеристик этих других компонентов, в том числе от склонности к ползучести при длительной нагрузке. Базовое соединение нельзя рассматривать как «жесткое», если бетонное основание, к которому оно присоединяется, не является относительно жестким. Часто это становится очевидным при осмотре.

[вверх] Список литературы

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 BS EN 1993-1-8: 2005.Еврокод 3: Проектирование металлоконструкций. Дизайн стыков, BSI
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 NA согласно BS EN 1993-1-8: 2005. Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Дизайн стыков, BSI
  3. 3,0 3,1 P207 Соединения в стальных конструкциях: Моментные соединения, SCI, 1995

[вверх] Дополнительная литература

  • Руководство дизайнера по металлу, 7-е издание. Редакторы Б. Дэвисон и Г. В. Оуэнс.Институт стальных конструкций 2012, Глава 28
  • Архитектурный дизайн из стали - Требилкок П. и Лоусон Р. М., опубликованные Spon, 2004 г.

[вверху] Ресурсы

[вверху] См. Также

Welding - SteelConstruction.info

Сварка - это основная деятельность на заводе-изготовителе, которую осуществляют квалифицированные специалисты, работающие в системе управления качеством сварки под контролем ответственного координатора сварки. Он используется для подготовки стыков к подключению в магазине и на месте, а также для крепления других приспособлений и фурнитуры.На заводе-изготовителе для различных видов деятельности используются разные методы сварки.

По сути, в процессе сварки используется электрическая дуга для выработки тепла для плавления основного материала в соединении. Отдельный присадочный материал, поставляемый в качестве расходуемого электрода, также плавится и соединяется с основным материалом, образуя расплавленную сварочную ванну. По мере того, как сварка продолжается вдоль соединения, сварочная ванна затвердевает, сплавляя основной металл и металл сварного шва. Для заполнения стыка или нарастания сварного шва до проектного размера может потребоваться несколько проходов или проходов.

 

Сварка
(Изображение любезно предоставлено William Haley Engineering Ltd.)

[вверх] Принципы дуговой сварки металлом

 

Терминология области сварного шва

Сварка - это сложное взаимодействие физических и химических наук. Правильное определение металлургических требований и разумное практическое применение являются предпосылкой для успешной сварки плавлением.

В процессе дуговой сварки металлическим электродом используется электрическая дуга для выработки тепла для плавления основного материала в соединении. Отдельный присадочный материал, поставляемый в качестве расходуемого электрода, также плавится и соединяется с основным материалом, образуя расплавленную сварочную ванну. Сварочная ванна подвержена атмосферному загрязнению и, следовательно, нуждается в защите во время критической фазы замерзания жидкости и твердого тела. Защита достигается либо за счет использования защитного газа, за счет покрытия бассейна инертным шлаком, либо за счет комбинации обоих действий.

В процессах с защитным газом от удаленного источника поступает газ, который подается на сварочную дугу через горелку или горелку. Газ окружает дугу и эффективно исключает атмосферу. Точный контроль необходим для поддержания подачи газа с соответствующей скоростью потока, так как слишком большое количество может вызвать турбулентность и засасывать воздух, а может быть настолько же вредно, насколько и слишком мало.

В некоторых процессах используется флюс, который плавится в дуге для образования шлакового покрытия, которое, в свою очередь, покрывает сварочную ванну и защищает ее во время замерзания.Шлак также затвердевает и самораспускается или легко удаляется легким скалыванием. Действие плавления флюса также создает газовый экран для защиты.

По мере того, как сварка продолжается вдоль стыка, сварочная ванна затвердевает, сплавляя основной металл и металл сварного шва. Для заполнения стыка или нарастания сварного шва до проектного размера может потребоваться несколько проходов или проходов.

Тепло от сварки вызывает металлургические изменения в основном материале, непосредственно примыкающем к границе или линии плавления.Эта область изменения известна как зона термического влияния (HAZ). Общая терминология, используемая в области сварного шва, проиллюстрирована справа вверху.

Сварочные операции требуют надлежащего технологического контроля со стороны компетентных сварщиков, чтобы гарантировать достижение проектных характеристик, минимизировать риск дефектных соединений, вызванных низким качеством сварки, и предотвратить образование склонных к образованию трещин микроструктур в ЗТВ.

[вверх] Виды сварных соединений

Большинство конструкционных сварных соединений выполняется на заводе-изготовителе и описывается как стыковые или угловые швы.Сварка на месте также возможна, и руководство по вопросам сварки на месте доступно в GN 7.01.

[вверху] Стыковые сварные швы

 

Макрос клиновидного стыкового шва
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

Стыковые сварные швы обычно представляют собой стыковые соединения катаных профилей или стыковые соединения листов на стенках и фланцах, чтобы приспособиться к изменению толщины или восполнить доступный материал по длине.Положения этих стыковых швов допускаются при проектировании, хотя ограничения доступности материалов или схема монтажа могут потребовать согласования различных или дополнительных сварных швов. Тройники, приваренные встык, могут потребоваться, если при поперечных соединениях возникают значительные нагрузки или усталость.

Стыковые швы - это сварные швы с полным или частичным проплавлением, выполняемые между материалами со скошенными или скошенными кромками. Стыковые швы с полным проплавлением предназначены для передачи всей прочности сечения.Как правило, эти соединения можно сваривать с одной стороны, но по мере увеличения толщины материала желательна сварка с обеих сторон, чтобы уравновесить эффекты деформации, с операцией обратной строжки и / или обратной шлифовки в процессе для обеспечения целостности корень шва. Односторонние стыковые сварные швы с подкладными полосами из керамики или прочной стали обычно используются для соединения больших площадей пластин (например, стальных пластин настила) и там, где есть закрытые коробчатые секции, трубы или элементы жесткости, к которым можно получить доступ для сварки только с одного боковая сторона.Расчетная толщина горловины определяет глубину проплавления, необходимую для швов с частичным проплавлением. Обратите внимание, что соображения усталости могут ограничивать использование сварных швов с частичным проплавлением, особенно на мостах. Руководство по подготовке к сварке доступно в GN 5.01.

Следует приложить все усилия, чтобы избежать стыковой сварки приспособлений из-за затрат, связанных с подготовкой, временем сварки, более высоким уровнем квалификации сварщиков и более строгими и трудоемкими требованиями к испытаниям. Кроме того, стыковые швы имеют тенденцию иметь большие объемы наплавленного металла шва; это увеличивает эффект усадки сварного шва и приводит к более высокому уровню остаточного напряжения в соединении.Чтобы уравновесить усадку и распределить остаточное напряжение, минимизируя таким образом деформацию, необходима тщательная последовательность сварочных операций.

Иногда бывает необходимо обработать стыковые сварные швы заподлицо по причинам усталости, или для улучшения дренажа стальных балок, устойчивых к атмосферным воздействиям, или для улучшения режима испытаний. Следует избегать зачистки заподлицо только по эстетическим соображениям, потому что трудно обработать поверхность так, чтобы она соответствовала смежной поверхности после прокатки, и результат часто более визуально заметен, чем исходный сварной шов.Кроме того, шлифование представляет собой дополнительную опасность для здоровья и безопасности, которую лучше избегать по мере возможности. Правка стыковых сварных швов до гладкой поверхности обычно не требуется для строительных стальных конструкций, поскольку обычно они не подвержены усталости.

  • Пример обработанного стыкового шва с гладкой поверхностью и сливными пластинами
  • (изображения любезно предоставлены Mabey Bridge Ltd.)

[вверх] Угловые швы

 

Макрос однопроходного углового сварного шва
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

В большинстве сварных соединений в зданиях и мостах используются угловые швы, обычно в форме тройника. Обычно они включают концевую пластину, ребра жесткости, опорные и распорные соединения с катаными профилями или плоскими балками, а также соединения стенки с фланцем на самих пластинчатых балках. Их относительно просто подготовить, сварить и испытать в обычных конфигурациях, при этом главным соображением является сборка стыков.

В S275 полная прочность сталей также развивается в угловых сварных швах и сварных швах с частичным проплавлением с вышележащими угловыми швами при условии, что такие сварные швы симметричны, выполнены с использованием правильных расходных материалов и сумма сварных швов равна толщине элемента, который сварные швы стыкуются.

Размеры сварных швов должны быть указаны на чертежах проекта вместе с любыми специальными требованиями классификации усталости. BS EN ISO 22553 [1] предписывает правила использования символов для детализации сварных соединений на чертежах.

Обращается внимание на тот факт, что в традиционной британской практике для определения размера углового сварного шва обычно используется длина ветви, но это не универсально: в европейской практике используется толщина горловины и BS EN 1993-1-8 [2] дает требования относительно размера горла, а не длины ноги.Проектировщик должен быть осторожен, чтобы убедиться, что ясно, какой размер указан, и что все стороны должны знать, что было указано.

[вверх] Процессы

Важными факторами, которые подрядчик по изготовлению металлоконструкций следует учитывать при выборе процесса сварки, являются способность выполнять проектные требования и, с точки зрения производительности, скорость наплавки, которая может быть достигнута, а также рабочий цикл или эффективность процесса. (Эффективность - это отношение фактического времени сварки или дуги к общему времени, в течение которого сварщик или оператор занят выполнением сварочного задания.Общее время включает настройку оборудования, очистку и проверку выполненного шва.)

Ниже описаны четыре основных процесса сварки, которые регулярно используются в производстве стальных конструкций в Великобритании. Номера процессов определены в BS EN ISO 4063 [3] . Различные варианты этих процессов были разработаны для соответствия методикам и возможностям отдельных производителей, и другие процессы также имеют место для конкретных приложений, но выходят за рамки данной статьи.

[вверх] Металлоактивная газовая сварка (MAG), процесс 135

 

Сварка MAG
(Изображение любезно предоставлено Kiernan Structural Steel Ltd.)

MAG-сварка сплошным проволочным электродом - это наиболее широко используемый процесс с ручным управлением для заводских производственных работ; иногда это называют полуавтоматической сваркой или сваркой CO 2 . Сплошной проволочный электрод из сплошной проволоки пропускается через устройство подачи проволоки к «пистолету», который обычно удерживает и управляет оператором. Питание подается от источника выпрямителя или инвертора по соединительным кабелям к устройству подачи проволоки и кабелю горелки; электрическое подключение к проводу осуществляется через контактный наконечник на конце пистолета.Дуга защищена защитным газом, который направляется в зону сварки через кожух или сопло, окружающее контактный наконечник. Защитные газы обычно представляют собой смесь аргона, диоксида углерода и, возможно, кислорода или гелия.

Хорошая производительность наплавки и рабочий цикл можно ожидать от процесса, который также можно механизировать с помощью простых моторизованных тележек. Газовая защита может быть сдута сквозняками, что может вызвать пористость и возможные вредные металлургические изменения в металле сварного шва.Таким образом, этот процесс лучше подходит для заводского производства, хотя он используется на месте, где могут быть предусмотрены эффективные укрытия. Также он более эффективен в плоском и горизонтальном положениях; Сварные швы в других положениях наплавляются с более низкими параметрами напряжения и силы тока и более подвержены дефектам плавления.

 

Металлоактивная газовая сварка (МАГ), процесс 135

Металлоактивная газовая сварка (MAG), процесс 135

MAG-сварка электродом с флюсовой сердцевиной, процесс 136 представляет собой разновидность, в которой используется то же оборудование, что и MAG-сварка, за исключением того, что плавящийся проволочный электрод имеет форму трубки малого диаметра, заполненной флюсом.Преимущество использования этих проволок состоит в том, что можно использовать более высокие скорости наплавки, особенно при сварке в вертикальном положении (между двумя вертикальными поверхностями) или в верхнем положении. Наличие тонкого шлака помогает преодолевать силу тяжести и позволяет наносить сварные швы в местах с относительно высокими током и напряжением, тем самым снижая вероятность дефектов плавления. Добавки флюса также влияют на химию сварного шва и, таким образом, улучшают механические свойства соединения.

[вверху] Ручная дуговая сварка металлом (MMA), процесс 111

Этот процесс остается наиболее универсальным из всех сварочных процессов, но его использование в современной мастерской ограничено.Трансформаторы переменного тока, выпрямители постоянного тока или инверторы подают электроэнергию по кабелю на электрододержатель или клещи. Проволочный электрод с флюсовым покрытием (или «стержень») вставляется в держатель, и сварочная дуга возникает на кончике электрода, когда он ударяется о заготовку. На острие электрода плавится, образуя ванну расплава, которая сливается с основным материалом, образуя сварной шов. Флюс также плавится, образуя защитный шлак и создавая газовый экран, предотвращающий загрязнение сварочной ванны по мере ее затвердевания.Добавки флюса и сердечник электрода используются для влияния на химический состав и механические свойства сварного шва.

Обычно используются электроды с основным покрытием, контролируемым водородом. Эти электроды необходимо хранить и обращаться с ними в соответствии с рекомендациями производителя расходных материалов, чтобы сохранить их низкие водородные характеристики. Это достигается либо путем использования сушильных шкафов и подогреваемых колчанов для хранения и обработки продукта, либо путем приобретения электродов в герметичных упаковках, специально разработанных для поддержания низкого уровня водорода.

Недостатками процесса являются относительно низкая скорость осаждения и высокий уровень отходов, связанных с непригодными для использования концевыми штырями электродов. Тем не менее, он остается основным процессом для сварки на стройплощадке и для труднодоступных мест, где громоздкое оборудование не подходит.

 

Ручная дуговая сварка металлом (MMA), процесс 111

Ручная дуговая сварка металлом (MMA), процесс 111

[вверх] Дуговая сварка под флюсом (SAW), процесс 121

 

Оперативная сварка под флюсом
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

Это, вероятно, наиболее широко используемый процесс для сварки угловых швов перемычки между стенкой и фланцем и стыковых сварных швов на линии толстой пластины для получения отрезков длины фланца и стенки. В процессе процесса непрерывный провод подается через контактный наконечник, где он обеспечивает электрический контакт с мощностью от выпрямителя, в зону сварки, где он изгибается и образует ванну расплава. Сварочная ванна заполняется флюсом, подаваемым из бункера. Флюс, непосредственно покрывающий расплавленную сварочную ванну, плавится, образуя шлак и защищая сварной шов во время затвердевания; излишки флюса собираются и повторно используются.По мере остывания шва шлак замерзает и отслаивается, оставляя высококачественные профильные швы.

Этот процесс по своей природе более безопасен, чем другие процессы, так как дуга полностью покрывается во время сварки, отсюда и термин дуга под флюсом. Это также означает, что требования к личной защите меньше. Высокая производительность наплавки - особенность процесса, поскольку он обычно механизируется на портальных установках, тракторах или другом специализированном оборудовании. Это позволяет контролировать параметры и дает рекомендации по точному размещению сварных швов.

 

Сварка под флюсом (SAW), процесс 121

Сварка под флюсом (SAW), процесс 121

[вверх] Приварка шпилек методом вытяжной дуги 783

Композитные мосты требуют приваривания соединителей со срезной шпилькой к верхнему фланцу пластинчатых или коробчатых балок и в других местах, где требуется композитное воздействие стали на бетон, например.грамм. на интегральных абатментах. В зданиях композитные балки требуют приварки соединителей срезных шпилек к элементам либо непосредственно к верхнему фланцу, либо чаще через постоянный настил из оцинкованной стали на композитных полах, где верхний фланец балки остается неокрашенным.

  • Сварка шпильки на балке моста
    (Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

  • Приварка сквозных шпилек
    (Изображение любезно предоставлено Structural Metal Decks Ltd.)


Метод приварки шпилек известен как процесс с натянутой дугой, и требуется специальное оборудование в виде мощного выпрямителя и специального пистолета. Шпильки загружаются в пистолет, и при электрическом контакте с изделием концы с наконечниками изгибаются и плавятся. Продолжительность дуги рассчитана так, чтобы между концом стержня и основным материалом установилось расплавленное состояние. В нужный момент пистолет погружает шпильку в сварочную ванну.Керамическая манжета окружает шпильку для защиты и поддержки сварочной ванны, стабилизации дуги и формования смещенной сварочной ванны для формирования сварной манжеты. Когда сварной шов затвердевает, обойма отслаивается. У удовлетворительных сварных швов обычно есть ровная, яркая и чистая буртика, полностью охватывающая шпильку.

 

Приварка шпилек методом вытяжной дуги 783

[вверху] Технические требования к процедуре сварки

Чертежи детализируют конструктивную форму, выбор материала и указывают сварные соединения.Подрядчик по изготовлению металлоконструкций выбирает методы сварки каждой конфигурации стыка, обеспечивающие требуемые характеристики. Прочность, вязкость разрушения, пластичность и усталость являются важными металлургическими и механическими свойствами, которые необходимо учитывать. Тип соединения, положение сварки, производительность и требования к ресурсам влияют на выбор подходящего процесса сварки.

Выбранный метод представлен в спецификации процедуры сварки (WPS), в которой подробно описывается информация, необходимая для инструктирования и руководства сварщиками, чтобы обеспечить повторяемость характеристик для каждой конфигурации соединения.Пример формата WPS показан в Приложении A стандарта BS EN ISO 15609-1 [4] . Подрядчики по изготовлению металлоконструкций могут иметь свой собственный корпоративный шаблон, но все они включают важную информацию, позволяющую передать сварщику надлежащие инструкции.

Необходимо подкрепить WPS свидетельством удовлетворительных испытаний процедуры в виде протокола аттестации процедуры сварки (WPQR), подготовленного в соответствии с BS EN ISO 15614-1 [5] . Введение этого стандарта гласит, что испытания процедуры сварки, проведенные в соответствии с прежними национальными стандартами и спецификациями, не аннулируются при условии их технической эквивалентности; Для этого могут потребоваться дополнительные тесты.Основные подрядчики по изготовлению металлоконструкций в Великобритании прошли предварительную квалификацию сварочных работ, позволяющих производить удовлетворительные сварные швы в большинстве конфигураций стыков, которые могут встретиться в сталелитейном строительстве и в мостовой промышленности.

В случаях, когда данные предыдущих испытаний не актуальны, необходимо провести испытание процедуры сварки, чтобы установить и подтвердить пригодность предлагаемого WPS.

Руководство по стандартным спецификациям процедуры сварки для стальных конструкций доступно в публикации BCSA No.58/18.

[вверх] Процедура испытаний

BS EN ISO 15614-1 [5] описывает условия проведения испытаний процедуры сварки и пределы действия в пределах квалификационных диапазонов, указанных в стандарте. Координатор сварки подготавливает предварительную спецификацию процедуры сварки (pWPS), которая является первоначальным предложением для проведения испытания процедуры. Для каждой конфигурации стыка, будь то стыковой или угловой шов, учитывается марка и толщина материала, а также ожидаемые допуски посадки, которые могут быть достигнуты на практике.Выбор процесса определяется методом сборки, положением сварки и тем, является ли механизация жизнеспособным предложением для повышения производительности и обеспечения постоянного качества сварки. Размеры подготовки швов зависят от выбора процесса, любых ограничений доступа и толщины материала.

Расходные материалы выбираются из соображений совместимости с марками материалов и достижения указанных механических свойств, в первую очередь с точки зрения прочности и ударной вязкости. Для сталей марки S355 и выше используются продукты с водородным контролем.

Риск водородного растрескивания, пластинчатого разрыва, растрескивания при затвердевании или любой другой потенциальной проблемы оценивается не только с целью проведения испытания, но и для предполагаемого применения процедуры сварки в проекте. Соответствующие меры, такие как предварительный или последующий нагрев, включены в pWPS.

Контроль искажений обеспечивается правильной последовательностью сварки. При необходимости вводятся обратная строжка и / или обратное шлифование для достижения целостности корневого шва.

Приведены диапазоны сварочного напряжения, тока и скорости для определения оптимальных условий сварки.

Допустимые диапазоны групп материалов, толщины и типа соединения в пределах спецификации тщательно рассматриваются, чтобы максимально использовать pWPS. Подготавливают испытательные пластины достаточного размера для извлечения образцов для механических испытаний, включая образцы для любых дополнительных испытаний, указанных или необходимых для повышения применимости процедуры.

Пластины и pWPS предъявляются сварщику; испытание проводится в присутствии эксперта (обычно из независимого проверяющего органа), и ведется запись фактических параметров сварки вместе с любыми необходимыми изменениями процедуры.

Завершенные испытания передаются независимому эксперту для визуального осмотра и неразрушающего контроля в соответствии с таблицей 1 Стандарта. Удовлетворительные испытательные пластины затем отправляются на разрушающий контроль, опять же в соответствии с таблицей 1. Неразрушающие методы контроля, как правило, включают ультразвуковой контроль для объемного контроля и контроль магнитных частиц для выявления дефектов поверхности.

 

Пример испытательного образца процедуры сварки
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

Существует ряд дополнительных стандартов, детализирующих подготовку, обработку и испытания всех типов образцов для разрушающих испытаний. Обычно специализированные лаборатории организуют подготовку образцов для испытаний и проводят фактические механические испытания и составление отчетов. Типичные образцы для стыкового сварного шва пластины включают испытания на поперечное растяжение, испытания на поперечный изгиб, испытания на удар и образец для макроэкспертизы, на котором проводится испытание на твердость.Для испытаний на удар минимальные требования к поглощению энергии и температура испытания обычно такие же, как и для основного материала в соединении. Целесообразно проверить все сварочные процедуры до предела возможного применения, чтобы избежать повторения подобных испытаний в будущем.

Завершенные результаты испытаний заносятся в протокол аттестации процедуры сварки (WPQR), утверждаемый экзаменатором. Типичный формат показан в Приложении B стандарта BS EN ISO 15614-1 [5] .

Существует дополнительное общее требование, касающееся испытаний процедуры сварки, согласно которому, если грунтовки для краски должны быть нанесены на работу до изготовления, они должны наноситься на образец материала, используемого для испытаний. На практике требуется тщательный контроль толщины краски, чтобы избежать дефектов сварки.

BS EN ISO 14555 [6] описывает метод процедуры испытания соединителей шпилек, приваренных дуговой сваркой. Стандарт включает требования к испытаниям, необходимым для подтверждения целостности сварных швов шпилек, а также устанавливает требования к производственным испытаниям для контроля сварки шпилек в процессе.Допускается также квалификация, основанная на предыдущем опыте, и большинство подрядчиков по изготовлению стальных конструкций могут предоставить доказательства, подтверждающие это.

Дополнительное руководство по испытаниям процедуры сварки доступно в GN 4.02.

[вверх] Водородный крекинг

Растрескивание может привести к хрупкому разрушению соединения с потенциально катастрофическими последствиями. Водородное (или холодное) растрескивание может происходить в области основного металла, прилегающей к границе плавления сварного шва, известной как зона термического влияния (HAZ).Разрушение металла сварного шва также может быть вызвано определенными условиями. Механизмы, вызывающие отказ, сложны и подробно описаны в специальных текстах.

Рекомендуемые методы предотвращения растрескивания водородом / HAZ описаны в BS EN 1011-2 [7] , приложение C. Эти методы определяют уровень предварительного нагрева для изменения скорости охлаждения, что дает время водороду для миграции на поверхность. и ускользнуть (особенно если поддерживается в виде пост-нагревания после завершения соединения) вместо того, чтобы застревать в жестких, напряженных зонах.Предварительный нагрев не препятствует образованию микроструктур, подверженных образованию трещин; он просто снижает один из факторов, водород, так что растрескивания не происходит. Предварительный нагрев также снижает термический шок.

 

Подставки для предварительного нагрева
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

Одним из параметров, необходимых для расчета предварительного нагрева, является погонная энергия. Заметным изменением в стандарте является отказ от термина «энергия дуги» в пользу тепловложения для описания энергии, вводимой в сварной шов на единицу длины прогона.Расчет подводимого тепла основан на сварочном напряжении, токе и скорости движения и включает коэффициент теплового КПД; формула подробно описана в BS EN 1011-1 [8] .

Высокая ограниченность и повышенные значения углеродного эквивалента, связанные с более толстыми листами и более высокими марками стали, могут потребовать более строгого контроля процедур. Опытные подрядчики по изготовлению металлоконструкций могут выполнить эту дополнительную операцию и соответственно учесть ее.

BS EN 1011-2 [7] подтверждает, что наиболее эффективной гарантией предотвращения водородного растрескивания является снижение поступления водорода в металл шва из сварочных материалов.Процессы с изначально низким водородным потенциалом эффективны как часть стратегии, так же как и принятие строгих процедур хранения и обращения с электродами с водородным контролем. Данные и рекомендации поставщиков расходных материалов служат руководством для обеспечения минимально возможных уровней водорода для типа продукта, выбранного в процедуре.

Дополнительные информативные приложения к стандарту BS EN 1011-2 [7] описывают влияние условий сварки на ударную вязкость и твердость в ЗТВ и дают полезные советы по предотвращению растрескивания при затвердевании и разрыва пластин.

Дополнительное руководство по крекингу водородом / HAZ доступно в GN 6.04.

[вверх] Квалификация сварщика

 

Квалифицированный сварщик
(Изображение предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

BS EN 1090-2 [9] требует, чтобы сварщики имели квалификацию в соответствии с BS EN ISO 9606-1 [10] . Этот стандарт предписывает испытания для аттестации сварщиков в зависимости от процесса, расходных материалов, типа соединения, положения сварки и материала.Сварщики, прошедшие успешные испытания процедуры, автоматически получают одобрение в пределах квалификационных диапазонов, установленных стандартом. Сварщики должны быть аттестованы в соответствии с BS EN ISO 14732 [11] , когда сварка полностью механизирована или автоматизирована. В этом стандарте особое внимание уделяется проверке способности оператора настраивать и настраивать оборудование до и во время сварки.

Квалификация сварщика ограничена по времени и требует подтверждения действительности в зависимости от продолжительности работы, участия в работе соответствующего технического характера и удовлетворительной работы.Продление квалификации сварщика зависит от зарегистрированных подтверждающих свидетельств, демонстрирующих продолжающуюся удовлетворительную работу в пределах исходного диапазона испытаний, и доказательства должны включать либо объемные разрушающие испытания, либо разрушающие испытания. Успех всех сварочных операций зависит от персонала, имеющего соответствующую подготовку и регулярного контроля компетентности посредством инспекций и испытаний.

[вверх] Контроль и испытания

BS EN 1090-2 [9] устанавливает объем проверки до, во время и после сварки и дает критерии приемки, связанные с классом исполнения.Большинство испытаний являются неразрушающими; Разрушающие испытания проводятся только на отводных плитах.

[вверх] Неразрушающий контроль

 

Магнитный контроль частиц (MPI) сварного шва
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

Неразрушающий контроль проводится в соответствии с принципами BS EN ISO 17635 [12] . Для стальных конструкций основными методами являются визуальный контроль после сварки (см. GN 6.06), магнитопорошковый контроль (обычно сокращенно MPI или MT) для поверхностного контроля сварных швов (см. GN 6.02) и ультразвуковой контроль (UT) для подповерхностного контроля сварных швов (см. GN 6.03). Радиографические испытания также упоминаются в BS EN 1090-2 [9] . Радиография требует строгого контроля за здоровьем и безопасностью; это относительно медленно и требует специального оборудования. Использование этого метода в стальных конструкциях снизилось по сравнению с более безопасным и портативным оборудованием, связанным с UT.Безопасные запретные зоны требуются на работах и ​​на месте во время проведения рентгенографии. Однако рентгенографию можно использовать для уточнения природы, размеров или степени множественных внутренних дефектов, обнаруженных ультразвуком.

Технические специалисты с признанной подготовкой и квалификацией в соответствии с BS EN ISO 9712 [13] требуются для всех методов неразрушающего контроля.

BS EN 1090-2 [9] требует, чтобы все сварные швы подвергались визуальному контролю по всей их длине.С практической точки зрения сварные швы следует визуально осматривать сразу после сварки, чтобы гарантировать своевременное устранение очевидных дефектов поверхности.

Дальнейшие требования к неразрушающему контролю основаны на эксплуатационных методах и требуют более строгой проверки первых пяти соединений новых технических требований к процедуре сварки, чтобы установить, что эта процедура способна производить сварные швы соответствующего качества при внедрении в производство. Затем указываются дополнительные неразрушающие испытания, основанные на типах соединений, а не на конкретных критических соединениях.Цель состоит в том, чтобы опробовать различные сварные швы в зависимости от типа соединения, марки материала, сварочного оборудования и работы сварщиков и, таким образом, поддерживать общий мониторинг производительности.

Если указано частичное или процентное обследование, руководство по выбору продолжительности испытания дано в BS EN ISO 17635 [12] ; при обнаружении недопустимых разрывов площадь исследования соответственно увеличивается.

BS EN 1090-2 [9] также включает в таблицу минимальное время выдержки перед дополнительным неразрушающим контролем в зависимости от размера сварного шва, подводимой теплоты и марки материала.

Признавая, что там, где требования к усталостной прочности более обременительны и требуется более строгая проверка, BS EN 1090-2 [9] действительно предусматривает спецификацию выполнения проекта для определения конкретных соединений для более высокого уровня проверки вместе с объемом и метод тестирования.

Для класса EXC3 критерием приемлемости дефектов сварного шва является уровень качества B стандарта BS EN ISO 5817 [14] . Там, где необходимо достичь повышенного уровня качества для удовлетворения конкретных требований к усталостной прочности, BS EN 1090-2 [9] дает дополнительные критерии приемлемости с точки зрения категории деталей в BS EN 1993-1-9 [15] на расположение сварного шва.

Как правило, дополнительные критерии приемки практически не достижимы при обычном производстве. Стандартные испытания процедуры сварки и квалификационные испытания сварщика не оцениваются по требованиям этого уровня. Там, где необходимо достичь такого уровня качества, требования должны быть сосредоточены на соответствующих деталях соединения, чтобы подрядчик имел возможность подготовить спецификации процедуры сварки, квалифицировать сварщиков и разработать соответствующие методы контроля и испытаний.

Неразрушающий контроль

[вверх] Разрушающее испытание

В стандарте BS EN 1090-2 [9] нет требований о проведении разрушающих испытаний поперечных соединений в натяжных фланцах. Тем не менее, объем для определения конкретных соединений для проверки позволит в спецификации проекта испытать, например, образцы от «стекающих» пластин, прикрепленных к встроенным стыковым сварным швам. Дополнительно производственные испытания могут быть указаны для: марок стали выше S460; угловые швы, в которых используются характеристики глубокого проплавления сварочного процесса; для мостовидных ортотропных настилов, где требуется макросъемка для проверки проплавления сварного шва; и на соединениях ребер жесткости с соединительными пластинами.

[вверх] Производственные испытания приварки шпилек

 

Испытание на изгиб приварной шпильки
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd.)

Сварные шпильки для соединителей, работающих на сдвиг, исследуются и испытываются в соответствии с BS EN ISO 14555 [6] . В стандарте подчеркивается необходимость контроля процесса до, во время и после сварки. Предпроизводственные испытания используются для подтверждения процедуры сварки и, в зависимости от области применения, включают испытания на изгиб, испытания на растяжение, испытания на крутящий момент, макросъемку и радиографическое обследование.

Производственные испытания сварных швов также требуются для приварки шпилек с дугой протяжки. Они должны выполняться производителем до начала сварочных работ на конструкции или группе аналогичных конструкций и / или после определенного количества сварных швов. Каждое испытание должно состоять как минимум из 10 сварных шпилек и быть испытано / оценено в соответствии с требованиями BS EN ISO 14555 [6] . Количество необходимых тестов должно быть указано в спецификации контракта.

[вверх] Качество сварки

Влияние дефектов на характеристики сварных соединений зависит от приложенной нагрузки и свойств материала.Эффект также может зависеть от точного расположения и ориентации дефекта, а также от таких факторов, как рабочая среда и температура. Основное влияние дефектов сварного шва на эксплуатационные характеристики стальных конструкций заключается в повышении риска разрушения из-за усталости или хрупкого разрушения.

Типы дефектов сварки можно разделить на одну из нескольких общих рубрик:

  • Трещины.
  • Плоские дефекты, кроме трещин, например непробиваемость, отсутствие плавления.
  • Включения шлака.
  • Пористость, поры.
  • Поднутрения или дефекты профиля.


Трещины или плоские дефекты, проникающие через поверхность, потенциально являются наиболее серьезными. Включения вкрапленного шлака и пористость вряд ли станут причиной разрушения, если только они не будут чрезмерными. Подрезание обычно не является серьезной проблемой, если не существует значительных растягивающих напряжений поперек стыка.

При выборе класса исполнения в BS EN 1090-2 [9] устанавливаются критерии приемки, при превышении которых дефект считается дефектом.

Если дефекты обнаружены в результате осмотра и испытаний во время производства, вероятно, потребуется обработка после сварки (см. GN 5.02) или другие меры по исправлению положения, хотя во многих случаях конкретный дефект может быть оценен по концепции « пригодность для цели ». Такое принятие зависит от фактических уровней напряжения и значимости усталости на месте. Это вопрос для быстрой консультации между подрядчиком по изготовлению металлоконструкций и проектировщиком, поскольку, если это приемлемо, можно избежать дорогостоящего ремонта (и возможности появления дополнительных дефектов или деформации).

Руководство по контролю качества сварных швов и контролю сварных швов доступно в BCSA № 54/12 и GN 6.01.

[вверх] Список литературы

  1. ↑ BS EN ISO 22553: 2019, Сварка и родственные процессы. Символическое изображение на чертежах. Сварные соединения. BSI.
  2. ↑ BS EN 1993-1-8: 2005, Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Дизайн стыков, BSI
  3. ↑ BS EN ISO 4063: 2010, Сварка и родственные процессы. Номенклатура процессов и ссылочные номера, BSI
  4. ↑ BS EN ISO 15609-1: 2019, Технические требования и квалификация процедур сварки металлических материалов.Спецификация процедуры сварки. Дуговая сварка, BSI
  5. 5,0 5,1 5,2 BS EN ISO 15614-1: 2017 + A1: 2019, Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Проверка процедуры сварки. Дуговая и газовая сварка сталей и дуговая сварка никеля и никелевых сплавов, BSI
  6. 6,0 6,1 6,2 BS EN ISO 14555: 2017, Сварка. Дуговая сварка металлических материалов, BSI
  7. 7.0 7.1 7.2 BS EN 1011-2: 2001, Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов. Дуговая сварка ферритных сталей, BSI
  8. ↑ BS EN 1011-1: 2009, Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов. Общее руководство по дуговой сварке, BSI
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 9,7 9,8 BS EN 1090-2: 2018, Производство стальных и алюминиевых конструкций.Технические требования к стальным конструкциям, BSI
  10. ↑ BS EN ISO 9606-1: 2017 Квалификационные испытания сварщиков. Сварка плавлением. Стали, BSI
  11. ↑ BS EN ISO 14732: 2013. Сварочный персонал. Квалификационные испытания сварщиков и наладчиков механизированной и автоматической сварки металлических материалов BSI
  12. 12,0 12,1 BS EN ISO 17635: 2016, Неразрушающий контроль сварных швов. Общие правила для металлических материалов, BSI
  13. ↑ BS EN ISO 9712: 2012.Неразрушающий контроль. Квалификация и аттестация персонала по неразрушающему контролю, BSI
  14. ↑ BS EN ISO 5817: 2014, Сварка. Соединения, сваренные плавлением из стали, никеля, титана и их сплавов (за исключением лучевой сварки). Уровни качества для выявления недостатков, BSI
  15. ↑ BS EN 1993-1-9: 2005, Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Усталость, BSI

[вверх] Ресурсы

  • Стальные здания, 2003 г. (Публикация № 35/03), BCSA
  • Стальные мосты: практический подход к проектированию для эффективного изготовления и строительства, 2010 г. (Публикация №51/10), BCSA
  • Национальная спецификация на стальные конструкции (7-е издание), 2020 г. (Публикация № 62/20), BCSA
  • Типовые спецификации процедуры сварки металлоконструкций - Второе издание, 2018 г. (Публикация № 58/18), BCSA
  • Высокопрочные стали для применения в конструкциях: Руководство по изготовлению и сварке, 2020 г. (Публикация № 62/20), BCSA
  • Руководство по контролю сварных швов металлоконструкций, 2012 г. (Публикация № 54/12), BCSA
  • Хенди, К.Р.; Ильес, округ Колумбия (2015) Steel Bridge Group: Рекомендации по передовой практике в строительстве стальных мостов (6-й выпуск). (P185). SCI

[вверх] Дополнительная литература

  • Руководство по проектированию стальных конструкций (7-е издание), 2011 г., глава 26 - Сварные швы и проектирование для сварки, Институт стальных конструкций.

[вверху] См. Также

Выбор подготовки стыкового сварного шва

В процессе выбора подходящей подготовки стыкового сварного шва для толстого листа (более 1 дюйма) наиболее очевидным соображением, несомненно, является экономия соединения - практика минимизации объема сварочного металла, необходимого для заполнения стыка.Это стремление к снижению затрат, безусловно, понятно, поскольку производитель не хотел бы наносить больше металла сварного шва, чем это абсолютно необходимо, чтобы можно было гарантировать рентабельность.

Однако по мере увеличения толщины соединяемых пластин объем сварочного металла увеличивается еще быстрее из-за геометрии сварного соединения, то есть углов скоса. Итак, какие совместные конфигурации обеспечивают лучшую экономию? Это будет описано более подробно ниже. Но прежде чем углубляться в эту область, необходимо обсудить другие важные факторы, которые необходимо учитывать при выборе подходящей конструкции стыка.

Одним из таких факторов является требование, чтобы сварное соединение физически соответствовало выбранному процессу сварки и любому сопутствующему сварочному оборудованию (сопла, горелки и т. Д.). Рассмотрим случай, когда конструкция соединения включает скос (по крайней мере, на одной стороне соединения) и корневое отверстие . Два примера предварительно квалифицированных конструкций швов AWS D1.1 с этим типом подготовки показаны на рис. , и , 2, .

Конструкция соединения B-U3c-S, показанная на рис. 1 , для дуговой сварки под флюсом показывает включенный угол 70 градусов, который определяется сложением угла скоса 35 градусов на обеих пластинах.Поскольку прилегающий угол этого соединения относительно велик, корневое отверстие может быть узким, не опасаясь того, что сварочная дуга не сможет проникнуть достаточно глубоко в соединение. Напротив, конструкция шарнира B-U2-S, показанная на рис. 2 , показывает относительно небольшой прилегающий угол в 20 градусов. Поскольку угол скоса невелик, корневое отверстие должно быть увеличено настолько, чтобы обеспечить полное проникновение через соединение.

Хотя две конфигурации соединения, упомянутые выше, довольно распространены, есть случаи, когда изготовителю было бы полезно использовать конструкцию соединения, которая имеет скос и корень поверхность (без зазора).Та же логика относительно доступа к сварному шву, которая использовалась в предыдущем параграфе, применима и в этой ситуации.

Из-за небольшого зазора (или его отсутствия) угол скоса должен быть физически достаточно большим, чтобы соответствовать сварочному процессу и сварочному оборудованию. Но теперь необходимо дополнительно рассмотреть вопрос о том, идеальна ли поверхность корня, также известная как «земля», с учетом глубины проплавления выбранного процесса и параметров сварки.

При заданном размере поверхности корня глубина проплавления в первую очередь определяется сварочным током и скоростью перемещения. Интуитивно понятно, что с увеличением сварочного тока глубина проплавления увеличивается. Более того, при уменьшении скорости сварочного хода уровень проплавления увеличивается при прочих равных условиях. Таким образом, если изменения в процессе и параметрах сварки невозможны (как это происходит в случае квалифицированных процедур сварки), то еще более важно, чтобы было уделено особое внимание правильному определению размера поверхности корня, чтобы гарантировать адекватное проникновение через root, как показано на рис. 3 .

Это вызывает еще одну важную проблему, касающуюся конструкции соединения «скос и поверхность основания». Совместная подготовка канавки существенно влияет на форму площади поперечного сечения сварного шва первого прохода. Крайне важно получить сварной шов с отношением ширины к глубине не менее 1,25, чтобы снизить чувствительность сварного шва к растрескиванию. Отношение ширины к глубине 1,25 может быть легко достигнуто, если угол наклона составляет не менее 70 градусов. Отношение ширины к глубине, связанное с соединением, имеющим внутренний угол 60 градусов или меньше, может привести к поверхностным или даже подповерхностным трещинам по средней линии.Однако после нанесения первого прохода чувствительность к трещинам, связанная с включенным углом, перестает быть проблемой. Это явление выражено в Рисунок 4 .

Чтобы решить проблему чувствительности к трещинам, присущую соединениям с V-образной канавкой, некоторые изготовители выбирают конфигурацию соединения с U-образной канавкой, как показано на Рисунок 5 . Термин «U-образная канавка» происходит от применения подготовки радиуса или частичного круга в нижней части соединения. Этот радиус плавно переходит в узкий включенный угол.Благодаря большому отношению ширины к глубине, обеспечиваемому этой конфигурацией U-образной канавки, обеспечивается естественная защита от растрескивания. При использовании узкого угла скоса с U-образной канавкой склонность к растрескиванию не увеличивается так же, как с V-образной канавкой.

Другой тип конфигурации соединения с узкой фаской, обычно называемый составным соединением, показан на рис. 6 . При изготовлении составного стыка со скосом угол в нижней части стыка должен быть большим (скажем, 100 градусов).Продвигаясь на небольшое расстояние вдоль боковой стенки, включенный угол резко меняется на гораздо более узкий (скажем, 15 градусов). Хотя эти два типа конструкций узких зазоров уменьшают чувствительность к трещинам, они не лишены недостатков. Одним из таких недостатков является то, что пластины необходимо обрабатывать во время подготовки, а не резать горелкой, что значительно увеличивает стоимость изготовления. Однако это возражение может быть несколько компенсировано дополнительной экономией, поскольку можно использовать меньшие входящие углы, и, следовательно, эти соединения требуют меньше металла сварного шва, чем их аналоги с V-образной канавкой.

Как будто этого было недостаточно для рассмотрения, у изготовителя есть возможность использовать двусторонние соединения с пазами. Принято считать, что, поскольку двусторонние сварные швы с разделкой кромок демонстрируют большую экономию соединения, поскольку требуемый металл сварного шва составляет примерно 50 процентов от металла их односторонних дополнений (см. , рис. На 50 процентов дешевле в строительстве.

Еще одно очевидное преимущество использования двусторонних соединений состоит в том, что, поскольку требуется половина сварочного металла, вероятность появления дефектов сварного шва также уменьшается вдвое.И еще одно логическое предположение, обычно связанное с двусторонними сварными швами с разделкой кромок, заключается в том, что из-за меньшего количества сварных проходов в основном материале, окружающем сварной шов, меньше остаточных напряжений. Итак, учитывая эти очевидные преимущества двусторонних сварных швов с разделкой кромок, зачем кому-то использовать односторонний сварной шов с разделкой кромок?

Хотя верно, что двусторонние сварные швы улучшают экономичность соединения, основанную просто на геометрии сварного соединения, это не всегда верно, однако, что они сокращают стоимость производства вдвое.Поскольку совместная подготовка теперь должна выполняться с двух сторон листа, а не с одной, затраты на рабочую силу и резку удвоятся.

Еще одна проблема с затратами, связанная с двусторонними сварными швами с разделкой кромок, заключается в том, что необходимо наплавить два корневых прохода вместо одного. Как известно производителям сварочных работ, корневые швы наносить очень сложно - недостаточное проплавление, сложное удаление шлака и подрезание боковых стенок - это лишь некоторые из проблем, связанных с корневым швом. Кроме того, корневые проходы обычно требуют больше времени для осаждения, чем заполняющие и закрывающие проходы, что компенсирует экономию, полученную за счет уменьшения металла сварного шва, приписываемого двусторонним сварным швам с разделкой кромок.

Те же проблемы, которые встречаются при сварке корневого прохода двухсторонних сварных швов с разделкой кромок, также возникают при сварке над головой, которую необходимо выполнять, если сварку невозможно изменить для сварки вниз. И даже если изменение положения сварного изделия может произойти, это не единовременный случай для каждого двустороннего сварного соединения. Напротив, сварные проходы необходимо наносить методом уравновешивания, аналогичным показанному на , рис. 8, , для достижения оптимального контроля деформации.

Хотя двусторонние сварные швы с разделкой кромок действительно обеспечивают лучшую экономию соединения по сравнению с односторонними сварными швами, экономия может быть сведена на нет, если не использовать надлежащую механизацию и оборудование для позиционирования, чтобы снизить затраты на подготовку и транспортировку. И даже если такое оборудование используется, экономия по сравнению с односторонними сварными швами не обязательно может быть двузначной. Чтобы принять обоснованное решение при выборе между подготовкой соединения с U-образной и V-образной канавкой, а также между конфигурациями со скосом и большим скосом, необходимо взвесить те же аргументы «за» и «против».

Глоссарий - Mueller, Inc

S

Элемент провисания : Натяжной элемент, такой как стержни, ремни или уголки, используемый для ограничения прогиба балки или прогона в направлении ее слабой оси.

Кровельная система со сквозным креплением : См. «Сквозная кровельная система».

Герметик : Любой материал, который используется для заделки трещин, стыков или нахлестов.

Вторичный каркас : Элементы, несущие нагрузки с поверхности здания на основной каркас.Например - прогоны и подпоясанные.

Секционные подъёмные ворота : Двери, построенные в виде горизонтально откидных секций. Они оснащены пружинами, гусеницами, противовесами и другим оборудованием, которое перемещает секции в верхнее положение, в стороне от проема.

Сейсмическая нагрузка : Боковая нагрузка, действующая в любом горизонтальном направлении на структурную систему из-за землетрясения.

Самосверлящий винт : Застежка, совмещающая в себе функции сверления и нарезания резьбы.

Самонарезающий винт : Крепеж, который самонарезает резьбу в предварительно просверленном отверстии.

Отгрузочный лист : См. «Спецификацию материалов».

Shop Primer Paint : Первый слой грунтовочной краски, нанесенной в мастерской.

Боковое соединение внахлест : Боковое соединение панелей внахлест.

Боковая стена : Наружная стена, перпендикулярная каркасам строительной системы.

Вылет боковой стенки : См. «Вылет крыши».

Порог : нижний горизонтальный элемент обрамления стенного проема, например окна или двери.

Простое подключение : см. «Подключение контактов».

Simple Span : термин, используемый при проектировании конструкций для описания состояния опоры балки в двух точках, которое не оказывает сопротивления вращению на опорах.

Односкатная : Покатая крыша в одной плоскости.Уклон от одной стены к противоположной стене.

Однопролетный : Элемент здания или конструкции без промежуточной опоры.

Мансардное окно : Дополнительный элемент на крыше для впуска света, обычно устанавливаемый на бордюрном проеме в обрамлении.

Раздвижная дверь : одностворчатая или двустворчатая дверь, которая открывается в горизонтальном направлении с помощью надвижной тележки.

Уклон : см. «Уклон крыши».

Снеговая нагрузка : См. «Снеговая нагрузка на крышу».

Snug Tight : Затяжка болта в соединении, которая существует, когда все слои соединения находятся в плотном контакте.

Софит : Материал, закрывающий нижнюю сторону свеса.

Солдатская колонна : Промежуточная колонна, используемая для поддержки второстепенных конструкций; не является частью основной рамы или системы балок и колонн.

Пролет : расстояние между опорами балок, ферм или ферм.

Спецификация (Металлическая строительная система) : Изложение набора требований к металлической строительной системе с описанием условий нагрузки, методов проектирования, материалов и отделки.

Соединение : соединение в элементе конструкции.

Гайковерт : Инструмент, используемый монтажниками для выравнивания отверстий и выполнения болтовых соединений; гаечный ключ с конической ручкой.

Квадрат : Термин, используемый для площади 100 квадратных футов.

Постоянный шов : Боковые стыки панелей крыши, расположенные в вертикальном положении над линией крыши.

Система крыши со стоячим фальцем : Система крыши со стоячим фальцем - это такая система, в которой боковые перехлесты между панелями крыши расположены в вертикальном положении над линией крыши.Система кровельных панелей крепится к основанию крыши с помощью скрытых прижимных зажимов, прикрепленных винтами к основанию, за исключением того, что сквозные крепления могут использоваться в ограниченных местах, например, на концах панелей и в местах проходов в крыше.

Элемент жесткости : Элемент, используемый для усиления пластины от бокового или местного коробления. Обычно плоский стержень приваривается перпендикулярно продольной оси элемента.

Винт для стежка : Застежка, соединяющая панели вместе на боковой кромке.

Напряжение : мера нагрузки на элемент конструкции в виде силы на единицу площади.

Стойка : Элемент, вставленный в каркас, который выдерживает осевые сжимающие силы.

Системы, основанные на знаниях, использующие нейронные сети для процесса электронно-лучевой сварки реактивного материала (Zircaloy-4)

  • Ахмад, М., Ахтер, Дж. И., Шейх, М.А., Ахтар, М., Икбал, М., и Чаудхари, MA (2002). Исследования твердости и микроструктуры сварных электронно-лучевых соединений циркалоя-4 и нержавеющей стали. Журнал ядерных материалов , 301 , 118–121.

    Google Scholar

  • Амарнатх, М. В. В. и Пратихар, Д. К. (2009). Прямое и обратное отображение процесса сварки TIG с использованием нейронных сетей с радиальной базисной функцией (RBFNN). В материалах Proceedings of IMechE, Part B: Journal of Engineering Manufacture (Vol. 223, pp. 1575–1590).

  • Бенюнис, К. Ю., Олаби, А. Г., и Хашми, М.С. Дж. (2005). Влияние параметров лазерной сварки на погонную энергию и профиль сварного шва. Журнал технологий обработки материалов , 164–165 , 978–985.

    Артикул Google Scholar

  • Бхадешия, Х. К. Д. Х. (1999). Нейронные сети в материаловедении. ISIJ International , 39 (10), 967–975.

    Артикул Google Scholar

  • Чи, К.Т., и Чао, К. Г. (2007). Характеристики электронно-лучевых сварных швов и параметры экструзионных пластин AZ31B-F. Журнал технологий обработки материалов , 182 , 369–373.

    Артикул Google Scholar

  • Чой, Б. Х., и Чой, Б. К. (2008). Влияние условий сварки на механические свойства чистого титана. Журнал технологий обработки материалов , 201 , 526–530.

    Артикул Google Scholar

  • Кук, Г., Барнетт, Р. Дж., Андерсен, К., и Штраус, А. М. (1995). Моделирование и контроль сварных швов с помощью искусственных нейронных сетей. Транзакции IEEE в отраслевых приложениях , 31 (6), 1484–1491.

    Артикул Google Scholar

  • Дей В., Пратихар Д. К. и Датта Г. Л. (2010). Прямое и обратное моделирование процесса электронно-лучевой сварки с использованием нейронных сетей с радиальной базисной функцией. Международный журнал интеллектуальных инженерных систем, основанных на знаниях , 14 (4), 201–215.

    Google Scholar

  • Дей, В., Пратихар, Д. К., Датта, Г. Л., Джа, М. Н., Саха, Т. К., и Бапат, А. В. (2010). Оптимизация и прогнозирование профиля сварного шва при сварке валиком листов Al-1100 электронным лучом. Международный журнал передовых производственных технологий , 48 , 513–528.

    Google Scholar

  • Дей, В., Пратихар, Д. К., Датта, Г. Л., Джа, М. Н., Саха, Т. К., и Бапат, А. В. (2009). Оптимизация геометрии валика при электронно-лучевой сварке с использованием генетического алгоритма. Журнал технологий обработки материалов , 209 , 1151–1157.

    Артикул Google Scholar

  • Датта П. и Пратихар Д. К. (2007).Моделирование процесса сварки TIG с использованием обычного регрессионного анализа и подходов на основе нейронных сетей. Журнал технологий обработки материалов , 184 , 56–68.

    Артикул Google Scholar

  • Элмер Дж. У., Гедт У. Х. и Игар Т. У. (1990). Переход от мелкого проплавления к глубокому при электронно-лучевой сварке. Welding Journal , 69 (5), 167s – 176s.

    Google Scholar

  • Ганджигатти, Дж.П., Пратихар Д. К. и Рой Чоудхури А. (2007). Глобальный регрессионный анализ по сравнению с кластерным для прогнозирования геометрии шва в процессе сварки MIG. Журнал технологий обработки материалов , 189 , 352–366.

    Артикул Google Scholar

  • Гунарадж В. и Муруган Н. (1999). Применение методологии поверхности отклика для прогнозирования качества сварного шва при дуговой сварке труб под флюсом. Журнал технологий обработки материалов , 88 , 266–275.

    Артикул Google Scholar

  • Гунарадж В. и Муруган Н. (1999). Прогнозирование и сравнение площади зоны термического влияния при сварке труб под флюсом. Журнал технологий обработки материалов , 95 , 246–261.

    Артикул Google Scholar

  • Гунарадж, В., и Муруган, Н.(2000). Прогнозирование и оптимизация объема сварного шва для процесса сварки под флюсом - Часть 1. Welding Journal , 78 , 286s – 294s.

    Google Scholar

  • Гунарадж В. и Муруган Н. (2000). Прогнозирование и оптимизация объема сварного шва для процесса сварки под флюсом - Часть 2. Welding Journal , 78 , 331s – 338s.

    Google Scholar

  • Хашимото, Т., & Мацуда, Ф. (1965). Влияние параметров сварки и материалов на форму валика при электронно-лучевой сварке. Транзакции НИРМ , 7 (3), 96–109.

    Google Scholar

  • Хо, К. Я. (2005). Зона плавления при сфокусированной электронно-лучевой сварке. Журнал технологий обработки материалов , 167 , 265–272.

    Артикул Google Scholar

  • Хуанг, W., & Ковачевич, Р. (2011). Нейронная сеть и метод множественной регрессии для определения глубины проплавления при лазерной сварке на основе акустических сигнатур. Журнал интеллектуального производства , 22 (2), 131–143.

    Артикул Google Scholar

  • Джа, М. Н., Пратихар, Д. К., Дей, В., Саха, Т. К., и Бапат, А. В. (2011). Исследование электронно-лучевой стыковой сварки пластин из аустенитной нержавеющей стали 304 и моделирование ее ввода-вывода с использованием нейронных сетей.В материалах Proceedings of IMechE, Part B: Journal of Engineering Manufacture (Vol. 225, pp. 2051–2070).

  • Каннатей Э.А. (2009). Серия Willey по обработке инженерных материалов. В Принципы лазерной обработки материалов .

  • Кеннеди Дж. И Эберхарт Р. (1995). Оптимизация роя частиц. В материалах Международной конференции по нейронным сетям IEEE (стр. 1942–1948). Перт, Австралия.

  • Ким, Д., Ри, С., и Парк, Х. (2002). Моделирование и оптимизация процесса сварки GMA с помощью генетического алгоритма и методологии поверхности отклика. Международный журнал производственных исследований , 40 (7), 1699–1711.

    Артикул Google Scholar

  • Ким Д., Канг М. и Ри С. (2005). Определение оптимальных режимов сварки с помощью контролируемой процедуры случайного поиска. Welding Journal , 90 (8), 125s – 130s.

    Google Scholar

  • Клеменс П. Г. (1969). Энергетические соображения при электронно-лучевой сварке. Журнал электрохимического общества: электрохимическая наука , 116 (2), 196–198.

    Артикул Google Scholar

  • Колева, Е. (2001). Статистическое моделирование и компьютерные программы для оптимизации электронно-лучевой сварки нержавеющей стали. Вакуум , 62 , 151–157.

    Артикул Google Scholar

  • Колева, Е. (2005). Повышение параметров электронно-лучевой сварки и теплового КПД. Вакуум , 77 , 413–421.

    Артикул Google Scholar

  • Ланкастер, Дж. Ф. (1970). Металлургия сварки, пайки и пайки . Лондон: Джордж Аллан и Анвин.

    Google Scholar

  • Лин, Х. Л. (2012). Использование метода Тагучи с реляционным анализом серого и нейронной сети для оптимизации нового процесса сварки GMA. Журнал интеллектуального производства , 23 (5), 1671–1680.

    Артикул Google Scholar

  • Миядзаки Т., & Гедт У. Х. (1982). Теплоотдача от эллиптического цилиндра, движущегося через бесконечную пластину, при электронно-лучевой сварке. Международный журнал тепломассообмена , 25 (6), 807–814.

    Артикул Google Scholar

  • Молла А. А. и Пратихар Д. К. (2008). Моделирование процессов сварки TIG и абразивной обработки с использованием радиальных базисных функциональных сетей. Международный журнал передовых производственных технологий , 37 (9–10), 937–952.

    Google Scholar

  • Монтгомери, Д.С. (1997). Планирование и анализ экспериментов . Нью-Йорк: Вили.

  • Нагеш Д. С. и Датта Г. Л. (2002). Прогнозирование геометрии сварного шва и проплавления при дуговой сварке экранированным металлом с использованием искусственных нейронных сетей. Журнал технологий обработки материалов , 123 , 303–312.

    Артикул Google Scholar

  • Окуюджу, Х., Курт, А., и Арчаклиоглу, Э. (2007).Применение нейронной сети для сварки трением с перемешиванием алюминиевых пластин. Материалы и конструкция , 28 , 78–84.

    Артикул Google Scholar

  • Олаби, А. Г., Казалино, Г., Бенюнис, К. Ю., и Хашми, М. С. Дж. (2006). Интегрированный подход с использованием алгоритмов ИНС и Тагучи для оптимизации сварки с помощью лазера CO2. Достижения в области инженерного программного обеспечения , 37 , 643–648.

    Артикул Google Scholar

  • Петров, П., Георгиев, С., и Петров, Г. (1998). Экспериментальное исследование образования сварочной ванны при электронно-лучевой сварке. Вакуум , 51 , 339–343.

    Артикул Google Scholar

  • Пратихар, Д. К. (2008). Мягкие вычисления . Индия, Нью-Дели: Издательство Нароса.

  • Рао, К. П., Ангамуту, К., и Шринивасан, П. Б. (2008). Вязкость разрушения электронно-лучевой сварки Ti6Al4V. Журнал технологий обработки материалов , 199 , 185–192.

    Артикул Google Scholar

  • Рудлинг, П., Штрассер, А., и Гарзаролли, Ф. (2007). Сварка циркониевых сплавов, специальный доклад ИЗНА7 Сварка циркониевых сплавов.

  • Саха, Т. К., и Рэй. А. К. (2008). Вакуум - идеальная среда для сварки химически активных материалов. Journal of Physics: Conference Series, 114 .DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 114/1/012047.

  • Сареш Н., Пиллаи М. Г. и Мэтью Дж. (2007). Исследование эффектов электронно-лучевой сварки на толстый титановый сплав Ti-6Al-4V. Журнал технологий обработки материалов , 192–193 , 83–88.

  • Тай, К. М., и Батлер, К. (1997). Моделирование и оптимизация процесса сварки MIG - пример из практики с использованием экспериментальных схем и нейронных сетей. Международная организация по вопросам качества и надежности , 13 , 61–70.

    Артикул Google Scholar

  • Томас Г., Рамчандра В., Ганешан Р. и Васудеван Р. (1993). Влияние термических обработок перед и после сварки на механические свойства сплава Ti-6Al-4V, сваренного электронно-лучевой сваркой. Журнал материаловедения , 28 , 4892–4899.

    Google Scholar

  • Тонпе, С., Сайбаба, Н., Джаярадж, Р. Н., Рави Шанкар, А., Мудали, У. К., и Радж, Б. (2011). Разработка технологии изготовления диссольверной сборки циркалоя-4 для переработки отработавшего ядерного топлива. Энергетические процедуры , 7 , 459–467.

    Артикул Google Scholar

  • Виджаян Т. и Рохатги В. К. (1984). Физическое поведение переноса тепла электронно-лучевым синтезом и глубокого проникновения в металлы. Международный журнал тепломассообмена , 27 (11), 1985–1998.

    Артикул Google Scholar

  • Витек, Дж. М., Искандер, Ю. С., Облоу, Э. М. и др. (1998). Нейросетевое моделирование формы сварочной ванны импульсным лазером в сварном шве из алюминиевого сплава. В Труды 5-й международной конференции по направлениям исследований в области сварки, Pine Mountain, GA (стр. 442–448) 1–5 июня. ASM, Международный.

  • Янг, Л. Дж., Бибби, М. Дж., И Чандель, Р. С. (1993). Уравнения линейной регрессии для моделирования процесса сварки под флюсом. Журнал технологий обработки материалов , 39 , 33–42.

    Артикул Google Scholar

  • Сравнение сварных и болтовых соединений

    На этапе планирования и проектирования любого проекта инженеры должны решить, какой материал или инструмент лучше всего подходят для выполнения определенных задач. Типы соединений, используемых в конструкции, обычно зависят от общей конструкции, но необходимо учитывать несколько факторов: стоимость, время установки и общие характеристики.В этой статье сравниваются сварные и болтовые соединения, обычно используемые для соединения элементов из металлов или термопластов. Конструкция шарниров - ключевой элемент стальной конструкции.

    Сварные соединения состоят из сплавления двух элементов с очень высокой температурой и их охлаждения, а в строительной отрасли используются различные методы сварки. По данным Американского общества сварки (AWS), некоммерческой организации, занимающейся изучением и развитием сварки, существует пять типов сварки: стыковая, угловая, кромочная, нахлесточная и тройная.Эти типы соединений определяются положением свариваемых элементов относительно друг друга.

    В болтовых соединениях используются крепежные детали, удерживающие элементы конструкции в определенном положении, которые затем фиксируются с помощью винтовой резьбы. Болтовые соединения подразделяются на соединения, работающие на растяжение и соединения, работающие на сдвиг. Как и во многих инженерных решениях, у обоих вариантов есть достоинства и недостатки.


    Держите ваши проекты в курсе с помощью службы управления строительством.


    Сравнение затрат

    Стоимость болтовых и сварных соединений зависит от проекта, но болтовые соединения обычно являются менее дорогим вариантом.Цена болтовых соединений более чувствительна к ценам на сталь, но процесс их изготовления более эффективен и автоматизирован по сравнению со сварными соединениями.

    Сварные соединения могут выполнять только сертифицированные сварщики, и их почасовая оплата может быть высокой. С другой стороны, затраты на рабочую силу, связанные с затяжкой болтов, намного ниже. Если стоимость проекта является ключевой проблемой, болтовые соединения обычно будут лучшим вариантом.

    Сравнение структурных характеристик

    Сварные соединения обычно прочнее болтовых соединений, в основном потому, что их материал не имеет отверстий, необходимых для болтовых соединений.Процесс изготовления является определяющим фактором, когда речь идет о прочности соединения: болтовые соединения просты, но сварные соединения обеспечивают более высокую прочность.

    Сварные соединения рекомендуются, когда конструктивные характеристики проекта имеют больший приоритет, чем стоимость.

    Сложность проверки с каждой опцией

    В болтовых соединениях инспекторы должны убедиться, что вылет болта положительный или нулевой - недопустимо, чтобы конец болта находился внутри гайки.Инспекторы также должны следить за тем, чтобы болты были затянуты, и, при необходимости, проверять, не отломаны ли концы.

    Методы контроля сварки различаются в зависимости от проекта. Визуальный осмотр является наиболее распространенным и проводится до, во время и после сварки. Для других методов проверки требуется специализированное оборудование, которое стоит дороже и требует сертифицированных AWS инспекторов. Другими словами, контроль сварных соединений дороже и сложнее.

    Сравнение гибкости суставов

    Сварные соединения более жесткие, чем болтовые соединения, из-за непрерывности поперечного сечения.С другой стороны, болтовые соединения соединяются пластинами или уголками, и прогиб этих элементов во время передачи нагрузки добавляет гибкости. По этой причине болтовые соединения допускают большее движение при меньшем структурном напряжении.

    Недостатком болтовых соединений является дополнительное оборудование, необходимое для установки, что ограничивает их применение. Сварка более универсальна, поскольку почти любые две поверхности можно сваривать вместе, а новые элементы можно легко добавлять к существующим соединениям.

    Процесс установки и безопасность

    Между порядком монтажа болтовых и сварных соединений существуют важные различия.Руководители строительства должны знать о них, чтобы эффективно управлять проектом.

    Болтовые соединения проще в обращении и обычно устанавливаются с помощью ударного ключа или обычного гаечного ключа. Их также легче ремонтировать, что помогает сэкономить время в непредвиденных ситуациях. Болтовые соединения также обеспечивают более быструю установку в полевых условиях.

    Сварка обычно выполняется сертифицированным сварщиком вручную. В зависимости от типа сварного шва требуются разные типы оборудования и источники энергии.Дуговая сварка с использованием экранированного металла (SMAW) является наиболее распространенной, при которой электрическая дуга возникает между металлическим электродом с покрытием и стальными компонентами, подлежащими сварке. Сварку можно проводить на заводе или на стройплощадке, но в обоих случаях существуют строгие требования к безопасности и качеству.

    Сварка - опасная задача, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы избежать ожогов, повреждения зрения, вдыхания паров и газов, воздействия УФ-излучения и поражения электрическим током. С другой стороны, установка болтов не несет особого риска, кроме работы на высоте.Безопасность на рабочем месте важна независимо от типа соединения, но сварка сопряжена с большим количеством специфических рисков.

    Заключительные замечания

    В заключение, болтовые соединения имеют преимущество в стоимости и простоте, но при этом ухудшаются конструктивные характеристики. С другой стороны, сварные соединения прочнее, но дороже и сложнее в обращении.

    Ни один из вариантов не может считаться лучшим во всех случаях, поскольку наилучшее соответствие меняется в зависимости от проекта.В конце концов, тип указанного стыка будет зависеть от требований проекта и предпочтений владельца.

    Послушаем для сварки

    Термическая обработка и металлургия - темы, вызывающие огромный интерес посетителей технических конференций, о которых написано в многочисленных статьях. Однако подтема жанра, которую слишком часто упускают из виду и которая столь же важна, - это сварка.

    Корпуса печей и их внутренние компоненты соединяются сваркой для соединения узлов.Стальные конструкции, поддерживающие огнеупор, изготавливаются из стального листа, который в случае атмосферных печей обычно имеет толщину от 3⁄16˝ до. Структурные элементы, такие как двутавровые балки и швеллеры, также свариваются для образования жесткого каркаса, обеспечивающего целостность, чтобы поддерживать квадратную форму конструкции и выравнивание для успешной работы, а также для создания жесткости, необходимой для транспортировки от OEM до конечного пункта назначения, что может быть океан далеко.

    Сварочный металл можно разделить на четыре основных метода:

    Дуговая сварка экранированного металла (SMAW) или сварка «палкой» была первым процессом, который на протяжении десятилетий применялся для стали, алюминия и других металлов.Он состоит из стержня электрода из железа или другого применимого электрода, покрытого флюсом, карбонатным и силикатным материалом, аналогичным шлаку в процессе производства стали. Расплавленный шлак, будучи менее плотным, чем металл, плавает поверх сварного шва, защищая его от окисления. Плюсы: это щадящий процесс, который можно использовать для металла различной толщины. Минусы: это медленный и запутанный процесс. Этот метод создает брызги шлака и металла, которые необходимо удалить механически перед добавлением дополнительных проходов и для внешнего вида.Когда израсходуется один 12-дюймовый сварочный стержень или стержень, сварщик должен остановиться и использовать другой. Возникающая в результате остановка / пуск кратера создает потенциальные точки отказа при неправильном обращении.

    Металлический инертный газ (MIG) устраняет флюс и использует непрерывно подаваемую расходную проволоку в качестве присадочного металла. Однако для низкоуглеродистой стали смесь 75 процентов аргона и 25 процентов CO 2 обеспечивает защиту для снижения потенциального окисления сварного шва. Если речь идет о нержавеющей стали, это смесь 90% гелия, 7.Используется 5% аргона и 2,5% CO 2 . Плюсы: MIG - это самый быстрый процесс, поскольку сварщику не нужно останавливаться и заменять сварочный стержень. Очистка не требуется. Минусы: зона сварки должна быть защищена завесами или иным образом защищена от потоков воздуха в помещении, которые могут вытеснить защитный газ без ведома сварщика, что приведет к образованию пористых (негерметичных) сварных швов и снижению прочности конструкции.

    TIG (вольфрамовый инертный газ) использует ручную вольфрамовую горелку, как ее еще называют, которую держат в одной руке как карандаш или аэрограф, в то время как поданный вручную присадочный стержень плавится вольфрамовой дугой.Горелка также подает защитный газ для защиты сварного шва от окисления. Присадочный стержень не имеет покрытия из флюса, но он длиннее, чем типичный стержень длиной 12 дюймов, поэтому образуется меньше кратеров при остановке / пуске. Сварка TIG обычно используется для тонкого листового металла, где мощность дуги остается низкой, чтобы дуга не расплавлялась через свариваемый материал. Как и MIG, защитный газ выбирается в зависимости от свариваемого металла. Это медленный процесс, когда присадочный пруток наносится вручную для контроля количества требуемого металла сварного шва.Плюсы: высокая управляемость и высокая точность при изготовлении ювелирных изделий и сварке очень тонких компонентов. Минусы: медленный процесс. Может быть сложно освоить. TIG иногда называют гелиокартонной сваркой.

    Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW) сочетает в себе преимущества сварки штучной сваркой и процесса MIG и является наиболее щадящим методом сварки. При непрерывной подаче, как в процессе MIG, расходуемая проволока заполняется флюсом в дополнение к инертному газу. Это быстрый процесс, но он обеспечивает дополнительный эффект снижения окисления флюса.Плюсы: Быстрый, снисходительный и простой в освоении; производит качественный сварной шов. Минусы: Требуется очистка шлака от брызг.

    Сварка - это намного больше, чем просто зажигание дуги и укладка металла.

    Сварка имеет двоякую цель: бесшовное соединение одного или нескольких узлов. Для устранения утечек жидкости между узлами или компонентами, в которых механические крепежные элементы не могут устранить утечку газа или жидкости или обеспечить постоянную прочность соединения, в то время как заклепки или резьбовые крепежные детали не могут.

    Наиболее важные области применения сварки - это вакуумные системы, сосуды под давлением и нефтехимия. Вакуумные печи, а также неотапливаемые конструкции низкого давления должны иметь целостность сварного шва по прочности и герметичности. Компоненты, сваренные методом MIG, могут выглядеть вполне приемлемо с виду, но могут иметь значительную утечку через микропористость. Тесты качества вакуумных систем состоят из тестирования гелия, при котором гелиевый масс-спектрометр измеряет количество газообразного гелия, который мигрирует через сварные швы и другие механические крепежные детали.Что касается сосудов под давлением, сварные швы обычно подвергаются рентгеновскому облучению для обнаружения внутренней пористости или других дефектов. Например, когда термические печи работают на косвенном газе, горелка загорается в лучистые трубы прямой или U-образной формы. U-образные трубы из жаропрочного сплава отливаются центробежным способом, и к каждой прямой трубе приварен статический литой обратный U-образный изгиб. После сварки каждая трубка в сборе испытывается давлением, чтобы найти и устранить любые утечки.

    Проверка качества сварного шва после завершения сварки обычно проводится с помощью проникающей жидкости или красителя.Процедура состоит из следующего:

    • Тщательно удалите все остатки шлака, а затем убедитесь, что сварной шов полностью высох.
    • Распылите или нанесите кистью пенетрант на все сварные швы и участки, подверженные воздействию тепла сварки.
    • Оставьте пенетрант на сварном шве в течение соответствующего времени в соответствии с инструкциями по пенетранту.
    • Тщательно удалите остатки пенетранта со всех участков сварного шва.
    • Распылите проявитель на область сварки и дайте снова постоять в соответствии с инструкциями.

    Любые дефекты поверхности приведут к тому, что пенетрант за счет капиллярного действия обесцветит проявитель, обнаруживая трещины и / или пористость. Обратной стороной этого метода является то, что он выявляет только поверхностные аномалии, но не подземные проблемы.

    Когда прочность сварного изделия важна - а она всегда должна быть таковой - выполняются два основных разрушающих испытания для определения целостности сварного шва. Первый представляет собой простое испытание на растяжение, в котором две стальные секции шириной примерно два дюйма и толщиной ¼˝ четыре дюйма свариваются встык.После очистки сварной образец разрывается на части. Разрушение должно происходить не в валике сварного шва, а в металлических пластинах или в зоне термического влияния (HAZ), которая является областью, где сварной шов соединяется с пластиной ¼ ”. Второй тест - на пластичность. Он заключается в размещении аналогичного испытательного образца на U-образном приспособлении, после чего образец проталкивается в полость, создавая сжимающие и растягивающие напряжения на противоположных сторонах сварного шва. На Рисунке 1 изображена типовая установка для испытаний на изгиб.

    Рисунок 1: Приспособление для сваривания сгиба.(Чертеж основан на принятом устройстве, обозначенном ASTM E190)

    Так же, как микроструктура определяет успешный результат, обеспечиваемый термообработкой металла, микроструктура сварного шва имеет первостепенное значение для металлургов. Как обсуждалось в предыдущих столбцах, все деформируемые сплавы черных металлов, такие как листы, пластины, стержни, прутки и т. Д., Начинаются с литья. Сварной шов представляет собой отливку и, как таковой, сохраняет все преимущества и недостатки всех отливок, то есть хрупкость, низкую пластичность, способность к усталостному разрушению в определенных областях применения и высокую прочность.

    Одним из важнейших навыков хороших сварщиков является способность устанавливать соответствующие параметры мощности, чтобы сварной шов и окружающий металл не перегревались. Два негатива, полученные из-за слишком высокой термоустановки, - это подрезание и преувеличенное направление дендритной микроструктуры от корня сварного шва к поверхности. Оба примера показаны на рисунке 2а.

    Рис. 2: Угловой шов, 2а, с нежелательным подрезом, но хорошим проплавлением, и 2b, без полного проплавления.(Любезно предоставлено Джеком Титусом)

    Поднутрение образует выемку в ЗТВ, которая может снизить и без того повышенный потенциал усталостного разрушения литой конструкции сварного шва. Направленная дендритная зеренная структура от корня до поверхности, образованная высокой температурой, имеет тенденцию к тому, чтобы трещины могли следовать вдоль продольной границы зерна, не препятствуя более мелкой зеренной структуре деформируемого металла. Поскольку это отливка, перегрев также позволяет концентрировать углеродообразующий карбид железа Fe 3 C на границе зерен из-за более медленного охлаждения области сварного шва.

    И наоборот, если мощность электрода слишком мала, что приводит к холодной сварке, у него не будет проплавления, необходимого для заполнения поперечного сечения материала, что ослабит сборку и, возможно, создаст пустоту у основания каждого валика сварного шва - катастрофа для вакуумные системы, поскольку пустота может вызвать утечку из захваченного воздуха, которую невозможно найти. На рисунке 2b показан пример сварного шва с неполным проплавлением.

    Несмотря на то, что четыре описанные выше технологии сварки удовлетворяют подавляющему большинству приложений сегодня, были разработаны и другие специальные процессы.Они следующие:

    LBW (лазерная сварка) - это метод, который используется, когда почти законченные механически обработанные детали соединяются с присадочным металлом или без него. Ширина сварного шва мала по сравнению с процессами MIG, TIG или Stick. Используется защитный газ или операция может выполняться в продуваемом корпусе. Как правило, LBW автоматизируется с помощью робота, так как процесс может быть очень быстрым и должен быть точным из-за небольшой дуги и получаемой в результате сварки.

    Сварка трением (FW) - это вообще не сварка.Иногда это называют кузнечной сваркой, поскольку соединяемые детали сжимаются вместе с чрезвычайно высокой силой, а механическое движение между частями создает высокую концентрацию тепла, но недостаточную для плавления; вместо этого части более или менее скованы вместе.

    SAW (Дуговая сварка под флюсом) - это автоматизированная форма SMAW; однако флюс добавляют отдельно в гранулированной форме, а не прикрепляют к «стержню», пока подается присадочный металл. Он в основном используется, когда стальной лист толстый и требует непрерывной сварки.Всегда выполняемый горизонтально, электрод может перемещаться относительно детали по прямой линии или деталь может вращаться под электродом при соединении секций трубы. Гранулированный флюс автоматически подается через кольцевое отверстие, окружающее проволочный электрод. Когда свариваемый шов является круглым, например, по окружности трубы, сварка происходит в самом верху. Флюс соскальзывает со сварного шва при вращении трубы. Расплавленный шлак образуется там, где флюс контактирует со сварным швом и помогает удалить загрязнения.Однако нерасплавленный флюс соскальзывает со сварного шва при вращении трубы. Поскольку образуется шлак, его необходимо удалить перед применением дополнительных проходов. Нефтепроводы и башни ветряных турбин являются типичными реципиентами процесса SAW.

    Сварка, по сути, представляет собой метод крепления, такой же, как болты, гайки и т.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *