В рамках этой статьи мы расскажем об основных принципах классификации сварных металлических конструкций, что это, где они применяются и их особенности.
Металлоконструкции применяются повсеместно: здания промышленные и гражданские, производственные объекты и оборудование, части транспортных путей и т.д. Существуют разные способы для соединения металлоконструкций, различают:
- Заклепочные соединения;
- болтовые соединения;
- сварные соединения;
Сварка становится частым решением при выборе способа соединения элементов из металла, поскольку сварная конструкция обладает рядом достоинств:
- Относительная простота изготовления;
- Высокая скорость производства работ;
- Большой выбор материалов и оборудования для сварки;
- Возможность создания конструкций сложной конфигурации;
- Создание равнопрочного герметичного соединения;
- Соединение металлических сеток и арматурных каркасов.
Поговорим подробнее о сварных металлоконструкциях.
Классификация
Классификация сварных металлических конструкции подразделяют по:
По материалам заготовок, из которых выполняют:
- Трубные
- Листовые
- Профильные
- Стержневые
По материалу, из которого изготовлена конструкция:
Металлические:
- Из черной стали;
- Из низко, средне и высоколегированной стали;
- Из цветных металлов;
- Из сплавов;
Неметаллические:
- Полиэтиленовые;
- Полипропиленовые;
- Композитные;
По типу объекта промышленности, на котором монтируются:
- Нефтяные;
- Газовые;
- Теплоэнергетические;
- Конструкции атомной энергетики;
- Судовые;
- Авиационные;
- подъемные сооружения.
Виды сварных конструкций из металла
Металлоконструкции — это то, без чего очень сложно себе представить самое современное строительное производство. Наряду с железобетоном, они являются наиболее частым решением для промышленных, общественных и гражданских зданий и сооружений, машиностроения и других отраслей промышленности. Наиболее частыми видами (группами) строительных металлических сварных конструкций стали:
- Колонны.
- Балки.
- Связи.
- Обечайки.
- Корпуса.
- Стержневые.
- Решетчатые.
- Фермы.
- Сварные опоры (для трубопроводов или оборудования).
- Листовые.
Поговорим более подробно о некоторых сварных конструкциях, о их особенностях при изготовлении и монтаже. Их производство осуществляется на предприятиях, изготавливающих металлоконструкции и прямо на строительно-ремонтной площадке.
Металлические сварные фермы
Стальные сварные фермы представляют собой плоскую решетчатую систему из металлических элементов, позволяющую перекрывать большие пролеты зданий и сооружений. Ферма— это элемент конструкции здания, служащий для опирания кровельной системы (прогонов, настила, кровельного пирога) и передачи нагрузки от неё на колонны или стены.
Металлические фермы часто используются при строительстве промышленных зданий, поскольку зачастую технологический процесс не позволяет установить промежуточные стойки. Также наиболее широко стальные фермы применяются в строительстве социальных и административных зданий. Таких как: торговые центры, кинотеатры, стадионы, бассейны и многие другие.
Именно для таких зданий характерно наличие большого свободного внутреннего пространства. Металлическая сварная ферма состоит из:
- Узлов верхнего пояса.
- Раскосов.
- Стоек.
Раскосы, в свою очередь, подразделяются на опорные и рядовые. Опорные раскосы располагаются в месте опирания фермы. Они несут большие нагрузки, поэтому зачастую их сечение больше, чем у рядовых раскосов (или же выше марка стали). Фермы могут быть однородными, а также комбинированным. Поскольку в своём составе могут сочетать элементы, выполненные из разных марок сталей.
Именно комбинированные металлоконструкции являются эффективным решением их применение наиболее рационально в случаях когда, нагрузки на элементы которых значительно отличаются. Раскосы, а также стойками фермы соединяются с нижним, а также с верхним поясом напрямую, либо с помощью фасонок. Их элементы могут быть выполнены из:
- Квадратной трубы.
- Прямоугольной трубы.
- Круглой трубы.
- Уголка.
- Различных профилей.
Именно стальные фермы являются наиболее частым решением. Фермы разрабатывают для конкретного объекта строительства или же выполняют подбор по серии, выполнив соответствующие расчеты.
Чертежи ферм разрабатываются в разделе КМ и КМД, там же прописываются основные инструкции по производству, а также установке сооружений.
Как производится сварка металлических ферм
Сварка производится либо в заводских условиях, либо на строительно-ремонтных площадках площадке. В заводских условиях изготовление ответственных конструкций, такие как фермы для перекрытия общественных, промышленных зданий, а также объектов.
Как правило, металлические фермы большого пролета делят на отправочные марки (раздел КМ), которые доставляют на строительно-ремонтную площадку. Там производят укрупнённую сборку отправочных марки, а также монтаж согласно разработанной технологии. Длина отправочных марок обычно не превышает 12 метров, это необходимо для безопасной транспортировки отправочной марки по автомобильным дорогам или же иным способом.
На строительной площадке изготавливают менее ответственные, такие как фермы для козырьков входов, для навесов. Простую ферму можно изготовить своими руками, к примеру для гаража, или для теплицы. На сайте mrmetall.ru вы найдете полезную информацию по выбору стали, подбору электродов, а также всю необходимую технику.
Брак и швейные дефекты
Самый частый дефект в работе новичка – кривой шов с неровным заполнением. Такая картина – результат неравномерного ведения электрода, он буквально пляшет в руках юного мастера. Здесь вам понадобятся упорство и труд: с опытом все это проходит без следа. Вторая по частоте ошибка – неверный выбор силы тока или длины дуги, после чего остаются «подрезы» или неровное заполнение. При одних дефектах больше страдает эстетика, при других – прочность.
Непровар – недостаточное заполнение металлом стыка деталей. Его нужно исправлять, так как речь идет о прочности соединения.
В каких случаях появляется непровар:
- Некачественная обработка (или отсутствие таковой) кромок поверхностей;
- Слишком слабая сила тока;
- Слишком быстрое движение электрода.
Подрез – ненужная канавка вдоль шва. Диагноз простой, это выбор слишком длинной дуги. Лечение тоже понятное: либо дугу покороче, либо силу тока побольше.
Прожог – банальная дырка в шве по следующим причинам:
- Широкий зазор между краями;
- Слишком большая сила тока;
- Низкая скорость движения электрода
И здесь ищем оптимальное соотношение трех составляющих: тока, ширины зазора, движения электрода.
Поры и наплывы – множественные отверстия малого размера. Это критический дефект, влияющий на прочность соединения.
- Грязь и ржавчина на металле;
- Попадание кислорода к расплавленному металлу (при сквозняке);
- Некачественная обработка кромок;
- Электроды низкого качества;
- Использование присадочных проволок;
Трещины – серьезные нарушения целостности швов. Появляются после остывания металла и по своей сути являются предвестниками разрушения самого шва. В данном случае спасет только новая сварка или полное удаление старого шва и повторное накладывание нового.
Последовательности операций при сварке металлической фермы
Как при сварке любого другого изделия, до начала работ необходимо ознакомиться с нормативной документацией по изготовлению и разработанной технологией в полном объеме. С чертежами раздела КМ, КМД, технологическими картами, а также подготовить необходимые материалы, инструменты, организовать рабочее место.
Соединение отдельных узлов (изотавливаемых из труб или профиля) ведут от средних узловых элементов к опорным. С начало варят имеющиеся стыковые соединения деталей, далее переходят к тавровым, а также угловым. Далее провариваются швы с большей толщиной. Сборка производится с помощью прихваток длиной в 25-40 мм. Швы располагающиеся рядом друг с другом необходимо выполнять, выдержав технологическую паузу.
Выполнение данного условия необходимо для уменьшения деформаций. Только после полного остывания металла, где будет накладываться близко расположенный шов. Конец каждого продольного соединения (при соединении раскосов, стоек или прочих узлов с фасонкой) необходимо вывести на торцевую части привариваемого узла на величину 2см.
Сравниваем, оцениваем
Из вышеперечисленных вариантов самыми надежным и экономичным считается стыковой способ сварки. По действующим нагрузкам они практически равны целым элементам, которые не подвергались сварке, иными словами – основному материалу. Естественно, такая прочность достигается только при адекватном качестве работ.
Вместе с тем нужно помнить, что надежность и экономичность способа не означает простоту его исполнения. Требования к обработке краев, подгонка множества факторов под условия конкретной сварки, определенные ограничения в применении из-за формы – все это требует жесткой профессиональной дисциплины.
Тавровые соединения (включая угловые) тоже довольно популярны. Особенно часто их используют при сварке массивных конструкций.
Самые простые для исполнения – соединения внахлест. В них не требуется обработка кромок, общая подготовка тоже намного проще. Очень популярны в сварке листов небольшой толщины (допускается толщина до 60 мм). Простота не означает экономичности: перерасход наплавленного и основного металлов – обычная для таких вариантов ситуация.
Металлические листовые конструкции.
Металлические листовые сварные конструкции наиболее часто применяются в промышленности, к ним относятся: резервуары, цистерны, бункеры, газгольдеры, настилы и т.д.Для листовых металлоконструкций свойственно объединение несущих, а также ограждающих функций.
Для листов зачастую применяется автоматическая, полуавтоматическая, электрошлаковая сварка. Детали имеют большую протяженность, а также к ним предъявляются более строгие требования по прочности соединения и его герметичности. Ознакомиться с последовательностью выполнения швов можно на изображении.
Варим трубопроводы, особые требования
К работе с промышленными трубопроводами допускают лишь опытных сертифицированных мастеров с высокой квалификацией. Трубные соединения относятся к вертикальному способу со всеми «вертикальными» нюансами. Особенность заключается в угле, под которым держится электрод, это угол в 45 градусов.
Ширина трубного шва может достигать 4 см, это зависит от толщины самой трубы. Для этого вида сварки предусмотрены отдельные стандарты, например, в ГОСТе 16037-80 описаны размеры швов для различных соединений конструкций трубопроводов.
Способы сварки
Еще одна классификация это по способу сварки. Существует много способов сварки, различающихся по условиям выполнения. На производстве (заводе), как правило, применяют:
- Полуавтоматическую сварку в среде СО2.
- Автоматическую электросварку в среде защищающего газа (для сварки электрическим током толстого металла сварка под слоем флюса).
- В монтажных работах, применяют: Ручную дуговую сварку. Автоматическую и полуавтоматическую (редко); Ручную сварку в среде аргона неплавящимся электродом (в основном применяется для алюминия и нержавейки).
Какие типы сварных соединений существуют
Шов образующиеся в результате кристаллизации или пластической деформации (сварка давлением) материала стыкуемых элементов. Представляет же собой пространство на стыке. Сварные швы можно поделить на:
- Заводские.
- Монтажные.
Они имеют разные обозначения на чертежах, поэтому внимательно изучите проектную документацию, до такого как приступить к выполнению работ по возведению данной сварочной конструкции. Независимо от того заводской шов или монтажный, он должен соответствовать предъявляемым требованиям и обеспечивать равнопрочность соединения. Существует много типов сварных соединений, предлагаем наглядно ознакомиться с наиболее применяемыми и распространенными:
- Стыковое соединение.
- Угловое соединение.
- Тавровое соединение.
- Нахлёсточное соединение
Допуски указываются в нормативной документации, а именно в ГОСТ Р 13920-2017.
Вид соединений ос (бп) ос (сп) дс (бз) дс (зк)
Сварные соединения, подразделяются на следующие виды:
сварные соединения, выполняемые с одной стороны (односторонняя сварка) — ос (ss) и с двух сторон (двусторонняя сварка) — дс (bs);
сварные соединения, выполняемые на съемной или остающейся подкладке, подкладном кольце — сп (mb) и без подкладки (на весу) — бп (nb);
сварные соединения, выполняемые с зачисткой корня шва — зк (gg), без зачистки корня шва — бз (ng);
сварные соединения, выполняемые с газовой защитой корня шва (поддувом газа) — гз (gb);
Виды соединений ос , дс
Как выполнять сварочные швы правильно
Чтобы выполнить сварной шов правильно, во-первых, необходимо ознакомиться нормативной сварочной и проектной документацией. Необходимая проектная документация представляется в виде основного комплекта чертежей марки КМ, и КМД (конструкции металлические, конструкции металлические деталировочные). В альбоме раздела КМ вы получите общие сведения о металлических сварных конструкциях объекта строительства (или его части):
- Общий вид;
- состав конструкций (сколько балок, колонн, ферм, связей и др. деталей);
- основные узлы соединения;
- указания к выполнению работ;
- сведения о нагрузках на конструкции;
- спецификация металлопроката.
В разделе КМД вы найдете:
- подробные чертежи каждого металлического элемента;
- детально разработанными узлы соединения элементов;
- уточненную спецификацию металлопроката.
Читайте примечания и указания к выполнению работ на чертежах. Там могут содержаться важные моменты, без соблюдения которых изготавливаемая металлоконструкция не будет отвечать применяемым к ней требованиям.
Сборку и сварку элементов необходимо производить только при наличии документально разработанной технологии работ по сварке данной конструкции.
Документация выполняется в виде технологических карт и (или) проекта производства (ППСР) на сварочные работы. В них детально отражены все вопросы по процессу и материалам.
Вспомогательные знаки
На чертежах зачастую имеются специальные вспомогательные знаки, которые помогают сокращенно обозначить требуемую информацию. Их не так уж много и все они, вместе с расшифровкой значения, приведены ниже:
| № | Изображение вспомогательного знака | Информация обозначения данного знака | Где должен располагаться приведенный вспомогательный знак на линии выноски | |
| Сверху линии | Снизу линии | |||
| 1 | Требуется снять усиление шва | |||
| 2 | Имеющиеся неровности и наплывы требуется обработать, чтобы создать плавный переход от валика шва до основного металла | |||
| 3 | Шов необходимо делать во время монтажа изделия, то есть при установке делается все на месте применения | |||
| 4 | Создание точечного или прерывистого шва с цепным расположением шва. Угол наклона должен составлять 60 градусов | |||
| 5 | Создание точечного или прерывистого шва с шахматным расположением шва. | |||
| 6 | Создание шва по замкнутой линии. Диаметр такого знака на чертеже составляет от 3 до 5 мм. | |||
| 7 | Создание шва по не замкнутой линии.Данный знак используется, если место расположения сварного соединение оказывается ясным из чертежа. | |||
Последовательность выполнения сварки
Расскажем более подробно как правильно выполнить шов. Для этого важно вести работы поэтапно:
1 этап: Ознакомление с технической документацией на сварку.
2 этап: Подготовка рабочего места, оборудования и материалов (о том, какие именно выбрать материалы для сварки, можете ознакомиться на нашем сайте mrmetall.ru).
3 этап: Осуществление самих сварочных работ.
4 этап: Неразрушающий контроль получившегося шва.
Выбор способа зависит от множества условий и различных факторов. Основные из них: толщина элементов, длина выполненного шва, тип используемой сварки и шва, ответственность заваренной конструкции и т.д.
Нестандартные случаи
Как обозначается сварочный шов на чертеже, если его габариты не укладываются в рамки ГОСТов? В такой ситуации в конструкторскую документацию следует вписать размеры всех его элементов.
Тогда исполнитель, в процессе непосредственного решения задачи, сможет добиться нужного качества результата даже с учетом действия остаточных напряжений. Последние появляются из-за деформации укорочения (которая возникает из-за неравномерного нагрева поверхностей) и распределяются в зависимости от выбранного режима, геометрии и других факторов. Толщину заготовок тоже нельзя сбрасывать со счетов, ведь она способна спровоцировать плоские или объемные напряжения.
Техника сварки металлоконструкций
Для швов различной протяженности необходимо применять специальные методы сварки.
Короткие швы протяженностью >250 мм выполняются «напроход». Это когда сварщик зажигаю дугу ведет ее от одного края изделия к другому без остановки в процессе сварки.
Швы протяженностью 1000 мм называются средними. Такие швы правильно выполнять от центра изделия и перемещаться к краям. Наилучший способ осуществлять 2 сварщикам параллельно. При таком подходе два сварщика ведут работу к краю шва, стараясь выполнять ее с одинаковой скоростью.
Длинными называются швы протяженность которых превышает 1000 мм. Для соединения столь протяженных швов используется несколько различных методов. Первым является обратноступенчатый способ. При его использовании шов делиться на участки, которые заваривают путем провара 150-200 мм шва. Останавливаясь и выполняя следующий шов так, чтобы его конец пришел в начало предыдущего. Сварка идет в одном направлении, а расположение нового участка в противоположном. Это легко понять посмотрев на картинку ниже.
Аналогично обратноступенчатым методом можно произвести сварки от середины изделия к краям. Два сварщика выполняют работу на своей половине изделия. Этим способом можно заварить, как и за один проход изделие малой толщины, так и толстые, несколькими проходами. Участок каждого сварщика делится на более мелкие участки.
Процесс, как и в предыдущем случае идет в одну сторону, а наложение новых швов в другую.
Еще один способ – вразброс. Шов делиться на равные участки количеством 5-6 участков. Далее варят участок по центру. Также накладывая швы небольшой протяженности в противоположном направлении от направления сварки. Далее варятся наиболее удаленные участки по краям и завершают процесс средних участков шва. Каждый из этих методов значительно сократит деформации конструкции после сварки.
ГОСТ катетов стыковых швов
Чтобы в процессе эксплуатации металлоконструкции выдерживали возлагаемые на них нагрузки все присутствующие на них шовные соединения должны соответствовать нормативным показателям.
Основным документом, регламентирующим размеры сварных соединений, а также типы и характеристики конструктивных элементов металлоизделий является ГОСТ.
Здесь четко указано, что при необходимости состыковать разные по толщине детали соединять их можно таким же образом, как и заготовки с равной толщиной. Только при этом разница между двумя показателями не должна превышать нормативных значений.
В одном из пунктов ГОСТа обусловлены допустимые смещения кромок по отношению друг к другу и установлены четкие параметры смещений в соответствии толщины заготовки. В приложении к документу описаны все возможные минимальные размеры катетов, которые в обязательном порядке следует учитывать при сваривании металлоконструкций.
