Как сваривать металлоконструкции

Тема сварка металлоконструкций – это обширная сфера, потому что разнообразие металлических конструкций огромно и по назначению, и по специфики проведения технологических процессов, и по проектированию. Но есть в этой сфере один критерий, который присущ всем видам металлических конструкций, собираемых методом сварки. Это сама сварка. Именно с ее помощью появляется возможность использовать в металлических конструкциях рациональные виды сечения металлических профилей, соединение элементов под разными углами и в разных плоскостях, снижение такого показателя, как металлоемкость.

К тому же появляется возможность использовать для сооружения конструкций металлов с разными техническими характеристиками. Кстати, прокат, который используется для сборки металлоконструкций, должен соответствовать своду норм и правил под названием «Стальные конструкции». Основной материал, который в них используется, это сталь, поставляемая в виде листов, профилей различной формы, труб, стержней, рулонов, гнутых профилей и так далее.

Но, как известно, сталь бывает разная. А для разных металлоконструкций, где учитываются нагрузки разного назначения (на разрыв, на изгиб, на давление), и стальные профили применяются разные. К примеру, по ГОСТ 19281-89 для сталей повышенной прочности, есть девять классов показателей, определяющих прочность стальных изделий. И таких ГОСТов несколько. Поэтому еще на стадии проектирования металлических конструкций определяется и выбирается тот или иной вид стальных изделий, которые станут основной металлоконструкции.

Если металлоконструкция соединяется сваркой, то необходимо учитывать показатели качества свариваемости металла. На это влияет содержание углерода в стали. Этот же элемент влияет на прочность металла. В общем, правильно подобрать стальной прокат для конструкции – это важная составляющая качества конечного результата.

Виды сварки для сборки металлоконструкций

Как правильно сварить конструкцию из металла? Вопрос на самом деле серьезный. И ответ на него зависит не только от выбранных стальных профилей, их толщины и марки стали. Большое значение имеет и вид выбранной сварки.

Если говорить о ручной сварке, то она применяется, и это качественный вид сваривания металлов, который все-таки зависит от квалификации сварщика. Единственный ее недостаток – низкая производительность. Поэтому все чаще ручную сварку в цехах заменяют механизированной (порошковыми проволоками) и автоматической в защитных инертных газах или в слое защитных флюсов. Обычно механизированный вид применяют для сварки угловых, потолочных и вертикальных швов. Автоматический для нижних положений.

Внимание! Применяемая ранее электрошлаковая сварка сегодня практически не используется. Исследования показали, что швы, выполненные данным видом сварки, при низких температурах теряют свои прочностные характеристики. А это снижает несущую способность самих металлических конструкций.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что для сборки металлоконструкций можно использовать любой вид сварки как в цеховых помещениях, так и на монтажных открытых участках. Самое интересное, что многие зарубежные компании, оснащенные современными видами сварочных видов оборудования, предпочтение отдают ручной дуговой электросварке. К примеру, в Японии многие крупные компании, занимающиеся возведением ответственных металлоконструкций, используют до 65% ручной сварки.

Температурный режим сварочного процесса

Температура окружающей среды сильно влияет на технологию проведения сварочных работ и на качество самого сварочного шва.

• Нельзя проводить сварку металлоконструкций, если температура металлической заготовки ниже -18С. Температуру обычно контролируют вблизи стыка двух деталей. Для проведения сварки саму заготовку необходимо подогреть. Греть весь металл нет необходимости, достаточно на расстоянии толщины заготовки от края соединяемых кромок. Или на расстоянии не менее 76 мм во всех направлениях.
• Если соединяются две заготовки из разных марок сталей, то подогрев производится по температуре более высокопрочной стали. Конечно, показатель нагрева будет зависеть и от толщины заготовки. К примеру, марку А514 при толщине детали не более 38 мм надо нагревать до +205С. Более толстые заготовки этой марки надо уже нагревать до +230С.
• Оптимальный нагрев для всех видов сталей — +21С.

Виды сварных соединений металлоконструкций

Классификация сварных соединений разделяется по нескольким признакам.

• Расположение примыкания двух заготовок.
• Тип сварного шва.
• Технология сварочной операции.
• Условия, при которых проводится сварочный процесс.
• Толщина заготовок.
• Марка стали заготовок.

Что касается первого пункта, то есть, геометрии расположения заготовок, то здесь четыре вида стыковых соединений.

1. Встык, когда две заготовки примыкают друг к другу в одной плоскости.
2. Внахлест, когда две детали перекрывают своими краями друг друга.
3. Угловое соединение. Это когда две металлические заготовки соединяются под каким-либо углом.
4. Соединение тавровое. Это когда одна из деталей примыкает к другой своей торцевой плоскостью.

Чаще всего в металлоконструкциях применяются соединения встык и угловые. Как правильно проводить эти соединения двух заготовок.

Что касается стыкового соединения, то его выполняют прямым полным проваром сварного шва на всю толщину заготовок. Или используют для сварки технологию с применением выводных планок. Если сварка проводится не в цеху, то соединение можно проводить с односторонней сваркой и с дальнейшей подваркой корня сварного шва. То есть, заполнение зазора между кромками производится по одной из кромок, постепенно заполняя весь зазор.

Технология с выводными подкладками сильно отличается от предыдущей. Во-первых, подкладки устанавливаются со стороны кромок свариваемых деталей. Во-вторых, зазор между кромками должен быть в пределах 7 мм – это при ручной сварке. При механизированной – 16 мм. В-третьих, придется выбирать толщину подкладки так, чтобы при проведении сварки на них не образовался прожог. При этом учитывается сам режим сварочного процесса с выставлением необходимой величины тока.

Нередко в металлических конструкций в стыковых соединениях стыкуются две заготовки разной толщины. При этом способом фрезеровки или строжкой выбирается угол наклона кромки толстого металла, который равен уклону 1:8 для растянутых элементов металлоконструкции (к примеру, подвески и консоли), и 1:5 для сжатых элементов (опоры и стойки).

Угловые сварочные соединения подвергаются большим нагрузкам, чем стыковые. Особенно необходимо отметить нагрузки на растягивание по толщине заготовки. Поэтому существуют определенные требования к этому виду сварного соединения.

• Нельзя использовать односторонний угловой стык для нагружаемых металлических конструкций. Оптимальный вариант – двусторонний шов, с помощью которого уменьшается концентрация деформаций в самой верхней части валика.
• Если по каким-то причинам двусторонний шов нанести не удается, то применяют односторонний. При этом разделку кромок не применяют, а количество наплавляемого металла должно быть как можно меньше. То есть, в этом случае полная проплавка шва не применяется.
• Если металлоконструкция подвергается статическим нагрузкам, то применяется сварка неполным швом с разделкой кромок двух заготовок.
• Лучше использовать К-образную разделку кромок, а не V-образную.
• Если есть возможность, то лучше избегать углового соединения металлических деталей. Предпочтение нужно отдавать тавровому стыку.

Режим сварки также является важным фактором, который определяет качество сварного шва. Если говорить о токе, то его повышенная величина может создать неравномерное распределение металла в зоне стыка. Могут даже образоваться прожоги, если ток большой, а толщина свариваемых заготовок маленькая. Небольшой ток тоже является причиной низкого качества шва. Могут образоваться участки с недоваром, который ведет к снижению прочности соединения и образованию трещин внутри сплавляемого металла.

Скорость сварки также может повлиять на качество. К примеру, если скорость большая, то это гарантия непроварки стыка. Заполнение зазора может быть неполным. Если скорость маленькая, то могут образоваться прожоги, заполняемый зазор металл образует выпуклости и растекание. Поэтому контролировать скорость ручной сварки надо обязательно. Ее среднее значение 20 м/ч.

Сварные узлы в металлоконструкциях

Сварные узлы являются основными стыковыми соединениями, на которых и держится вся металлическая конструкция. Поэтому еще на стадии проектирования инженеры стараются создать благоприятные условия для проведения сварки в стыковых узлах. А именно:

• Чтобы в сварных узлах проводилось или стыковочное соединение, или угловое.
• Чтобы положение сварки было нижним.
• Использовать не ручную сварку, а механизированную или автоматическую, как залог гарантированного качества.

Существует много видов сварных узлов, к которым предъявляются разные требования. К примеру, балочный узел. В нем очень важно обращать внимание на расположение между собой сварочных швов, это к вопросу, как правильно варить стыки металлоконструкций. Расстояние между ними не должно быть меньше десятикратной толщины самого толстого металлического профиля, который входит в состав этого узла.

И еще один момент, который влияет на прочность металлической конструкции. Есть два термина: местная прочность и непрочность. К первой относятся именно сварочные участки, к которым приварены косынки, ребра жесткости, накладки и так далее. Ко второй относятся всевозможные вырезы на элементах металлоконструкций, отверстия, непровары швов, зазоры и щели в стыках. Если оба участка присутствуют в конструкции, то сама по себе она уже считается непрочной.

Все дело в том, что физические законы в сварочных соединениях действуют так:

• Где больше жесткость и прочность соединения, здесь появляется большая концентрация сил, действующих на всю конструкцию в целом.
• И, наоборот, где меньше жесткости, там меньше действующих сил.

То есть, если в металлоконструкции присутствует местная непрочность, то самый хорошо проваренный стык является местом большой опасности. Как не парадоксально, но это именно так. Вот почему необходимо избегать появления местной непрочности. То есть, непровары и низкое качество сварного шва даже на самых небольших участках или не на самых нагружаемых узлах все равно приведет к выходу из строя всей конструкции.

Поэтому вопрос, как правильно варить стыки в металлоконструкциях – это самый важный вопрос, который касается качества и надежности всей конструкции в целом.