Производство металлоконструкций

Производство металлоконструкций

Процесс изготовления сварных стальных конструкций на заводе или в мастерских состоит из комплекса следующих основных операций:

1) подготовительных операций - подбора прокатно го металла, правки и резки его, заготовки шаблонов, разметки; операций в заготовительном цехе по обработке деталей - наметки, резки, образования отверстий, об работки кромок; операций по сборке и сварке конструкций из заго товленных деталей, по контролю за качеством изготов ления, покраске и отгрузке конструкций на монтаж.

Трудовые затраты на изготовление конструкции, выраженные в человеко-часах и отнесенные к 1 т конст рукции, называются трудоемкостью изготовления конст рукции, Обратная величина - количество тонн изготовленных конструкций в единицу времени характеризует производительность труда. Чем меньше трудоемкость изготовления, тем выше производительность труда и тем больше снижение стоимости конструкции.

Распределение труда в среднем при изготовлении разных видов сварных конструкций характеризуется по таблице, где видно, что 60 - 65% рабочего времени используется на операции, связанные со сбор кой и сваркой деталей конструкции.

Очевидно, трудоемкость будет меньше в конструк ции, имеющей меньшее число деталей (за счет укрупнени й сортамента и уменьшения числа профилей), мень шую протяженность сварных швов и меньший объем наплавленного металла, меньшее число стыков, допол нительных ребер и т. п. Детали должны быть простыми в сборке. Сварные швы должны быть расположены так, чтобы их было легко и удобно заваривать, преимущественно в нижнем положении.

1. Ручная электросварка.

Электродуговая сварка основана на явлении возникновения электрической дуги между стальным электродом и свариваемыми стальными деталями, которая расплавляет основной металл и металл электрода, образуя сварной шов, соединяющий отдельные детали в одно целое.

Сварка открытым электродом (проволокой) и незащищенной дугой дает недоброкачественные швы, поскольку в расплавленный металл шва попадают кислород, образующий окислы, в азот, образующий нитриды, вследствие чего шов становится хрупким. Для образования защитной газовой среды и для лучшей ионизации воздушного пространства на электроды наносят обмазку. Эта же обмазка образует в жидкой ванне металла шлак, раскисляющий и очищающий металл, а также шлаковую корочку, предохраняющую горячую поверхность шва от соприкосновения с воздухом и окисления. Первоначально для обмазки использовали растворенный в жидком стекле мел (меловая или ионизирующая обмазка), который наносился на электроды тонким слоем (тонко обмазанные электроды), Однако качество сварного шва оставалось невысоким, В настоящее время разработаны специальные обмазки, которые наносятся на электродную проволоку (толсто обмазанные электроды). Эти обмазки содержат легирующие вещества, улучшающие, механические показатели швов.

Большое влияние на свариваемость строительных сталей оказывает количество содержащегося в них углерода. Для сварки сталей с содержанием углерода более 0,22% требуется применение электродов со специальными обмазками. Для сварки обычных строительных сталей с содержанием углерода менее 0,22% применяются обычные электроды с толстой обмазкой.

Ввиду большого разнообразия состава высококачественных обмазок электроды различают не по составу обмазок, а по результатам механических испытаний образцов наплавленного металла и сварного соединения.

Основными типами электродов, применяемых в строительстве, являются:

для сварки конструкций из стали 3 - электроды типа Э42;

для сварки конструкций, работающих в тяжелых условиях, Э42А;

для сварки конструкций из низколегированной стали электроды типа Э50А и Э55, обеспечивающие необходимое качество сварного шва.

Применение электродов типа Э34 в расчетных элементах и деталях исключается из-за хрупкости и малой пластичности получаемого шва.

На прочность сварных соединений существенно влияют структура шва, а также встречающиеся в нем неметаллические включения (шлаковые или мелкие газовые пузыри, появляющиеся при остывании шва). Внутренние микропоры создают объемную концентрацию напряжении, увеличивая хрупкость шва. Появление трещин внутри шва недопустимо.

Различают горячие и холодные сварочные трещины. Горячие трещины иногда возникают при остывании шва в температурном интервале 1000-1350°С. Холодные трещины большей частью являются результатом растягивающих напряжений в швах от усадки.

На рисунке показаны структура сварного шва и распределение температур по сечению шва. Здесь выявляются три зоны: зона основного металла, переходная зона, зона наплавленного металла.

Зоной основного металла считается его часть около шва, нагреваемая не выше критической температуры (Т=723°С), в которой металл сохраняет свои механические свойства.

Переходная (около шовная) зона, или зона термического влияния, расположена между основным и наплавленным металлом. В этой зоне во время сварки наблюдается резкое изменение температуры от 1500 (температура плавления) до 723°С. Структура металла в этой зоне неравномерна. На участке с температурой выше 1000-1100°С происходит рост кристаллов, образуется грубая крупнозернистая структура и ухудшаются механические качества металла. Переходная зона является самым слабым местом шва.

Проникание наплавленного металла в основной называется проваром; чем глубже провар, тем лучше шов. Обычно глубина провара составляет 1,5-2 мм.

Особенно важно, чтобы необходимая глубина провара была в корне угловых швов конструкций, подвергающихся переменным нагрузкам.

2. Автоматическая и полуавтоматическая сварка.

Принцип автоматической сварки под флюсом заключается в том, что электрод подается к месту сварки автоматически при непрерывном разматывании бухты электродной проволоки. Электрод подается автоматической головкой, которая выполняет функции руки сварщика при ручной сварке. Вместо обмазки применяется сыпучий материал определенного химического состава (флюс), которым засыпается конец электрода. Флюс полностью изолирует место сварки от воздуха, так как горение дуги происходит под слоем флюса. В результате получается однородный, плотный шов с глубоким проваром, имеющий высокие механические показатели.

Вследствие большой силы тока, применяемого при автоматической сварке (600-3000 А), производительность ее в 3-5 раз (а иногда даже в десятки раз) выше, чем при ручной сварке. При проектировании конструкций, соединения которые должны быть выполнены автоматической сваркой, необходимо предусматривать, такие конструктивные решения, которые не мешали бы проходу сварочной головки. Автоматическая сварка может выполняться на стационарной установке или с помощью сварочных автоматов. Обычно-эту сварку выполняют при нижнем положении швов, применяя вращающиеся или стационарные кондукторы.

Для сварки элементов толщиной больше 24 мм применяется метод бездуговой сварки, названной электро­шлаковой, с помощью которой можно сваривать детали большой толщины (200—300 мм). При этом ток проходит через расплавленный флюс (шлак) с выделением тепла, достаточного для плавления основного и электродного материала. Этот метод предназначен для наложения вертикальных швов.

При наложении швов, которые неудобно выполнять автоматической сваркой, может применяться шланговая полуавтоматическая сварка под флюсом. Идея этого вида сварки заключается в том, что тонкая электродная проволока диаметром 2 мм подается к месту сварки по гибкому шлангу механизированным способом, а движение вдоль шва производится вручную. Флюс подается непосредственно из держателя. На котором находятся также кнопки управления. На рисунке показана приварка полуавтоматом ребер жесткости сварной балки.

3. Газоэлектрическая сварка

Среди различных способов газоэлектрической сварки все более широкое применение находит электросварка в атмосфере защитных газов: сварка в среде углекислого газа и аргонодуговая сварка.

Сварка в среде углекислого газа применяется для малоуглеродистых сталей. Газ подводится к специальной горелке, обтекая плавящийся проволочный электрод, который может подаваться автоматически.

Преимущества этого способа сварки: высокая производительность и низкая стоимость, а также большая, глубина провара; благодаря высокой температуре струи защитного газа, нагретой жаром дуги, металл остывает медленно и шов получается плотным. Возможность автоматизации процесса сварки без применения флюсов делает эту сварку весьма перспективной.

Аргонодуговая сварка применяется преимущественно для сварки металлоконструкций конструкций, а также тонких листов из высоколегированных нержавеющих и жаропрочных сталей. Выполняется сварка с помощью горелки, внутри которой проходит неплавящийся вольфрамовый электрод, возбуждающий и поддерживающий электрическую дугу, а снаружи его обтекает защитный газ - аргон. В сварочную ванну вводят присадочный материал в виде проволоки.

транспортировка