Сварка металлических конструкци

В большом разнообразии конструкций из металла особой популярностью пользуются сварные металлоконструкции, отдельные элементы которых соединены между собой при помощи сварки.

Обусловлена такая популярность тем, что сварка – постоянно развивающаяся технология, которая позволяет создавать конструкции с прочным и качественным соединением элементов, соблюдая при этом все параметры, заданные техническими условиями.

Требования к сварке металлоконструкций

Сам процесс создания металлических конструкций при помощи сварки имеет ряд особенностей и нюансов, которые влияют на качество изделий и их долговечность. Поэтому на всех заводах по изготовлению металлоконструкций к нему предъявляются определенные требования, среди которых:

• Использование подходящих материалов с учетом ГОСТов и ТУ для каждого вида металла.
• Правильный выбор типа сварки, в зависимости от используемого металла.
• Соблюдение правил выполнения сварных швов.
• Сохранение геометрии конструкции. Особое внимание здесь уделяется углам – они должны быть идеально ровными (если этого требует проект). Несоблюдение этого условия может привести к перекосу конструкции, нарушению ее целостности и разрушению.
• Стабильность режима выполнения процесса (с минимальными изменениями величины тока и напряжения на дуге).
• Обеспечение безопасности работ.

Соблюдению всех этих требований способствует многоступенчатая система контроля качества на всех этапах производственного процесса.

Важно! Производственная сварка металлоконструкций повышенной сложности, нестандартных изделий из новых видов металла или с применением неиспользованных ранее сварных расходников, предполагает выполнение контрольных образцов перед началом основных работ. Это позволяет оценить все возможные тонкости процесса и учесть их при создании самой металлоконструкции.

Подготовка к сварочным работам

Для того, чтобы сварочный процесс был максимально эффективным, необходимо до его начала провести ряд подготовительных работ. К таковым относятся:

• Правка, разметка, резка и штамповка заготовок, которые могут быть из проката, литыми, коваными. Править металл могут в холодном или горячем состоянии. Размечают его согласно чертежам и техническим условиям. В случае изготовления особо сложных или нестандартных конструкций используется индивидуальная разметка. При производстве серийных металлоконструкций, применяется наметка по шаблонам.
  При резке же металла фирма по изготовлению металлоконструкций может использовать ножницы, специальные станки, штампы, прессы. Также раскраивают металлопрокат и термическим способом.
• Подготовка заготовок под сварку. В рамках подготовки металл очищается от следов коррозии, масла, лакокрасочных покрытий и других видов загрязнений. Также на этом этапе удаляют с поверхности металла всю влагу. Такая подготовка призвана обеспечить более качественное соединение металлических деталей между собой.
• Сборка конструкции. Сборочные работы также выполняются согласно чертежам. При этом особое внимание уделяется местам соединений – все детали должны плотно прилегать друг к другу.

Только после того, как все детали будут собраны и пройдут проверку на соответствие заданным параметрам, осуществляется сварка стальных конструкций в одно целое.

Классическая технология сварки

В настоящее время существует несколько различных методов сварки, но базой для каждого из них послужила классическая технология, которая, кстати, применяется и сейчас.

Для осуществления процесса по данной технологии используются такие источники энергии как электрическая дуга или газовое пламя. При этом сама сварка может быть:

• Автоматической. Этот процесс не требует человеческого вмешательства. Для его проведения сварочный аппарат настраивают на определенный режим работы, учитывая особенности конкретной операции. Настройка производится одноразово – перед самым началом работ.
• Полуавтоматической. В этом случае сам процесс формирования сварных швов осуществляется вручную, а электроды для этого подаются автоматически.
• Ручной. При таком виде сварки, все операции сварщик осуществляет самостоятельно, что может снижать производительность и скорость процесса.

В современном промышленном производстве сварных металлических конструкций чаще всего используется полуавтоматический вид сварки.

Новые сварочные технологии

Как и другие производственные технологии, классический метод выполнения сварочных работ постоянно развиваются и совершенствуются. Благодаря этому на сегодняшний день возможно использование таких технологий, как:

• Электронно-лучевая сварка. Используется при соотношении ширины шва и глубины погружения сварочного инструмента 20:1. Процесс проходит в вакууме. Такой вид сварки подходит для глубоких соединений – до 20 см.
• Термитная сварка конструкций, при которой соединение деталей происходит посредством нанесения на них специальной смеси при горении. Данная технология идеально подходит для устранения дефектов в виде трещин и сколов на готовых металлоконструкциях.
• Плазменная сварка. Осуществляется с применением ионизированного газа, который проходит через электроды с высокими характеристиками. Позволяет выполнять резку и сварку металлоконструкций любой ширины металла.
• Орбитальная аргонодуговая сварка, выполняемая с помощью вольфрамового электрода. Используется для работы с особо сложными металлическими деталями.

Использование всех этих технологий позволяет:

• снизить показатели деформации металла в процессе сварки;
• увеличить скорость выполнения сварных работ;
• снизить расходы на зачистку сварных швов;
• сэкономить расходные материалы, а значит и снизить траты на их приобретение.

Кроме того, с помощью новейших технологий становится возможным выполнение качественной сварки тонколистового металла. Однако при выборе вида сварки необходимо учитывать ее особенности, преимущества и недостатки.

Виды сварных соединений

Для создания узлов сварных конструкций могут использоваться различные типы соединений, отличающиеся по ряду параметров.

По конструктивным признакам

Здесь существует пять вариантов:

• Внахлёст, когда края одного элемента частично перекрывают края другого. Используется для сварки.
• Угловое соединение. При нем детали соединяются под определенным углом. В силовых конструкциях данный вид соединений практически не применяются. Максимальная толщина металла, подходящего для данного вида сварки не должна превышать 3 мм.
• Тавровое соединение (буквой Т), при котором одна из деталей примыкает своим торцом к боковой поверхности другой. Подходит для сварки несущих конструкций, требует тщательной обработки вертикального листа.
• Торцовое соединение. В этом случае обе детали примыкают друг к другу боковыми плоскостями и свариваются с торца. Подходит для соединения сосудов без давления. Позволяет экономить материал и время.
• Встык, когда элементы сварных конструкций из металла примыкают друг к другу в одной плоскости. Данный вид соединения применяется для работы с конструкциями из листового металла, трубопроводов, резервуаров и т.д. К числу преимуществ такого соединения относят повышенную прочность и экономичность процесса. При этом для его выполнения требуется тщательная подготовка металла и электродов. Листовой металл толщиной до 12 мм. Не требует тщательной обработки, но при нем расходуется достаточно много материала.

Чаще всего используются стыковые и угловые соединения.

По способу выполнения

По этому параметру соединительные швы могут быть:

• Двусторонними – сварка выполняется с двух противоположных сторон, при этом корень первой стороны удаляется.
• Однослойными – шов, выполняемый за одни «проход» наплавленным валиком.
• Многослойными, которые выполняются в несколько подходов. Число слоев зависит от количества таких проходов. Такие швы применяются при стыковке деталей со значительной толщиной металла.

Если выполнение двустороннего шва по каким-либо причинам невозможно, то делают односторонний без полной проплавки.

В случаях, когда конструкции стальные сварные испытывают на себе воздействие статических нагрузок, то для соединения деталей применяется неполный шов с разделкой кромок обеих заготовок.

По степени выпуклости

По выпуклости соединения могут быть:

• выпуклыми или усиленными;
• вогнутыми или ослабленными;
• плоскими или нормальными.

На степень выпуклости влияют сварочные материалы, применяемые для соединения деталей, режим и скорость процесса, ширина разделки кромок.

По пространственному ориентированию

По положению в пространстве соединения бывают:

• Нижними, при которых сварка проводится под углом 0°.
• Горизонтальными – угол сварки от 0° до 60°
• Вертикальными – от 60° до 120°.
• Потолочными – от 120° до 180°.

Первый вариант считается наиболее оптимальным по качеству и высокой производительности. Последний же относятся к самым трудоемким и небезопасным. Для их выполнения сварщикам требуется прохождение специального обучения.

Факторы, влияющие на качество сварки

В процессе работы, на каждом заводе сварных конструкций учитывают особенности и нюансы, которые влияют на качество изделий и их долговечность.

Температура

Среди обстоятельств, влияющих на технологический процесс сварки и качество сварочного шва, не последнее место занимает температура окружающей среды. Так, сварочные работы нельзя проводить если температура металлической заготовки ниже –18°С. Для подготовки элементов, подлежащих соединению посредством сварки, их необходимо прогреть.

Однако греть полностью все детали – нерационально, поэтому нагревают только места стыков на толщину заготовки, или на 76 мм во всех направлениях.

При необходимости соединить две детали из разных марок стали, прогрев производят по температуре той, что имеет большую прочность. Оптимальным нагревом для различных видов стали считается 21°С.

Режим сварки

Еще одно немаловажное обстоятельство, от которого зависит качество сварки узлов металлоконструкций и, как результат, прочность конструкции. Если речь идет о токе, то из-за его повышение в процессе работы распределение металла на стыке становится неравномерным. Также в результате использования слишком сильного тока в месте сварки могут образовываться прожоги. Если же ток небольшой, то качество шва также может пострадать. Иногда возможно образование недовара, который впоследствии приводит к снижению прочности металлической конструкции и образованию трещин внутри самого металла.

Скорость процесса

Этот критерий также влияет на конечный результат. Так, повышенная скорость практически в 100% случаев гарантирует образование не проваров в стыках. При маленькой же скорости высока вероятность появления прожогов, металл, заполняющий стыки может образовывать сильные выпуклости и растекания.

Особенности и преимущества сварки

Первой и основной особенностью сварки является соединение деталей на молекулярном уровне – металл на стыках расплавляется и «перемешивается», образуя единой целое. Еще одна особенность заключается в том, что при использовании сварки не требуется изготовления дополнительных крепежных элементов – соединение осуществляется непосредственно между стыками двух деталей. Из этой особенности вытекает еще одна отличительная черта сварных металлоконструкций – их уменьшенная масса по сравнению с теми изделиями, которые крепятся болтами или другими видами крепежа.

Учитывая все эти особенности, сварка и сварные конструкции обладают следующими преимуществами:

• значительной экономией времени при сборке изделий;
• использованием меньшего количества металла;
• отсутствием ограничений по толщине материала;
• возможностью контролировать процесс и корректировать форму конструкции;
• высокой прочностью и герметичностью стыков.

Кроме того, сварку можно применять не только при сборке конструкций, но и для их ремонта и реконструкции.

Стоимость сварочных работ

Заводские расценки на сварку металлоконструкций зависят от ряда факторов, среди которых:

• объем работы;
• сложность конструкции;
• вид сварки;
• количество и тип необходимых расходных материалов.

Также могут приниматься в расчет и другие параметры, в том числе срочность выполнения работ.