Технологическая карта сборки и сварки двутавровой балки

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Учебно-производственные задания.
I — сборка и сварка балки без применения приспособлений, II — сборка и сварка балки в зажимном приспособлении.

Цель заданий: углубить навыки в технике наложения швов, уметь прогнозировать результаты искажения формы сварных конструкций в зависимости от порядка и направления наложения швов; установить, как влияет взаимное направление наложения швов на коробление металла вдоль оси балки (закручивание).

I. Сборка и сварка балки без применения приспособлений

1. Взять девять пластин из низкоуглеродистой стали размером 200 X 100 X мм.
2. Собрать на прихватках три образца для сварки двутавровых балок.
3. Изготовить двутавровую балку (разметить балку путем нанесения клейма). Изготовление второй, третьей балок осуществляется другими учащимися.
3.1. Сварить первый стык в нижнем положении и в направлении, показанном стрелкой
3.2. Перевернуть балку и сварить стык в нижнем положении в направлении стрелки.
3.3. Перевернуть балку и выполнить шов.
3.4. Перевернуть балку и выполнить шов. В результате получится балка, в которой все швы выполнены в одном направлении.
4. Сварить двутавровую балку II.
4.1. Сварить стык в направлении, а. Сварку выполнить в нижнем положении, выполняя угловой шов.
4.2. Перевернуть балку и сварить стык в направлении, противоположном направлению сварки первого стыка
4.3. Перевернуть балку и сварить стык в направлении стрелки.
4.4. Перевернуть балку и сварить стык. В результате получится балка швами и в одном и швами и в противоположном направлениях.
5. Сварить двутавровую балку III .
5.1. Сварить стык, и в нижних положениях и в направлениях, т. е. швы, и швы, будут сварены в разных направлениях.
6. Проверить деформации балки вдоль продольной оси (закручивание).
6.1. Поставить балку на полку в устойчивое свободное положение. Рядом с балкой в месте касания полки со столом (точка а) установить вертикально линейку так, чтобы она касалась верхней полки
6.2. Перевести балку в другое устойчивое положение путем поворота ее вокруг продольной оси.
6.3. Поставить линейку на стол так, чтобы один конец расположился в основании балки, а второй касался верхней полки. Измерить угол а — угол закручивания балки.
6.4. Аналогичные измерения выполнить для всех балок. Данные измерений занести в таблицу или запомнить.
6.5. Сделать вывод о влиянии направления наложения швов на закручивание балки вдоль продольной оси.
7. Следует помнить, что закручивание возникает вследствие неодновременной поперечной усадки углового шва по его длине. Так, в результате усадки шва закручивается нижняя часть пояса балки, а шов вызывает закручивание верхней части пояса. Аналогично происходит и закручивание в противоположном направлении при усадке швов. Однако компенсировать закручивание, вызванное первым и вторым швами, третий и четвертый швы не могут, вследствие того, что первый и второй швы сделали концы полки более жесткими (при выполнении первого и второго шва закручиванию (деформации) препятствовали Рис. только прихватки).
8. Направление при наложении швов, принятое при сварке балки II, способствует суммированию величины закручивания от отдельных швов. Угол а у балки 111 будет в раза больше, чем при сварке одного шва.

II. Сборка и сварка балки в зажимном приспособлении

1. Простейшее зажимное приспособление состоит из основания с приваренной к нему пластиной, имеющее вырез. Для жесткого закрепления балки использовать набор струбцин.
2. Собрать балку из трех пластин размером 200 X 100 X мм.
3. Разместить балку IV в зажимном приспособлении и закрепить струбцинами.
4. Сварить балку в зажимном приспособлении.
4.1. Сварить стык левым или правым способом на тех же режимах, которые применяли для сварки предыдущих балок.
4.2. Освободить балку от струбцин (после полного остывания шва).
4.3. Перевернуть балку на 180° вокруг поперечной оси, вставить верхнюю полку в прорезь приспособления. Закрепить струбцинами.
4.4. Сварить стык .
4.5. Перевернуть балку по часовой стрелке на 180° вокруг продольной оси.
4.6. Установить балку в зажимное приспособление. Закрепить струбцинами и сварить стык . После остывания шва пластину освободить от зажимов.
4.7. Повернуть балку на 180° вокруг поперечной оси. Установить в зажимное приспособление. Закрепить. Выполнить сварку стыка (сварку вести в том же направлении, что и при выполнении предыдущих швов).
4.8. Освободить готовую балку из приспособления.
4.9. Проверить отклонения от формы и размеров.
5. Сравнить результаты проверки с предыдущими, полученными при контроле балок I, II, III . При правильном жестком закреплении пластин балка, сваренная в зажимном приспособлении, не должна иметь заметных изменений формы (закручивание вокруг продольной оси).
6. Все балки отрихтовать с помощью молотка и нагрева пламенем горелки.

Балки использовать в дальнейшем в качестве образцов для наплавки, сварки балок встык, с целью получения более длинной балки и закрепления навыков и умений сварки металла встык, а также для упражнений по резке металла.

Разработка технологии сборки и сварки металлической балки Б-3

Выбор стали для балки Б-3. Разработка и обоснование общей схемы сборки, требования к технологическим операциям. Выбор типа сварки, используемых соединение и материалов, оборудования, режимов и оснастки. Последовательность выполнения швов и их оценка.

Разработка технологии сборки и сварки металлической балки Б-3

балка сварка шов

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

Общие требования по выполнению сварочных работ регламентируются руководящими документами или технологическими указаниями по сварке, разрабатываемыми проектировщиками или отраслевыми институтами по организации строительства. Эти документы конкретизируются применительно к малым размерам конструкций и их элементов в картах технологических процессов сборки и сварки, разрабатываемых в организациях, осуществляющих заводское изготовление и монтаж металлических конструкций.

В данной курсовой работе рассмотрена разработка технологической карты сборки и сварки балки Б-3. Конструктивно представляющей стержень двутаврового сечения. Составляющие детали: стенки и полки.

Технологическая карта разработана в соответствии с ГОСТ 23118-99 «Конструкции стальные строительные», СНиПами II-23-81* «Стальные конструкции. Нормы проектирования», 3,03,01-87 «Несущие и ограждающие конструкции», 15,132-96 «Сварка и контроль качества сварных соединений металлических конструкций при сооружении промышленных объектов». СП-53-101-98 «Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций».

1. Выбор стали для балки Б-3

Для металлических строительных конструкций рекомендуется применять листовой, универсальный фасонный прокат и гнутые профили из углеродистых и низколегированных сталей, химический состав и механические свойства которых определены в ГОСТ 27772-82.

Выбор стали зависит от характера нагрузок, воздействующих на металлическую конструкцию, климатических условий ее эксплуатации и регламентируется СниП II-23-87*. В соответствии с вышеуказанным СниП, в зависимости от условий работы конструкции разделяются на 4 группы. Балка Б-3, разрабатываемая в данном курсовом проекте принадлежит к группе 2.

Группа 2. Сварные конструкции, либо их элементы, работающие при статической нагрузке [фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий; косоуры лестниц; опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов; опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ); опоры под выключатели ОРУ; опоры транспортных галерей; элементы контактной сети транспорта (штанги, анкерные оттяжки, хомуты); прожекторные мачты; элементы комбинированных опор антенных сооружений; трубопроводы ГЭС и насосных станций; облицовки водоводов; закладные части затворов и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы], а также конструкции и их элементы группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425-74* и ТУ 14-2-427-80 при наличии сварных монтажных соединений.

Под условиями работы понимается характер нагрузок — статические, вибрационные, динамические, климатические районы и соответствующие им предельные температуры.

Для данной колонны выбрана сталь С255. Буква С означает — сталь строительная, цифры условно обозначают предел текучести проката, согласно ГОСТ 27772-88. Все характеристики стали приведены ниже в таблицах.

Сварка двутавровых балок

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.

Особенности производства и эксплуатации сварных балок

Если раньше в строительстве использовались балки, элементы которых соединялись между собой многочисленными болтами, штырями и заклепками, что значительно утяжеляло всю конструкцию, то сейчас им на смену пришли прочные и надежные сварные балки, отличающиеся небольшим весом.

Готовые двутавровые балки на складе

Преимущества сварных двутавровых балок

В наше время очень сложно найти строительный объект, который возвели без использования сварных двутавровых балок. Балки, имеющие такое сечение, широко распространены потому, что позволяют значительно снижать затраты на строительство сооружений различного назначения, обеспечивая при этом высокую надежность возводимых конструкций.

Сварная балка, сечение которой имеет форму двутавра, способна выдерживать значительные статические и динамические нагрузки, не теряя при этом, своих эксплуатационных характеристик. Важным фактором является и то, что использование таких сварных балок позволяет снизить вес строительных конструкций, что в итоге уменьшает нагрузку на фундамент здания и на его несущие конструкции.

Использование двутавровых балок при изготовление каркаса здания

Сварной двутавр особенно незаменим в тех элементах строительных конструкций, где особенно важны прочность и способность успешно противостоять механическим нагрузкам различной направленности. К таким элементам, в частности, относятся каркасы для различных конструкций, колонны, межэтажные перекрытия, эстакады, рабочие площадки и прочее.

Очень востребована сварная балка в различных отраслях машиностроения и при строительстве сооружений быстровозводимого типа, поскольку технология ее производства очень экономична.

Несмотря на то, что организовать изготовление сварных балок двутаврового сечения достаточно несложно, экономически более выгодно производить их с использованием автоматизированного оборудования. Автоматизированные линии, на которых производство таких сварных балок поставлено на поток, позволяют не только значительно снизить себестоимость продукции, но и строго соблюдать технологию ее изготовления.

Перекрытия по металлическим двутавровым балкам

Технологический процесс производства сварных балок двутаврового сечения

Технология изготовления сварных балок, имеющих двутавровое сечение, состоит из нескольких последовательных процессов, каждый из которых на сегодняшний день уже отлично отработан. Итак, изготовление качественной и надежной сварной балки требуемого сечения состоит из нескольких процедур.

Создание заготовки по чертежу

Для ее изготовления используется оборудование термической резки, на котором листы металла требуемой толщины раскраиваются по заданным размерам. Итогом выполнения такой технологической операции являются штрипсы, имеющие длину и ширину, оговоренные в чертеже. На современных предприятиях для выполнения такой операции используются станки с ЧПУ, на которых раскрой металла может производиться несколькими резаками одновременно.

Для данной операции уже не требуется чертеж и выполняется она на специальном оборудовании (кромкофрезерном станке). Это этап производства необходим для того, чтобы обеспечить лучшую провариваемость стенки балки двутаврового сечения и ее полок.

На этой стадии будущая сварная балка собирается в готовую конструкцию, для чего используются специальные сборочные приспособления, позволяющие увеличить производительность процесса в 2–3 раза по сравнению с ручной сборкой. При осуществлении сборочной операции перед сваркой балки, имеющей двутавровое сечение, важно обеспечить правильное взаимное положение стенки двутавра и его полок (симметричность и взаимная перпендикулярность).

Целесообразнее всего для выполнения этих важных требований использовать специальное сборочное оборудование, оснащенное быстродействующими прижимными элементами. Оно позволяет не только точно позиционировать составные элементы будущего двутавра, но и делать это оперативно и с высокой надежностью. Технология сборки с использованием таких приспособлений состоит из двух основных этапов: сначала собирается только часть балки, составляющая Т-образный профиль, затем собранную конструкцию при помощи приспособления переворачивают на 180 градусов и комплектуют ее второй полкой. На современных предприятиях, как правило, используются сборочные приспособления с гидравлическими прижимными механизмами, что дает возможность сократить время выполнения данного технологического процесса.

На тонкостях данного этапа мы подробнее остановимся в следующем разделе нашей статьи.

Автоматическая сварка элементов двутавровой балки

Производство любых конструкций с использованием сварки предполагает сильный нагрев, что неизбежно приводит к возникновению деформации отдельных составных элементов изделия. Не является исключением и сварная балка, имеющая двутавровое сечение. Как правило, у таких балок после окончания процесса сварки наблюдается эффект «грибовидности», выражающийся в нарушении геометрии полок двутавра. Для того чтобы исправить этот дефект, как раз и необходима операция правки, заключающаяся в прокатывании сварной балки через ролики специального стана. После выполнения такой процедуры получают балку двутаврового сечения, геометрия которой четко соблюдена.

Как выполняется сварка балок двутаврового сечения

Конструкция сборочного оборудования, используемого для изготовления сварных балок, имеющих двутавровое сечение, определяется способом сварки для формирования поясных швов. Выбор такого оборудования зависит также и от того, какие приспособления планируется использовать в процессе производства. На современных предприятиях для формирования длинных поясных швов двутавровых сварных балок чаще всего используют автоматическую сварку под слоем флюса. Такой метод позволяет получить сварные швы, отличающиеся высоким качеством и надежностью по всей их длине.

Сварка балки как этап её изготовления

Использование для производства балок двутаврового сечения автоматизированного оборудования для сварки под слоем жидкого флюса позволяет не только снизить себестоимость готовой продукции, но и обеспечить ее высокое качество и надежность. Принцип работы такого оборудования предусматривает, что нерасплавленный флюс, защищающий зону сварки, находится под давлением. Благодаря этому минимизируется разбрызгивание жидкого металла из зоны сварки, что позволяет качественно выполнять данную операцию даже при высоких значениях силы тока (до 4 тысяч Ампер). Кроме этого, флюс защищает расплавленный металл от быстрого остывания, что способствует более эффективному отводу газа из него.

Между тем, сварная балка могут изготавливаться с использованием ручной дуговой и полуавтоматической сварки. В таких случаях для их сборки используют специальные кондукторы с зажимными элементами, либо обычные прихватки и хомуты. Однако следует иметь в виду, что в таком случае придется столкнуться с большими потерями расплавленного металла, которые будут происходить по причине его разбрызгивания и угара. Такие потери могут доходить до 30%.

Сварочные установки, используемые в производстве балок двутаврового сечения

Кроме того, что при изготовлении сварных балок двутаврового сечения необходимо выполнять сварку между собой их основных конструктивных элементов – полок и стенки, также часто требуется соединять уже готовые балки между собой. В таких случаях балки соединяются методом сварки «встык» и для выполнения такой операции может использоваться следующее оборудование.

Оборудование портального и консольного типа

На таком оборудовании, кроме самой сварочной головки, могут быть смонтированы устройства, обеспечивающие контроль за качеством получаемого шва, подачу и удаление флюса. Большим преимуществом такого оборудования является и то, что сварка с его помощью выполняется под углом в 45 градусов, что гарантирует отличную провариваемость деталей и получение шва с хорошим катетом.

Консольная сварочная установка с ЧПУ

Сварочные манипуляторы позволяют автоматизировать процесс сварки, для их комплектации можно использовать различное навесное оборудование. Например, рабочим органом такого манипулятора может быть автоматическая головка, выполняющая сварку в среде защитных газов или под жидким флюсом. Универсальность сварочных манипуляторов позволяет решать самые разнообразные задачи, связанные с процессом сварки.

Самоходные сварочные тракторы

Наиболее простой тип оборудования, который можно использовать для сварки длинных балок двутаврового сечения. Однако применять сварочные тракторы целесообразно только при изготовлении балок небольшими партиями.