Равнопрочный стык швеллеров

Сварка швеллеров без потери прочности соединения

Равнопрочный стык швеллеров

Любое сварное соединение ослабляет конструкцию и отдельные его узлы. Поэтому в строительстве для уменьшения сварных соединений при повышенных нагрузках на опорные балки несущих конструкций принято использовать швеллерный и двутавровый металлопрокат. Сварка швеллера при монтаже несущих частей конструкции представляет особую важный этап, но часто вызывает затруднения и невозможность выполнить строгие правила сваривания (ГОСТ).

Общие сведения о швеллере

Стальной швеллер представляет собой металлическое изделие, которое имеет П-образный профиль сечения. Данная конструкция позволяет при минимальном расходе материала, металла, получить высокие конструкционные характеристики. Способы изготовления швеллеров (гибкой на специальном станке или методом горячего проката) не влияют на выбор техники сваривания при его соединении, а только на общие прочностные характеристики.

Основные преимущества швеллера направлены на усиление отдельных узлов конструкции и заключаются:

  1. В возможности выдерживать большие осевые нагрузки.
  2. В высоком сопротивлении на изгиб при центральной нагрузке.
  3. В возможности соединения без использования сварки.

И так же эти же преимущества являются и недостатками при сваривании швеллеров.

В настоящее время выпускается пять видов швеллеров:

  • специальные;
  • с полками разной величины;
  • равнополочные;
  • с определенным уклоном полочных граней;
  • с параллельными гранями полок.

Самой большой прочности соединения можно добиться при сваривании равнополочных швеллеров с параллельными гранями полок. Они и являются самыми востребованными в сфере строительства.

Трудности соединения швеллеров

Для сборных металлоконструкций швеллера хорошо себя зарекомендовали, но мельчайшие ошибки в их соединении вызывают критичное нарушение прочности всей конструкции. Каждое сварное соединение само по себе ослабляет прочность металлоконструкции на 5-7%, при том, что металл шва имеет более высокие прочностные характеристики, чем металл основной детали.

Проблема заключается в самой техники сваривания, в правильном предварительном разогреве металла и в опыте сварщика. Неудобное положение при сборке некоторых узлов, а так же неправильно выбранные шов приводит к тому, что околошовная зона сваривания (зона не равномерного плавления) теряет до 20% своей прочности. Это самые уязвимые места соединения и на каждый сварной шов их два, с двух сторон. ГОСТ предусматривает самые распространенные узловые соединения, но далеко не все.

Итог:

  1. Всеми рекомендованными нормами по ГОСТу пренебрегать нельзя.
  2. Сварка швеллеров по ГОСТу гораздо прочнее, даже при условиях дополнительного усиления конструкции.
  3. Все дополнительные накладки после сварки между собой встык необходимо выполнять исключительно снаружи швеллеров.
  4. Сварка во внутренних углах швеллера только ослабляет общую конструкцию, поэтому варить во внутренних углах, как и внутри самого швеллера, не желательно.
  5. Сваривать можно не только по ГОСТу, так как это иногда неудобно, но и опираясь на рекомендации.

Электродуговая сварка

Особенности использования электродов и возможности подбора их по основным характеристикам делают электродуговую сварку самой предпочтительной для соединения швеллеров. Наиболее качественный шов получается при использовании электродов УОНИ, но есть некоторые особенности их использования.

Рекомендации:

  1. Желательно выполнять соединения внахлест.
  2. Работа с этими электродами требует опыта.
  3. Перед началом работы электрод следует прокалить в специальной печи при температуре 250 0С в течение часа.
  4. Металл должен быть тщательно подготовлен согласно ГОСТу.
  5. Для сварки необходимо использовать короткую дугу средней мощности при обратной полярности.
  6. Легче варить при прямой полярности, так как электрод горит медленнее, но тогда необходимо следить за сварочной ванной. Она не должна обогнать дугу.
  7. При таком соединении обязательно необходимо проводить проверку на внутренние дефекты.

Непосредственно режим сварки и скорость выполнения шва зависит от выбранного вида соединения, но наиболее оптимальной при ручной сварке является 20 м/ч.

Газовая сварка

При соединении швеллеров чаще всего полностью отказываются от применения кислородно-газовой сварки. Температура нагрева и большая зона нагрева, а соответственно и еще большая околошовная непрочная зона нагрева, не способствуют выбору данного способа соединения. Негативное термическое влияние, а так же перегрев зоны шва, приводит к возникновению ненужного внутреннего напряжения металла и к сильной деформации общей конструкции (балки).

Читайте также  Как сварить швеллер между собой?

Но газовая резка с последующей обработкой кромок и газовая сварка для исправления дефектов готовых металлоконструкций используется часто.

Распространенные варианты соединения швеллеров

Для соединения двух швеллеров между собой используют два основных варианта. Выбор варианта соединения зависит:

  • от условий выполнения шва;
  • от длины сварного соединения и количества сварщиков для его исполнения;
  • от вида нагрузки и зоны ее влияния (чаще всего это сжатие, приложенное к середине центра сечения);
  • от толщины и типа швеллера;
  • от максимальной общей нагрузки на конструкцию, от необходимой прочности.

Основные типы соединений и самые распространенные металлоконструкции из швеллеров на практике получают при использовании наиболее удобного метода сваривания.

Сварка швеллеров согласно ГОСТу.

Используется электродуговая сварка (ГОСТ 11534) или сварка под флюсом (ГОСТ 15164) с электродами УОНИ. Для начала необходимо сваривать более толстые элементы — полки швеллеров, а только потом менее толстые — стенки.

Сварка встык

Используется чаще всего, так как является наиболее экономичной. Если главные критерии для соединения швеллеров — простота и скорость работы, а не качество и надежность, то стоит остановиться на таком шве. Сварку необходимо выполнять с двух сторон с достаточной глубиной провара. В монтажных условиях и при учете не использования такого соединения для сборки отдельных элементов конструкции допускается односторонняя сварка с подваркой корня шва.

Особое внимание на обработку кромок:

  1. Если толщина полок швеллера до 6 мм, то скос кромок не производится.
  2. При толщине полок до 12 мм скос производится под углом 300.
  3. При толщине полок более 12 мм скос кромок необходимо выполнить с внутренней стороны швеллера и под тупым углом. При такой толщине можно использовать V-образный и Х-образный шов.

Описание процесса сваривания встык:

  1. Устанавливается балка, так чтобы стенки были в горизонтальном положении.
  2. Проводится скос кромок согласно толщине металла.
  3. Устанавливается вторая балка для сварки швеллера встык с зазором до 3 мм при помощи крана.
  4. Выполняется прихватка швеллеров между собой точечным швом с шагом в 40 мм.
  5. Проверяется прямолинейность получаемой конструкции.
  6. Основную сварку стыка необходимо провести без перерыва, от середины стенки по направлению к полкам.

Для уменьшения и внутренних напряжений и общей деформации балок так же рекомендуется провести усиление конструкции непосредственно после монтажа балки.

Сварка с накладками

Во избежание распространенного дефекта — трещин необходимо при сваривании встык добавить и подкладки. Зазор с обработанными кромками в собранном стыке должен быть не более 8 мм и при этом подкладка крепится со стороны свариваемых кромок. Толщина подкладки зависит от режима сварки и толщины исходного металла. Для данного типа соединений рекомендовано использовать автоматическую сварку под флюсом.

Все накладки лучше тщательно обварить по контуру с использованием всех рекомендаций при выполнении швов внахлест. В ситуациях, когда обварить со всех сторон не получается, необходимо все зазоры заполнить антикоррозионной жидкостью.

Описание процесса сращивания двух швеллеров:

  1. Швеллера свариваются торцами друг к другу согласно ГОСТу или с предварительной обработкой кромок.
  2. Изнутри сварной шов тщательно зачищается до ровной плоскости.
  3. Внутри швеллера приваривается первая подкладка — стальная полоса той же марки длинной равной ширине швеллера умноженной на коэффициент 5. Ширина полосы должна соответствовать ширине швеллеров (до начала округления к полкам), толщина полосы равна толщине металла конструкции.
  4. Полоса соединяется только швами по продольным сторонам.
  5. Вторая подкладка на роль ребра и приваривается по двум сторонам от полосы.
  6. Ребро необходимо тщательно проварить по контуру с двух сторон и обязательно приварить вплотную к полосе.

Такой метод сращивания подходит и для двутавровых балок, только необходимо все продублировать с двух сторон. По прочности сращенная таким образом конструкция будет только на несколько процентов (до 10%) в зависимости от общей длины, уступать монолитному изделию.

Соединение швеллеров в коробочку

Для получения усиленной полой балки несущей конструкции часто соединяют два швеллера полками внутрь, образовывая так называемую коробочку. Технология подобного соединения схожа со сваркой швеллеров встык.

Читайте также  Двутавр и швеллер отличия

Описание процесса соединения:

  1. Шов выполняют либо согласно ГОСТу с разделением кромок, либо оставляют зазор.
  2. Ширину зазора выбирают исходя из толщины металла балки (минимум 3 мм), который необходим для предотвращения наплавки металла шва горкой.
  3. Зачищать полученные швы болгаркой категорически нельзя, это приводит к ослаблению соединения.
  4. Два швеллера необходимо закрепить струбцинами.
  5. Соединительный сварной шов выполняют от середины к краям либо методом прихвата, когда работает один сварщик, либо одновременно продвигаются к краям два сварщика.

Выполнить такое соединение в полевых условиях при монтаже конструкции на месте возможно только при сваривании в горизонтальном нижнем положении. В других случаях рациональней и надежней будет использовать стыковые швы с последующим усилением подкладками.

Балки и возможные варианты их сваривания

Стыковое соединение между одинаковыми швеллерами. Накладные монтажные швы выполняются на тонком металле (1,2), а после на более толстом 3. Соединение используется для получения маломощных конструкций.

Комбинированное соединение. После выполнения стыковых соединений часто дополнительно применяют и угловой шов (4). При этом продольные швы никогда не доводят до окончания балки на расстояние, которое зависит свариваемых металлов и ширины полки швеллера. Так для низкоуглеродистой стали это расстояние равняется ширине полки (В), а для легированных металлов — двум размерам полок (2В). Для выполнения конструкций средней мощности используют такой вид соединения.

Соединение со смещенным стыком. Данное соединение выполняется двумя сварщиками и используется для сваривания швеллеров с разными по толщине полками. Первый шов выполняется для более толстого металла (1). Стыковое соединение (3) проводится согласно правилам, а угловые соединения (4) необходимо проводить одновременно двумя сварщиками (от краев балки к середине).

При изготовлении более сложных металлоконструкций используются эти же методы сваривания. Вся конструкция разбивается на отдельные узловые соединения, в которых происходит сваривание швеллеров. Монтаж конструкции всегда начинают от середины к краям и со швеллеров из более толстого металла, а после из более тонкого. Близко друг к другу швы располагать не желательно, лучше использовать подкладки из металла и дополнительные усиления конструкции.

Соединение швеллеров требует определенной последовательности действий и точного плана выполнения монтажа. Важность каждого шва нельзя недооценивать, так как существует большой риск потери всех преимуществ использования швеллеров для прочности конструкций.

Источник: http://goodsvarka.ru/metalov/shvellerov/

Сварка швеллеров между собой

Равнопрочный стык швеллеров

Швеллер – один из главных элементов из которых состоит металлоконструкция. Для формирования нужной структуры каркаса требуется сварка швеллеров. Сварной узел имеет хорошую надежность, но любые нарушения в технологии сварки могут привести к ослаблению всей конструкции. В связи с этим сварка является самым сложным и контролируемым этапом при производстве металлоконструкций.

Виды стыковки швеллеров

Выбор соединения прямо пропорционально зависит от размеров конструкции и действующих на нее сил.

Различают следующие варианты взаимного расположения швеллеров:

  •  полки швеллеров обращены внутрь;
  •  полки швеллеров обращены наружу (образует двутавр);
  •  смешанное расположение полок;
  •  полки швеллера перпендикулярны плоскости каркаса;
  •  диагональное размещение (размещение «стоя» или «лежа).

Выбор определенного варианта связан с:

  •  условиями наложения шва;
  • протяженности места сваривания и количества задействованных рабочих для его наложения;
  • вида сил и мест их воздействия;
  • типа и габаритных размеров швеллера;
  • требуемой расчетной устойчивостью и полной нагрузки на сооружение.

Сварка швеллеров встык

Данное соединение применяют для не ответственных конструкций. Сварка выполняется с лицевой, тыльной стороны и с условием хорошей толщины провара. Монтажный шов сперва выполняют на тонкой, а после на более толстой части швеллера. Допускается выполнение данного шва с одной стороны изделия с обязательной подваркой корня шва.

Последовательность наложения швов

Потребность в снятие кромок определяется исходя из толщины полок швеллера:

  1. 6 мм и менее-скос кромок не требуется.
  2. 6-12 мм – скос делают под углом 30 .
  3.  12 мм и более-скос кромок выполняется под тупым углом на внутренней стороне заготовки. Шов выполняют V и Х-образным.

Алгоритм сварки:

  1.  Швеллер размещается стенками горизонтально.
  2.  Снимают кромки в зависимости то толщины металла.
  3.  Производится стыковка двух балок с зазором не больше 3 мм.
  4.  Производится временная прихватка заготовок между собой точками с шагом в 40 мм.
  5.  Анализируется правильность созданной конструкции.
  6.  Окончательная обварка поверхности стыка проводится непрерывно от середины стенки в сторону полок.
Читайте также  Чем отличается швеллер у от п?

Для улучшения сварных характеристик и предотвращения появления трещин в местах сварки советуется выполнить усиление проката подкладками сразу после установки изделия. При приварке П-образного проката только в стык, без накладок, сваренное соединение будет слабее чем сам швеллер.

Сварка швеллеров с накладками

Зазор при стыке двух свариваемых деталей устанавливают не больше 8 мм. Накладка размещается со стороны сварного шва. Толщина усиления зависит от режима сварки и размеров проката.

Рекомендуем!   Как сварить ПВХ ткань своими руками

Накладки усиления обязательно обойти электродом по всей плоскости. При невозможности кругового обвара все зазоры заполнить веществом, препятствующим коррозии.

Алгоритм сварки:

  1. Швеллера привариваются торцами друг к другу согласно технологических норм ГОСТа.
  2. Шов внутри швеллера зачищается к плоскости.
  3.  Во внутреннюю часть швеллера приваривается усиление – лист стали имеющий длину равную 5-ти кратной ширине швеллера. Ширина листа ровна ширине швеллеров, толщина листа берется равноценной толщине материала швеллера. Полоса заваривается лишь по продольным сторонам.
  4.  Вторая полоса крепится в качестве ребра и заваривается по обеим сторонам от полосы. Ребро должно быть хорошо проварено по контуру с двух сторон и вплотную к полосе.

Прочностные характеристики срощеного данным методом изделия уступят монолиту на малость.

Соединение швеллеров внутрь

Для создания усиленной пустотелой балки можно соединить два изделия полками внутрь. Выполнение такого соединения одинаково со сваркой двух швеллеров встык. Данное соединение применяют при требовании конструкций средней мощности.

Алгоритм сварки:

  1.  Заготовки установить полками горизонтально напротив друг друга.
  2.  Скрепить струбцинами.
  3.  Шов выполнить либо по ГОСТу с разделением кромок, либо оставить зазор.(величину зазора выбирают в зависимости от толщины швеллера, но не менее 3 мм).
  4.  Шов необходимо производить по методу прихвата либо от середины к краям.
[warning]Зачистка швов болгаркой в данном соединении категорически запрещена и может привести к ослаблению всей конструкции.[/warning]Собрать данную конфигурацию в непригодных для данной работы условиях при сборке конструкции реально лишь при проведении сварочных работ в горизонтальной плоскости и нижнем положении. В иных случаях боле разумным и простым будет использование стыковых швов с усилением их листами-подкладками.

Смещенное соединение

Такая сварная конструкция производится несколькими сварщиками и применяется для объединения швеллеров с различными геометрическими размерами. Сварку начинают с мест, имеющих более толстый металл.

Соединение встык производят, руководствуясь стандартными нормами, а угловые соединения требуется производить синхронно двумя сварными (от края к середине). Продольные швы нельзя накладывать до конца балки. Это расстояние зависит от соединяемых материалов и площади полки проката.

Для углеродистых сталей данное расстояние приравнивается к ширине полки, а для легированных металлов приравнивается к двукратной ее ширине.

Рекомендуем!   Аргонная сварка нержавейки

При сборе металлоконструкций различной степени сложности и конфигурации используются выше перечисленные нами методы и типы сваривания швеллеров. Любая металлоконструкция может быть разбита на отдельные небольшие самостоятельные узловые соединения, в которых будут применимы вышеописанные методы.

[note]Самым прочным способом соединением среди всех видов считается соединение равнополочного проката с параллельными полками.[/note]

Любая сварка швеллеров или двутавров требует соблюдения заранее определенного ряда действий и точного порядка проведения монтажных работ. Сборку любой металлоконструкции всегда нужно начинать с середины и продвигаться к краям, одновременно сварку начинают со швеллеров имеющих более толстый профиль металла.

При компоновке не рекомендуется размещать сварные швы близко друг к другу, данные места лучше укреплять применяя подкладные листы из металла и вспомогательные усилительные конструкции. Любой сварной шов сам по себе уменьшает прочность всей металлоконструкции на 5-7 процентов, хотя материал сварного шва обладает более лучшими прочностными характеристиками, чем материал основной детали.

Сварочный режим и быстрота наложения сварного шва напрямую зависит от выбранного вами вида соединения, но наилучший при работе ручной электросваркой считается 20 м/ч.

Чтобы создать отличное прочное соединение необходимо перед сваркой хорошо зачистить места будущих соединений, и обработать кромки согласно рекомендациям ГОСТа. Полосы укрепления после приварки встык нужно размещать только снаружи швеллеров. Сварка во внутренних углах швеллера приведет к ослаблению всей конструкции, поэтому проводить работы во внутренних углах узла не желательно.

Источник: https://svarkagid.ru/tehnologii/svarka-shvellerov-mezhdu-soboj.html