Сварка стальных строительных конструкций

Первые металлические конструкции выполнялись с помощью клепки. Инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым в 1883 году в г. Баку была предложена конструкция и изготовлен первый цилиндрический резервуар для нефтепромыслов. Далее им были созданы перекрытия зданий Нижегородской выставки, ГУМа в Москве, мартеновских цехов, мостов и др.

Началом применения сварки в строительстве является 1920 год, когда в г. Владивостоке была сварена строительная ферма длиной 25 м.

В начале 30-х годов стали проводиться планомерные научно-иссле­довательские работы в области сварки строительных конструкций. Были разработаны конструкции сварных ферм, колонн, подкрановых балок и др. В 30–40-х годах были разработаны и построены сварные каркасы зданий мартеновских и конверторных цехов (Новокузнецкий, Магнитогорский и Макеевский металлургические комбинаты, завод «Азовсталь» и др.)

В 1930 г. в Магнитогорске были сварены газопроводы горячего
дутья и воздухонагреватели домны. В 1941 г. был построен первый
11-километровый нефтепровод.

Первые стальные резервуары емкостью 300 м³ были построены
в 1929 г. тоже В. Г. Шуховым. Начиная с 1938 г. сварные резервуары более 5000 м³ широко применяются в нефтяной промышленности.
В 1950-х годах был разработан индустриальный метод изготовления резервуаров (на заводе сваривают и сворачивают в рулоны полотна днища и стенок резервуара. На строительной площадке рулон разворачивают и сваривают между собой. Кровля также может изготовляться на заводе в виде отдельных элементов.

В 1939 г. был построен первый арочный цельносварной железнодорожный мост через реку Исеть (140 м длиной). Однако конструктивно сварные мосты не были достаточно обоснованы по выбору основного
и сварочного материала, по условиям внешнего воздействия. Поэтому часто применялись клепаные мосты. В 1946 г. были разработаны
серии пролетов мостов сварных автодорожных (21,6 м, 32,4 м, 42,5 м)
и клепано-сварных (52,5 м и 83,2 м). Мосты конструировались из стали повышенной прочности и с предварительным напряжением.

С 1948 г. начали создаваться цельносварные конструкции высотных зданий в Москве (Министерство иностранных дел, гостиница «Украина»). В 1936 г. была построена первая стальная радиомачта
из рельсов (200 м).

Стальные конструкции по условиям работы делятся на
4 группы:

1) работающие в особо тяжелых условиях (подкрановые балки, эстакады, опоры транспортных средств…);

2) работающие при статических нагрузках (фермы,
балки перекрытий…);

3) работающие при статических нагрузках (колонны, опоры…);

4) вспомогательные конструкции (трапы, площадки,
ограждения…).

В зависимости от этих групп и климатических зон выбираются материалы (марки сталей, флюсы, электроды…) и режимы сварки.

Сварные конструкции изготовляют из проката. Его правят на вальцах, грунтуют, размечают и режут. На автоматических поточных линиях производится резка и сварка без предварительной разметки.

Сварку элементов конструкций проводят на стеллажах, стендах, кондукторах, вращателях и манипуляторах. В процессе сварки, кроме широко распространенных кувалды
и лома, используются струбцины, эксцентриковые зажимы, домкраты, винтовые распорки, клиновые стяжные приспособления и другая оснастка.

При сварке резервуаров эффективен метод рулонирования, но в труднодоступных местах проводят и полистовую их сборку.

Рулонные заготовки днищ и корпусов цилиндрических резервуаров сваривают механизировано из листового проката на 2-ярусной установке сварочными тракторами под слоем флюса, на нижнем ярусе проваривают швы с одной стороны, а на верхнем ярусе — с другой стороны листа.
На контрольной площадке проверяют качество швов и грунтуют полотнища. Далее наметывают его на шахтную лестницу резервуара или кольцевые каркасы и транспортируют на место установки. Листы днища укладываются от центра к краям и укрепляются сборочными приспособлениями.
По окружности делают прямые (до объемов менее 5000 м³) или сегментные (при объемах более 5000 м³) окрайки. Сварку выполняют ручной электродуговой сваркой в 2 слоя, или механически порошковой проволокой ПП-АН3, или сварочными автоматами.

Сварка решетчатых конструкций (стропильные фермы, опоры линий электропередач, мачты…) выполняется в среде защитных газов или применяется порошковая самозащитная проволока, во многих случаях используется электроконтактная сварка. Сборка элементов конструкций выполняется
с помощью кондукторов, пневматических и винтовых прижимов и фиксаторов. После прихватки соединений ручной электродуговой сваркой освобождают прижимы и переносят форму в кантователь для основной сварки конструкции.

Сварка при низких температурах. В зависимости
от марки стали и толщины металла и вида металлоконструкции (табл. 2.4) устанавливается минимально допустимая температура сварки без нагрева.

Таблица 2.4

Допустимые температуры окружающего воздуха
при сварке металлоконструкций

Металлоконструкции	Допустимая минимальная температура сварки (° C) для толщин металла, мм
	< 16	16–25	16–30	> 25	30–40	> 40
Из углеродистой стали: решетчатые листовые Из низколегированной стали при sт £ 390 МПа: решетчатые листовые То же, sт > 390 МПа: решетчатые листовые	–30 –30     –20 –20   –15 –15	— —     — —	–30 –20     –10   — —	— —     — —   Подогрев до 120–60° C	–10 –10     +5   — —	+5 +10   — —

Углеродистые стали допускают более низкую температуру сварки, чем низколегированные. Чем тоньше металл, тем более низкая температура сварки может быть допустима.

При очень низких температурах (менее –50° С) для
выполнения сварочных работ необходимы специальные
укрытия (тепляки, пневматические оболочки).

Сварка стальных трубопроводов

Выбор материалов для изготовления и технология сварочных работ определяются назначением трубопроводов, характером транспортируемой среды и значениями рабочих параметров (температура, давление и т. д.).

По рабочим параметрам транспортируемого продукта трубопроводы делятся на 5 категорий и 3 группы. Наиболее сложные и ответственные по качеству сварочные работы выполняются для 1 категории трубопроводов.

Стальные технологические трубопроводы изготовляются из сталей низкоуглеродистых (Ст10, Ст20, ВСт2сп, Вст2пс, ВСт3сп, Вст3пс), ферритно-перлитных (10Г2, 15ГС…),
мартенситных (15Х5, 15Х8ВФ…), мартенситно-ферритных (12Х13…), ферритных (08Х13, 15Х25…) и аустенитных (08Х18Н10Т, 10Х23Н18, 10ХПН13МВ).

Перед сваркой разделывают концы труб (рис. 2.51) в зависимости от толщины ее стенок и вида сварки (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Основные виды разделки кромок труб под сварку

Разделка кромок	Способ сварки	h, мм	b, мм	c, мм
Без скоса кромок     Со скосом кромок	Ручная электродуговая, в среде СО 2 Под слоем флюса Газовая сварка - / - Ручная электродуговая, в среде СО 2, и в комбинированной среде - / - - / - Газовая сварка - / - - / -	2–4 4–6 1–1,6 2–3 3–5 6–8 9–10 12–20 5–6	0,5 1,5 0,5	0,5 0,5 1,5

Наиболее эффективна подготовка кромок механизированной резкой. После газопламенной резки кромки реза
надо зачищать шлифовальными кругами. На специализированных трубоотрезных станках одновременно отрезаются трубы, делаются фаски и нарезаются резьбы.

Низколегированные стали режут газовым резаком,
а легированные — плазменным. Перед резкой поверхность труб должна очищаться от масла, краски, грунтовки
и загрязнений.

Качество стыковых сварных соединений во многом определяется качеством корневого шва. Для обеспечения надежного провара корневого шва используются следующие виды сварки:

1. Ручная электродуговая сварка электродами диаметром менее 3 мм (наиболее распространенный способ).

2. Ручная аргонно-дуговая сварка неплавящими электродами малого диаметра 0,8–1,2 мм (обеспечивается лучшее качество, чем при ручной электродуговой сварке).

3. Механизированная сварка плавящим электродом
в защитных газах (чаще СО ₂) для низкоуглеродистых
и низколегированных сталей.

4. Автоматическая аргонно-дуговая сварка (требуется высокое качество подготовки стыка).

5. Комбинированный способ (корень шва — одним из этих способов, а шов — другими способами).

6. Сварка на съемных, остающихся или расплавляемых подкладках (рис. 2.52). Съемные подкладки используются

при сварке магистральных трубопроводов. Остающиеся
подкладки используются редко, т. к. они конструктивно сложны, а имеющийся зазор приводит к трещинам из-за динамических нагрузок и коррозии металла. Перед использованием сварных подкладок трубы центрируются. При сварке накладка полностью расплавляется, исключается непровар, обеспечиваются повышенная прочность и коррозионная стойкость сварного шва.

7. Сварка с применением флюса-пасты ФП-8 для труб аустенитных коррозионно-стойких сталей. Обмазывается флюсом внутренняя поверхность трубы, при сварке формируется хороший шов.

8. Сварка с поддувом защитного газа (аргона) во внутреннюю полость трубы.

9. Сварка на флюсовой подушке. На внутреннюю подкладку наносится флюс или используется флюсомедная подкладка с канавкой, заполненной флюсом.

10. Подварка корневого шва изнутри трубы. После наружной сварки изнутри трубы подрубают (шлифовальным кругом, пневмозубилом) корень шва и вновь проваривают. Применяется при сварке труб диаметром более 700 мм.

11. Сварка на съемных эластичных неметаллических подкладках из жаропрочного композиционного материала. После сварки подкладки убирают. Они могут быть одно-
и многоразового использования.

Сборка труб при имеющемся смещении кромок труб
выполняется следующими способами:

1. Подбивкой (подкаткой) кромок в холодном состоянии или с нагревом до 850–900° С.

2. Предварительной калибровкой концов труб с помощью холодного обжима или раздачи.

3. Применением центраторов, совмещающих кромки труб без изменения их периметра.

При ручной электродуговой сварке прихватка и сварка первых слоев должна выполнятся электродами диаметром менее 3 мм. Число слоев наплавки: 1–2 при h = 3–6 мм;
3–4 при h = 10–12 мм; 12–16 при h = 28–32 мм. Каждый последующий слой очищается от шлака и брызг металла.

В зависимости от марки легированных сталей выбираются тип электрода и необходимые режимы предварительного подогрева сварки и термической обработки после сварки.

Дата добавления: 2014-12-16