Файл: Брудка Я. Легкие стальные конструкции.pdf

Благодаря незначительным размерам поперечных сечений стержней, выдерживающих небольшие усилия, швы в соединениях, как правило, короткие и имеют небольшую толщину. Поэтому сварку должны вести очень тщательно, чтобы предотвратить пористость, подрезы или сплав­ ление отверстий. Правда, тонкостенность элементов в стыке позволяет легче избежать внутренних дефектов шва (например, шлаковых включе­ ний в шве, непровары), но тонкие швы, как правило, пористые. Хорошо выполненный тонкий шов имеет прочность большую, в пересчете на 1 см3, чем так же хорошо выполненный толстый шов. Однако дефекты встречаются довольно часто, и тогда во время разрушения стыка они играют большую роль, чем в соединениях обычных стальных конст­ рукций.

Сталь во многих волокнах гнутых или холоднотянутых профилей имеет измененную структуру вследствие наклепа. При выполнении свар­ ного соединения вводится тепло, которое вызывает изменения в структуре стали, подвергавшейся обработке давлением. Эти изменения появляются при нагревании свыше 200—300° С. Основаны они на регенерации крис­ таллографической сетки, вследствие чего происходит определенное воз­ вращение первоначальных механических свойств.

При неправильном изготовлении профилей сталь может приобрести хрупкость. Об этом следует помнить при выполнении швов на углах. На основе проведенных испытаний и многолетней практики было отмечено что сталь марки St3, подвергнутую холодной пластической обработке, можно сваривать без особых трудностей, если толщина стенки профиля не превышает 4 мм.

В данной работе не описываются конструкции, выполненные из холод­ ногнутых профилей, изготовленных из листового металла толщиной бо­ лее 5 мм, поскольку такие профили до сих пор не нашли широкого при­ менения в строительстве.

Сварка листового металла толщиной более 4 мм, не подвергнутого холодной пластической обработке, не встречает никаких трудностей. Тех­ нология сварки такого металла ничем не отличается от сварки обычных стальных конструкций. Сварка листового металла толщиной менее 4 мм, подвергавшегося или не подвергавшегося холодной пластической обра­ ботке, требует технологии, приспособленной прежде всего к быстрому отведению тепла из стыка, быстрому застыванию сварочной ванны и к необходимой большей скорости плавления электродов по сравнению с этими же операциями, имеющими место при соединении листового ме­ талла толщиной 4 мм. Поэтому в сварном деле для соединения тонкого листового металла разработаны соответствующая техника и технология.

Согласно испытаниям, проведенным Высшим техническим училищем в Дармштадте [95], сварка не ликвидирует полностью изменений струк­ туры стали, подвергнутой холодной пластической обработке в профилях толщиной до 4 мм. В связи с кратковременностью действия теплоты первоначальные механические свойства не восстанавливаются. В резуль­ тате проведенных исследований повышены допускаемые напряжения не только для материала профилей, но и для швов, соединяющих эти про­ фили.

53

Согласно исследованиям, проведенным Высшим техническим учили­ щем в Дармштадте [65] и в Варшавском политехническом институте [125], явления естественного старения в профилях и искусственного ста­ рения в сварных стыках проявляются довольно сильно, но не приводят к ухудшению несущей способности тонких элементов, подвергнутых хо­ лодной пластической обработке, работающих при статических нагруз­ ках. Для элементов из металла толщиной до 3 мм можно вообще не опа­ саться растрескивания, вызванного старением после холодной обработки давлением. Зато для элементов из металла толщиной более 3 мм это яв­ ление нужно учитывать на тех же принципах, какие установлены для элементов обычных стальных конструкций.

С точки зрения прочности, нагрев при сварке уменьшает в околошовной зоне последствия холодной обработки давлением. Несмотря на то что в сварном стыке понизился предел текучести, его несущая способ­ ность не уменьшилась. Это происходит потому, что участки стыка с бо­ лее высоким пределом текучести препятствуют свободной деформации участков стыка с меньшим пределом текучести. В результате этого про­ исходит определенное пластическое перераспределение материала, при­ водящее к такому местному упрочнению материала, при котором весь элемент выдерживает увеличенную нагрузку без излишних местных де­ формаций.

Указанное явление особенно сказывается в стыках при т о ч е ч н о й и э л е к т р о д у г о в о й с в а р к а х в защитном инертном газе или СОг.

Качественных сварных швов можно достичь прежде всего на заводах по изготовлению легких стальных конструкций, где работают сварщики высокой квалификации, постоянно занимающиеся сваркой тонкого лис­ тового металла, и на заводах, изготовляющих тонкостенные профили с высокими и неизменно сохраняющимися прочностными характеристи­ ками.

Нормами PN/B-03202 [152] допускается сварка элементов толщиной не менее 2 мм — такой стык считают прочным. На основании новейших исследований толщину стыка можно снизить до 1 мм.

До недавнего времени считалось, что лучшим методом соединения гнутых профилей с толщиной стенок до 4 мм является к о н т а к т н а я с варка . Однако в последние годы вследствие внедрения в сварку но­ вых типов электродов отмечено, что шо в н а я с в а р к а по прочности

ипо технологии выполнения не уступает контактной.

3.2.2.Соединение со стыковыми и угловыми швами

Существует несколько методов сварки тонкого листового металла, из которых должны быть упомянуты прежде всего газовая, ручная дуговая электродом с покрытием, дуговая автоматическая или полуавтоматиче­ ская (в защитном газе СОг или в защитных инертных газах), стыковая контактная.

Газовая сварка — старейший способ, однако он малопроизводителен и не очень эффективен для соединения гнутых профилей в строительных элементах с большим числом угловых швов; из-за неудовлетворительного

54

качества элементы, свариваемые таким способом, после сварки сильно деформируются.

Дуговая ручная сварка электродом с покрытием — наиболее распро­ страненный в настоящее время способ, применяющий специально пред­ назначенные для сварки тонкого листового металла электроды с об­ мазками.

Необходимо следить за тем, чтобы швы не были пористыми, посколь­ ку этот недостаток при сварке тонкого листового металла больше всего сказывается на уменьшении прочности соединения. Предотвратить это можно прежде всего путем обучения сварщиков, контроля их работы и высушивания электродов непосредственно перед сваркой. Если необ­ ходимо высокое качество шва, следует применять массивные медные подкладки. Иногда роль медной подкладки может выполнять часть сва­ рочного аппарата, если она достаточно массивна по сравнению со сва­ риваемыми элементами. Если при выполнении стыка конструкции невоз­ можен доступ к краям стыкового шва, то в проекте необходимо преду­ смотреть применение стальной подкладки, оставляемой там после выполнения шва. Это также повышает качество стыка.

Дуговая автоматическая или полуавтоматическая сварка в защитном газе СОг в несколько раз более производительна, чем дуговая ручная сварка электродом с покрытием. В принципе этим способом можно осу­ ществлять такие же соединения, как электродом с покрытием. Однако при прокладке коротких швов производительность всего в 2 раза выше. Следовательно, применять такой способ целесообразно в стыках с длин­ ными швами.

Дуговая автоматическая или полуавтоматическая сварка в защит­ ном газе имеет много достоинств: высокое качество шва; возможность уменьшения толщины угловых швов благодаря большой глубине рас­ плавления; видимость дуги, что позволяет легко управлять ею; отсутст­ вие шлака на поверхности шва; большую легкость вертикальной сварки.

К недостаткам этого способа относятся прежде всего необходимость применения проволоки с увеличенным содержанием марганца и кремния с целью восстановления металла из сварочной ванны и невозможность вести сварку при ветре, так как струя двуокиси углерода отклоняется и не защищает в достаточной мере металл в стыке.

Дуговая автоматическая или полуавтоматическая сварка в защитных инертных газах. Это способ аналогичен сварке в двуокиси углерода, но более дорогой из-за применения струи аргона или гелия. Сварку можно проводить с помощью неплавящегося вольфрамового электрода (метод, обозначенный символом TIG) или непрерывного плавящегося электро­ да (метод, обозначенный символом MIG). При сварке углеродистых ста­ лей он не дает особых преимуществ по сравнению со сваркой в защите двуокиси углерода. Более выгоден рассматриваемый способ при сварке легированных термически упрочненных сталей, из которых для строи­ тельных конструкций могут применяться марки хромокремнемарганцевой стали.

Другие способы дуговой сварки при выполнении стыковых и угло­ вых швов в конструкциях из гнутых профилей не применяются.

55

Для соединения конструкций из прокатных профилей и стержней круглого или квадратного сечения при коротких стыковых или угловых швах обычно используют р у ч н у ю д у г о в у ю с в а р к у э л е к т р о д о м с по крыт ие м.

Стыковую контактную сварку листового металла толщиной менее 2 мм можно применять только во второстепенных элементах. Тогда на материале не снимают фаску, а загибают края листов металла (рис. 3-3).

Шов, называемый отбортованным стыковым швом, получается путем

Отбортованные стыковые швы, выполненные в защитной атмосфере аргона, считают несущими. Их применяют также и для соединения лис­ тового металла толщиной более 2 мм. Подготовка краев к сварке долж­ на быть такой, как показано на рис. 3-5. Шов получается путем плавления отогнутых бортов, добавления круглого или плоского стержня либо пу­ тем плавления самих бортов соединяемого материала.

Элементы с толщиной стенок до 3 мм сваривают стыковой контакт­ ной сваркой с одной стороны без обработки кромок (рис. 3-6,а). При толщине профиля до 5 мм применяют двустороннюю сварку (рис. 3-6,6). Швы должны иметь наплыв, постепенно переходящий в материал про­ филя. С целью достижения хорошего провара граней надо делать зазор между кромками в соответствии с рисунком. Этот стык считается несу­ щим и может работать на постоянную и переменную нагрузки. >

При стыковых соединениях профилей с толщиной стенок 4—20 мм де­ лают швы в форме буквы V. Если при сварке нет доступа к граням, то кромки материала скашивают под острым углом (рис. 3-7). Стык может работать на постоянные нагрузки. Если сделать подкладку из тонкого листового металла и оставить ее постоянно, то стык сможет выдерживать также переменные нагрузки. Если при сварке есть доступ к граням, то кромкам материала придают форму скоса с порогом (вертикальная

56