Технология изготовления балок двутаврового и коробчатого сечения

Балки — это конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб. Типы поперечных сечений и размеры сварных балок весьма разнообразны.

Если нагрузка приложена в вертикальной плоскости, то чаще всего используют балки двутаврового сечения. При приложении нагрузки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также при действии крутящего момента, более целесообразно использование балок коробчатого сечения. И в тех и в других балках горизонтальные листы (полки) соединяют с вертикальными листами (стенками) поясными сварными швами.

Наиболее широкое применение имеют двутавровые балки. Обычно такие балки собирают из трех листовых элементов. При сборке нужно обеспечить симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенки, прижатие их друг к другу и последующее закрепление прихватками. Для этой цели используют сборочные кондукторы с соответствующим расположением баз и прижимов по всей длине балки.

На установках с самоходным порталом зажатие и прихватку осуществляют последовательно от сечения к сечению.

Для этого портал подводят к месту начала сборки, включают вертикальные и горизонтальные пневмоприжимы. Они прижимают стенку балки к стеллажу, а пояса — к стенке балки. В собранном сечении ставят прихватки. Затем прижимы выключают, портал перемещают вдоль балки на шаг прихватки, и операция повторяется. Вертикальные прижимы позволяют собирать балки значительной высоты, не опасаясь потери устойчивости стенки от усилий горизонтальных прижимов. При больших размерах двутавровой балки ее пояса и стенки могут быть составными. Такие балки нашли применение при сооружении пролетных строений автодорожных мостов.

При изготовлении двутавровых балок поясные швы обычно сваривают автоматами под слоем флюса. Приемы и последовательность сварки швов могут быть различными. Наклоненным электродом можно одновременно сваривать два поясных шва, однако имеется опасность возникновения подреза стенки или полки. Выполнение швов в лодочку обеспечивает более благоприятные условия их формирования и проплавления, зато приходится поворачивать балку после сварки каждого поясного шва. Для этого используют позиционеры-кантователи различных типов.

В кантователе в центрах предварительно собранную па прихватках балку закрепляют зажимами в подвижной и неподвижной опорах. В требуемое положение балку устанавливают, вращая опоры с помощью червячной передачи. Подвижность задней опоры позволяет сваривать в таком кантователе балки различной длины.

Цепной кантователь состоит из нескольких фасонных рам на которых смонтировано по два зубчатых колеса и блок Свариваемую балку кладут на провисающую цепь. Вращением ведущих звездочек балку поворачивают в требуемое положение.

В некоторых случаях применяют кантователи на кольцах. Собранную балку укладывают на нижнюю часть кольца; откидывающаяся часть замыкается с помощью откидных болтов и балку закрепляют системой зажимов.

При раздельной сборке и сварке двутавра в универсальных приспособлениях доля ручного труда на вспомогательных и транспортных операциях оказывается весьма значительной. Использование поточных линий, оснащенных специализированным оборудованием и транспортирующими устройствами, существенно сокращает затраты ручного труда. Поточные линии сварки балок таврового или двутаврового сечения могут оснащаться либо рядом специализированных приспособлений и установок, последовательно выполняющих отдельные операции при условии комплексной механизации всего технологического процесса, либо автоматизированными установками непрерывного действия.

Широкополочные двутавры и тавры с параллельными гранями полок являются наиболее экономичными горячекатаными профилями. Их использование способствует технологичности конструктивных решений, снижению расхода материала и уменьшению трудоемкости изготовления сварных конструкций.

Тавры получают роспуском двутавров в поточной линии, предусматривающей последующую правку в сортоправильной машине для обеспечения требуемой прямолинейности.

Разрезка двутавра по зигзагообразной линии с последующей сваркой выступов стенки позволяет получать двутавры с перфорированной стенкой, обладающие существенно более высокой несущей способностью по сравнению с исходным двутавром.

Большое распространение получили сварные двутавры с поясами из широкополочных тавров и стенкой — вставкой из листа. Специальное сборочно-сварочное устройство для изготовления таких балок предусматривает подачу нижнего тавра в приспособление включением транспортирующих роликов. Парные направляющие ролики обеспечивают центровку ребра тавров и листовой вставки. Положение верхнего тавра задают опорные ролики и верхняя пара направляющих роликов. Взаимное расположение собираемых элементов закрепляется приваркой планок заходных и выходных. При вертикальном положении стенки перемещение собранной балки со скоростью сварки позволяет одновременно производить сварку обоих продольных стыков с двух сторон четырьмя сварочными горелками под слоем флюса.

Балки коробчатого сечения сложнее в изготовлении, чем двутавровые, поскольку между стенками и полками находятся листы, которые обеспечивают большую жесткость на кручение. Поэтому такие балки находят широкое применение в конструкциях крановых мостов. При большой длине балок их полки и стенки сваривают стыковыми соединениями из нескольких листовых элементов.

Сначала на стеллаж укладывают верхний пояс, расставляют и приваривают к нему диафрагмы. После приварки диафрагм устанавливают, прижимают и прихватывают боковые стенки. Затем собранный П-образный профиль кантуют и внутренними угловыми швами приваривают стенки к диафрагмам. Сборку заканчивают установкой нижнего пояса. Сварку поясных швов осуществляют наклонным электродом после завер­шения сборки. Это объясняется тем, что для балок коробчатого сечения подрез у поясного шва менее опасен, чем для двутавро­вых балок, поскольку в балках коробчатого сечения Сосредото­ченные силы передаются с пояса на стенку не непосредственно, а главным образом через поперечные диафрагмы.

При изготовлении полноразмерных балок моста крана все основные операции по заготовке листовых элементов и последующей общей сборки и сварки выполняют в механизированных поточных линиях с использованием автоматической сварки под слоем флюса. Наибольшую трудность при производстве балок коробчатого сечения представляет выполнение таврового соединения диафрагм и стенок угловыми швами. Небольшое расстояние между стенками затрудняет автоматическую сварку в горизонтальном положении, и сварщику приходится выполнять эти швы вручную в крайне неудобном положении.

Сварные элементы коробчатого сечения применяют для стержней ферм железнодорожных мостов. В отличие от балок у них нет диафрагм, что затрудняет сборку, и поэтому в серийном производстве для их сборки используют специальные кондукторы, фиксирующие детали по наружному контуру. Для этого в полках балок предусмотрены технологические отверстия, через которые стенки в процессе сборки поджимают к внешним опорам кулачковым механизмом. Кроме того, для предотвращения винтообразного искривления этих элементов сварку осуществляют наложением одновременно двух симметрично расположенных в одной плоскости угловых швов наклонными электродами.

При монтаже конструкций нередко возникает необходимость стыковки балок. При монтаже обычно стыковые швы стенки и полок совмещены в одной плоскости. Их выполняют ручной дуговой или механизированной сваркой в среде С0₂. Стык балки с не совмещенными в плоскости стыковыми швами полок и стенки применяют как технологический. Назначая последовательность выполнения швов поясов и стенки, необходимо иметь в виду следующее. Если в первую очередь сварить стыки поясов, то стык стенки придется выполнять в условиях жесткого закрепления, что может способствовать образованию трещин в процессе сварки. Если вначале сваривают стык стенки, то в стыках поясов возникает высокий уровень остаточных напряжений растяжения, что может снизить усталостную прочность при работе балки на изгиб.

Для облегчения условий сварки стыка участки длиной L поясных швов балки иногда до конца не заваривают, а выполняют их после сварки стыковых швов. Так как поперечная усадка свариваемого последним шва будет восприниматься элементом длиной L, то величина остаточных напряжений окажется меньше, чем при жестком закреплении. Однако в элементах, свариваемых в первую очередь, появление свободного участка L может вызвать коробление из-за потери устойчивости под напряжением сжатия. Для каждого конкретного случая в зависимости от перечисленных факторов оптимальная технология выполнения стыка может быть различной.

Непосредственная сварка стыковых соединений с полным проплавлением всего сечения профильных элементов требует высокой квалификации сварщика и тщательного контроля качества полученных соединений. При изготовлении конструкций, работающих при статических нагрузках, часто применяют соединения с накладками, привариваемыми к соединяемым элементам угловыми швами. Такое соединение технологически проще, хотя и требует дополнительного расхода металла. Для конструкций, работающих при вибрационных нагрузках, соединения с накладками непригодны.

Поиск по сайту: