ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Особенности технологии изготовления решетчатых конструкций — ферм

Общим для решетчатых конструкций является наличие в узлах соединений нескольких отдельных стержней того или иного сечения.

Фермы, как и балки, работают на поперечный изгиб. Конструктивные формы балок проще, однако, при достаточно больших пролетах применение ферм оказывается более экономичным. Характерные схемы решеток ферм показаны на рис. 39. Треугольная (а) и раскосная (б) схемы являются основными. Фермы, воспринимающие нагрузки по верхнему или нижнему поясу, с целью уменьшения длины панели изготовляют по схемам, изображенным на рис. 39, в, г. Иногда применяют без раскосные фермы с жесткими узлами (рис. 39, д). По очертанию поясов фермы могут быть с параллельными поясами или с поясами, образованными ломаной линией (рис. 39, е). По назначению фермы разделяют на стропильные и мостовые.

Стропильные фермы работают при статической нагрузке. В качестве стержней используют прокатные и реже гнутые замкнутые сварные профили и трубы. В общем объеме производства фермы из парных прокатных уголков составляют около 90%. Стержни в узлах соединяют либо непосредственно, либо с помощью вспомогательных элементов дуговой сваркой. Перспективно применение точечной контактной сварки. Из-за статического характера нагружения стропильных ферм чувствительность к концентрации напряжений в точечных соединениях мала; в то же время контактная сварка обеспечивает значительное повышение производительности сборочно­сварочных работ.

Мостовые фермы работают при переменных нагрузках и нередко при низких климатических температурах, что определяет высокую чувствительность их сварных соединений к концентрации напряжений. Поэтому в процессе проектирования и изготовления сварных мостовых пролетных строений особое внимание уделяют предотвращению и устранению концентрации напряжений в сварных соединениях и узлах.

Решетчатые пролетные строения с ездой понизу применяют для железнодорожных мостов. Для автодорожных мостов более характерно использование стальных и сталежелезобетонных сплошностенчатых пролетных строений с ездой поверху.

Пространственные решетчатые конструкции башенного типа (например, радиомачты, радиобашни, буровые вышки) вследствие большой высоты подвергаются значительным ветровым нагрузкам, поэтому их изготовляют преимущественно из трубчатых элементов. Поскольку размеры этих конструкций превышают габарит железнодорожного подвижного состава, их монтируют из сваренных на заводе секций. Основные стойки башни располагаются по углам граней секций и являются поясами плоских ферм. Стойки составляются из отдельных труб стандартной длины и через приваренные к их торцам фланцы соединяются между собой болтами.

В особенно трудных условиях работают буровые вышки для добычи нефти и газа в открытом море на глубинах порядка 150.200 м. Помимо ветровой они испытывают значительные нагрузки от ударов волн. Поэтому в этих конструкциях используют трубы больших диаметров. Так, опоры буровых вышек для добычи нефти в Северном море на глубинах более 150 м сооружают из труб диаметром до 4270 мм при толщине стенок до 64 мм.

Мачты линий электропередачи также являются пространственными решетчатыми конструкциями, но для их изготовления используют прокат в виде уголков.

К решетчатым конструкциям следует отнести и сварные элементы арматуры железобетона: сетки, плоские и пространственные каркасы. Сетки из взаимно перпендикулярных стержней круглого или периодического профиля, соединяемых контактной сваркой, могут быть рулонные (рис. 40, а) и плоские (рис. 40, б). Их назначение - армирование плит перекрытий, перегородок, покрытия дорог, аэродромов, каналов и других элементов конструкций и сооружении. Типы сварных каркасов разнообразны. Плоские каркасы используют в балочных перекрытиях (рис. 41), они состоят из продольной арматуры (поясов) и соединительной решетки в виде отдельных стержней или непрерывной змейки. Плоские каркасы, как и сетки, сваривают на точечных контактных машинах. Пространственные каркасы обычно имеют поясные продольные стержни и соединительную решетку либо в виде отдельных стержней, располагаемых по каждой из граней, либо в виде непрерывной проволоки, навиваемой по спирали.

При сборке ферм (рис. 39) особое внимание уделяют правильному центрированию стержней в узлах во избежание появления изгибающих моментов, не учтенных расчетом. Разнообразие типов и размеров ферм иногда не позволяют использовать преимущества их сборки в инвентарных кондукторах. В этих случаях нередко применяют метод копирования. Первую собранную по разметке ферму (рис. 42, а) закрепляют на стеллаже - она служит копиром. При сборке детали каждой очередной фермы 2 (рис. 42, б) раскладывают и совмещают с деталями 1 копирной фермы. После скрепления деталей 2 прихватками собранную ферму (пока с односторонними уголками) снимают с копира, укладывают на стеллаже отдельно и ставят на нее недостающие элементы парные уголки 3 (рис. 42, в). Когда сборка требуемого количества ферм закончена, копирную ферму также дособирают и отправляют на сварку.

Такой способ прост и эффективен, но не обеспечивает необходимой точности размеров ферм и правильного расположения монтажных отверстий, например, для увеличения точности сборки на концах копира укрепляют специальные съемные фиксаторы (рис. 43), которые определяют положение деталей с монтажными отверстиями и ограничивают геометрические размеры конструкции в пределах заданных допусков.

Сборка ферм по копиру с фиксаторами производится в следующем порядке. Сначала устанавливают концевые планки 2, предварительно сваренные с фасонками 1. Их правильное положение обеспечивают совмещением монтажных отверстий концевых планок с отверстиями в стойке фиксатора IV. Затем на копире раскладывают все остальные элементы,

Рис. 43. Копир с фиксатором для сборки стропильных ферм:

I - основание фиксатора; II - крепление фиксатора к копиру; III - копир; IV- стойка фиксатора

При большом количестве выпускаемых ферм одного типоразмера становится экономически целесообразным использование кондукторов и кантователей. На рис. 44 показан кондуктор, смонтированный на базе плиты с Т-образными пазами, состоящей из отдельных секций и оснащенной элементами универсальных сборных сборочных приспособлений (УССП). Номера на схеме фермы соответствуют номерам под рисунками приспособлений. Регулируемые опоры обеспечивают фиксацию деталей в горизонтальной плоскости; регулировка по высоте осуществляется при помощи резьбы; фиксация - через отверстия в детали с использованием пробки. Детали, не имеющие отверстий, устанавливают по упорам и перед
прихваткой зажимают их при помощи ободочных приспособлений: эксцентриковых зажимов, струбцин, вилок или при помощи переносной пневмогидравлической струбцины.

Рис. 44. Кондуктор для ферм с применением универсальных сборочных

приспособлений (УССП)

В кондукторе фермы собирают без кантовки. Для поворота их при сборке используют устройство, дополняющее сборочный кондуктор 1 (рис. 45). С помощью рамки 2 собранную ферму сначала ставят в вертикальное положение, а затем передают на стенд 3, причем в каждом из этих положений

Рис. 45 Схема устройства для сборки и сварки ферм

Использованию механизированных поточных методов при изготовлении ферм препятствует не только разнообразие типоразмеров и небольшое число изделий в серии, но и низкая технологичность типовых конструктивных решений. Большое количество деталей, составляющих ферму, усложняет сборочную операцию, приводит к необходимости выполнения множества швов, различным образом ориентированных в пространстве, и требует кантовки собранного изделия при сварке. Качество получаемых соединений в значительной мере зависит от квалификации сварщиков.

Существенное совершенствование производства стропильных ферм может дать использование дугоконтактной точечной сварки. При этом способе сквозное проплавление элементов суммарной толщиной 20...40 мм без образования отверстия обеспечивается предварительным их нагревом между электродами контактной машины. Визуальное установление наличия
сквозного проплавления позволяет надежно и просто контролировать качество соединения. Кроме того, появляется возможность резкого сокращения количества деталей путем выполнения бесфасоночных соединений, а также отпадает необходимость кантовки фермы, поскольку сварку производят с одной стороны.

На рис. 46 показан бесфасоночный узел стропильной фермы из одиночных уголков с точечными соединениями. Последовательность выполнения сборочно-сварочных операций представлена на рис. 47, а - г и 7.56, а - з. На тележку - кондуктор по упорам последовательно укладывают сначала поясные элементы (рис. 47, а), затем стойки и раскосы (рис. 47, б), закрепляя их прижимами. Каждый узел собранной фермы тележка-кондуктор последовательно подает в зону сварки установок, смонтированных на базе точечной контактной машины (рис. 47, е). Продольное движение машины обеспечивает перемещение электродов от точки к точке соединения, а поворот - постановку точек по раскосу (рис. 47, г). Верхний электрод имеет канал для пропускания сварочной проволоки и мундштук для подвода тока. В нижнем электроде предусмотрена выемка сферической формы для удержания сварочной ванны и формирования проплава точки. После продвижения к месту постановки точки электроды сжимают свариваемые элементы. При включении тока происходит нагрев зоны точки с образованием прихваточного соединения по кольцевому контуру I (рис. 48, а). Затем верхний электрод поднимается (рис. 48, б); в зону сварки подается флюс (рис. 48, в); включается подача присадочной проволоки (рис. 48, г) и выполняется первая проплавная точка (рис. 48, д). После отвода нижнего электрода и шагового перемещения электродов (рис. 7.48, е), дуговой сварочный цикл повторяется, но уже без предварительного нагрева (рис. 48, ж), пропусканием тока между электродами. Это позволяет располагать дуговые точки близко друг к другу, создавая компактные соединения, позволяющие обходиться без фасонок. После сварки всех точек на стойке и

уборки флюса (рис. 48, з) машина возвращается в исходное положение, поворачивается и аналогично производит сварку точек раскоса.

Рис 48. Технология выполнения проплавного точечного

соединения

Уменьшить массу фермы позволяет использование трубчатых профилей. Однако для труб круглого сечения непосредственное соединение элементов в узле получается трудоемким (рис. 49, а). Иногда концы труб относительно небольших диаметров сплющивают (осаживают), что упрощает их соединение в узлах дуговой сваркой (рис. 49, б, в). Значительно проще оказывается соединение в узлах труб прямоугольного или квадратного сечения.

Рис. 49. Узлы стропильных ферм из труб круглого сечения

На рис. 50 представлены схема и узлы стропильной фермы из труб прямоугольного сечения, где показано конструктивное оформление крепления элементов решетки к нижнему и верхнему поясам, а также монтажных стыков в середине пролета.

Рис. 50. Стропильная ферма из труб прямоугольного сечения

пролетом 24 м