Как сварить балку двутавровую: Как сварить двутавры между собой: теория и правктика

Содержание

Сварная двутавровая балка: производство, расчет, сварка

Применяется металлическая сварная двутавровая балка для возведения конструкций и перекрытий уже давно. Но до этого времени в России ее применение было жестко ограничено сферой промышленного строительства, т.е. когда возводятся действительно грандиозные конструкции, которым все должно быть нипочем.

И только в последние годы стали появляться такие виды двутавровых балок, которые действительно можно применять при строительстве новые дома обычного жилого дома. Вы задумываетесь именно о таком перекрытии? Тогда мы поможем вам изучить все особенности его изготовления!

О новой технологии частного домостроения

Сегодня производство сварных двутавровых балок запущено по всей стране, и востребовано даже в частном домостроении. А всему этому виной новые дизайнерские и архитектурные решения! Их современные объемные планировочные проекты требуют особого качества несущего каркаса и надежного перекрытия, которое будет наиболее эффективным при больших пролетах – от 7 метров.

Вы наверняка, замечали насколько загородные коттеджные дома и подобные им постройки по своему только внешнему виду отличается от исконно русской избушки. А вот теперь представьте, насколько отличается их архитектура и принципы строительства! Вот почему стальные двутавровые балки сегодня стали активно применяться для перекрытия пролетов от 4 до 18 м, а для их производства используется как углеродистая, так и низколегированная сталь, которая гарантирует нужные качества и прочность.

Для изготовления таких балок даже существует свой ГОСТ и необходимые сертификаты. Касательные напряжения у них принимаются сплошными стенками, а сжимающие и растягивающие напряжения равномерно распределяются по длине. Чтобы вам было более понятно, роль у такой вертикальной стенки по сути та же, что у зигзагообразной решетки в металлической ферме. Хотя на первый взгляд такие балки не выглядят слишком прочными или монолитными:

Что собой представляет сварной двутавр?

По своему типу сечения двутавровые металлические балки сегодня принято делить на прокатные или составные, которые называются еще сварными. Сварная двутавровая балка – это особый вид фасонного металлического проката в форме наклонного или горизонтального бруса. Изготавливают ее сегодня из углеродистой и низколегированной стали, обязательно высокого качества.

Давайте перечислим основные преимущества двутавровых сварных балок:

  • Перекрывают большие пролеты со значительным нагрузками.
  • Идеально перераспределяют горизонтальные и вертикальные нагрузки.
  • Прекрасно работают на изгиб благодаря жесткости профиля балки.
  • Не горят и не теряют свою несущую способность при нагревании даже достаточно высокими температурами.
  • Устойчивы к биологическим воздействиям.
  • Отлично подходят для строительства конструкции быстровозводимых зданий.
  • Позволяют значительнее снизить массу всей конструкции, по сравнению с горячей корнями.
  • Изготавливаются также с полностью ассиметричным сечением.

Вот почему такие сварные балки используются сегодня и в строительстве жилых домов, и для промышленных комплексов, и даже для мостов и тоннелей. Казалось бы, что такая балка будет слишком тяжелой для частного домостроительства, но на самом деле применение стальных двутавров позволяет в итоге сократить общий вес несущих конструкций. Но помните, что в отношении к перекрытию из сварных стальных двутавров существуют свои строгие требования:

Технологическая карта сборки и сварки двутавровой балки.

Сварка двутавровых балок между собой встык

Содержание

Что представляет собой двутавровая балка

В строительстве этот элемент применяется очень часто. Он представляет собой металлическое соединение, состоящее из трех частей: верхней и нижней полок, между которыми заключена вертикальная стенка. Конструкция является монолитной. Может производиться прокатным или сварным способом.

Прокатные балки производятся в промышленных цехах из цельного бруса металла. Предварительно разогретую до технологической температуры заготовку пропускают через прокатные петли. В результате она меняет свою форму. В итоге получается двутавр – цельное изделие из металла с большим запасом прочности.

Сварка конструкций выполняется из отдельных ранее подготовленных элементов. Пояс и две металлические полки собираются воедино. Для производства двутавровой сварной балки используются разные сорта стали.

Виды стыковки двутавровых балок

По типу обработки деталей они подразделяются на два вида — сварной и болтовой. Также существует соединение клепкой (разновидность болтового соединения), но оно сейчас практически не используется. Давайте подробнее рассмотрим актуальные технологии.

Сварная стыковка

В этом случае двутавровые балки соединяют через прокладку или с помощью накладок. При выборе первой технологии прокладку вырезают из стального листа, сопоставимого по толщине с полками. По сути, это прямоугольная деталь, размеры которой немного больше ширины и высоты сечения балки. Алгоритм действий следующий:

  • Два соединяемых отрезка балки укладывают на горизонтальное основание, обеспечивающее соосность свариваемых элементов.
  • Их торцы в местах сварки предварительно выравнивают торцовкой под прямым углом.
  • На кромках нарезают фаски под углом 45 º для получения более глубокого шва.
  • Обе детали и прокладку между ними закрепляют на станине струбцинами и приваривают к прокладке с двух сторон. Обычно после прихватки сначала приваривают полки, а затем стенки.

Практикуется сварка и без снятия фаски. В этом случае сначала детали сцепляют между собой точечной сваркой с зазором в два диаметра электрода, которым будет выполняться основная проварка, и проверяют геометрию стыка. Затем проводят сварное заполнение зазоров.

Преимущества стыковки балок через прокладку — простота и низкая трудоемкость работ. Точной подготовки кромок эта технология не требует.

Сварное соединение с использованием накладок

Соединение балок с помощью накладок значительно прочнее стыка через прокладку, поэтому применяется в ответственных строительных сооружениях. На одно соединение заготавливают четыре прямоугольных накладки — две на стенку (с двух сторон) и две на полки (по одной на каждую). При этом есть несколько особенностей:

  • По ширине полочные накладки должны быть не меньше полки, а для детали для стенки должны быть достаточной ширины, чтобы их можно было уложить на нее без образования зазора.
  • Накладки на стенке могут быть как прямоугольной, так и ромбической формы — со срезанными углами. При этом оба края накладки должны быть симметричны относительно оси балки.

Технология соединения выглядит следующим образом:

  • Оба конца балок торцуют под прямым углом, зачищают кромки на 1 см по каждой плоскости, нарезают на них фаски под углом 45° для более прочного шва.
  • Детали закрепляют в торец друг другу с минимальным зазором на станине, прихватывают и проверяют совпадение осевой геометрии.
  • Затем сваривают сначала полки, затем стенки.
  • На втором этапе сварочные швы полученной балки зачищают шлифовальной машиной, опять устанавливают на станине и закрепляют струбцинами накладки.
  • Каждую прижатую накладку обваривают по всему контуру.

Преимущество стыковки балок с использованием накладок заключается в том, что суммарная длина проварок накладок заметно больше длины шва в соединении через прокладку. Именно поэтому накладочная стыковка считается более надежной, она способна выдерживать мощные деформационные нагрузки.

Сварное соединение балок под прямым углом

Чтобы оно было прочным, рекомендуется использовать следующую технологию:

  • В верхней полке основной балки вырезать равнобедренный треугольник со сторонами от края полки до стенки.
  • Верхнюю полку присоединяемой балки обрезать так, чтобы ее форма соответствовала вырезанному углу основной детали.
  • Нижнюю полку стыкуемой балки срезать так, чтобы стенки обеих деталей соприкасались под прямым углом.
  • После подгонки стыка, зачистки шлифовальным кругом всех торцов и снятия фаски приступить к сварке. Детали закрепить струбцинами так, чтобы зазор между ними был минимальным. После прихватки и проверки геометрии проварить контуры полок, затем стенок. Для усиления прочности соединения на полки приварить прямоугольные накладки.

Аналогичным способом балки соединяют и под другими углами, при этом вырезы полок формируют шаблонами и подгонкой.

Технология производства сварных балок двутаврового сечения

Мелкие партии делают с применением электродуговой или аргоновой сварки в зависимости от марки металла, его способности свариваться.

Для изготовления сварных балок промышленным способом применяются специальные сварочные линии. Для защиты ванны расплава от окисления применяют флюсы.

Сварка балки в автоматическом режиме схожа с ручным изготовлением двутавра. Основные технологические этапы:

  1. раскрой листового проката на полосы необходимой ширины на терморезке с программным управлением, средняя скорость раскроя 1 м/мин.
  2. фрезерование торцов на торцефрезерных станках сокращает зазор стыка между стеной и полкой, улучшает качество сварки;
  3. процесс сборки двутавра осуществляется с большой скоростью на специальном станке, ленты металла фиксируют прижимные приспособления с гидравлическими усилителями; сначала делается т-образный стык, затем присоединяется вторая стенка; такую конструкцию удобно сваривать;
  4. сварные работы проводятся на автоматах портального типа двух видов: а) наклоненными электродами неглубоко проваривают сразу два шва; б) шов в «лодочку» создается поэтапно: сначала с одной стороны двутавровой перегородки, затем с другой; металл проваривается на большую глубину;
  5. завершающий этап – правка двутавровой балки на специальных роликах, устраняются небольшие перекосы, возникшие во время сборки и сварки профиля.

Производительность комплексных линий высокая, швы получаются прочные, процент брака невысокий.

Изготовление

Производство двутавровых балок с помощью сварки является достаточно сложным процессом. Нужно соблюдать большое количество нормативов, правил техники безопасности и технологических требований. Готовый продукт должен иметь строго определенную жесткость, прочность, плотность и многие другие показатели.

Среди всех характеристик особое место занимает плотность – чем она выше, тем лучшего качества балка. Наряду с этим всегда актуальным остается вопрос бережного использования сырья и энергоресурсов. На данный момент профильными институтами большое внимание уделяется разработке новых видов двутавровых балок. Основное направления научной работ – уменьшение металлоемкости конструкции при сохранении показателей прочности и надежности.

Что касается серийного производства сварных балок, то этот процесс является достаточно экономным. Сегодня технология успешно конкурирует с традиционным прокатным методом производства. Изготовление сварных балок можно разделить на несколько этапов:

  1. Предварительно просчитываются оптимальные параметры жесткости и прочности будущей конструкции. Проверяется марка стали, которая будет использоваться в производстве.
  2. Готовятся элементы будущего двутавра. Из металла определенной марки отрезаются полосы нужной длины.
  3. Торцы элементов будущей конструкции фрезеруются. Это важный момент: необходимо, чтобы элементы прочно скреплялись один с другим. Соединение должно быть максимально прочным и жестким. Обрабатываются торцы на специальном оборудовании – торцовочно-фрезерных станках.
  4. Сборка. Важно правильно выставить и зафиксировать элемента. Полки должны располагаться параллельно по отношению одна к другой, а стенка – строго перпендикулярно. Нужно соблюсти симметричность стенок. Если речь идет о небольшом производстве, то целесообразно отдать предпочтение ручной сборке. Серийное производство организовывается на автоматизированных сборочных линиях. К примеру, на серийном производстве используется стан Z15, предназначенный для сборки балок. Он характеризуется высокой производительностью. Сборка разделена на два этапа. Первый состоит в том, чтобы с вертикальной стенки и горизонтальной полки собрать Т-образное соединение. На втором этапе к нему добавляется еще одна полка и в результате получается полноценный двутавр.
  1. Далее собранные элементы балки привариваются. При этом могут применяться различные технологии сварки. Наиболее часто используются два:
      сваривание электродом с наклоном. Способ подходит для одновременной сварки двух швов. Только нужно учесть, что прогрев металла будет неглубоким;
  2. способ сварки «лодочкой». Данный вариант позволяет прогреть металл глубоко. Соответственно и шов получается более прочным. Но затраты времени на его формирование будут большими.
  3. На промышленном производстве применяются мощные сварочные установки, которые могут соединять детали под давлением. В настоящее время есть несколько вариантов исполнения сварочных агрегатов для серийного производства сварных двутавровых балок. Такими, к примеру, являются сварочные манипуляторы. Они характеризуются высокой степенью автоматизации. Другой вариант – самоходные трактора, предназначенные для сваривания заготовок большого размера. Хотя это простой и в то же время надежный способ для серийного производства он не пригоден. Малый бизнес делает упор на ручную сборку. Поэтому их продукция по цене заметно выше.
  4. По завершению всех выше перечисленных циклов корректируется геометрия конструкции. Во время сварки нагревание и охлаждение стенок может привести к изменению угла между элементами изделия. Требуется правка геометрической формы. Поэтому двутавровая балка пропускается через специальную правильную линию, представляющей собой систему роликов. На выходе получается готовый продукт с геометрически правильными формами.

Процесс изготовления

В качестве составляющих для варки двутавров рекомендуется использовать легированную сталь. Изделия из неё хорошо впишутся в конструкцию частного дома, однако при масштабном строительстве этот материал проявляет себя не с лучшей стороны.

Изготовление двутавра трудоёмкий процесс, и, если у вас нет опыта в сварочных работах, лучше нанять для этого мастера. Если вы решительно настроены сделать всё своими руками, то следующие советы для вас.

Первый этап — подготовка всех частей, которые впоследствии станут балкой. Необходимо точно высчитать размер составляющих и уровень давления, который они должны выдержать. При помощи хомутов соедините детали в одно целое, учитывая рёбра жесткости. Проще будет начать сборку с вертикальных частей.

Важно найти помощника, так как детали тяжелые и соединить их в одиночку нелегко. Для создания двутавра рекомендовано автоматическое или полуавтоматическое сварочное оборудование.

Важно наличие флюса — благодаря ему материал не будет разбрызгиваться по сторонам. Можно использовать и технику с применением электродного стержня, но этот способ более трудоёмкий. В конце изделия обрабатываются составом против коррозий.

Самостоятельная сварка — это всегда риск. Неправильное выполнение работы может привести к деформации целой конструкции как до монтажа, так и после.

Для сокращения внутренних деформаций применяют различные техники и очередности сварочных швов. Основными считаются каскадный и обратноступенчатый способы выполнения шва.

Замена швеллерами

На практике при возведении строительных конструкций для получения двутаврового сечения иногда используется сварка швеллеров между собой. Если швеллеры применяются взамен предусмотренных проектом двутавровых балок, такая замена должна согласовываться.

Согласование использования альтернативного материала отражается изменениями, вносимыми в соответствующие разделы рабочего проекта. Возможность замены определяется по результатам поверочных расчётов на прочность, выполняемых проектировщиками.

Способ применяемой сварки швеллеров между собой также определяется расчётом. Это может быть сварка непрерывным или прерывистым швом, либо с применением соединительных накладок.

При сварке швеллеров непрерывным швом, в результате температурных деформаций металла, может произойти скручивание профиля. Избежать этого явления можно, применяя специальные струбцины, а также, накладывая сварочные швы небольшими участками, чередуя при этом стороны соединяемых профилей.

При необходимости удлинить такую конструкцию, осуществляют сварку швеллеров встык. Места стыковых сварочных швов швеллеров, образующих двутавр не должны совпадать друг с другом. Для усиления конструкции сварной шов можно укрепить с помощью накладки.

Дефекты сварочных работ

Изъяны могут иметь место из-за нарушений требований технологического процесса, недобросовестном исполнении и другим причинам. Наиболее часто возникают проблемы, связанные с изменением кристаллической структуры металла под влиянием высокой температуры. Образуются новые кристаллические зерна, имеющие совершенно другие характеристики по сравнению с исходными.

Дефекты влияют на прочность и жесткость конструкции, снижая эти показатели. Страдает и устойчивость металла к коррозии. В совокупности количество дефектов делает эксплуатацию готового изделия невозможной. Все двутавровые балки проверяются на наличие подобных дефектов.

Преимущества применения сварных балок

Сварные двутавровые балки применяются в строительстве зданий разного типа. По сравнению с металлоконструкциями иной конфигурации они обладают важными преимуществами:

  • не имеют ограничений по размеру, в то время как для сборных металлоконструкций и швеллеров такие параметры устанавливаются;
  • готовый продукт отличается высоким качеством, прочностью, надежностью и долговечностью;
  • в процессе производства практически нет вредных отходов, опасных для людей и окружающей среды;
  • могут производиться на заказ с предопределенной длиной;
  • при необходимости сечение готовой продукции может изменяться, что способствует созданию сложных архитектурных композиций.

Сваривать балки можно из стали разных марок. Для перекрытий с небольшой нагрузкой можно изготовить конструкцию из углеродистой стали, а в местах, где планируются большие механические нагрузки предпочтение отдать монтажу двутавров, выполненных из легированной стали. Такая вариативность позволяет оптимизировать стоимость строительства и снизить его по сравнению с тем, если бы балочные конструкции производились только из высокопрочных металлов. Кроме того, можно снизить материалоемкость за счет оптимизации сечения готовой продукции.

Узлы крепления сварных двутавровых балок

Итак, теперь давайте разберемся с опорными узлами металлических двутавровых балок. Опирание их на стальную колонну (опору) может быть жестким или шарнирным, то есть подвижным.

Само соединение готовых сварных балок между собой в процессе монтажа можно осуществлять двумя способами:

  • Первый из которых заключается в том, что двутавры приваривают сначала к специальной пластине, а сварку осуществляют уже по контуру профиля при помощи угловых швов. Преимущество именно этого метода в том, что не приходится разделять кромки балок.
  • Второй способ заключается в том, чтобы использовать накладки, которые монтируются симметрично к продольной оси, обрезаются и обвариваются косыми швами. Благодаря этому получается избежать проблем с наложением сварного шва по всей стороне накладки. Этот метод сварки пододит для конструкций с незначительной нагрузкой в будущем, т.е. как раз для строительства частного жилого дома.
  • Также сварные балки можно соединить болтовым соединением – это разъемный метод, который нужен для того, чтобы в конструкции отсутствовало остаточное напряжение, а сама конструкция перекрытия была стойкой к ударным и вибрационным нагрузкам. А также тогда, когда нет возможности пригласить профессионалов-сварщиков.

Вот интересное видео сравнения обоих видов соединения балок:

Как вы уже поняли, в большинстве случаев металлическую сварную балку соединяют при помощи сварки, реже болтами и еще реже – на заклепки. Все это напрямую влияет на стоимость монтажа таких балок.

Что касается заклепок, работа с ними наиболее трудоемкая, хотя порой, к сожалению, не обойтись без таких элементов. Например, если балка будет постоянно подвергаться вибрации (будет использоваться такое оборудование), тогда нельзя ее слишком жестко связывать с конструкцией.

Если же вы собираетесь соединить всю металлоконструкцию болтами, тогда:

  1. Вам понадобятся крепежные изделия с нормальной и повышенной точностью. Только в местах тех соединений, где будет нагрузка на срез, нельзя использовать болты нормальной или грубой точности.
  2. Вам нужно будет заранее проделать просветы на балке (или заказать подобное еще на производстве) так, чтобы внешний диаметр самого отверстия был больше внешнего диаметра болта всего на 2-3 мм. Такая конструкция будет стойкой к деформации, да и сборка в общем попроще.
  3. Соединение с болтами повышенной точностью хорошо подходит для труднодоступных мест, где невозможны заклепочные соединения. Но здесь диаметр отверстий нужно сделать больше уже на 0,3 мм, чтобы крепеж мог легко выдерживать предстоящую нагрузку.

Итак, рассмотрим теперь такой важный этап, как варка главной балки со второстепенной. Делайте все шаг за шагом:

  • Шаг 1. В верхней части основной балки сделать треугольный вырез точного размера.
  • Шаг 2. Приварить накладку к нижней части основной балки.
  • Шаг 3. В нижней части вспомогательной балки сделать вырезы, которые будут равны половине ширины нижней части основной балки.
  • Шаг 4. Теперь верхнюю часть второстепенной балки нужно сформировать в треугольную форму, такую же, как была вырезана в верхней части главной балки.
  • Шаг 5. Далее осуществляем монтаж: сначала главной балки, затем второстепенный, и все это – методом использования накладки.
  • Шаг 6. И, наконец, последний этап – это монтаж примыкания верхних частей и стенок, где к нижним частям балок тоже приваривается накладка.

Закрепить металлические двутавры между собой вы также можете методом болтового соединения. Это способ необходим тогда, когда время от времени вам придется осуществлять монтаж или демонтаж конкретного узла. Преимущество такого соединения в том, что в конструкции не будет остаточного напряжения. Что уже само по себе хорошо, ведь тогда перекрытие окажется более устойчиво к ударным нагрузкам, и, кроме того, для создания узла вам не понадобится приглашать профессионального сварщика.

Жесткий узел: для статических нагрузок

Т.е. балка может опираться сверху, прямо на центр профиля колонны или же балку крепят сбоку. Тогда в колоне возникает но только сжимающая нагрузка, но действие всех сил, поэтому ту приходится делать более крепкой и надежной, а это уже перерасход металла.

Иногда также через пролет приходится класть две балки, тогда их соединяют между собой при помощи болтов и между двумя ребрами устанавливают пластины. При этом важно помнить, что металлы подвержены тепловому расширению из-за перемены температур, а потому нужно оставить небольшое расстояние для их малозаметного движения.

Чтобы передать поперечную силу давления, ребро балки ставится так, чтобы при монтаже она была прямо над полкой колонны. При этом балку соединяют с колонной при помощи специальной накладной пластины, и желательно сразу же с обеих сторон. Но так, чтобы не создавать слишком жесткого узла.

Вот хороший пример, как сочетают сварные балки на двух пролетах, чтобы не создавать точечного напряжения на промежуточную стену перекрытия:

Чтобы создать жесткое соединение балки, вам необходимо будет болтовое соединение или сварочное:

Шарнирный узел: для динамических нагрузок

Теперь о шарнирном опирании сварной балки. Создается оно при помощи опорного ребра на опорном столике, куда будет передаваться вся нагрузка. Сам столик вам нужно будет сделать из листовой стали.

Приварите столик по трем сторонам балки и сделайте его ширину при этом больше на 2-3 см, чем ребро балки. Так опорное ребро должны полностью лечь на опорный столик.

Область применения

Двутавровые балки сварного типа широко используются в различных областях строительства. Они востребованы в создании:

  • несущих конструкций: каркас, фундамент, опоры и т.п.;
  • перекрытий между этажами;
  • жилых зданий;
  • мостов, эстакад и путепроводов;
  • складов и торговых центров;
  • виадуков и тоннелей;
  • стадионов и других сооружений.

Благодаря тому, что сварная балка обладает высокими показателями прочности и надежности она применяется практически во всех отраслях строительства.

Главные достоинства применения сварных двутавровых балочных конструкций

Такая конструкция, как двутавровая балка, имеет ряд преимуществ, выделяющих её в ряду других металлоконструкций, использующихся в строительстве:

  • Сварные двутавровые металлоконструкции способны выдерживать огромные статические и динамические нагрузки, не теряя при этом своих эксплуатационных показателей. Благодаря таким характеристикам, в большинстве случаев, усиление двутавровой балки не требуется.
  • Легкость транспортировки и относительная простота монтажа делают двутавровые элементы незаменимыми при строительстве быстровозводимых сооружений.
  • Такие балки крайне популярны и широко используются для возведения зданий и сооружений самого разнообразного назначения, поэтому цены на них достаточно демократичны. Для приобретения таких металлоконструкций, достаточно зайти на сайт ближайшего завода-изготовителя и пройти в раздел — продам балку двутавровую. Большинство предприятий предлагают широкий ассортимент двутавровых металлоконструкций, имеющихся на складе, а также изготавливают их на заказ. Также, позвонив в отдел маркетинга, легко узнать сколько стоит балка интересующей марки, в зависимости от тоннажа.

Как сварить двутавровую балку самому: основные этапы, особенности, возможные деформации

Производство: лазер с ЧПУ, гидроабразивная резка, плазма, сварка | Электрод для сварки постоянным током двутавровой балки | Практик-механик

лалатеман
Горячекатаный