Презентация Технология изготовления балочных конструкций

МДК.01.01 Технология производства сварных конструкций

Учебная цель: изучить особенности технологии изготовления балочных конструкций.

План урока:
Виды и применение балочных конструкций.
Основные параметры двутавровых балок.
Порядок сварки монтажных швов.
Особенности техники и технологии изготовления балочных конструкций при единичном и массовом производстве
Просмотр фильма «Изготовление балок на автоматизированных линиях». 
Подведение итогов

Балка представляет собой конструктивный элемент сплошного сечения, предназначенный для работы на поперечный изгиб.
Балки являются наиболее распространенными элементами строительных конструкций благодаря простоте и низкой стоимости изготовления. Они входят в состав конструкции мостов, вагонов, эстакад, каркасов зданий, плотин и других сооружений. Во всех случаях назначение балок состоит в том, чтобы приняв нагрузку от других элементов конструкции, передать ее на опоры, т.е. на те части конструкции, которые поддерживают балки.









Металлоконструкции из двутавровых балок

Балочные конструкции изготавливаются из профильного металла: швеллер, тавр, двутавр и из листового металла.
По поперечному сечению балки могут разной формы (рис. 2.1): круглой, прямоугольной, трубчатой, двутавровой и коробчатой.








Широко распространены балки двутаврового и коробчатого сечения.
Для балок, работающих на поперечный изгиб, наиболее рациональная форма поперечного сечения - двутавровая. Такие балки наиболее экономичны по расходу металла и наименее трудоемки при изготовлении, поэтому их часто применяют для изготовления металлических конструкций.
Коробчатые балки хорошо работают на возникающее кручение. Их применяют в случае нецентрального приложения нагрузки к оси.

Двутавровая балка (двутавр) - металлическое изделие, которое отличается своей механической прочностью, жесткостью и устойчивостью к деформациям. Широко применяется в строительстве в качестве несущего элемента конструкций и перекрытий. По способу производства балки бывают:

а - прокатная;

6 - прессованная (используют в алюминиевых конструкциях);

в - составная: сварная и клепанная

Прокатная балка - изготавливается методом горячего проката, по ГОСТ 8239, когда квадратной заготовке, нагретой до высокой температуры при помощи специльных прокатных роликов, придают форму конечного изделия. Применяются для перекрытия небольших пролетов. В сравнении со составными, для производства прокатных балок идет больший расход металла, но они проще в производстве и надежны при эксплуатации.

Прессованная балка – нагретые цилиндрические заготовки из алюминия (столбы) помещаются в пресс, в котором гидравлический поршень выдавливает металл через отверстия матрицы, определенного профиля.  Алюминий обладает коррозийной стойкостью, легок по весу и прочен одновременно. Такие балки просты в монтаже и легко обрабатываются (Рамы кузовов автомобилей, вагонов, каркасы зданий)

Сварные балки - создаются методом сварки трех полос, вырезанных из листовой стали. Сварные двутавровые балки легче горячекатаных аналогов, дают возможность варьировать размерами и формами профиля в зависимости от требований проекта.
Главное преимущество сварных балок — невысокая металлоемкость и простота.



Процесс изготовления сварных двутавровых балок экономичен и успешно конкурирует с изготовлением балок прокаткой.
 

Материалы для изготовления балок
Балки изготавливают из хорошо свариваемых конструкционных сталей общего назначения, из низко- и высоколегированных сталей, из алюминиевых и титановых сплавов (ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93)
Для неответственных сооружений из балок используют низкоуглеродистую сталь.(Ст3пс; Ст3сп; Ст3сп5)
Для высотных зданий, мостов, эстакад применяют углеродистую высокопрочную сталь, рассчитанную на повышенные нагрузки (С245; С255)
Для балок, работающие в особых условиях эксплуатации (под водой) используют легированную сталь (09Г2С; 15ХСНД; 12Х18Н10Т)

Двутавровая балка состоит из двух горизонтальных пластин, называемых полками (поясами), и вертикальной пластины -стенки.
Полки обеспечивают основную несущую способность балки. Обычно полки двутавровых балок толще стенки.
Стенка обеспечивает жесткость балки и помогает ей сопротивляться изгибу.
Размер двутавровой балки характеризуется четырьмя измерениями: ГОСТ Р 58966–2020











При производстве сварных балок, в зависимости от их типа, должны соблюдаться соответствующие размеры и формы их профиля по требованиям ГОСТ Р 58966–2020. Все эти размеры балки используются для расчетов нагрузки на конструкцию и подготовки проектной документации.

H — высота балки- ;
b  — ширина полки;
t  — толщина полки;
S — толщина стенки;
h  — высота стенки
Высота - расстояние между внешними гранями полок
Ширина полок — определяет площадь опоры.
Толщина стенки и полок — влияет на прочность и вес балки

Виды балок

В зависимости от типа конструкции различают несколько разновидностей двутавровых балок — нормальные, широкополочные, колонные, с уклоном, армированные.

Виды балок 

В последнее время применяют балки с перфорированной стенкой. Преимущества их в том, что при той же массе балки их несущая способность и жесткость значительно выше. Балку разрезают по ломанной линии на части (рис. а) и сваривают по выступам (рис. б). Лучше всего их использовать при больших пролетах и малых нагрузках. Экономия стали 20% – 30%.
Перфорированная балка Балки с гофрированной стенкой – повышающей
жесткость балок на кручение и местную устойчивость стенки

.







Усиленные балки с ребрами жесткости
(для придания большей устойчивости стенке )

.

Сварные двутавровые балки находят широкое применение в строительстве благодаря своим уникальным свойствам и преимуществам по сравнению с другими типами балок. Процесс изготовления сварных двутавровых балок экономичен и успешно конкурирует с изготовлением балок прокаткой. Рассмотрим основные преимущества сварных двутавровых балок.
Преимущества использования сварных двутавровых балок
1. Высокая прочность и надежность конструкции ;
2. Снижение общей массы и материалоемкости металлоконструкций в среднем на 10-20% по сравнению прокатной балкой;
3. Возможность изготовления элементов балок из стали разных марок. Например, менее нагруженную при изгибе стенку балки можно выполнять из относительно дешевой углеродистой стали, а более нагруженные пояса - из низколегированной, что позволяет снизить стоимость балки
4. Возможность изготовления балок различных форм и размеров : разнополочных, перфорированных, а также балок переменного сечения, что позволяет уменьшить вес металлоконструкции.
5. Возможность создания больших пролетов без дополнительных опор. Балки могут производиться на заказ с предопределенной длиной;
6. В процессе производства практически нет вредных отходов, опасных для людей и окружающей среды;.
7. Легкость монтажа и удобство в эксплуатации;
8. Универсальность применения в различных строительных и инженерных задачах

Порядок сварки монтажных стыков балок 

При монтаже конструкций нередко возникает необходимость  удлинение балок соединением встык.
Прокатные балки





2
Сварные балки на монтаже соединяют с совмещенным или со смещенным стыком.
Сварные балки с совмещенным стыком






Сварные балки со смещенным стыком

Последовательность выполнения швов таже,
что и при сварке балки с совмещенным стыком.
Эта балка будет иметь меньшие внутренние
напряжения, т. к. в ней находится меньшее
количество швов, пересекающихся в одном месте

Деформации при сварке двутавровых сварных балок

При изготовлении балок из-за воздействия высоких сварочных температур и усадочных напряжений возникает деформация полок и стенки.

Деформация “грибовидность” балки —
нарушение геометрии полок..

Величины деформаций и прогибов из-за достаточно большой протяженности этих конструкций могут достигать существенных значений.
Поэтому после сварки конструктивные элементы балки нуждаются в правке - прокатыванием изделия через специальные ролики.
.

Предупреждение деформаций

Для уменьшения внутренних напряжений и деформаций применяют ряд технологических приемов:
1. Рациональная последовательность наложения сварных швов.
Замыкающие швы, создающие жесткий контур, заваривать в последнюю очередь.
Сварку нужно вести от середины конструкции к ее краям, как бы сгоняя при этом внутренние напряжения наружу.
Использовать обратноступенчатый способ сварки при выполнении швов.
Каждый последующий шов при многослойной сварке накладывать в направлении, обратном направлению предыдущего шва.







2. При сварке двутавровых балок  в первую очередь выполняют стыковые, а затем - угловые поясные швы.
3. Уравновешивание деформаций. В этом случае швы выполняют в такой последовательности, при которой последующий шов вызывает деформации обратного направления по сравнению с деформациями от предыдущего шва. Этот способ может быть использован при симметричном расположении швов.
4. Жесткое закрепление деталей при сварке. В этом случае детали закрепляют в сборочно-сварочных приспособлениях, обладающих значительной жесткостью. После сварки в таких приспособлениях короблений деталей почти не будет, но в сварных швах возрастут внутренние напряжения.

Последовательность операций при сварке двутавровой балки

Изготовление балок

Балки высотой (Н) до 1 метра поставляются прокатными; (Н) более 1 метра – сварные. Прокатные двутавровые балки обычно применяют для перекрытия сравнительно небольших пролетов, не превышающих 8 м. Длина выпускаемых двутавровых прокатных балок 3, 6 или 12 метров.
Двутавровые сварные балки изготавливают высотой (Н) от 200 до 3000 мм, при толщине стенки 5 – 30 мм и толщине полок 6 – 50 мм. Размеры сварных двутавровых балок варьируются в широких пределах и зависят от конкретных требований проекта. Они могут иметь различную высоту, ширину полок, толщину стенок и длину (4-13 м) 
Изготовление
В условиях единичного производства балки собирают по разметке и сваривают вручную покрытыми электродами или полуавтоматами. При массовом и серийном производстве сборку производят в кондукторах, а сварку ведут автоматами под флюсом или для швов катетом 4 - 6 мм - в защитном газе.
Технология сборки и сварки

Разметка места положения стенки на полках;
Приварка временных уголков по разметке;
Установка вертикальной стенки под углом
900 на первой полке по разметке;
Прихватка стенки к первой полке;
Кантовка собранной Т- образной конструкции
на 1800 и установка ее на второй полке под углом
900 ;
Постановка прихваток;
Контроль качества сборки;
Сварка

Прихватки: высота -не более 2/3 высоты шва; длина - не менее 30 мм и не более 100 мм, Расстояние между прихватками - в 30 - 40 раз больше толщины свариваемого металла.
Полки должны располагаться параллельно по отношению одна к другой, а стенка – строго перпендикулярно!

  Серийное производство балок

Серийное производство изготовления балок
организовывается на автоматизированных линиях.
ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БАЛОК
В состав линии входят:- стенд для сборки и прихватки балок- два участка сварки (доварки), оборудованных
консольными машинами для сварки под флюсом- стан для правки грибовидности полок балки- камера дробеструйной обработки- торцефрезерный станок- участок резки листов- конвейеры, гидравдические кантователи

Сборочный стан, например Z15, предназначен для сборки двутавровых конструкций размером от 4 до 15 м в длину. У него мощное основание и портальная рама с фиксаторами, которая поддерживает и прижимает как вертикальную стенку, так и полку. Это облегчает работу и предотвращает смещение.
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.
Приемы выполнения поясных швов балки автоматом под флюсом могут быть различны :
сварка наклонным электродом. Способ подходит для одновременной сварки двух швов. Только нужно учесть, что прогрев металла будет неглубоким; есть опасность возникновения подреза стенки или полки.
сварка «лодочкой». Данный вариант позволяет прогреть металл глубоко, но приходится кантовать изделие после каждого шва. Для этого используют позиционеры-кантователи

Раскрой с использованием станков плазменной Сборка балки на прихватки
резки с ЧПУ








Сварка (с перекантовкой после каждого шва) Правка геометрии полок балки и стенки

Вы познакомились с технологией изготовления балочных конструкций. Современный сварщик должен обладать достаточными знаниями для качественного проведения сварочных работ. Надеюсь, что полученные на уроке знания помогут вам на практике отработать умения по самостоятельной сварке стыка балки., предварительно изучив профильные стандарты, советы профессионалов. Тогда после определенной практики будет возможность выполнять качественные сварные швы, не хуже, чем делаются на производстве. 



Спасибо за внимание!

Последовательность операций при сварке двутавровой балки

Путем раскроя листового металла с использованием станков плазменной резки с ЧПУ производят заготовки стенок и полок будущих балок.
Выполняется фрезеровка кромок, что обеспечивает качество сварных швов в последующем.  
В специальном кондукторе осуществляется сборка балки и ее подготовка к процессу сваривания.
Выполнение сварных швов. Процесс сварки стенок и полок выполняется автоматическими и полуавтоматическими сварными аппаратами в среде защитных газов.
Контроль и корректировка геометрии балок, поскольку в процессе выполнения сварных работ может возникать смещение полок и стенок.

• стыковка листов, фрезеровка усиления шва; • ультразвуковой контроль стыковых сварных швов; • газовая, плазменная или лазерная резка листа на полосы; • правка полос по плоскости; • правка полос от серповидности; • сборка балок; • сварка продольных швов на балках; • правка балок от грибовидности; • окончательная сдача балок для последующей обработки; На каждой операции используется специализированное оборудование.

Обрабатываются торцы на специальном оборудовании – торцовочно-фрезерных станках.

Правку выполняют на специальных листоправильных машинах