Сварка балочных конструкций таврового сечения

Прочность сварочных нахлесточных швов составляет 70%  от прочности композита, но учитывая высокую прочность самого композита (до 1500 МПа) в сравнении с высокопрочными алюминиевыми сплавами (>700 МПа), следует отметить, что метод сварки-пайки позволяет создавать надежные и, что важно, легкие конструкции. Это делает его незаменимым в авиационной и аэрокосмической промышленности.

Достаточно сложным материалом для качественной и герметичной  сварки является конструкционный чугун. Современные технологии его сварки базируются на применении специальной тонкой проволоки марки ПАHЧ-11из сплава на никелевой основе, главным достижением которых является низкое тепловыделение. Особенно это актуально для тонкостенных деталей, учитывая хрупкость чугуна, как материала. Поскольку сварочный шов, получаемый при этой технологии, представляет собой высокопластичный железоникелевый сплав, то разрушение конструкции, как правило, происходит по чугуну, а не по шву, что характерно для традиционной дуговой сварки. Подобный метод позволяет изготавливать чугунные конструкции ответственного назначения.

Другим металлом представляющим сложность при сварочных работах, безусловно, является титан, его альфа  и альфа+бета сплавы. Очевидным прорывом в этой области стала разработка метода  магнитоуправляемой электрошлаковой  сварки (МЭС), позволяющего соединять крупногабаритные детали при изготовлении центропланов самолетов, кареток крыла, траверс шасси, шпангоутов и силовых переборок морских судов. Такая сварка осуществляется в шлаковых и металлических ваннах током до 12000А и напряжением на электродах до 36 В и обеспечивает высокое качество швов при толщине свариваемых кромок 30-600 мм, благодаря очистке метала шва от примесей и газовых пор. Это позволяет использовать технику, изготовленную с помощью метода МЭС, в условиях гигантских динамических и статических нагрузок.

Большое будущее инженеры сулят программированию сварки и, прежде всего, тепловложению. Этот метод базируется на электроннолучевом принципе, успешно применяется для соединения высокопрочных алюминиевых сплавов. Программирование тепловложения производится в контуре разверстки пучка, что позволяет контролировать и управлять проплавление, форму, исключить образование трещин и пор в металле шва. Очевидным преимуществом является гарантированный шов при соединении алюминиевых сплавов в ответственных высоконагруженных машинах и узлах, что особенно важно в самолётостроении.

К новым технологиям,  следует отнести инновационный  метод орбитальной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом (ОАСВЭ) сложных деталей, к примеру, неповоротных стыков труб диаметром от 20 до 1440 мм.  Активирующий флюс наносится 1 г/м шва, что способствует решению ряда важных технологических задач: во-первых, сварка ведётся пониженным током, позволяющим уменьшить объем и вес сварочной ванны; во-вторых, качественный шов в любом пространственном положении обеспечивается регулированием давления дуги на жидкий металл; в-третьих, сварка может быть автоматизирована без разделки кромки. Этот метод (ОАСВЭ) эффективен для стыков труб с толщиной до 6мм, свыше – его использует в комбинации с другими методами и только для формирования корневого шва.

Интересным представляются щадящие технологии сварки в смесях защитных газов Ar+CO2 и Ar+O2+CO2. Шов получается более качественным в сравнении со сваркой в СО2, расход проволоки на 20 % экономичнее стандартных схем, переход к свариваемым деталям становится плавным, при этом резко снижается набрызгивание электродного металла.

Среди новых методов, получивших широкое практическое распространение, является метод двухкомпонентной сварки для бесстыкового железнодорожного пути, основанный на литьевом способе сварки, что позволяет решать достаточно противоречивые задачи, т.е. обеспечить заданную пластичность металла шва при необходимой износостойкости.Подобная технология сложна, поскольку требует использования расплавленной стали, которая заливается в зазор рельсового стыка. Для обеспечения  высокой вязкости используется низколегированная плавка, а вот для придания требуемой износостойкости применяют специальные керамические накладки, отделяющие легирующие добавки от основного металла. После заполнения

                                                                                                      

                                                                    (рис.6)

стыка расплавленной сталью, керамические накладки разрушаются, и  легирующие добавки расплавляются  в верхней части стыка, придавая головке шва повышенную износостойкость.

Идея обуздать «короткое  замыкание» и запрячь его для  сварки не нова, однако только специалистам компанией «Линкольн Электрик»  удалось ее реализовать на практике. Этот метод сварки корней шва получил название «Перенос силами Поверхностного Натяжения» (STT) и базируется на высокоскоростных инверторных источников тока и микропроцессорах. В процессе сварки переменным, но управляемым является и ток, и напряжение, что существенно расширяет возможности данного метода.  
 
Современная наука является многогранной, позволяет использовать преимущества нанотехнологий, поэтому будущее сварки  видится в совершенствовании схем компьютерного управления  и внедрении новых сварочных материалов. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Крупные тепло-эффективные блоки

Среди новых методов строительства, основанных на экономии времени и  средств, выделяется использование  крупных тепло-эффективных блоков. Они служат прекрасным материалом для возведения стен. Крупные тепло-

(рис.7)

 

эффективные блоки состоят  из двух бетонных слоев, а между ними находится прослойка пенополистирола, имеющая толщину в 10 сантиметров.  

Всего получается три слоя, которые соединены  между собой армирующими стеклопластиковыми стержнями. Для сглаживания мест стыков между блоками применяют бетон: делают немного раствора и затем затирают им стыки. В результате, такая технология позволяет не только сократить продолжительность строительства, но и получить стену, которая практически ничем не отличается от своего железобетонного аналога.

Строительство монолитных домов

Современным методом возведения домов является и строительство  монолитных домов. Данный метод прекрасно  ускоряет процесс строительства  и активно применяется в последние  годы при возведении малоэтажных домов.  

(рис.8)

При этом строительство монолитных домов  основано на использовании железобетонного  каркаса, который имеет жесткое  сцепления с фундаментом, что гарантирует долговечность всей конструкции и позволяет осуществлять свободную перепланировку. Выгодно и то, что стоимость строительства монолитных домов можно удешевить: в таком случае опалубку нужно арендовать, а стены этажей возводить еще до готовности каркаса здания.

Каркасная технология строительства

Каркасная технология строительства, которую также называют канадской, тоже относится к новым методам  скоростного строительства. Главное  ее преимущество заключается в меньшей  толщине ограждающей конструкции, что позволяет обеспечить более  низкую стоимость строительства  домов. Основой возведения является несущий каркас, выполненный из дерева и заполненный мягким утеплителем. Это сокращает продолжительность  строительства: все дело в применении пустых каркасных панелей, изготовленных из сухой доски в заводских условиях и уже готовых к монтажу. 
 

(рис.9)

Готовые стеновые перекрытия

Готовые стеновые перекрытия – это еще один вариант скоростного  строительства, который очень популярен  в Европе и сегодня все активнее применяется в России. Данная технология основана на использовании готовых  стеновых перекрытий. Метод предполагает их создание из клееного бруса или  доски. При этом между стойками прокладывается утеплитель, закрываемый ОСП-плитой. Затем происходит укрытие гипсокартоном и пенополистиролом, которые оштукатурены по сетке.  
 

(рис.10)

Также, как вариант, блоки снаружи могут  быть обшиты доской с имитацией клееного бруса. Так как данные панели достаточно тяжелые, то такой дом собирают, применяя подъемный кран. При этом фундамент  берет на себя всю нагрузку, поэтому  нужно заранее узнать, где можно  купить щебень и качественный бетон, чтобы основание дома сделать  как можно более прочнее.

 

 

 

 

 

 

 

III. Технологическая часть.

 

 

 

3.1 Краткая характеристика балочных конструкций.

 

Балочные конструкции.

Балка- это конструктивный элемент сплошного сечения, предназначенный  для работ на поперечный изгиб.

Балки широко применяют в  конструкциях гражданских и промышленных зданий, в мостах, эстакадах, гидротехнических и других сооружениях.

Балки со сплошными сечениями  стенки изготавливают из листового  металла. Применяют в основном балки  двухтаврового сечения, реже- коробчатого.

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.

Ручную или полуавтоматическую сварку применяют в балках также  и при установке ребер жесткости. Неудобства  при выполнении этой операции не позволяют применять автоматическую сварку.

 

 

 

 

 

 

3.2Характеристика материалов для изготовления балочных конструкций

 

Сварная балка изготавливается из листового горячекатаного проката из углеродистых и низколегированных сталей по ГОСТ 27772, ГОСТ 19281.

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом, содержащим до 2% С и постоянные примеси: кремний до 0.5 %, марганец до 1%, сера и фосфор до 0.05%. Элементы, специально вводимые в сталь при ее производстве в определенных концентрациях с целью повышения ее свойств называют легирующими, а сталь - легированной. Основным элементом, при помощи которого изменяются свойства стали является углерод. К числу наиболее часто используемых специальных легирующих элементов относятся Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, Si и Mn.

Свойства  стали в значительной степени  определяются тем, какие фазы образуются при сплавлении с легирующими  элементами, в результате термической  обработки. Основными структурными составляющими сталей являются феррит, аустенит, перлит, ледебурит, сорбит, троостит, бейнит и мартенсит. Легирующие элементы присутствуют в сталях в виде твердого раствора в железе, в виде карбидной фазы, в форме интертметаллидных соединений с железом, бором, азотом, кремнием и углеродом или между собой. Каждая структура определяется химическим составом и технологией стали, т.ж. зависят ее свойства.

  Обычно, сталь имеет плотность  7.6 -7.9 г/см. куб., временное сопротивление  растяжению от 800 до 3000 МПа, относительное  удлинение от 5 до 12 %, ударную вязкость  от 10 до 160 Дж/см. кв.  Углеродистая сталь подразделяется на низкоуглеродистую (до 0,25% углерода), среднеуглеродистую (от 0,25 до 0,6% углерода) и высокоуглеродистую (до 0,25% углерода).

От  обычных сталей углеродистую сталь  отличает меньшее содержание примесей, небольшое содержание кремния, магния и марганца.

Углеродистая  сталь отличается повышенной прочностью и высокой твердостью.

По  качеству различают углеродистую сталь  обыкновенную и качественную конструкционную.

  Углеродистая сталь обыкновенного  качества бывает холоднокатаная (тонколистовая) и горячекатаная  (фасонная, сортовая, тонколистовая,  толстолистовая, широкополосная). Она  выпускается следующих марок:  Ст1кп, СтО, Ст1пс, Ст2кп и т.д. Индексы в маркировке расшифровываются так: кп кипящая, пс полуспокойная.

Качественная  конструкционная сталь - это кованные и горячекатаные заготовки толщиной до 250 мм, серебрянка (круглые прутки со специальной поверхностью) и калиброванная сталь. Она выпускается следующих марок: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15пс и т.д. Цифры в маркировке обозначают процентное содержание углерода (в сотых долях процента). Качественная конструкционная сталь используется для изготовления ответственных деталей механизмов и машин, штамповки.

Качественная  сталь имеет в составе не более 0,03 % фосфора и серы, высококачественная не более 0, 02%.

Углеродистая  сталь бывает разного назначения: предназначенная для статически нагруженного инструмента и для ударных нагрузок.

Для изготовления режущего инструмента  с высокой твердостью, не испытывающего  ударов (хирургический инструмент, напильники, шаберы, плашки, сверла, измерительные  инструменты) используются стали У10?У13. Такие стали, подвергающиеся всем видам  термообработки и содержащие хром, используются также для производства токарных резцов.

Для изготовления инструмента, подвергающегося  ударным нагрузкам (топоры, пилы, деревообрабатывающие инструменты, зубила, клейма по металлу, отвертки) используются стали У7-У9. Они также подвергаются любому способу  термообработки.

 

 

Низколегированные стали

К низколегированным относятся стали, в которых содержание легирующих компонентов в сумме составляет менее 2,5% (кроме углерода). При содержании легирующих элементов в сумме  от 2,5 до 10% сталь называется среднелегированной, при содержании свыше 10% легирующих элементов— высоколегированной. В  наименовании стали легирующие компоненты указываются в порядке убывания их содержания (например, хромомолибденовая, хромокремнемарганцовая, хромоникелевая и т. п.).

Влияние того или иного элемента на свойства стали зависит от содержания в  ней как данного, так и других элементов и особенно углерода.

В обозначении марок легированных сталей по ГОСТ входят буквы и цифры. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в сталь, а стоящие  за ней цифры — среднее содержание элемента в процентах. Если данного  элемента содержится в стали менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. В  обозначении марок конструкционных  низколегированных сталей впереди  всегда стоят две цифры, обозначающие содержание в стали углерода в  сотых долях процента. Буква А  означает, что сталь содержит пониженное количество серы и фосфора и является высококачественной. Буква Т в  конце обозначения марки указывает, что сталь содержит титан, а буква  Б — ниобий. Например, высоколегированная сталь 0Х18Н9Т содержит: углерода менее 0,1%, хрома в среднем 18%, никеля в  среднем 9% и титана до 1%.