Как варить швеллер к швеллеру или уголку

Как сварить швеллера без потери прочности шва
В строительстве швеллер применяют с целью увеличения нагрузок на опорные и несущие конструкции строения. Часто швеллера соединяются между собой, чтобы увеличить их несущую площадь. Конечно же, лучше сварки для соединения швеллеров еще не придумали, поэтому речь пойдёт именно о ней.

Сварка швеллеров — это ответственный этап, поскольку от прочности соединения зависит безопасность всей конструкции. Поэтому при осуществлении данного процесса сварщики придерживаются строгих правил и ГОСТ.

Способы сварки швеллеров между собой по ГОСТу

Швеллер – один из главных элементов из которых состоит металлоконструкция. Для формирования нужной структуры каркаса требуется сварка швеллеров. Сварной узел имеет хорошую надежность, но любые нарушения в технологии сварки могут привести к ослаблению всей конструкции. В связи с этим сварка является самым сложным и контролируемым этапом при производстве металлоконструкций.

№3. Требования к лестницам

Начнем с того, что все лестницы, которые вы когда-либо видели, отличаются по типу конструкции:

маршевые лестницы – самые простые, популярные и комфортные. Маршем называют непрерывный ряд ступеней. Для максимального удобства в одном марше рекомендуется делать не более 17 ступеней, а если необходимо предусмотреть большее их количество, то лучше дополнительно обустроить межлестничную площадку. Маршевые лестницы могут быть прямыми (для самостоятельного обустройства – самое то) и поворотными. Последние позволяют сэкономить место без потери комфорта. Среди маршевых выделяют лестницы на косоурах и на тетиве. Косоуры имеют ступенчатую, пилообразную форму, находятся под ступенями. Тетива – наклоненная балка, ступени вставляются в пазы;
лестницы на больцах крепятся к стене болтами или больцами. Внешне кажется, что ступени парят в воздухе, но на прочности конструкции это никак не сказывается, главное, что стена выдержала такую нагрузку;
винтовые лестницы предполагают наличие опорного столба, вокруг которого по спирали располагаются ступени. По удобству он уступает другим видам лестниц, зато позволяет сэкономить массу места.

Когда говорят о производстве каркаса из металла, обычно имеют в виду маршевые лестницы. Впрочем, металлический каркас необязательно обшивать – он может оставаться на виду, но тогда его лучше делать из профиля или и вовсе листов металла (для стиля лофт, например).

Подъем и спуск по лестнице должны быть комфортными, поэтому:

оптимальная ширина лестницы – 80-90 см (точно не менее 70 см). Если больше, то придется усиливать конструкцию, чтобы ступени не прогибались;
оптимальный угол уклона – 30-45 градусов, критическим называют угол в 50 градусов, а все, что еще больше, — это чердачные и приставные лестницы, для постоянного использования они не предназначены;
оптимальная высота ступени – 15 см, но на практике этого добиться бывает сложно. Лестницы с высотой ступени до 19 см также выходят достаточно комфортными;
оптимальная ширина ступени – 30 см (не менее 27 см уж точно), но и этого в условиях ограниченной площади достичь сложно, поэтому часто идут на хитрость, увеличивая площадь каждой ступени за счет выступающей части над нижней ступенькой. Длина выступающей части не должна быть более 5 см, а свободного пространства (без нависания верхнего элемента) должно быть не менее 10 см;
уголок и швеллеры соединяются сваркой или резьбой. Первый вариант наиболее предпочтителен, позволяет получить более прочную конструкцию. Аварийные и пожарные лестницы могут дополнительно усиливаться.

Как подсказывает практика, идеальную в плане всех параметров лестницу можно соорудить только тогда, когда места на нее отводится очень много, например, в подъезде многоквартирного дома. Во всех остальных случаях приходится искать компромиссные варианты и экспериментировать.

Виды стыковки швеллеров

Выбор соединения прямо пропорционально зависит от размеров конструкции и действующих на нее сил.

Различают следующие варианты взаимного расположения швеллеров:

полки швеллеров обращены внутрь;
полки швеллеров обращены наружу (образует двутавр);
смешанное расположение полок;
полки швеллера перпендикулярны плоскости каркаса;
диагональное размещение (размещение «стоя» или «лежа).

Выбор определенного варианта связан с:

условиями наложения шва;
протяженности места сваривания и количества задействованных рабочих для его наложения;
вида сил и мест их воздействия;
типа и габаритных размеров швеллера;
требуемой расчетной устойчивостью и полной нагрузки на сооружение.

Как рассчитать параметры

Размеры лестницы рассчитывают по следующему алгоритму:

Определяют высоту и параметры проема.
Создают проекцию будущего сооружения.
Измеряют угол наклона (должно быть от 30 до 45 градусов), исходя из полученного результата определяют длину лестницы.
Определяются со способами усиления лестницы. Чтобы обеспечить достаточную прочность, ее ширина должна быть не меньше 90 см. Это необходимо для того, чтобы предупредить появление прогиба.

Лестницу из уголков можно сделать своими руками. Порядок действий зависит от типа задуманного строения, применяемых материалов и площади, которую собственник жилого помещения может выделить. На первом этапе мастер должен заготовить необходимые детали. На втором – соорудить каркас и провести отделку. Третьим шагом становится придание декоративного вида.

Владелец сам определяется с конструкторским решением. Металлическую лестницу из швеллера и уголка можно установить снаружи или внутри дома. Подвал не является исключением.

Применяемые виды сварки

Электродуговая сварка

Огромный выбор типов электродов по их номинальным характеристикам и особенности работы ими обеспечивают неоспоримое преимущество перед остальными видами сварки и делают его предпочтительным для данной задачи. Самый лучший шов мы получим в случае применения электродов УОНИ. При работе данными электродами следует учесть их особенности и рекомендации:

По возможности соединения должны быть выполнены внахлест.
Для использования данного электрода нужен предварительный опыт работы с ним.
Перед применением электрод подлежит прокалке в спец. печи на протяжении часа. Температура прокалки 250 С.
Места соединений изделий должны быть очищены от загрязнений, ржавчины и подготовлены согласно ГОСТу 5264-80.
Сварщик должен работать короткой дугой средней мощности, постоянным током и обратной полярностью.
Металлоконструкция сваренная данным электродом не должна использоваться при температуре ниже – 40 С.

Газовая сварка

Данным типом при сварки швеллеров зачастую не пользуются из-за огромной области и температуры нагрева. Данные факторы являться источником образования внутренних напряжений в структуре металла и общих деформаций негативно влияющих на всю металлоконструкцию. Тем не менее газовую сварку часто используют для устранения изъянов готовых конструкций или порезки заготовок с последующим снятием кромок.

Используемые технологии

Существует несколько технологий, подходящих для качественной сварки швеллеров. Но мы расскажем о самой, на наш взгляд, удобной и часто используемой.

Электродуговая сварка

Электродуговая технология — неоспоримый лидер. А все потому, что производители предлагают большой ассортимент электродов для работы с самыми разнообразными типами металлов. К тому же, электродуговая сварка может осуществляться в самых труднодоступных местах, в том числе на высоте. Конечно при условии, что сварочный аппарат компактный и его можно повесить на плечо.

Типы сварки

Сварка швеллеров встык

Данное соединение применяют для не ответственных конструкций. Сварка выполняется с лицевой, тыльной стороны и с условием хорошей толщины провара. Монтажный шов сперва выполняют на тонкой, а после на более толстой части швеллера. Допускается выполнение данного шва с одной стороны изделия с обязательной подваркой корня шва.

Последовательность наложения швов

Потребность в снятие кромок определяется исходя из толщины полок швеллера:

6 мм и менее-скос кромок не требуется.
6-12 мм – скос делают под углом 30 .
12 мм и более-скос кромок выполняется под тупым углом на внутренней стороне заготовки. Шов выполняют V и Х-образным.

Алгоритм сварки:

Швеллер размещается стенками горизонтально.
Снимают кромки в зависимости то толщины металла.
Производится стыковка двух балок с зазором не больше 3 мм.
Производится временная прихватка заготовок между собой точками с шагом в 40 мм.
Анализируется правильность созданной конструкции.
Окончательная обварка поверхности стыка проводится непрерывно от середины стенки в сторону полок.

Для улучшения сварных характеристик и предотвращения появления трещин в местах сварки советуется выполнить усиление проката подкладками сразу после установки изделия. При приварке П-образного проката только в стык, без накладок, сваренное соединение будет слабее чем сам швеллер.

Сварка швеллеров с накладками

Зазор при стыке двух свариваемых деталей устанавливают не больше 8 мм. Накладка размещается со стороны сварного шва. Толщина усиления зависит от режима сварки и размеров проката.

Накладки усиления обязательно обойти электродом по всей плоскости. При невозможности кругового обвара все зазоры заполнить веществом, препятствующим коррозии.

Алгоритм сварки:

Швеллера привариваются торцами друг к другу согласно технологических норм ГОСТа.
Шов внутри швеллера зачищается к плоскости.
Во внутреннюю часть швеллера приваривается усиление – лист стали имеющий длину равную 5-ти кратной ширине швеллера. Ширина листа ровна ширине швеллеров, толщина листа берется равноценной толщине материала швеллера. Полоса заваривается лишь по продольным сторонам.
Вторая полоса крепится в качестве ребра и заваривается по обеим сторонам от полосы. Ребро должно быть хорошо проварено по контуру с двух сторон и вплотную к полосе.

Прочностные характеристики срощеного данным методом изделия уступят монолиту на малость.

Соединение швеллеров внутрь

Для создания усиленной пустотелой балки можно соединить два изделия полками внутрь. Выполнение такого соединения одинаково со сваркой двух швеллеров встык. Данное соединение применяют при требовании конструкций средней мощности.

Алгоритм сварки:

Заготовки установить полками горизонтально напротив друг друга.
Скрепить струбцинами.
Шов выполнить либо по ГОСТу с разделением кромок, либо оставить зазор.(величину зазора выбирают в зависимости от толщины швеллера, но не менее 3 мм).
Шов необходимо производить по методу прихвата либо от середины к краям.

Внимание

Зачистка швов болгаркой в данном соединении категорически запрещена и может привести к ослаблению всей конструкции.

Собрать данную конфигурацию в непригодных для данной работы условиях при сборке конструкции реально лишь при проведении сварочных работ в горизонтальной плоскости и нижнем положении. В иных случаях боле разумным и простым будет использование стыковых швов с усилением их листами-подкладками.

Смещенное соединение

Такая сварная конструкция производится несколькими сварщиками и применяется для объединения швеллеров с различными геометрическими размерами. Сварку начинают с мест, имеющих более толстый металл. Соединение встык производят, руководствуясь стандартными нормами, а угловые соединения требуется производить синхронно двумя сварными (от края к середине). Продольные швы нельзя накладывать до конца балки. Это расстояние зависит от соединяемых материалов и площади полки проката. Для углеродистых сталей данное расстояние приравнивается к ширине полки, а для легированных металлов приравнивается к двукратной ее ширине.

При сборе металлоконструкций различной степени сложности и конфигурации используются выше перечисленные нами методы и типы сваривания швеллеров. Любая металлоконструкция может быть разбита на отдельные небольшие самостоятельные узловые соединения, в которых будут применимы вышеописанные методы.

Самым прочным способом соединением среди всех видов считается соединение равнополочного проката с параллельными полками.

Любая сварка швеллеров или двутавров требует соблюдения заранее определенного ряда действий и точного порядка проведения монтажных работ. Сборку любой металлоконструкции всегда нужно начинать с середины и продвигаться к краям, одновременно сварку начинают со швеллеров имеющих более толстый профиль металла. При компоновке не рекомендуется размещать сварные швы близко друг к другу, данные места лучше укреплять применяя подкладные листы из металла и вспомогательные усилительные конструкции. Любой сварной шов сам по себе уменьшает прочность всей металлоконструкции на 5-7 процентов, хотя материал сварного шва обладает более лучшими прочностными характеристиками, чем материал основной детали. Сварочный режим и быстрота наложения сварного шва напрямую зависит от выбранного вами вида соединения, но наилучший при работе ручной электросваркой считается 20 м/ч.

Чтобы создать отличное прочное соединение необходимо перед сваркой хорошо зачистить места будущих соединений, и обработать кромки согласно рекомендациям ГОСТа. Полосы укрепления после приварки встык нужно размещать только снаружи швеллеров. Сварка во внутренних углах швеллера приведет к ослаблению всей конструкции, поэтому проводить работы во внутренних углах узла не желательно.

Распространенные соединения

Сварка встык

Сварка встык швеллера — любимое соединение всех новичков. Оно применяется для практики или для сварки неответственных конструкций. Может выполняться как с лицевой, так и с внутренней стороны. Но при сварке с внутренней стороны нужно следить, чтобы не было непроваров. Также шов можно сформировать только с одной стороны, но при этом необходимо подваривать корень шва.
Если толщина стенок швеллера превышает 6 миллиметров, то необходимо разделать кромки. Разделка может быть V или X-образной. Оптимальный угол — 30 градусов, если толщина не более 12 миллиметров.

Приступим к сварке. Для начала состыкуйте два швеллера стенками друг к другу. Стыковка должна быть максимально точной, лучше делать ее не на глаз, а с помощью специального центратора. Зазор между двумя швеллерами не должен превышать 3 миллиметров. Чтобы заготовки не расходились в разные стороны во время сварки нужно сделать временную прихватку. Прихватка приваривается к обеим деталям с помощью сварных точек.

Шов необходимо вести от середины швеллеров к краям. Примите к сведению, что такое соединение не очень надежное. Чтобы его усилить можно использовать накладки. Далее мы поговорим об этом подробнее.

Сварка с применением накладок

Сварка швеллеров с накладками уже надежнее, чем обычная сварка встык. Это доказывает и тот факт, что зазор между швеллерами может доходить до 8 миллиметров. Саму накладку нужно разместить со стороны сварного соединения. Накладка выбирается исходя из толщины и размера швеллеров. Чем больше и толще швеллера, тем прочнее должна быть накладка. При сварке необходимо проварить две стороны накладки.

Теперь подробнее. Чтобы выбрать накладку нужно знать примерные размеры швеллеров, которые вы собираетесь варить. Мы рекомендуем делить длину швеллера на 5. Так вы получите рекомендуемую длину накладки. Толщина накладки должна быть такая же, как и толщина швеллера. Всего должно быть две накладки. С внутренней, и с наружной стороны. При этом наружная накладка должна быть длиннее, чем внутренняя.

Соединение внутрь

Иногда швеллера сваривают «полками» внутрь. Техника та же, что и при сварке встык, только зазора либо нет, либо он очень маленький. Сварку внутрь выполнить сложнее, чем встык. Так что такое соединение может стать следующим в вашей учебной практике.

Сварка выполняется следующим образом. Перед сваркой тщательно подготовьте металл. Не используйте болгарку, иначе соединение будет непрочным. Состыкуйте два швеллера горизонтально и симметрично. Закрепите их с помощью струбцин. Желательно сделать шов с разделкой кромок, но иногда допускается небольшой зазор. Сварка выполняется от середины швеллера к его краям.

Главный недостаток такого метода сварки швеллеров — необходимость работы в идеальных условиях. Вы не сможете выполнить сварку в труднодоступных местах. Чтобы шов получился качественным, нужно варить строго в горизонтальном нижнем положении. Если варить в других условиях, то вы просто нерационально потратите время, силы и комплектующие. Логичнее варить встык или с применением накладок.

В целом, такое соединение применяется нечасто. Но если у вас есть возможность варить в нижнем горизонтальном положении, и вы выбираете месту сваркой встык и сваркой внутрь, то рекомендуем выбрать второй вариант. Он все-таки более надежный.

Смещенное соединение

Смещенное соединение швеллеров — это сложная работа, которую выполняет целая команда из сварщиков. Такое соединение необходимо в случаях, когда нужно сварить разные конструкции из швеллеров, и при этом эти швеллера имеют разные размеры.

Сварку нужно начинать с тех мест, где швеллеры наиболее толстые. Необходимо комбинировать разные соединения: и встык, и угловые, и продольные. При этом каждое соединение будет иметь свои нюансы. Соединение встык выполняется просто и без проблем, а вот угловое должны выполнять два сварщика сразу. А при выполнении продольных швов нельзя формировать их до конца швеллера.

Сваривание стыков балки автоматами под флюсом.

Скажем несколько слов об автоматической сварке стыков. Если сваривание балки осуществляется под флюсом с применением сварочных автоматов, то могут применяться разные приемы, также как и последовательность может отличаться.

Сварка может осуществляться наклоненным электродом, что позволяет делать одновременно два шва. С другой стороны у этого способа есть и недостатки. При наклоненном электроде увеличивается риск подрезать полки или стенки балки.

Кроме того, швы могут выполнять в положении, называемом специалистами, «лодочка». Это создает лучшие условия для образования шва, проплавления и пр. Однако, среди минусов такого способа – необходимость проворачивать изделие после выполнения каждого сварного соединения. Данный недостаток решается использованием специальных позиционеров-кантователей.

Процесс сваривания стыков балки требует тщательной подготовки, проведения и проверки расчетов моментов инерции, изгибающего момента и пр

Важно соблюдать технологию сваривания балок, неправильность которой может повлиять на будущую металлоконструкцию в целом

Изготовление и применение

Благодаря способности выдерживать большие нагрузки на изгиб в разных плоскостях, на сдвиг и кручение, стальные двутавровые балки составляют основу несущих конструкций быстровозводимых каркасных зданий и потолочных перекрытий.

Внутрицеховые грузоподъемные механизмы (кран-балки и мостовые краны) перемещаются по направляющим, изготовленным из балок двутаврового сечения.

Изготовление двутавровых балок осуществляется двумя способами:

методом проката цельных отливок. Такие двутавровые балки называются горячекатаными;
электродуговой сваркой предварительно раскроенных листовых заготовок, в результате чего получают сварную сборную двутавровую балку.

Горячекатаные двутавровые балки производятся на прокатных станах металлургических предприятий. Такая технология позволяет получить цельное изделие, не содержащее швов и обладающее высокой прочностью.

Сборку и сварку двутавровой балки осуществляют на автоматических линиях. Такая балка незначительно уступает цельнокатаной по прочности, но может быть выполнена по специальному заказу, с учетом требований конкретного проекта.

Производство горячекатаной двутавровой балки осуществляется в соответствии с ГОСТ 26020-83, сварной двутавр производители выпускают по своим собственным техническим условиям (ТУ).

Возможные дефекты

Во время сварки двутавровой балки из-за несоблюдения технологии возникает кристаллизация стали от высокой температуры. Из-за расхождения по фазам в металле возникают внутренние напряжения. Снижается прочность и жесткость, увеличивается риск корродирования.

При сварке стальных листов возможны и другие дефекты:

нарушение формы шва отклонение от формы наружных поверхностей или геометрии стыка;
прожоги, когда расплав вытекает из ванны, образуются дырки в шве;
подрезы – канавки вдоль границы соединения;
трещины, образующие в местах разрыва шва;
шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.