Сварка балок

Найбільш широке застосування має двотавровий профіль з поясними швами, виконуваними зазвичай автоматами під флюсом. Зазвичай двутавр збирають з трьох листових елементів. При їх заготівлі, крім правки, різання і зачистки крайок, часто передбачають складальну і зварювальну операції для отримання листового елемента необхідної довжини і ширини. В цьому випадку до стикових з'єднань ставиться вимога повного і надійного проплавления з хорошим формуванням посилення і пропалив шва. Тому зварювання, як правило, проводиться з двох сторін. Перший шар доцільно зварювати на флюсовій подушці. У цьому випадку вимоги до точності складання менш жорсткі, ніж при складанні під зварювання першого шару на вазі.

Схематично пристрій флюсового подушки показано на рис. 1. Листи 1 укладаються на стелаж так, щоб стик розташовувався над флюсового подушкою, що представляє гнучкий короб 2, закріплений між балками стенду і заповнений флюсом. Притисками 3 листи щільно притискаються до стенду, подачею стисненого повітря в шланг 4 створюється рівномірний поджатие флюсу по всій довжині стику. Часто використовують флюсомагнітние подушки, в яких листи до стенду притискаються магнітами. Для забезпечення високої якості виконання зварного шва на всій його робочій довжині застосовуються заходная і вихідна планки.

Збірка балки повинна бути досить точною; особлива увага приділяється симетрії розташування і взаємної перпендикулярності полки і стінки (рис. 1). Збірка на стелажі за допомогою найпростіших пристосувань є трудомісткою і може застосовуватися тільки в одиничному виробництві. Використання пристосувань дозволяє підвищити продуктивність складальних операцій на 30-35%.

Мал. 1. Допуски на збірку Н-образного перетину

На рис. 2 показаний кондуктор з гвинтовими притисками для збірки двотаврових балок. Підстава виконано у вигляді жорсткої зварної рамної конструкції, що складається з поздовжніх і поперечних балок 1 і 3. Упори 8 і притиски 2 встановлені на поперечних балках, поздовжні балки забиті в фундамент. Подача довгих і гнучких елементів балки в кондуктор здійснюється мостовим краном зверху за допомогою жорсткої траверси зі спеціальними захватами. Вертикальна стінка укладається на поздовжні швелери 5 і 7, після чого встановлюються полки, і деталі щільно пріжімаютсядруг до одного гвинтами 4. Прихватки зазвичай стають тільки з одного боку зверху, їх розміри і розташування повинні забезпечити жорсткість і міцність балки при вилученні з пристосування краном і перенесення до місця зварювання.

Мал. 2. Кондуктор для збирання двотаврових балок

Для забезпечення прямолінійності збирається двотавру верхні полиці поперечних балок пристосування розташовуються в одній площині, а упори 5 виставляються по прямій лінії. Симетрія розташування стінки щодо полиць забезпечується настроюванням підтримують гвинтів 9. Налаштування на певний типорозмір Н можна виконувати перестановкою притисків 2, а також швелера 5 за рахунок проставки 6. Для цього в поперечних балках кондуктора слід передбачити ряд отворів під болти кріплення притисків 2 і гайок 10.

Ефект використання складального пристосування істотно залежить від швидкого дії і надійності механізму затискання елементів. Закріплення і звільнення елементів балки по всій довжині за допомогою гвинтів займає багато часу. Значно продуктивніше і зручніше в роботі пристосування, оснащені пневматичними зажимами з живленням від заводської мережі стисненого повітря. В цьому випадку затискання та звільнення балки здійснюється перемиканням крана подачі повітря. Забезпечення взаємної перпендикулярності полки і стінки при складанні вимагає поступального переміщення затискають елемента. Це можна здійснити або шляхом жорсткого кріплення притисків на штоках циліндрів, або прямолінійними напрямними притисків з шарнірним кріпленням останніх до штокам циліндрів (рис. 3).

Мал. 3. Складальний кондуктор з пневматичними притисками: 1 - пневматичні циліндри; 2 - переносна траверса; 3 - нерухомий упор; 4 - напрямні рухомого упору

Крім розглянутих кондукторів, які передбачають затискання зібраних елементів по всій довжині, використовують установки з самохідним порталом. На жорсткій рамі 1 змонтовані дві поздовжні балки 5 і 6, з яких одна (балка 5) закріплена нерухомо, а інша (балка 6) може рухатися поперек рами. Налаштування такої установки на певну висоту збирається балки здійснюється переміщенням поздовжньої балки 6 за допомогою гвинтів 10, що приводяться в обертання електродвигуном 2 через редуктори 3 і 8 і вал 4. Складальний портал складається з ригеля 20 і ніг 15 і 24 і має два, нерухомих пневматичних притиску 21 і 25 і два рухомих притиску 17 і 19, встановлених на візках 16 і 18, що закріплюються гвинтами. Переміщення порталу по рейках 7 здійснюється за допомогою приводних скатів 13 від двигуна 22 через редуктор 23 і ланцюгову передачу. Захвати 26 запобігають підйом порталу при включенні вертикальних притисків. Елемент стінки укладається на балки 5 і 6, полки - на підтримуючі гвинти 11, їх установці допомагають стійки 12. Складальник вмощується на сидінні 14 і підводить портал до місця початку збірки (зазвичай це середина балки). Вертикальними притисками лист стінки притискається до рами установки, горизонтальними притисками до стінки притискаються пояса і в зібраному перерізі ставляться прихватки. Потім притиски вимикаються, портал переміщається уздовж балки на 500-700 мм і операція повторюється. Після закінчення складання портал відводять в крайнє положення і пневматичними штовхачами 9 піднімають зібрану балку над рамою установки.

Мал. 4 Установка для складання балок Н-образного перетину з самохідним порталом

Наявність або відсутність ребер жорсткості визначається розмірами двотаврової балки і характером її навантаження. Зазвичай вертикальні ребра жорсткості встановлюються і приварюються після зварювання поясних швів.

У тих випадках, коли балка має велику висоту (наприклад, при складанні елементів мостових прогонових будов), її стінка може складатися по ширині з декількох подовжніх листів 1. Ці листи або зварюють встик, або за допомогою горизонтальних ребер жорсткості 2 кутовими швами втавр. Для складання таких балок також може використовуватися установка зі складальної скобою, але з великою кількістю вертикальних притисків 3 (рис. 5).

Мал. 5. Автомобільний портал для збірки балок великих розмірів

зазвичай автоматами під шаром флюсу. Прийоми і послідовність накладення швів можуть бути різними. Прийоми зварювання нахиленим електродом (рис. 6, а, б) дозволяють одночасно зварювати два шва, однак є небезпека виникнення підрізу стінки або полки.

Мал. 6. Способи укладання швів

На рис. 7 показаний центровий кантувач. Попередньо зібрана на прихватках балка 2 закріплюється зажимами в задній 1 і передньої 3 бабках і за допомогою черв'ячної передачі 4 встановлюється в необхідне положення. Наявність рухомий задньої опори дозволяє зварювати в такому кантувачі балки різної довжини.

Мал. 7. Центровий кантувач для зварювання двотаврових балок

У тому випадку, якщо довжина балки велика і необхідно запобігти її прогин, можна між опорами розташувати опорні роз'ємні кільця. На рис. 8 показаний універсальний кантувач такого типу з рухомими опорами.

Мал. 8. Універсальний кантувач: 1 - рухливі опори; 2 - затискачі; 3 - поворотне кільце; 4 - приводний механізм; 5 - консольний кран

Для зварювання балок малої жорсткості можна використовувати кантувач з жорсткою рамою 1, що спирається на дві нерухомі опори 2 за допомогою цапф 3 (рис. 9). Вельми простий ланцюгової кантувач (рис. 10). Він складається з декількох фасонних рам 5, на кожній з яких змонтовано дві ланцюгові зірочки (неодружена 1 і ведуча 4) і холостий блок 6. Зварювана балка 3 укладається на провисає ланцюг 2. Провідні зірочки мають загальний приводний вал і забезпечують поворот балки в потрібне положення . Слід мати на увазі, що такий кантувач не забезпечує жорсткого і незмінного положення свариваемой конструкції, і тому, щоб уникнути зсуву зварювальної дуги з кромок деталі зварювання доцільно проводити зварювальною голівкою, що переміщається безпосередньо по балці. У деяких випадках для зварювання балок зручні кантователи на кільцях (рис. 11). Зібрана балка укладається на нижню частину кільця 1, відкидна частина 2 замикається за допомогою відкидних болтів 3, і балка закріплюється системою затискачів 4.

Мал. 9. Схема кантователя з жорсткою рамою

Мал. 10. Ланцюговий кантувач

Мал. 11. Кантователь з кільцями

Розглянуті складальні та зварювальні пристосування, хоча і підвищують продуктивність праці, в порівнянні із збіркою я зварюванням на стелажі, однак допоміжний час (на установку елементів, їх закріплення, прихватку, звільнення від закріплення, вилучення з складального пристосування, перенесення в пристосування зварювальне, закріплення і поворот в положення, зручне для зварювання, зняття готового виробу) залишається досить значним.

Зварні двотаврові профілі широко використовують в будівництві і машинобудуванні, таврові профілі - в суднобудуванні. При виготовленні їх дрібними партіями заводи змушені використовувати примітивну малопродуктивних оснащення, і такі профілі обходяться порівняно дорого. Серійне виробництво зварних профілів в поточних лініях дозволяє підняти продуктивність праці і знизити вартість балок. Такі потокові лінії можуть оснащуватися або автоматизованими установками безперервної дії, або поруч спеціалізованих пристосувань і установок, послідовна виконують окремі операції за умови комплексної механізації всього технологічного процесу.

Прикладом установки першого типу може служити верстат для складання і зварювання таврових балок (рис. 12), принципова схема якого показана на рис. 13. Взаємне центрування заготовок, переміщення зі зварювальною швидкістю і автоматичне зварювання під флюсом обох швів здійснюються одночасно. Пристрій для притиснення стінки тавра до поясу складається з пневматичного циліндра і натискного ролика 3. Центрування елементів тавра проводиться чотирма парами роликів; з них дві пари 1 направляють пояс уздовж осі станини, а дві інші пари 2 утримують стінку вертикально і забезпечують її установку на середину пояса. Кожна пара має пристрій для регулювання відстані між ними в залежності від ширини пояса і товщини стінки. Рух свариваемого елемента здійснюється приводним опорним роликом 4. Плавне зміна швидкості подачі забезпечується варіатором. На цій установці можуть зварюватись прямі і криволінійні балки таврового перетину висотою від 60 до 600 мм. Кінці балки підтримуються роликами опорних візків 5.

Мал. 12. Складання і зварювання таврових балок на верстаті

Мал. 13. Принципова схема верстата для зварювання балок таврового профілю

При повторному пропуску через установку може приварюватися другий пояс для освіти двотаврових балок висотою 300-500 мм.

За таким же принципом працюють установки типу Pullmax, випущені за кордоном для виготовлення зварних балок таврового, двотаврового і коробчатого перерізів з висотою стінки 150-1500 мм і шириною полиць 50-500 мм. Установка Pullmax складається з рольганга живильника, обладнаного гідравлічними зажимами, зварювального стенду з двома або чотирма головками для зварювання під флюсом і відповідної кількості джерел постійного струму на 900 а кожен. Листові заготовки необхідного розміру закладаються, фіксуються і зварюються, проходячи машину зі швидкістю до 100 м / год. Установка обслуговується одним інженером і двома підсобними робітниками.

Для подальшого розвитку установок безперервної дії великого значення набуває застосування зварювання струмом високої частоти (450 000 Гц). Так, за кордоном уже використовують установки для зварювання таврових, двотаврових і Н-подібних профілів з згорнутих в рулон стрічок або смуг. Наявне обладнання дозволяє виготовляти двотаврові балки з максимальною висотою стінки 457 мм. Подача смуг з трьох рулонів здійснюється таким чином, що полки підходять до крайки стінки під деяким кутом (рис. 14). Дві пари ковзають контактів забезпечують протікання зварювального струму уздовж поверхні елементів, що стикуються і через місце їх контакту під обтискними роликами. Розігрів полки відбувається на малу глибину, і тому ступінь опади невелика. У разі необхідності для полиць може використовуватися профилированная стрічка, що має в середині виступ для зварювання зі стінкою. Швидкість зварювання досягає 60 м / хв. Процес економічний і успішно конкурує з виготовленням балок прокаткою. Прикладом потокової лінії другого типу є виробництво зварних двотаврових широкополочних балок на заводі ім. Бабушкіна. Як показано на схемі (рис. 15), конвеєр ділиться на п'ять ділянок.

Мал. 14. Схема безперервного процесу виготовлення балки з трьох смуг за допомогою зварювання

Зі складу металу листи стінки подаються мостовим краном на рольганг 1. У разі, якщо стінка двутавра складається з двох аркушів, то на рольганге 1 проводиться обрізка торців кисневої різкою полуавтоматом і автоматичне зварювання стику стінки на флюсомагнітной подушці. Зварені листи важільним кантователем 2 кантуются на рольганг 3, де стик стінки проваривается з протилежного боку. Після правки в листоправильних вальцах 4 лист стінки за допомогою магнітних маніпуляторів 6, рольганга 5 і спеціальних напрямних візків проходить дискові і кромкокрошітельние ножиці 7, що забезпечують проектний розмір висоти стінки, піддається очищенню крайок під зварювання і подається в живильник 11.

Для полиць використовуються смуги універсальної сталі, поздовжні кромки яких обробці не піддаються. Листи, що мають довжину, рівну довжині свариваемой балки, мостовим краном укладаються на рольганг 8, потім подаються в пресове обладнання 9 для редагування площині і шаблевидної. На рольганге 10 листи піддаються зачистці середній частині полки під зварювання і мостовим електромагнітним краном переносяться в живильник 11. У живильнику полки двотавру встановлюються вертикально і разом з горизонтально розташованої стінкою подаються на спеціальний складальний стан 12.

Всі операції в цьому стані механізовані. Особливістю його є можливість складання двутавров з попереднім натягом стінки для запобігання викривленню її від зварювання. Пояси двотавру зі стінкою з'єднуються безперервними складальними швами малого розміру. Це дозволяє здійснювати збірку зі збільшеними зазорами без побоювання появи прожогов і сприяє утриманню стінки в розтягнутому стані більшою мірою, ніж при використанні прихваток. Два складальних ниткових шва у обох поясів накладаються одночасно в положенні «в кут» чотирма однодугові автоматами при швидкості зварювання до 144 м / год.

З складального стану зібраний двутавр надходить на рольганг 13, де проводиться відбиття шлаку і приварювання вивідних планок у вигляді Таврика 1 (рис. 15, а). Потім електромагнітним кантователем 14 (див. Рис. 15) балка кантується на 180 ° і надходить на дільницю зварювання поясних швів, де вони виконуються послідовно на чотирьох робочих місцях 15. Пересування балки з одного робочого місця на інше повністю механізовано за допомогою поздовжніх 13 і підйомних поперечних рольгангов 16 і кантователей 14. Перед зварюванням на кожному робочому місці двотаврова балка встановлюється в положення «у човник» і зварюється трехдуговим автоматом під флюсом зі швидкістю 90-120 м / ч. Основні шви за своїми розмірами значно перевершують складальні шви, і тому останні повністю перетравлюються. Процеси запалювання дуг, заварки кратера і відключення дуг автоматизовані, і це дозволяє обходитися вивідними планками довжиною всього 150-200 мм

Мал. 15. Похідні планки при зварюванні кутових швів (а)