Сварка двутавровых балок под углом 90

Обновлено: 04.10.2024

Двутавровые балки редко используют в малоэтажном строительстве, но часто применяют при возведении производственных или многоэтажных зданий различного назначения. При этом иногда для проведения строительных работ требуется соединить две балки. В этом случае для обеспечения надежности соединения нужно соблюдать некоторые правила.

Какие балки выпускают производители и где их используют

Балки могут быть сварными и горячекатаными. Наиболее востребованными считаются горячекатаные. Благодаря монолитности они отличаются высокой прочностью и надежностью. Производители выпускают несколько видов такого проката длиной от 4 до 15 м:

Наиболее распространенный – нормальный (обозначается литерой «Б»). Их используют для строительства зданий, мостов, эстакад, применяют в машино- и вагоностроении.
Широкополочный (обозначается литерой «Ш») имеет более широкие полки по сравнению с нормальным. Его используют в металлоконструкциях, эксплуатирующихся при высоких нагрузках.
Колонный (обозначается литерой «К») отличается увеличенной толщиной стенки и полок. Его применяют при монтаже опорных конструкций или колонн.
Свайный (обозначается литерой «С») может иметь параллельные или расположенные под углом полки. Такой металлопрокат чаще всего используют для армирования шахт.
Специальный металлопрокат, изготавливаемый по индивидуальным заказам, обозначают литерами «ДБ» или «ДК».

Как соединяют двутавровые балки

Есть два способа соединения балок: сваркой и с помощью болтовых соединений.

Как соединяют двутавровые балки с помощью сварки

Если балку необходимо удлинить, ее соединяют встык. Для этого сначала подготавливают стыкуемые кромки: фрезеруют и снимают с них фаску. Фрезеровка нужна для выравнивания кромок и обеспечения равномерного зазора между ними, а разделка кромок – для обеспечения полного провара сварного шва. Далее балки сваривают между собой, обеспечив зазор при стыковке 1–2 мм.

Место соединения можно дополнительно усиливать с помощью накладок. Для этого из листового металла вырезают прямоугольные детали. Толщину накладок следует подбирать равной толщине стенки балки. Далее накладками закрывают сварочные швы на верхней и нижней полках, а также с обеих сторон стенки. После этого их обваривают по периметру.

Такой способ соединения используют для неответственных конструкций, которые не подвергаются высоким нагрузкам.

Так схематично можно изобразить сварное соединение двутавровых балок. Катеты швов и геометрические параметры накладок зависят от геометрических характеристики балок

В других ситуациях двутавровые балки нужно соединить под прямым углом. В этом случае одна из них является главной и несет основную нагрузку, а вторая считается второстепенной. Чтобы соединить балки, на верхней полке главной делают вырез в форме равнобедренного треугольника с вершиной в 90°.

Затем готовят второстепенную балку. На торце верхней полки размечают ее центр и от него делают два косых среза под углом 45°. Это обеспечит стыковку верхних полок обеих балок по принципу «папа-мама».

После этого с торцевой стороны второстепенной балки срезают часть нижней полки на ½ ее ширины. При стыковке балок этот срез упрется в нижнюю полку главной балки. Теперь остается состыковать подготовленные балки и обварить место стыка по периметру. Чтобы шов получился надежным и был обеспечен полный провар, со стыкуемых кромок снимают фаску.

Как соединяют двутавровые балки с помощью болтовых соединений

Такой способ применяют для соединения балок встык. Для этого сначала фрезеруют торцы балок, чтобы обеспечить их плотное прилегание, и готовят четыре прямоугольные накладки, которыми будут закрыты места стыка на верхней и нижней полках, а также с обеих сторон стенки. Далее в накладках с обеими балками в сборе сверлят отверстия. После этого в них устанавливают болты и затягивают гайками. Вместо болтов можно использовать заклепки, но в этом случае соединение будет неразъемным.

Так схематично можно изобразить болтовое соединение двутавровых балок

Так это выглядит на практике

Заключение

Соединение двутавровых балок может понадобиться при сборке различных металлоконструкций. Знание основных правил позволит сделать такие соединения прочными и надежными.

Сварка изделий из металлического уголка

При изготовлении различных металлических конструкций, стальной угловой прокат (уголок) относится к наиболее часто применяемым материалам. Кроме сварки угловых заготовок между собой, часто возникает необходимость приварить уголок к трубе или к плоской поверхности. Такие соединения используют при строительных и монтажных работах, изготовлении мебели и поделок.

Виды соединения

Сварка стальных изделий с применением уголка сводится к нескольким основным видам соединений:

стыковая сварка заготовок из углового проката;
сварка угловых заготовок под углом 90 °;
сварка угловой стали с другими изделиями.

Создавая конструкцию, хороший сварщик решает как минимум, две задачи. Первая заключается в том, чтобы сварить прочное изделие, успешно выдерживающее определенные нагрузки. Вторая задача в том, чтобы выполненная работа смотрелась эстетично. Ведь работа настоящего мастера всегда радует глаз.

Рассмотрим типовые примеры, показывающие, как сваривать железные уголки между собой, а также с другими поверхностями.

Стыковое соединение

Можно сварить куски углового профиля встык. Такой вид сварки часто требуется для того, чтобы удлинить имеющийся отрезок стали. Технология выполнения такого соединения проста и в основном не отличается от стыкового соединения листовых заготовок. Но некоторые особенности всё же имеются.

Вначале следует произвести ровную обрезку соединяемых участков. Этой процедуре должна предшествовать тщательная разметка материала. Вообще, это должно быть правилом при работе с металлом, если есть цель качественно выполнить работу. Острые края срезов нужно обработать напильником, удалив с них заусенцы и обрезки металла.

Для того чтобы сварить металлические детали ровно, лучше всего предварительно совместить их, зажать в специальной струбцине. Тщательно проверив и при необходимости скорректировав положение заготовок с помощью уровня, можно сделать первые прихватки.

Не следует начинать сварку с наложения чистового шва по одной из полок углового проката. При интенсивном нагревании в процессе сварки, металл деформируется, в результате чего стык по второй полке угловой заготовки может разойтись. Правильней сначала сварить металл прихватками по краям полок и в середине уголка, а уже после этого окончательно приварить заготовки друг к другу.

Сварка профилей под углом 90 °

Когда появляются вопросы, подобные тому, как сварить рамку из уголка, необходимо уметь правильно соединять детали под углом 90 °. Существует три варианта исполнения.

Первый способ заключается в том, что наружная часть одной из полок одного уголка накладывается на внутреннюю часть полки второго. Этот способ наиболее прост, но при его выполнении один уголок оказывается выше другого на толщину полки.

Второй способ состоит в предварительной обрезке полки одного из уголков на величину высоты полки. После этого второй уголок можно приложить к вырезу заподлицо и сварить с первым.

Третий способ сварки также позволяет сварить заготовки на одном уровне. Для этого каждая из заготовок предварительно обрезается под углом 45 °C, после чего они соединяются углами, образуя в итоге прямой угол.

Чтобы сварить рамку, необходимо взять четыре заготовки из углового проката, подготовленные для сварки под прямым углом по одному из приведенных способов. Для предварительного закрепления лучше использовать с струбцины.

Совместив все заготовки, необходимо проконтролировать геометрические размеры будущего изделия. Затем, сделав прихватки по четырём углам, вновь сделать замеры диагоналей рамки, при необходимости подкорректировав их легкими ударами молотка вдоль большей диагонали. После этого можно осуществлять сварку стыков.

Приварка к трубам и плоскостям

Наиболее удобно сваривать уголок с профильной трубой, так как её плоские поверхности плотно прилегают к полкам уголка и при сварке образуют надежное соединение.

Например, если надо сварить верстак, стол для мастерской или подставки, то основой будущей столешницы может служить рамка из уголка, а ножками – отрезки труб.

В этом случае рамку можно ориентировать плоскостью вверх, а стальные трубы – ножки приварить к её внутренним углам. При выполнении этой работы также полезно применять струбцины нужной формы и трубы круглого сечения.

Если прочность предполагаемого соединения недостаточна, можно сварить усиливающие элементы в виде треугольных косынок из листового металла или отрезков уголка.

Соединение уголка с плоской поверхностью не вызывает затруднений. Если требуется приварить уголок с прилеганием полки к плоскости, швы вдоль полки надежно крепят уголок.

Если угловую заготовку нужно приварить торцом, сварка выполняется как при классическом тавровом соединении, которое подробно описывает ГОСТ.

Как сваривать двутавровые балки

Стальные балки, имеющие в поперечном сечении форму двутавра, сконструированы для универсального применения в машиностроении и строительстве. При изучении характера напряжений, возникающих в нагружаемых изделиях, имеющих сплошное сечение, была выявлена неравномерность их распределения.

Были определены участки сечения деталей, имеющие наибольшие значения напряжения. В результате этого возникла идея создания изделия с такой формой сечения, где масса металла сконцентрирована в наиболее нагруженных участках. Так появилось двутавровое сечение.

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).

Технология производства

В типовом варианте, двутавровая балка получают из трех листовых заготовок: стенки и двух полок, привариваемых к её торцам под прямым углом. Изготовление осуществляется на специализированных сборочных линиях, настроенных на выпуск балки определенного размера.

Заготовки перемещаются на специальных катках и предварительно закрепляются в нужном положении зажимными устройствами, оснащенными гидравлическим или пневматическим приводом.

На зафиксированном зажимным устройством участке собираемой балки делаются прихватки сваркой по поясному шву. После этого, балка перемещается по каткам, вновь закрепляется, и сваркой прихватывается следующий ее участок.

Поясной шов проваривается окончательно после того, как вся конструкция оказывается предварительно скреплённой сварными прихватками.

Сварка тавровых соединений стенки с полками осуществляется в автоматическом режиме под слоем флюса. Процесс автоматической сварки может выполняться разными приспособлениями. Это могут быть сварочные манипуляторы, горелки которых варят, перемещаясь по заданным траекториям посредством шарнирных соединений с несколькими степенями свободы.

Также могут применяться более простые устройства типа самоходных сварочных тракторов, гораздо больше подходящих для создания прямолинейных соединений.

Еще один класс устройств, способных автоматически сваривать поясные швы двутавровых балок, это консольные или портальные установки. В их состав, кроме собственно сварочного оборудования, входит аппаратура слежения и контроля качества сварного шва, а также устройства подачи флюса и последующей очистки шва от его остатков.

Такие установки осуществляют сварку под оптимальным углом, составляющим 45 °, чем обеспечивается наиболее благоприятное расположение сварочной ванны, и соответственно, высокое качество сварного шва.

Интенсивный нагрев заготовок в процессе сварки приводит к короблению полок. По этой причине процесс сборки двутавровых балок включает процедуру их выравнивания, осуществляемую на специальных машинах для исправления грибовидности.

На завершающей стадии изготовления производится фрезерная обработка торцов изделия.

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.

Способы соединения двутавров

При осуществлении монтажа балочных конструкций выполняются сварные соединения элементов в различных сочетаниях. Среди них можно выделить типовые способы соединение двутавровых балок.

Встык

Для соединения способом «встык» свариваемые фрагменты стыкуют предварительно обработанными торцами. Обработка состоит в том, что на торцевых срезах выполняют угловые скосы для более глубокой проварки соединения.

Учитывая несущие функции двутавровых балок, их соединение не ограничивается выполнением торцевых швов. Для усиления участка стыковки обычно применяют четыре накладки – по одной на каждую из полок, и по одной на каждую из сторон стенки.

Накладки представляют собой прямоугольники из листового металла. Они накладываются поверх соединительного шва, затем привариваются по периметру. Накладки на полки делают на всю ширину полки двутавровой балки, накладки на стенку – на всю высоту стенки.

Под прямым углом

Такое соединение осуществляется между главной и второстепенной несущими двутавровыми балками каркасной конструкции, находящимися на одном уровне. В этом соединении главная балка служит опорой второстепенной.

Сварочные работы выполняются в следующей последовательности. В верхней полке главной двутавровой балки делают вырез в форме равнобедренного треугольника с углом, близким к прямому.

Верхняя полка второстепенного двутавра вырезается под вставку в треугольный вырез главнойдвутавровой балки, а нижняя его полка срезается на величину половины ширины.

В результате должно получиться следующее. Плотное совмещение вырезов верхних полок двутавров, стыковка торца стенки второстепенной двутавровой балки с боковой поверхностью стенки главного двутавра и прилегание среза нижней полки второстепенной двутавровой балки к полке главного двутавра.

Полученное таким образом совместное закрепление заподлицо двух перпендикулярных двутавровых балок усиливается привариваемой снизу листовой накладкой.

Сваривание двутавра со швеллером под прямым углом

Это соединение выполняется, если второстепенной двутавровой балкой служит швеллер. Если стенки двутавра и швеллера одинаковы по высоте, можно поступить следующим образом.

Верхняя полка швеллера срезается род углом 45 °, на верхней полке двутавровой балки делается аналогичный по форме вырез. Нижняя полка швеллера отрезается с таким расчетом, чтобы при стыковке срез совместился с нижней полкой двутавра, а стенка швеллера уперлась в стенку двутавра. Так же, как и в предыдущем случае, соединение укрепляется накладкой снизу.

Инженерная мысль не стоит на месте. Кроме описанных технологий сварки могут применяться вновь созданные, на смену устаревающему сварочному оборудованию приходит обновленное, модернизированное или принципиально новое. Не исключено, что и традиционная сварка когда-нибудь уступит место другой технологии неразъемных соединений.

Сварка двутавровых балок

Балочные двутавры стандартных размеров производят в промышленных объемах, по индивидуальным чертежам изготавливают небольшие партии. Сварная балка состоит из трех элементов: двух стенок и промежуточного пояса. Она изготавливается из марочного листового проката, используется в высокопрочных металлоконструкциях. При небольших металлозатратах получаются надежные конструкции, выдерживающие разнонаправленные нагрузки за счет ребер жесткости.

Область применения

Быстровозводимые здания и сооружения создают с опорными и несущими металлическими каркасами, из них делают перекрытия, фермы. При использовании сварных двутавровых балок снижается вес строений, для них не нужен мощный фундамент.

Сварной двутавр характеризуется высокой прочностью, долговечностью, не подвержен усталостным разрушениям. Он применяется в тяжелом машиностроении, из него делают элементы, испытывающие большое давление, работающие на разрыв.

В отличие от двутавровых катанок, сварные не ограничены в размерах. Сваркой полос получают балки любого сечения и длины. Архитекторы не ограничены в полете фантазии.

В процессе изготовления двутавровых профилей образуется мало отходов. Их можно делать с полками и стенками из разных марок стали: в местах минимальных напряжений используют углеродистую сталь или перфорированные стальные листы, нагруженные части делают из легированного проката.

Виды металлических сварных балок

Налажено непрерывное производство двутавров различного назначения. По стандарту выделяют несколько видов балок двутаврового сечения:

с небольшой длиной полок по отношению к перегородке, они применяются для подвесных путей, перекрытий, укрепления шахтных выработок;
с пропорциональным размером перегородки и полок, они применяются при возведении опорных каркасов, армирования декоративных колонн.

По точности изготовления бывают двутавровые профили двух видов: обычные и высокоточные.

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:

раскрой листового проката на полосы необходимой ширины на терморезке с программным управлением, средняя скорость раскроя 1 м/мин.
фрезерование торцов на торцефрезерных станках сокращает зазор стыка между стеной и полкой, улучшает качество сварки;
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;
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;
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.

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; – канавки вдоль границы соединения;
трещины, образующие в местах разрыва шва;
шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.

Металлоизделия с дефектами ненадежные, они не выдержат большой нагрузки на изгиб, кручение. Их отбраковывают и проваривают снова, если это возможно.

Сварка двутавровых балок между собой

Монтаж балочных металлоконструкций предусматривает соединение двутавров встык или под углом. Для усиления соединений используют металлические накладки – прямоугольники, вырезанные из листового проката.

Сварка балок встык проводится после обработки торцов. На них делают угловые скосы, чтобы шов хорошо проварился. Дополнительно на каждую из сторон стенок и обе полки обязательно крепят накладки, их приваривают для укрепления и защиты соединительного шва. При таком соединении несущая конструкция из двутавровых балок после сварки не снижается.

Под углом двутавры соединяют так, чтобы второстепенный опирался на главный. В верхней полке главного вырезают равнобедренный треугольник с вершиной в 90°. Его место займет аналогичная вставка второстепенного двутавра, срезы должны плотно прилегать друг к другу. Нижняя полка срезается на ½ ширины так, чтобы срез упирался в полку главной двутавровой балки. Сварка проводится заподлицо. Усиливается соединение нижней накладкой.

Второстепенный швеллер приваривается к опорному двутавру под углом 90°. Сначала стыкуют верхнюю полку швеллера с балочной полкой, срезая их под углом 45°. Нижние полки соединяются так, чтобы швеллер упирался в стенку двутавровой балки, лишнее срезается. Затем наваривается нижняя укрепляющая накладка.

В горизонтальном положении сварку проводить легче. Продольная ось искривляется минимально. При вертикальной сварке возможен прогиб поперечин, поэтому проводят разметку всех ребер жесткости.

Накладки для сварки двутавра выкраиваются в форме ромба, размещаются симметрично продольной оси. Обвариваются косыми швами по всему периметру. Накладки концентрируют напряжение у швов, компенсируя изменившуюся после сварки форму сечения.

Двутавровые балки рассчитывают на большую нагрузку. При работе с ними необходимо придерживаться разработанной технологии. Она учитывает распределение усилий по направляющим. Качественно выполненные сопряжения – залог долгой эксплуатации металлоконструкций.

Читайте также: