Введение

Первые способы сварки возникли у истоков цивилизации — с началом использования и обработки металлов.

Известны древнейшие образцы сварки, выполненные в VIII-VII тысячелетиях до н.э. Древнейшим источником металла были случайно находимые кусочки самородных металлов - золота, меди, метеоритного железа. Ковкой их превращали в листочки, пластинки, острия. Ковка с небольшим подогревом позволяла соединять мелкие кусочки более крупные, пригодные для изготовления простейших изделий.

Позже научились выплавлять металл из руд, плавить его и литьем изготовлять уже более крупные и часто весьма совершенные изделия из меди и бронзы.

С освоением литейного производства возникла литейная сварка по так называемому способу промежуточного литья – соединяемые детали заформовывались, и место сварки заливалось расплавленным металлом. В дальнейшем были созданы особые легкоплавкие сплавы для заполнения соединительных твои и наряду с литейной сваркой появилась пайка, имеющая большое значение и сейчас.

Весьма важным этапом стало освоение железа около 3000 лет назад. Железные руды имеются повсеместно, и восстановление железа из них производится сравнительно легко. Но в древности плавить железо не умели и из руды получали продукт, состоявший из мельчайших частиц железа, перемешанных с частицами руды, угля и шлака. Лишь многочасовой ковкой нагретого продукта удавалось отжать неметаллические примеси и сварить частицы железа в кусок платного металла. Таким образом, древний способ производства железа включал в себя процесс сварки частиц железа в более крупные заготовки. Из полученных заготовок кузнечной сваркой изготовляли всевозможные изделия: орудии труда, оружие и пр. Многовековой опыт, интуиции и чутье позволяли древним Мистерам иногда получать сталь очень высокого качества (булат) и кузнечной сваркой изготовлять изделия поразительного совершенства и красоты.

Кузнечная сварка и пайка были ведущими процессами сварочной техники вплоть до конца ХIХ в., когда начался совершенно новый, современный период развития сварки. Несоизмеримо выросло производство металла и всевозможных изделий из него, многократно - потребность в сварочных работах, которую не могли уже удовлетворить существовавшие способы сварки. Началось стремительное развитие сварочной техники - за десятилетие она совершенствовалась больше, чек за столетие предшествующего периода. Быстро развивались и новые источники нагрева, легко расплавлявшие железо: электрический ток и газокислородное пламя.

1. Конструкторский раздел

1. Описание конструкции балки

Балкой, как известно из сопротивления материалов, называется конструктивный элемент, предназначенный для работы преимущественно на поперечный изгиб. Сварные балки применяют при относительно больших пролетах и нагрузках, когда прокатные балки перестают удовлетворять условиям прочности, устойчивости или жесткости. Сварные балки получили широкое распрост­ранение в самых разнообразных конструкциях и соору­жениях: перекрытиях, конструкциях производственных зданий (подкрановые балки, балки рабочих площадок), мостах и т. д.

Сварная балка

чаще всего состоит из трех листов; одного вертикального — стенки и двух горизон­тальных— поясов (полок), прикрепляемых к стенке за­водской автоматической сваркой. Устройство поясов из нескольких листов, сваренных по краям, крайне нежелательно вследствие необходимости заварки дополнительных продольных швов большой протяжен­ности, неизбежного отставания листов друг от друга и неравномерного распределения напряжений (на рисунке заштрихована эпюра нормальных напряжений в верх­нем листе, не заштрихована — в нижнем).

Иногда применяют двухстенчатые балки. Они получа­ются тяжелее одностенчатых и более трудоемкими. Поэтому их использование целесообразно в тех случаях, когда необходимо увеличить прочность и жесткость балки в поперечном направлении (относительно оси у): при

отсутствии поперечных связей, косом изгибе, действии крутящих моментов и т. п.

В последнее время нашли применение сквозные (пер­форированные) двутавровые балки. Они образуются рос­пуском стенки горячекатаного двутавра по ломаной линии с последующим совмещением и стыко­вой сваркой выступающих гребней. Полу­ченный таким образом элемент имеет шестиугольные от­верстия, поэтому его иногда называют «сотовым».

При одинаковой затрате металла (площади попереч­ного сечения) момент инерции сквозного двутавра j_x в 1,5— 2 раза больше, чем у исходного прокатного. Одна­ко до недавнего времени сквозные двутавры имели огра­ниченное применение из-за трудностей изготовления и высокой стоимости. Основная трудность заключалась в том, что после роспуска происходило коробление балки. Эта проблема была разрешена благодаря специальному кондуктору*, на котором одновременно изготовляются две сквозные балки. Во избежание коробления полки ис­ходных двутавров крепятся при роспуске к кондуктору. После роспуска части балок с совпадающими гребнями совмещаются путем вращения кондуктора и сварива­ются.

Повышенная несущая способность наряду с механи­зированной технологией изготовления и высокой степе­нью транспортабельности делает теперь сквозные двутав­ры конкурентоспособными не только с обычными свар­ными балками, но и с решетчатыми конструкциями. Применять их следует при статических нагрузках.

Сварные балки рассчитывают в два этапа: сначала производят предварительный подбор сечения, а затем скомпонованное сечение подвергают окончательной про­верке на прочность, жесткость и устойчивость.