2.15. Сварка стальных строительных конструкций

Первые металлические конструкции выполнялись с помощью клепки. Инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым в 1883 году в г. Баку была предложена конструкция и изготовлен первый цилиндрический резервуар для нефтепромыслов. Далее им были созданы перекрытия зданий Нижегородской выставки, ГУМа в Москве, мартеновских цехов, мостов и др.

Началом применения сварки в строительстве является 1920 год, когда в г. Владивостоке была сварена строительная ферма длиной 25 м.

В начале 30-х годов стали проводиться планомерные научно-иссле­довательские работы в области сварки строительных конструкций. Были разработаны конструкции сварных ферм, колонн, подкрановых балок и др. В 30–40-х годах были разработаны и построены сварные каркасы зданий мартеновских и конверторных цехов (Новокузнецкий, Магнитогорский и Макеевский металлургические комбинаты, завод «Азовсталь» и др.)

В 1930 г. в Магнитогорске были сварены газопроводы горячего дутья и воздухонагреватели домны. В 1941 г. был построен первый 11-километровый нефтепровод.

Первые стальные резервуары емкостью 300 м³ были построены в 1929 г. тоже В. Г. Шуховым. Начиная с 1938 г. сварные резервуары более 5000 м³ широко применяются в нефтяной промышленности. В 1950-х годах был разработан индустриальный метод изготовления резервуаров (на заводе сваривают и сворачивают в рулоны полотна днища и стенок резервуара. На строительной площадке рулон разворачивают и сваривают между собой. Кровля также может изготовляться на заводе в виде отдельных элементов.

В 1939 г. был построен первый арочный цельносварной железнодорожный мост через реку Исеть (140 м длиной). Однако конструктивно сварные мосты не были достаточно обоснованы по выбору основного и сварочного материала, по условиям внешнего воздействия. Поэтому часто применялись клепаные мосты. В 1946 г. были разработаны серии пролетов мостов сварных автодорожных (21,6 м, 32,4 м, 42,5 м) и клепано-сварных (52,5 м и 83,2 м). Мосты конструировались из стали повышенной прочности и с предварительным напряжением.

С 1948 г. начали создаваться цельносварные конструкции высотных зданий в Москве (Министерство иностранных дел, гостиница «Украина»). В 1936 г. была построена первая стальная радиомачта из рельсов (200 м).

Стальные конструкции по условиям работы делятся на 4 группы:

1) работающие в особо тяжелых условиях (подкрановые балки, эстакады, опоры транспортных средств…);

2) работающие при статических нагрузках (фермы, балки перекрытий…);

3) работающие при статических нагрузках (колонны, опоры…);

4) вспомогательные конструкции (трапы, площадки, ограждения…).

В зависимости от этих групп и климатических зон выбираются материалы (марки сталей, флюсы, электроды…) и режимы сварки.

Сварные конструкции изготовляют из проката. Его правят на вальцах, грунтуют, размечают и режут. На автоматических поточных линиях производится резка и сварка без предварительной разметки.

Сварку элементов конструкций проводят на стеллажах, стендах, кондукторах, вращателях и манипуляторах. В процессе сварки, кроме широко распространенных кувалды и лома, используются струбцины, эксцентриковые зажимы, домкраты, винтовые распорки, клиновые стяжные приспособления и другая оснастка.

При сварке резервуаровэффективен метод рулонирования, но в труднодоступных местах проводят и полистовую их сборку.

Рулонные заготовки днищ и корпусов цилиндрических резервуаров сваривают механизировано из листового проката на 2-ярусной установке сварочными тракторами под слоем флюса, на нижнем ярусе проваривают швы с одной стороны, а на верхнем ярусе — с другой стороны листа. На контрольной площадке проверяют качество швов и грунтуют полотнища. Далее наметывают его на шахтную лестницу резервуара или кольцевые каркасы и транспортируют на место установки. Листы днища укладываются от центра к краям и укрепляются сборочными приспособлениями. По окружности делают прямые (до объемов менее 5000 м³) или сегментные (при объемах более 5000 м³) окрайки. Сварку выполняют ручной электродуговой сваркой в 2 слоя, или механически порошковой проволокой ПП-АН3, или сварочными автоматами.

Сварка решетчатых конструкций(стропильные фермы, опоры линий электропередач, мачты…) выполняется в средезащитных газов или применяется порошковая самозащитная проволока, во многих случаях используется электроконтактная сварка. Сборка элементов конструкций выполняется с помощью кондукторов, пневматических и винтовых прижимов и фиксаторов. После прихватки соединений ручной электродуговой сваркой освобождают прижимы и переносят форму в кантователь для основной сварки конструкции.

Сварка при низких температурах. В зависимости от марки стали и толщины металла и вида металлоконструкции (табл. 2.4) устанавливается минимально допустимая температура сварки без нагрева.

Таблица 2.4

Допустимые температуры окружающего воздуха при сварке металлоконструкций

Металлоконструкции	Допустимая минимальная температура сварки (° C) для толщин металла, мм
	< 16	16–25	16–30	> 25	30–40	> 40
Из углеродистой стали: решетчатые листовые Из низколегированной стали при sт £ 390 МПа: решетчатые листовые То же, sт > 390 МПа: решетчатые листовые	–30 –30 –20 –20 –15 –15	— — — — 0 0	–30 –20 –10 0 — —	— — — — Подогрев до 120–60° C	–10 –10 0 +5 — —	0 0 +5 +10 — —

Углеродистые стали допускают более низкую температуру сварки, чем низколегированные. Чем тоньше металл, тем более низкая температура сварки может быть допустима.

При очень низких температурах (менее –50° С) для выполнения сварочных работ необходимы специальные укрытия (тепляки, пневматические оболочки).