31група      16.03.2020р.    Урок №47-48

ТЕМА №16.  Особливості зварювання деяких типів            конструкційних виробів

Урок №47-48. Зварювання решітчатих конструкцій.
                         Рулонний спосіб спорудження циліндриних резервуарів.

План

1.    Класифікація зварних онструкцій, їх характеристика.
2.    Зварювання балкових і решітчатих конструкцій.

3.    Зварювання оболонкових конструкцій

Домашнє завдання : І.В.Гуменюк, О.Ф. Іваськів 
                                   Технологія електродугового зварювання
                                    ст.377-393. 
Для вивчення теми уроків можна використати підручник або наступний матеріал

①

У всіх галузях народного господарства широко застосовуються конструкції різного роду й призначення. Вони відрізняються розмірами, конфігурацією, принципами дії, способом виготовлення. Конструкції виготовляються за допомогою різних технологічних процесів.  Тому вони можуть бути литими, кованими, точеними, клеєними, штампованими, зварними, а також комбінованими — клеєзварними, штампозварними тощо. 

До зварних відносяться конструкції, нероз'ємні з'єднання яких виконуються за допомогою зварювання. Отже, зварними конструкціями є сітка радіолампи, кабіна автомобіля, корпус балістичної ракети, кожух доменної печі, літак АН "Руслан".

Конструкції можна класифікувати за цільовим призначенням (будівельні, суднові, авіаційні), за матеріалами (сталеві, алюмінієві, пластмасові), за характером навантажень та умовами експлуатації.

Зварні конструкції класифікуються за наступними категоріями (групами):

балки — конструктивні елементи, що працюють на поперечний згин, з'єднані між собою жорстко та утворюють рамні конструкції;

колони — елементи конструкції, які працюють на стиск або стиск з поздовжнім згином;

решітчасті конструкції — система стержнів, яка працює на розтяг або стиск, і жорстко з'єднаних між собою у вузлах. До них відносяться: ферми, зв'язуючі, опори транспортерів, щогли лінійних електропередач, сітки арматури залізобетону та ін.;

оболонкові конструкції — різноманітні ємкості, резервуари, апарати й трубопроводи, до яких ставляться вимоги міцності та щільності;

корпусні транспортні конструкції — корпуси суден, вагонів, кузови автомобілів;

деталі машин і приладів, які працюють переважно при перемінних багатоциклових навантаженнях(станини, вали, колеса та ін.).

Зварні конструкції поділяються на три категорії: будівельні металоконструкції, машинобудівельні конструкції й трубопроводи.

До будівельних металоконструкцій відносяться зварні конструкції, порядок розрахунку, проектування, виготовлення і монтаж яких регламентується відповідними розділами БНГІа та іншими нормативними документами.

До машинобудівних зварних конструкцій відносяться конструкції, розрахунок і конструювання яких проводяться на машинобудівних заводах, а виготовлення або довиготовлення і монтаж здійснюється відповідними організаціями.

Трубопроводи різних призначень виділені в третю категорію конструкцій. 

В свою чергу, кожна з категорій поділяється на групи конструкцій. На рис. 20.2 наведено спрощену класифікацію зварних будівельних металоконструкцій. Вони поділені на шість груп: каркаси промислових будинків, які є основним видом конструкцій, що виготовляються на заводах; суцільностінові листові конструкції; щогли й опори; обслуговуючі конструкції; сітки та каркаси арматури для залізобетону та ін. Як видно із схеми, кожна з наведених груп складається із декількох підгруп. 

Так, каркаси промислових будівель складаються з колон, ферм, зв'язуючих, балок та огороджуючих конструкцій. Останні не несуть основних навантажень, а тільки "огороджують" (захищають) внутрішні приміщення будівель. До них відносяться панелі, вітражі, віконні перемички, ворота тощо.

До суцільностінових листових конструкцій відносяться: різні ємкісні зварні конструкції, основними з яких є резервуари всіх типів (вертикальні зварні РВЗ, ізотермічні, траншейні й горизонтальні зварні РГЗ, а також газгольдери постійного та змінного об'єму); діафрагми й мембрани (в основному перекриття великих будівель і споруд); конструкції вентиляційних систем, включаючи зварні повітроводи; а також більша частина конструкцій доменного комплексу.

 До окремої підгрупи належать решітчасті висотні споруди й опори. До них відносяться телевізійні, радіой радіорелейні щогли, щогли ліній електропередач (ЛЕП), а також опори конструкцій. 

Призначення обслуговуючих конструкцій виходить із їх назви: вони забезпечують можливість експлуатаційному персоналу виконувати свої функції при дотриманні правил безпеки.

До цієї групи конструкцій відносять сходи, площадки, огорожі.

До самостійної групи виділено сітки й каркаси арматури залізобетону, а також інші конструкції (кронштейни, підвіски, опори трубопроводів та інші дрібні конструкції).

Машинобудівельні зварні конструкції умовно поділено на п'ять груп (рис. 20.3.). До першої з них відносяться ємкісні конструкції, серед яких можна виділити декілька підгруп: посудини й апарати (котли, ємкості та обладнання спеціального призначення). Посудини (в основному, пустотілі) й апарати (з внутрішніми пристроями) працюють під тиском. Вони, як і котли, підвідомчі Держпроматом-нагляду. Ємкості мають різну місткість (від часток до сотень кубометрів) і призначення (декомпозери, склади сировини та готової продукції, відстійники тощо). До обладнання спеціального призначення віднесено печі (в т. ч. обертові), конвертори, міксери та інше аналогічне обладнання. 

До групи різних конструкцій відносяться рами під обладнання (насоси, компресори, привідні й витяжні станції тощо), а також так звані етажеркові (опорні) конструкції, на яких установлюються обладнання і трубопроводи. 

До нестандартного обладнання умовно віднесено конструкції різноманітних бункерів, затворів, кожухів, обладнання та інших конструкцій, поставка яких входить в обов'язки замовника.

Трубопроводи — це пристрої для транспортування рідких, газоподібних і сипучих речовин при різних тисках і температурах.  За невеликим винятком, трубопроводи є зварними конструкціями й класифікуються відповідно до рис. 20.4.

Магістральні трубопроводи транспортують рідини та гази від місця їх видобутку до місця переробки або споживання. Відмінною особливістю магістральних трубопроводів є їх велика протяжність, яка вимірюється сотнями й тисячами кілометрів, і постійний діаметр, який досягає 1420 мм і більше.

Промислові трубопроводи призначені для забору нафти та газу від свердловин (включаючи герметизацію нафтових свердловин) і доставку нафти до нафтозбірних пунктів, а газів до компресорних станцій. Вони мають діаметр 100-377 мм і невелику протяжність.

До технологічних трубопроводів відносяться трубопроводи промислових підприємств, якими транспортують сировину, напівфабрикати та готову продукцію, а також матеріали, які забезпечують ведення технологічного процесу й відходи виробництва.

Енергетичні трубопроводи, або трубопроводи енергетичних блоків, забезпечують роботи теплових та атомних електростанцій і групових котельних установок.

Санітарно-технічні трубопроводи призначені для створення комфорту в житлових будинках, об'єктах побутово-культурного призначення й промислових підприємств (водопроводи, газопроводи, трубопроводи гарячої води та каналізації). Для цих трубопроводів характерні малі діаметри труб і велика кількість різьбових з'єднань.

Розширюється застосування пластмас в якості конструкційних матеріалів, які замінюють метали там, де це можливо й доцільно.  Пластмаси використовуються в будівельних конструкціях при виготовленні повітропроводів і вентиляційних камер, які працюють в агресивних середовищах, а також застосовуються в якості наповнювачів при виготовлені захисних багатошарових панелей типу "Сендвіч". У машинобудівній промисловості пластмаси в основному застосовуються при виготовлені ємностей для зберігання агресивних рідин, а також нестандартного обладнання для тих же умов експлуатації.

У якості конструктивного матеріалу пластмаси перспективні для санітарно-технічних і технологічних трубопроводів для тиску 1-1,6 Мпа і температури середовища до 60-80°С. 20.2.

②

Балкові конструкції

Балка — це конструктивний елемент суцільного перерізу, призначений для роботи на поперечний згин.  Балки використовують у різних перекриттях, робочих площадках, естакадах, мостах, підкранових балках та інших конструкціях. Суцільностінові балки найчастіше застосовують для невеликих прогонів при великих навантаженнях.  У випадку великих прогонів і малих навантаженнях раціональніше використовувати наскрізні балки або ферми, оскільки в даному випадку економія металу більш суттєва. 

Типи поперечних перерізів і розмірів зварних балок надзвичайно різноманітні.  Якщо навантаження прикладене до вертикальної площини, частіше використовують балки двотаврового перерізу. При прикладанні навантаження до вертикальної та горизонтальної площин, а також при дії обертального моменту доцільніше використовувати балки коробчастого перерізу. 

Звичайний зварний двотавр складається з трьох основних листових елементів, стінки та двох поличок. Збирання балки (рис. 20.5) повинно забезпечити симетрію й взаємну перпендикулярність поличок і стінки, притиснення їх одне до одного та закріплення прихватками.

Решітчасті конструкції

Решітчасті конструкції, що працюють на згин, називаються фермами.  Ферми складаються з окремих стрижнів, з'єднаних у вузли, і утворюють геометрично незмінну систему.  Якщо ферма в цілому працює на згин, то в її конструктивних елементах виникають тільки повздовжні зусилля стиску або розтягу. Це дозволяє більш раціонально використовувати матеріал (метал) порівняно з балками. Ферми економічніші за витратами металу, але більш трудомісткі у виготовленні. Тому їх використовують для перекриття великих прогонів при відносно невеликих навантаженнях.

Ферма складається з трьох основних конструктивних елементів: верхнього та нижнього поясів і решітки. Остання складається із розкосів і стійок. Віддаль між вузлами решітки ферми називається панеллю, а віддаль між її опорами — прогоном.

Ферми класифікуються за такими ознаками (рис. 20.21):

—призначенням — ферми мостів, покриття (стропильні, підстропильні), транспортні естакади, гідротехнічні затвори, вантажопідйомні крани;

—профілем окреслення поясів — ферми з паралельними поясами, полігональні, арочні, трикутні. Окреслення поясів визначається призначенням ферми та прийнятої конструктивної схеми всієї споруди;

—системою решітки — ферми з трикутною решіткою і трикутною з додатковими стійками. 

Найчастіше у фермах застосовують просту у виконанні трикутну решітку. Додаткові стійки ставлять тоді, коли в місцях їх розташування прикладаються зосереджені сили або виникає необхідність у зменшенні довжини панелі верхнього стиснутого пояса. В розкосій решітці всі розкоси мають зусилля одного знаку, а всі стійки — протилежного. Шпренгельну решітку застосовують у випадку частішого прикладання зосереджених сил до верхнього пояса. Хрестоподібну решітку у фермах використовують при двобічному навантаженні. Решітки ромбічні й напіврозкриті застосовують рідко, в основному в конструкціях з великими поперечними силами.

За видом статистичної схеми ферми бувають нерозрізаними, розрізаними та консольними. Залежно від зусиль в елементах ферми їх поділяють на легкі (прогоном до 50 м і найбільшим зусиллям у поясах іїтах = 5000 кН) й важкі; за конструктивним рішенням — на звичайні, комбіновані та з поперечним напруженням.

Найчастіше у перерізах елементів ферм використовують спарені кутники. Комбінуючі перерізи з рівнобічних і нерівнобічних кутників, з'єднуючи їх малими і великими поличками, можна одержати переріз, рівностійкий в обох площинах, який добре працює на повздовжню силу.

Такі ферми можна використовувати для перекриття різних прогонів. Уніфіковані ферми мають прогони 18 м, 24, ЗО і 36 м. Типи перерізів наведено на рис. 20.23

Стропильні ферми працюють при статичному навантаженні. В якості стрижнів використовують головним чином прокатні і в меншій мірі гнуті замкнуті зварні профілі й труби. В загальному об'ємі виробництва до 90% становлять ферми з парних прокатних кутників. Стрижні у вузлах з'єднують безпосередньо або за допомогою допоміжних елементів, головним чином дуговим зварюванням. Перспективним є застосування контактного зварювання.

При збиранні ферм особливу увагу приділяють правильному центруванню стрижнів у вузлах, що запобігає появі моменту гнуття, не врахованих розрахунками.  У випадку складових елементів їх спільна робота забезпечується встановленням прокладок.

Конструкції стропильних ферм з поясами із широкополичкових таврів порівняно з типовими фермами із кутників виготовляти легше при меншій трудомісткості і вартості.  Зниження маси ферми досягається в основному за рахунок зменшення розмірів вузлових косинок, а також через відсутність косинок у вузлах кріпленнях стійок до верхніх поясів і виключення прокладок до поясів ферм (рис. 20.24 а). Часом вдається кріпити решітку безпосередньо до пояса без косинок (рис. 20.24 б). 

③

Оболонкові конструкції

Різні споруди типу оболонок, несучою основою яких є плоскі або зігнуті металеві листи (пластинки та оболонки) утворюють групу листових конструкцій, які застосовують для зберігання, транспорт тування, технологічної переробки рідин, газів і сипких матеріалів.

Залежно від призначення листові конструкції класифікуються на:

—резервуари для зберігання рідин (нафти, нафтопродуктів, спирту, кислот, зріджених газів);

—газгольдери для зберігання і вирівнювання складу газів;

—бункери і силоси для зберігання й перевантаження сипких матеріалів (руди, цементу, піску, вугілля тощо);

—листові конструкції доменних цехів (кожухи доменних печей, повітронагрівачів, пиловловлювачів);

—листові конструкції спеціальних технологічних установок хімічних і нафтопереробних заводів;

—трубопроводи великого діаметра для транспортування води і газів на гідростанціях, нафтохімічних, металургійних та інших підприємствах.

Листові конструкції мають великі геометричні розміри, тому їх збирають із окремих конструктивних елементів, що зумовлює наявність великої кількості зварних швів, до яких ставляться вимоги щодо щільності та міцності. 40 1000-1200 Рис. 20.36. З'єднання збірно-монолітної конструкції каркаса будівлі

У процесі експлуатації листові конструкції піддаються корозійному впливу з боку продуктів, які зберігаються, і це різко знижує їх довговічність. Відомі випадки виходу із ладу резервуарів і трубопроводів під дією сірчаних сполук, які знаходяться в продуктах, що зберігаються або транспортуються, за короткий термін експлуатації (2-3 роки).

Для збільшення терміну служби споруд на поверхню стінки, що контактує з продуктами, доцільно наносити покриття із спеціального захисного лакофарбового матеріалу, цинку, алюмінію або іншого корозієстійкого матеріалу.

Посудини, призначені для приймання, зберігання, технологічної обробки й відпуску різних рідин, нафти, нафтопродуктів, зріджених газів, води, водного аміаку, технічного спирту тощо, називаються резервуарами.

Залежно від геометричної форми і положення в просторі сталеві резервуари поділяються на: вертикальні цгшіндричні, горизонтально-циліндричні, сферичні, краплевидні, траншейні.

При спорудженні конструкції великих розмірів можливий значний об'єм збирально-зварювальних робіт, які намагаються виконувати в умовах заводу-виготівника. Розміри елементів конструкцій, що перевозяться до місця монтажу, не повинні перевищувати габарити рухомого складу залізничних доріг. Листові полотна товщиною до 18 мм перевозять у вигляді рулонів.  Метод рулонування розроблено в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона. Крупні вузли конструкції у вигляді полотнищ великого розміру збирають, зварюють у рулон на спеціальних установках (рис. 20.37), які мають два яруси 1 і З, а також барабан 2 для передачі полотнища з одного яруса на інший з поворотом на 180°.  На двох ярусах розташовані чотири робочі дільниці: збирання, зварювання з одного боку, зварювання з іншого боку, контролю та виправлення дефектів. Переміщення полотниша й скручування рулону проводять ритмічно після завершення роботи на кожній ділянці. При цьому полотнище накручують на каркас 4, який закріплений в обертачах. 

Листи товщиною до 8 мм збирають унапуск і зварюють. Це пояснюється тим, що такі листи простіше збирати та зварювати, причому скручування такого напусткового з'єднання утруднень не викликає. При товщині листів більше 8 мм місце напуску має помітну жорсткість і для скручування незручне. Стикове з'єднання листів такої товщини є більш доступним як з позиції збирання і зварювання під флюсом, так і з позиції наступного скручування у рулон.

  

Технологія виготовлення бункерів та силосів

Бункери та силоси - це ємкості призначені для зберігання і перевантаження сипучих матеріалів, у яких матеріал висипається під власною вагою. Їх використовують: на будівництві ,на металургійних заводах на зернопереробній промисловості і т.д. Бункери можуть бути в поперечному перерізі прямокутними або круглими.

Прямокутні бункери складаються з: бункерної балки,ребер жорсткості,стійок, циліндричної верхньої частини,з нижньої призматичної частини що звужується і вихідного отвору. Діаметр вихідного отвору залежить від матеріалу який буде використовуватися.

Бункери з круглим перерізом складаються з:стійок нижньої призматичної частини,вихідного отвору,кілець жорсткості, верхня частина яка складається з окремих обичайок які в процесі складання зварюються в одне ціле.

Бункери можуть бути як окремо розташовані так і об’єднані в групи.

Технологічний процес виготовлення бункерів такий: спочатку складається і зварюється верхня частина потім конусна нижня частина до якої приварюється вихідний отвір якщо бункер великих габаритів то ці елементи транспортуються окремо на місце встановлення де будуть складатись в готову конструкцію. А якщо бункер не великих габаритів то він зварюється на заводі повністю і транспортується на місце встановлення в готовому вигляді.

Силоси як правило конструюють круглого перерізу і виготовляють великоблочним методом або з рулонних заготовок. Технологічний процес виготовлення та монтажу силосів майже аналогічний виготовленню вертикальних циліндричних резервуарів.

Точніше так: спочатку роблять фундамент певної висоти і діаметром який дорівнює діаметру майбутнього силосу. Фундамент виготовляють із бетону. Потім ставлять стійки. Які в подальшому будуть збільшуватись методом під рощення. На стійки монтується каркас даху(покрівлі). Потім цей каркас даху будуть обшивати листами сталі. В покрівлі вирізають отвір для люку який буде слугувати для огляду та ремонту бункеру, оглядові вікна які ще й служать для вентиляції,монтують також драбину. Потім монтують обичайку  з листової сталі методом підрощення. Листами сталі обшивають стійки в процесі якого утворюються стінки бункеру. Суміжно коли монтуються стінки одночасно монтуються і стійки.