РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ СВАРНЫХ

МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

 

Белов В.А., Богомолов А.И., Сазанов Д.В. (МГСУ, г. Москва, РФ)

 

Basis Resource economy of technologies welded Design of metals is the decrease(reduction) of weight basic metal at simultaneous decrease(reduction) of labour input of manufacturing of a design.

 

Основой ресурсосберегающих технологий сварных металлоконструкций является снижение массы основного и наплавленного металла при одновременном снижении трудоемкости изготовления конструкции. Главный резерв уменьшения массы наплавленного металла в сварных конструкциях заключается в оптимизации размеров угловых швов, на долю которых приходится не менее 90% наплавленного металла. В настоящее время проводится работа по пересмотру нормативных документов на проектирование металлоконструкций с целью снижения удельного расхода наплавленного металла. При этом используется резервы, имеющиеся как в конструктивных, так и в расчетных швах.

Наибольшей экономии наплавленного металла можно добиться на пути оптимизации конструктивных угловых швов. В первую очередь необходимо уменьшить катеты таких швов. Толщина свариваемых элементов и сечение углового шва определяют скорость остывания металла при сварке, от которой при прочих равных условиях зависят механические свойства металла шва. Это послужило в свое время основанием для ограничения скорости остывания при сварке (ограничения минимальных размеров швов). Однако современный уровень сварочной техники дает возможность в широких пределах управлять свойствами металла шва.

Основным технологическим процессом при изготовлении металлоконструкций является сварка. Как известно сварка неизбежно приводит к образованию значительных по величине остаточных сварочных напряжений и деформаций, которые в свою очередь влияют на качество, надежность и долговечность сварных конструкций. Экспериментальные исследования, выполненные в МГСУ, показали, что величина сварочных напряжений и деформаций в наибольшей степени зависит от тепловложения при сварке. Исследования выполнены на балках двутаврового сечения длиной 6м и фрагментах балок длиной 1,2м. Поясные швы в этих балках были сварены с различной величиной катета от 3 до 7 мм. Балки длиной 6м имели ребра жесткости как односторонние, так и двусторонние. Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что уровень величины остаточных сварочных напряжений и деформаций ниже в балках с односторонними катетами или с катетами меньшей величины. Испытания балок высотой 1030 мм показали, что при расчетном значении критической силы потери местной устойчивости стенки Ркр = 445 кН, стенки испытуемых балок теряли устойчивость при значениях приведенных в таблице.

 

Таблица

Серия	Расположение поясных швов	Расположение рёбер жёсткости	Катет, мм	Нагрузка, Ркр., кН
1	Двустороннее	Двустороннее, парное	63	432429
2	Двустороннее	Двустороннее, в шахматном порядке	63	413403
3	Двустороннее	Одностороннее	63	421418
4	Одностороннее	Одностороннее	63	400430

 

Как видно из таблицы величина катета сварного поясного шва, а также количество и расположение ребер жесткости практически не влияют на величину нагрузки при потере местной устойчивости стенки.

Исследования показали, что характер разрушения балок с односторонними поясными швами, односторонними ребрами жесткости и балок с двусторонними поясными швами и двусторонними ребрами жесткости был одинаков   за счет потери местной устойчивости стенки в первых от опор отсеках. Разрушений поясных швов не обнаружено. Поясные швы в экспериментальных балках выполнялись катетом 6 мм (в соответствии с нормами ) и катетами 3 мм ( с отступлением от норм).

Следует отметить, что увеличение катета шва ведет к увеличению погонной энергии сварки, а это в свою очередь увеличивает остаточные сварочные напряжения и деформации (рис 1-3), которые отрицательно влияют на точность и работоспособность сварных конструкций. Следовательно, чем меньше катет сварного шва, тем ниже сварочные напряжения и деформации и тем выше долговечность сварных металлоконструкций.

Ресурсосберегающей технологией сварных металлоконструкций типа балок и колонн является снижение размеров угловых поясных швов и количества ребер жесткости.

Одним из резервов снижения металлоемкости является применение сварных швов с разными катетами. Таким образом, наряду с совершенствованием конструктивной формы, сокращение объема наплавленного металла в сварных металлоконструкциях ведет не только к ресурсосбережению, но и повышению качества и надежности конструкций.

Нами подготовлен пакет документов для изменений и дополнений соответствующих глав СНиП. II-23-81* в части расчета, конструирования и изготовления сварных металлоконструкций.