Изготовление двутавровых балок методом сварки

Подробно о том, как изготовить сварочные двутавровые балки и какое оборудование для этого понадобится

Двутавровая балка – это металлоконструкция с двумя горизонтальными полками, соединенными вертикальной перемычкой. В разрезе образуется перевернутая буква Н. Такое строение обеспечивает повышенную прочность при расположении изделия в любом пространственном положении. Выпускаются балки методом горячего проката или при помощи сварки из заранее подготовленных элементов. Второй вариант проще реализовать, нужно меньше оборудования и места. Он подойдет для малого бизнеса, чтобы начать зарабатывать у себя в мастерской. Рассмотрим особенности сварки двутавровых балок и какое оборудование для этого понадобится.

Преимущества сварочного метода перед прокатом

Двутавры, получаемые методом горячего проката (обработки давлением), выпускаются по ГОСТ 8239-89, в котором заложены требования как к обычным конструкциям, так и широкополочным. Технология подразумевает использование металлического бруса определенной марки стали, который разогревается в промышленных условиях до высоких температур 450-650 С. После этого заготовка подается в специальный станок с роликами, а после протяжки меняет свою форму на двутавр.

Деталь остывает и готова к использованию. Это цельная монолитная конструкция с высокой прочностью. Но для такого метода необходимо большое помещение и оборудование для нагрева. Обычно используют методические печи, но допустим электроконтактный или индукционный нагрев. Понадобится мощная установка для самого проката металлического бруса и придания ему сложной формы.

Отличия сварочного метода

Изготовление двутавровых балок методом сварки не нуждается в аппаратах для нагрева и протяжки заготовок. При небольшом объеме производства можно обойтись ручной резкой и полуавтоматической сваркой. Для выпуска более крупных партий понадобится станок автоматической резки и сварочный трактор. Но все это занимает мало места и поместится в небольшой мастерской. В теплое время года, все работы можно вести на улице для увеличения простора.

Преимущества перед прокатом

Благодаря сборочной технологии отдельные участки двутавра можно сделать крупнее, асимметричнее, если того требует строение сооружения. При горячем прокате такого разнообразия и гибкости форм не будет. Еще сварные изделия не имеют ограничения по длине и высоте, ведь габариты не зависят от возможностей прокатного станка.

Если требуется сложная архитектурная композиция, возможно индивидуальное изменение сечения отдельных элементов, чтобы повысить прочность или снизить массу на определенном участке. При планировании возведения здания из сварных двутавровых балок можно снизить металлоемкость и денежные затраты без ущерба несущей способности в ключевых точках.

Незатратный старт производства

В результате для старта мини-производства не нужны большие инвестиции и аренда крупных цехов. Быстрее начнут окупаться вложения, а если захочется переквалифицировать предприятие, то оборудование для сварки и станок для резки пригодятся в других отраслях.

Процесс изготовления двутавровых балок

Производство двутавровых балок при помощи сварки можно разделить на несколько этапов.

Расчет необходимых размеров

Применяется при изготовлении металлоизделий на заказ под конкретный объект. Рассчитывается нагрузка на каждом участке (стеновые несущие элементы, потолочные перекрытия, кровельные элементы) и определяется необходимая высота стенок, ширина полок и сечение металла. Сразу можно подумать, где уменьшить металлоемкость без потери несущей способности. Подбирается соответствующая условиям эксплуатации марка стали.

Заготовка полос

После определения размеров двутавровой балки происходит заготовка полос для сварки. При небольших объемах производства можно порезать сталь пропановым резаком или ручной плазмой. Второй способ обеспечивает более ровную кромку – понадобится меньше сил и времени для ее последующей обработки.

Для массового производства двутаврового швеллера в частной мастерской лучше приобрести автоматический станок плазменной резки портального типа. Если в нем будет несколько плазмотронов (головок), одновременно получится вырезать сразу 2-4 полосы, что ускорит процесс.

Обработка торцов

После резки наружные края полос обрабатываются для придания аккуратного вида. При небольших объемах это можно сделать вручную болгаркой, а для массового производства используют фрезерный станок.

Сборка и прихватка

Полосы собираются в конструкцию. Сперва к нижней полке приставляется вертикальная стенка. Нужна предварительная разметка, чтобы добиться расположения перегородки строго по центру. Проверяется угол относительно нижней плоскости – он должен быть 90⁰. Сварщик прихватывает стенку с каждой стороны через промежутки 20-30 см.

Если небольшие балки длиной 2-4 м можно собрать на столе, то с огромными изделиями просто на ровной поверхности будет сложнее из-за увеличенных габаритов и массы. В таком случае используют сборочный стан, например Z15, предназначенный для сборки тавровых и двутавровых конструкций размером от 4 до 15 м в длину. У него мощное основание и портальная рама с фиксаторами, которая поддерживает и прижимает как вертикальную стенку, так и верхнюю полку. Это облегчает работу и предотвращает смещение.

В стане уже предусмотрены две горелки для полуавтоматической сварки, расположенные под углом 45⁰, чтобы сразу сваривать стыки. Но цена стана более 2 млн руб., поэтому он долго будет окупаться на начальных порах молодого производства. При изготовлении балок длиной до 6 м можно соорудить ровную основу с боковыми вертикальными подпорками, облегчающими фиксацию. Применение шаблонов под стандартные размеры двутавра сэкономит время при сборке. Это дешево и просто.

Сварка

Когда конструкция собрана и зафиксирована прихватками, начинается обваривание. Учитывая последующую нагрузку на балку, швы накладываются со всех сторон. Есть несколько вариантов этого процесса:

Сварка полуавтоматом углового соединения в нижнем положении. Удобна тем, что изделие нужно перевернуть только один раз. С каждой стороны вертикальной перегородки можно вести сварку одновременно, если есть два сварщика и два полуавтомата. Это значительно ускоряет процесс. Но требуется высокая квалификация сварщиков, поскольку наплавленный металл стекает под действием силы тяжести на нижнюю полку, что ослабляет соединение. Метод подойдет для серийного выпуска двутавровых балок для неответственных конструкций.
Сварка полуавтоматом в положении «лодочка». Изделие переворачивается 4 раза таким образом, чтобы каждый шов оказывался в нижней точке при расположении V-образным способом. Тогда наплавляемый металл равномерно растекается по обеим сторонам, шов правильный и более прочный, не требуется высокая квалификация сварщика. Но процесс значительно замедляется. Метод подойдет для выпуска небольших партий двутавровых балок, предназначенных для ответственных конструкций.
Сварка в положении «лодочка» сварочным трактором. Изделие размещается вышеописанным способом, чтобы соединение располагалось в нижней точке V. Только вместо ручной сварки полуавтоматом шов накладывается трактором. Последний автоматически передвигается рядом по собственным направляющим. Швы более ровные, качественные, процесс быстрый. Подойдет для массового серийного выпуска двутавра, применяемого в ответственных конструкциях.