ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО -ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ им. В.А.КУЧЕРЕНКО

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МЕТОДА ДУГОВОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ (ДТСПФ) С МОЗАИЧНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ

МОСКВА-1980

УДК 821.791.053.92.75

Рекомендации содержат сведения о технологии точечной дуговой сварки в нижнем положении методом принудительных проплавления и формования (ДТСПФ) с мозаичным проплавлением - доступных лишь сверху н ах л ест оч ных соединений стальных элементов. К таким соединениям относятся, например, соединения мембранных покрытий из аустенитной нержавеющей стали , малоуглеродистой или низколегированной стали, а также - элементов стального проката при толщине верх -него элемента от 2 до 10 мм с расположенными под ними стальными элементами каркаса перекрытий или подкрепляющими элементами при минимальной толщине соответственно от 4 до 12 мм.

Этот метод сварки и приведенная в Рекомендациях технология ДТСПФ с мозаичным проплавлением могут быть также использованы для выполнения на строительной площадке нахлесточных соединений раз -личных стальных элементов указанных выше толщин, например, соединений стальных закладных деталей, при этом выполнив все требования рекомендаций можно обеспечить высокую и достаточно стабильную проч -ность точечных швов.

Рекомендации разработаны в лаборатории сварки ЦНИИ строительных конструкций им. В.А.Кучеренко Госстроя СССР (автор - зав.лаборатории Бродский А.Я.) Рецензенты: к.т.н. Барышев В.М. и инж. Нестеренко Л.В.

В Рекомендации включены данные о минималь -ных разрушающих нагрузках, выдерживаемых точками при работе на срез или отрыв. Содержатся сведения о расчетных сопротивлениях точек при срезе и отрыве.

В приложениях описаны примеры применения метода ДТСПФ с мозаичным проплавлением на строитель-стве Олимпийского объекта - универсального споргзала на 5000 зрителей в Измайлово (Москва), а также -сварки стропильной полуфермы с поясами из широкополочного тавра и решеткой из одиночных уголков- конструкции ЦНИИПСК.

3

hog формование, т.е. сварку ведут с использованием формующего кольца. Это кольцо, как сказано выше,выполняет ряд важных функций.

Принудительное проплавление осуществляется при помощи электрода, закрепленного в обычный электродо-держатель, через который к электроду сварщик прикладывает усилие порядка 4-6 кгС. Благодаря приложению вдоль оси электрода усилия руки сварщика, горение дуги на самом ответственном этапе проплавления проис -ходит самопроизвольно при предельно короткой дуге. При этом сверщику не приходится поддерживать элек -трододержатель на весу.

Техника маневрирования электродом на других этапах ручного процесса ДТСГГф, которой обучают сварщиков по специальной программе и методике, разработанными в ЦНИИСК и приведенными в Рекомендалиях,обео-печивает высокое и стабильное качество соединений.

Опыт показывает, что обучение протекает без трудностей и за короткое время сварщики средней квалифи -кации приобретают необходимые навыки.

Из сказанного следует, что качество точечных соединений, выполненных ручной ДТСПФ, зависит в меньшей степени от субъективных данных сварщика, чем качество таких же соединений, выполненных полуавтома -тической дуговой сваркой голой проволокой под флюсом в струе СО2 и порошковой проволокой. При полуавтоматической сварке протяженными швами в заводских условиях обеспечивается более высокая произ водит ел ьностъ труда сварщиков, чем при ручной сварке протяженными шоами. Именно, поэтому внедрение полуавтоматическ о й сварки в промышленность является важной задачей и большим достижением современной техники.

Использование полуавтоматических способов дуто -вой сварки для выполнения точечных швов, как пока -зало, не способствует повышению качества таких швов и, конечно же, не ведет к повышению производительно -сти труда из-за потерь времени на транспортировку оборудования и на уход за ним. Это положение обусловле -но малым машинным временем, которое затрачивается на постановку каждой точки.

Настоящие Рекомендации основаны на результат ах₎ проведенных в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко экспериментальных исследований и опыта применения ДТСПФ с мозаичным проплавлением на строительстве Олимпийского объекта - универсального спортзала на 5000 зрителей в Измайлово (Москва). На этом объекте с участием ла -боратории сварки ЦНИИСК методом ДТСПФ с мозаич -ным проплавлением сварщиками трестов ^гСтапьмонтаж^г и 'Спецстальконструкция* Ми нмонт аж спец строя СССР , прошедшими обучение в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко,выполнено более 5000 наиболее ответственных сварных точечных соединений, которыми прикреплено 5 мембран -ных покрытий из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т к подкрепляющим диагоналям из стали 14Г2: 1 мембрана над основным сооружением универсального зала (габаритные размеры мембраны в плане 66x72 м), над тренировочным залом две мембраны (габаритные размеры каждой из 2 мембран в плане 36x36 м) и 2 мембра -ны над бассейнами (тех же размеров).

1. Общие положения

1.1.    Настоящие Рекомендации представляют собой, в основном, технологический документ и они рассчитаны на использование рабочими-сварщиками, мастерами и прорабами, а также работниками контрольных служб cv роит ель но-монт аж ных организаций и, в отдельных случаях, заводов металлоконструкций. Рекомендации содержат также некоторые сведения о прочности сварных точечных соединений и расчетных сопротивлениях и в этой части предназначены для использования проектными организациями,

1.2.    Рекомендации содержат сведения но применению метода ДТСПФ с мозаичным проплавлением для выполнения нахлесточных соединений листовых стальных эл ементов _? например, стальных мембранных покрытий с подкреплениями или элементами стальных каркасов зданий, стальных закладных деталей и т.п. при гори -зонтальном расположении листовых элементов или при угле наклона их к горизонту до 20 .

13

1.3. Типы, конструктивные элементы и размеры соединений, на которые распространяются рекомендации по ДТСПФ с мозаичным проплавлением, приведены на рис. 2 и в табл. 1.

Соединения, представленные на рис. 2, могут выполняться в заводских условиях и на строительно-монтажной площадке. При этом соединения, указанные на рис. 2, а и 2,6, мсгут быть выполнены на весу или на гладкой подкладке, а - на рис.2»в - только на гладкой подкладке.

ТИП i м

ТИП 3 m	i
	“I — 1 I
i—	^ иН
1 1 >	/ 1 J ^ J —) У?А
Ц	-4

Рис.2. Типы соединений, рассчитанные для выполнения методом ДТСПФ с мозаичным пропл авлением

14

1.4. Б качестве гладких подкладок, применяемых для выполнения соединений типа Зм (рис.2), целесообразно пользоваться удаляемыми после сварки медны -ми пластинами (толщиной 30 мм и габаритными раз -мерами не менее 100x200 мм). Поверхность медной подкладки, обращенная к стальному элементу, должна б*ыть строганной, чтобы было обеспечено плотное при -летание их поверхностей. Допускается применение ос -тающихся стальных пластин, а также неметаллических материалов, не приводящих к дефектам точек.

Примечание.

Местные зазоры между поверхностями медной прокладки и стального элемента не должны быть больше 1 мм. При невозможности выполнить это требование соединения типа 3 м должны быть за -менены соединениями типа 2 м.

1.5. При выполнении работ по сборке и сварке, а также в случаях_р когда к соединениям мембраны с ни -жележащими элементами предъявляются требования антикоррозионной стойкости, кроме настоящих Рекомендаций следует пользоваться СН и П Ш-18-75 'Строительные нормы и правила. Правила производства и приемки работ. Мета1лические конструкции', СН и Г1 0-28-73 'Защита строительных конструкций от коррозии (дополнение ), 'Краткими Рекомендациями по антикоррозионной защите и дополнениями к основным Рекомендациям по сварке методом ДТСПФ соединений элементов из нержавеющей стали с прокатными деталями из углеро -диетой или низколегированной стали' (в Приложениях к настоящим основным Рекомендациям), СНиП Ш-А,11-70 'Техника безопасности в строительстве', а также'Правилами и нормами техники безопасности,    пожарной

безопасности и промышленной санитарии для окраски полов', разработанными и утвержденными институтом ВИНИ НОТ ВЦСПС.

15

1.6. К производству работ по сварке методом ДТСПФ с мозаичным проплавлением допускаются сварщики, прошедшие подготовку по специальной методике и программе и получившие после испытаний справку о допуске к работам по ДТСПФ с мозаичным проплавлением.

1.7. Расстояния - t_Q между осями точек и Ц. от оси точки до края элемента (рис.З) должны быть выдержаны ровными, указанными в ГОСТ 14776-79 Дуговая сварка. Соединения сварные точечные. Основные типы , конструктивные элементы и размеры.

Рис.З. Допустимое размещение точек согласно ГОСТ 14776-79

2. Сварочное оборудование и материалы

2.1* Сварочный пост (нормо-комнлект) должен включать следующее оборудование, вспомогательны е устройства и инструменты:

а)    источник питания дуги сварочным током;

б)    электрическую печь для прокалки электродов;

в)    устройства для формования точки (формующие устройства);

г)    инструмент сварщика - электрододержатель, стальную щетку, молоток;

д)    ведро с водой для периодического охлаждения формующего устройства.

Приведены чертежи деталей устройств для формования головки точки и испытания контрольных образцов на срез или отрыв, даны краткие рекомендации по антикоррозионной защите и дополнения к основным рекомендациям по сварке методом ДТСГ1Ф соединений элементов из нержавеющей стали с прокатными деталями из углеродистой или низколегированной стали и, наконец, дана форма справки для сварщиков, прошедших обучение.

Рекомендации рассчитаны на использование проектными организациями по строительству, рабочими -сварщиками, мастерами и прорабами, а также работниками контрольных служб строит ель но-монтажных орга -низаний и заводов металлоконструкций.

Табл. 5    ,    рис.    43

© ЦНИИ строительных конструкций им. В.А,Кучеренко, 1980

Пояснительная записка

Xарактернстика метода дуговой точечной сварки с принудительными проплавлением и формованием (ДТСПФ)

Настоящие Рекомендадин посвящены варианту метода ДТСПФ с мозаичным проплавлением, который представляет собой развитие метода ДТСПФ с одинарным проплавлением.

Дуговая точечная сварка с принудительными проплавлением и формованием* ( ДТСПФ) основана на:

а)    использовании штучных покрытых электродов;

б)    применении формующих устройств;

в)    приложении к электроду осевого усилия в процессе проплавления метагла дугой и

г)    определенной технике маневрирования электродом.

Ис учение процессов, протекающих при примене -нии метода ДТСПф_; показало , что

а) ДТСПФ является ванно-дуговым процессом сварки;

б) дуга на этапе проплавления горит в закрытой полости при повышенном (выше атмосферного) давлении при предельно коротком дуговом промежутке.

Техника ДТСПФ нахл ест очных соединений стальных элементов с одинарным проплавлением заключается в следующем. На поверхность наружного из соединив -мых элементов в месте, где должна быть образована сварная точка_; устанавливают формующее устройство с медным кольцом 1 (рис. 1,а). Это кольцо выполняет несколько функций: фиксирует место расположения точ -ки, повышает стабильность сварочной дуги, отводит тепло от кристаллизующегося металла точки, улучшает защиту области дуги от вредного воздействия возду-

х) Авторское свидетельство № 108233 СССР класс 21 К/ , 30/17.

хх) Дуговая точечная сварка с принудительным проплавлением элементов стальных конструкций. Труды ин-та ЦНИИСК им.Кучеренко, М., 1971, выл. 16.

ха, пред упреждает 'зашлаковку' свариваемых элемен -тов, обеспечивая избирательную кристаллизацию шлакз на своих стенках, исключает растекание шлака, спо -собствует направлению электрода при проплавлении и формует технологический прилив - головку точки.

При ДТСПф с одинарным проплавлением закреп -ленный в электрододержатель электрод 2 располагают в центре кольца 1 и касаясь торцом электрода поверхности наружного элемента 4,а,возбуждают дугу_; при этом в элементе 4,а образуется лунка 3. Торец элек -трода 2 прижимают с усилием Р к основанию лунки 3 (рис. 1,б). Под воздействием дуги в верхнем элементе на месте лунки вскоре образуется ванна жидкого металла, покрытого шлаком. В эту ванну под действием усилия Р быстро внедряется конец электрода (рис. 1,в). При этом происходит вытеснение жидкого металла и шл ак а,

Вь’ ;од жидкого металла и шлака по зазорам меж^-ду поверхностями покрытия электрода и стенок полости обеспечивает уплотнение проплавленной полости, что гарантирует поддержание в ней избыточного давления.

Благодаря вытеснению жидкого металла из полости проплавляющему действию электрической дуги от -крываются нерасплавленные слои твердого металла ни -же дна ванны. Именно этот эффект вытеснения жидкого металла обусловливает высокую эффективность процесса принудительного проплавления^х .

По достижении заданной глубины полости резко уменьшают скорость подачи электрода. С этого момента начинается заплавление проплавленной полости, которую заполняют металлом расплавляемого дугой элек -трода (рис. 1,г). Так постепенно заполняется проплав -

ки образование уже первых порций жидкого металла и шлака препятствует непосредственному воздействию дуги на твердые слои еще нерасплавленного металла. Жидкий металл 'защищает' нижележащие слои металла, являясь барьером против воздействия на них дуги.

7

ленная ранее полость и электрическая дуга поднимает -ся, пока не окажется над поверхностью наружного эле-ыента (рис. 1,д). При этом вновь расплавляется ранее вытесненный из полости и затвердевший металл, кото -рый вместе с расплавленным электродным металлом образует технологический прилив - головку точки (см. рис. 1,д).

Ручной вариант ДТСПФ с одинарным проплавлени -ем целесообразен для выполнения соединений на строи-гельио—монтажной площадке с элементами каркаса тонких S 1,5 мм элементов покрытий*' точками диаметром d -16 мм.

Ряд расчетных ыахлесточных соединений стальных элементов, например, соединений мембранных покрытий с подкрепляют и мж диагоналями или элементами сталь -ного каркаса должны сопротивляться значительным усилиям среза и отрыва. Для этого необходимо, чтобы диаметр и, следовательно, площадь сечения стержня точки в плоскости контакта соединяемых элементов были достаточно большими (    >    25    мм). Обеспечить эти

условия при использовании ДТСПФ с одинарным проплавлением затруднительно.

При одинарном проплавлении рабочий диаметр точки (диаметр точки в плоскости контакта соединяемых элементов) зависит от глубины проплавления, величины тока я диаметра электрода. Максимальная глубина проплавления при ДТСПФ определяется толщиной соединяемых элементов. Предельная наибольшая величина тока зависит от диаметра электрода. Диаметры же электродов, выпуска-, емых промышленностью, практически ограничены 6 мм.

При оптимальных режимах ДТСПФ наибольший рабочий диаметр точки составляет (1,3-2) d₃ при глубинах проплавления соответственно 7-20 мм.

См.например, ЦНИИСК им.Кучеренко ''Рекомендации по точечной дуговой приварке профилированного оцинкованного настила к стальным элементам каркаса*. М., 1979.

d - диаметр электрода с покрытием.

э

Кроме того, в соответствии с формой изотерм, свойственной процессу ДТСПФ с одинарным проплавленном, точка в сечении имеет форму усеченного конуса* Ввиду этого величина рабочего диаметра точек в месте контакта соединяемых элементов несколько изменяется при обычных флуктуациях параметров режима сварки.

В соответствии с изменениями величины рабочего диа -метра точек в определенных пределах колеблется и их прочность. Поэтому при необходимости выполнить точ — ки, обладающие повышенной и стабильной прочноетью^ рационально применение ДТСПФ с мозаичным проплавле -нием.

Особенностью ДТСПФ с мозаичным проплавлением является образование в пределах формующего устройства ряда дискретных точек, которые перекрывают друг друга до образования кольцеобразной 'точки', примы -кающей к внутреннему контуру формующего устройства. Техника выполнения ДТСПФ с мозаичным проплавлением приведена в и. 4.1 Рекомендаций.

Применение техники мозаичного проплавления позволяет решить следующие задачи:

-    достигнуть достаточно большую требуемую величину площади рабочего сечения^гержня точки путем использования тока минимальной величины;

-    обеспечить оптимальные или близкие к ним тел-ловложения в низколегированную сталь, например, марки 14Г2;

-    предупредить периферийные дефекты в рабочем сечении точки ('зашлаковки' и несплавления).

Решение первой из перечисленных задач достигается благодаря тому, что вместо одной точки, которую

* При применении любого другого из известных спосо -бов дуговой точечной сварки (без предварительного выполнения отверстий в соединяемых элементах) нельзя получить диаметр стержня точки, приведенный в табл.1, при столь малых величинах тока, какие используются для ДТСПФ с мозаичным проплавлением (см. табл. 4).

9

проплавляют при ДТСПф с одинарным проплавлением в центре формующего кольца, при ДТСПФ с мозаичным проплавлением проплавляют ряд точек, перекрывающих одна другую (см. п. 4.1 и рис.5 настоящих Рекомендаций) и располагающихся по периметру формующего кольца. В последнем случае, даже применив электроды меньшего диаметра и меньшие величины тока, чем    при

ДТСПФ с одинарным проплавлением, можно обеспечить получение точки, в принципе, любого большого диамет -ра, т.е. любой большой площадкой рабочего сечения. Оптимальные или близкие к ним тепловложения обеспечиваются благодаря наложению тепловых волн, при последовательном проплавлении каждой из дискретных выполняемых без перерыва, точек (см. п.4.1 и рис. 5). Оптимальное количество точек может быть определено экспериментальным или расчетным путем. Предупреждение 'зашлаковок' и вызываемых ими местных не-сплавлений достигается при применении мозаичного проплавления благодаря следующему эффекту. Уже указы -валось, что на стенках медного формующего кольца происходит избирательная кристаллизация шлака. Это означает, что жидкий шлак, как бы притягивается к внутренним поверхностям медного формующего кольца и на этих поверхностях затвердевает. Чем короче путь шлака от места плавления до внутренних стенок медного формующего кольца, тем эффективнее процесс изби -рательной кристаллизации шлака. Напротив, чем длин -ней путь шлака, тем больше опасность того, что часть шлака закристаллизуется на свариваемых поверхностях соединяемых стальных элементов, т.е. образуется 'зашлаковка' и, следовательно, несплавление.

При ДТСПФ с мозаичным проплавлением электрод при проплавлении ряда дискретных точек располагается вплотную к стенке формующего медного кольца:    путь

жидкого шлака к стенке медного кольца наибол ее короткий. Благодаря этому предупреждается опасность 'з ашл аковки'.

Хотя процесс ДТСПФ с мозаичным проплавлением, приведенный в настоящих рекомендациях, пока (до разработки специального оборудования) являегся ручным

10

процессом, он по всем технико-экономическим показа -i е.:ям (высокому качеству и гарантированной прочности выполненных соединений, маневренности, производительности и простоте процесса, легкости овладения сварщиками необходимыми навыками, отсутствию необходимо -Сги в специальном сварочном оборудовании, малой зависимости качества и стабильности точечных швов от субъективных данных сварщика) более эффективен нежели известные до сих пор способы полуавтоматической дуговой сварки.

При полуавтоматической дуговой сварке любым из известных способов (порошковой проволокой, проволо -кой сплошного сечения под флюсом или в струе за -щитных газов) механизирован лишь один элемент про -цооса - непрерывная подача (с постоянной скоростью ) сварочной проволоки, однако сварщик должен обеспечивать постоянство длины дуги, как и при рутинной руч -н*>й дуговой сварке швами. Для этого он должен по -стоянно поддерживать на весу держатель с проволокой и вьполнять систему перемещений, т.е, маневрировать держателем, который более тяжел при полуавтоматической сварке и менее податлив, чем обычный электродо -держатель при ручной дуговой сварке штучными элек -гродами. При полуавтоматической сварке худшая подат -лизость держателя обусловлена наличием довольно жесткой проволоки, связанной с бухтой^ шланга, связан -ного с баллоном при сварке в струе защитного газа. Итак, при полуавтоматических процессах сварки основ -иые элементы процесса сварки: поддерживание опреде -ленной, малой величины дугового промежутка и техника маневрирования электродом полностью зависят от субъективных данных рабочего сварщика, т.е. основные этемеиты процесса полуавтоматической сварки являются свободными. Напротив, особенностью ручной дуговой точечной сварки с принудительными проплавлением и формованием (ДТСПФ) является то, что сводятся к минимуму свободные элементы процесса. При ручной ДТСПФ кочичество свободных элементов процесса меньше, чем при любом варианте полуавтоматической сварки. Действительно, при ручной ДТСПФ применяется принудитель -

11