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

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ДУГОВОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МОСКВА 1981

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

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ДУГОВОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Утверждены директором ЦНИИСК им. Кучеренко

26 января 1981 г.

Москва

	2.11. Напряжение	хо-
	ласгога хода источника	пи-
	таяия должно быть не	ме-
;*с	нее 75 В.
I	2.12. Сварочная голов-

к а лабораторной установки ЦНИИСК включает: электро-додержатель (рис. 3)₉ фор -мующие устройства с на правляющей планкой (рис. 4), механизм подачи электрода (рис. 5J,

2.13. Электрододержа -те ль 11 (рис. б) жестко скреплен с гайкой ходового винта так, что при вращении ходового винта 12 осуществляется его перемещение вместе с электродом 0, зажатым при помощи винта 10.

2.14.    Перемещение электро-додержателя ограничивается концевыми выключателями 13.

2.15.    Нижнее формующее устройство 1 закреплено неподвижно. На нем располагают свариваемые элементы 2 и 3, которые прижимают верхним формующим устройством 6.

2.16.    На верхнем формую — щем устройстве через электроизолирующие прокладки 7 уста — яовлена направляющая планка 8.

2.17.    Верхнее и нижнее формующие устройства, а также направляющая планка охлаждаются проточной водой с расходом 20 л/мин.

2Л8. Размеры элементов формующих устройств и направляющей планки должны соответствовать указанным в табл. 1.

Рис.8* Схема сварочной головки 1 — нижнее формующее устройство; 2 — ниж — ний свариваемый элемент; 3 - верхний свариваемый элемент; 4 — сварная точка;

5-сварочная дуга; 6-верхнее формующее устройство; 7-электроизолирующая прокладка; 8- направляющая планка, 8 - электрод;

10-винт; 11-электрод одержате ль ;

12- ходовой винт;

13— концевые выключатели

1	2	3
Диаметр цилиндрической части отверстия верхней формы	28	40
Толщина боковой стенки верхней формы, прилежащей к вертикальной полке уголка	10	10
Высота верхней формы без направляющей планки	60—70	80
Диаметр выточки нижней формы	36	40
Глубина выточки нижней формы	8	10
Радиус округления	6	6

2» 19, Рабочие поверхности верхнего и нижнего формующих устройств должны плотно прилегать друг к другу по всей плоскости. Допустимая непараллель — ность не более 0,2 мм*

2,20* Усилие сжатия верхних и нижних формующих устройств должно составлять 5000 Н,

2.21, „Давление в пневмосистеме должно быть не ниже 5.10 Н/м .

2.22,    Геометрические оси электрода, закрепленного в направляющей планке и верхней форме, а также выточки в нижней форме должны быть расположены на одной вертикальной оси. Отклонение от вертикали —не более 1,0 мм на длине 300 мм.

2.23,    На верхней панели пульта управления расположены (рис.7): 1 - кнопка 'стоп*'; 2 - тумблер секундомера; 3 - электросекундомер; 4 - кнопка 'нуск';

5 - кнопка 'подъем электрода'; в — переключатель рв-* жимов 'работа' и 'наладка' ;    7    -    кнопка 'опускание

электрода медленно'; 8 —вольтметр двигателя;

9 — кнопка 'опускание электрода быстро'; 10— килоамперметр со шкалой 0-2 кА* 11 -вольтметр дуги-

2,24* На передней панели пульта управления расположены (рис.8/: рукоятки 1 для настройки реле времени всех этапов цикла сварки (см* п* 2.3), а также ползунковые реостаты 2 для регулировки скоростей подачи электрода,

12

Рис*8* Передняя панель пульта управления сварочной установки 1 - рукоятки реле времени; 2 - пол-зунковые реостаты

2*25* В схему управления выпрямителя ВКСМ-1000 внесены изменения*

Электросхема сварочной установки приведена на рис*9. Описание схемы приведено в Приложении 1*

13

Подготовка к сварке

2.26.    Поверхности свариваемых элементов должны быть сухими и свободными от отслаивающихся окали ** ны или ржавчины, битума, масла и других загрязнений*

2.27.    Подлежащие сварке элементы должны быть расположены горизонтально*

2.28.    Сборку элементов под сварку рекомендуется осуществить при помощи струбцин, пневматических при— жимов иди в кондукторе.

2.29.    Между свариваемыми элементами не допускаются зазоры более 0,5 мм.

2.30.    Рабочий торец электрода должен быть заострен в виде конуса с притуплением вр коаше 2-3 мм либо покрыт ионизирующей пастой *

2.31.    Перед сваркой отверстие верхнего формую — щего устройства и выточка нижнего формующего устройства должны быть сухими и очищены от шлака.

2.32.    Перед началом сварки плоскости верхнего х нижнего формующих устройств должны быть плотно прижаты к свариваемым элементам.

2.33.    Перед сваркой температура формующих устройств не должна превышать температуры окружающего воздуха.

Режимы сварки

2.34. Основными параметрами сварки ДТСПФ^ являются: сварочный ток, напряжение дуги, скорость и продолжительность подачи электрода на различных этапах процесса, продолжительность промежуточной кристаллизации, продолжительность горения сварочной дуги в конце этапов формования стержня сваровой точки и верхнего усиления. Кроме того, на выбор параметров режима сварки оказывают влияние диаметр и марка покрытия электрода, размеры отверстия верхнего и выточки нижнего формующих устройств.

^х Например, ионизирующей пастой Московского опытного сварочного завода.

Д В С N

2.35* Рекомендуемая продолжительность сквозного проплавления свариваемых элементов приведена в табл. 2.

Таблица 2

Электрод Суммарная толщина свариваемых элементов, мм Продолжительность сквозного проплавления, сек диа метр» мм марка 16 2.6 8 ОЗС-4 20 3,2 24 4,0 16 3,5 03 С-4 20 4,5 6 УОНИ-13/55 ЗГОНИ-13/65 20 *5 УОНИ-13/85

2.36.    Рекомендации по выбору остальных пара -метров режима приведены в табл. 3*

2.37.    Рекомендуемые размеры верхнего и нижнего формующих устройств приведены в табл. 4.

17

Таблица 3

0 Злв¥ТППП Параметры режима на- ппополжятельность этапов, с скорость подачи электрода, мм7с осадка электрода диа метр, мм марка сва роч ный ток, А пря же ние ДУ ГИ, В на- ве де ния ван ны фор- МО- ва нна стер жня горе ния Дуги пос ле фор мова ния стер жня крис- тая- лиза- кии формо вания верх него уси ле ния горе ния дуги после формо вания верхи. усиле ния об щая сквоз ное про плав ление формование стержня и усиления общая, мм 8 ОЗС-4 975 35 3 20 4 15 8 10 80 16 9 340 6 ОЗС-4 750 35 3 14 0,5 10 14,5 8 50 16 9 370 УОНИ-13/55 УОНИ-13/65 У ОНИ-13/85 750 35 1 18 0,5 10 8,5 2 40 16 9 340

Таблица 4

Электрод Отверстие верхнего формующего устройства» мм Выточка нижнего формующего устройства, мм диа- меагр, мм марка диаметр высота диаметр глубина 8 ОЗС-4 50 90 40 10 ОЗС-4 35 70 30 8 6 УОНИ-13/55 УОНИ—13/65 УОНИ—13/85 35 60 30 8

3. ДУГОВАЯ ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ НЕСКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ И ФОРМОВАНИЕМ ТРУДНОСВАРИВАЕМЫХ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

Особенности способа сварки

3*1* Процесс сварки протекает в следующем порядке (рис* Ю). На свариваемый элемент большей толщины 1 укладывают свариваемый элемент меньшей толщины 2» а в месте сварки располагают технологическую шайбу 3 из той же стали, что и элемент 2. На технологическую шайбу устанавливают приспособление для сварки так,что-бы шайба вошла в выточку ограничительного медного кольца 6* Кольцо имеет сквозное отверстие для прохождения электрода 7, Сварщик плотно прижимает шайбу приспособлением к поверхности свариваемых элементов и возбуждает дугу 8 внутри кольца 6 касанием торца электрода 7 поверхности свариваемых элемент ов* Пос -ле возбуждения дуги 8 сварщик в течение 3-4 с неводит сварочную ванну в центре отверстия ограничительного кольца шайбы» держ а электрод строго вертикально*

18

После наведения сварочной ванны сварщик быстро с усилием внедряет электрод в сва -рочную ванну н продолжает его по — давать вертикально вниз со скорое тыс* обеспечивающей предельно короткую длину дуги. При этом осуществляется сквоз

ное проплавление тонколистового элемента 2 и частичное проплавление элемента большой толщины* Затем сварщик снижает ско -рость подачи электрода вниз и тем самым обеспечивает формование стержня сварной точки расплавленным электродным металлом* При выходе дуги на поверх -нреть свариваемых элементов сварщик формует    ее

верхнее усиление, визуально оценивая состояние сварочной ванны и качество наплавленного металла верхнего усиления* На этом процесс сварки заканчивается»

Сварочные н основные материалы

3,2. Для сварки ДТСПФ^ трудносвариваемых тонколистовых сталей с малоуглеродистой сталью используют стандартные электроды диаметром 5 мм по ГОСТ 9466-75 с покрытием того типа, который обычно применяется для данной конкретной трудносвариваемой стали. Например, для сварки хромистой нержавеющей стали типа 0Х18Т1

Рекомендованы к изданию техническим совещанием отделения прочности и новых форм металлических конструкций ЦНИИСК им. Кучеренко*

Настоящие Рекомендации содержат сведения о двух вариантах дуговой точечной сварки с принудительными проплавлением и формованием нахлесточных соединений элементов стальных строительных конструкций*

Рекомендации предназначены для организаций» занимающихся проектированием, изготовлением и монта -жом стальных строительных конструкций.

Рекомендации разработаны в лаборатории сварки ЦНИИСК им*Кучеренко д-ом техн.наук дроф* ГлГя*Брод -ским), инж* Л*В.Нестеренко, канд.техн.наук Л.Н,Скоро-ходовым*

Табл. 14, ялл. 38,

© ЦНИИ строительных конструкций им.В.А_#Кучеренко,1981

должны применяться электроды типа ЗА-la марки 03Л-8 по ГОСТ 10052-75*

3*3* Пере^ сваркой необходимо прокаливать элек — троды при 270 С в течение 40 минут.

3v4. Технологическая шайба должна выполняться из стали той же марки и той же толщины» что и свариваемый тонколистовой элемент*

3.5* Толщина элемента из малоуглеродистой стали должна быть не менее 8 мм.

Оборудование и приспособления

3.8. Сварку следует производить вручную.

3*7. Для сварки необходим стандартный источник питания постоянным током ПСУ-500.

3*8* При сварке должна применяться технологическая шайба» внешний вид которой показан на рис. 11» а чертеж дан в Приложении 6*

3*9. Сварку выполняют в специальном приспособленип.внеш-ний вид которого показан на рис. 12» а чертеж дай в Приложении 2*

Подготовка к сварке

3.10.    Поверхности свариваемых элементов должна быть сухими и свободными от отслаивающейся окалины и ржав -чины»битума,масла и других загрязнений.

3.11.    Подл еж а щ и е сварке элементы должны быть расположены горизонтально. Допускается располагать свариваемые элементу с уклоном не более 15 .

21

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы возникла необходимость в механизации и автоматизации процессов сварки при производстве стальных строительных конструкций. В лаборатории сварки ДНИИСК им.Кучеренко разработан способ автоматической дуговой точечной сварки с принудительными сквозным проплавлением и формованием. Разработанная технология этого способа сварки позволяет со — единять между собой стальные элементы суммарной толщиной до 24 мм. Для осуществления этого способа сварки используют стандартные источники постоянного тока и стандартные электроды с фторйсто-кальдиевым или рутиловым покрытием. Способ сварки не требует специальной подготовки поверхностей соединяемых элементов и обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.

Благодаря высокой несущей способности точечных соединений» выполненных указанным способом сварки, появилась возможность отказаться от традиционных конструктивных решений строительных конструкций. В част -ности, под руководством д-ра техн.наук проф. Балди-на В.А. в ЦНИИСК им.Кучеренко была разработана конструкция стропильной фермы из одиночных уголков, эле -менты решетки которой прикрепляются к поясам непо -средственно, без использования промежуточных элемен -тов типа фасонок. Компактные размеры сварных точек позволяют выполнять их по линии центра тяжести уголка, что имеет важное значение для надежной работы строительной конструкции.

Способ дуговой точечной сварки с принудительным несквозным проплавлением и формованием позволяет осуществлять соединения тонколистового элемента с более толстым элементом. При этом тонколистовой элемент может быть выполнен как из малоуглеродистой, так и из трудносвариваемой стали. В последнем случае для обеспечения требуемой прочности точечного соедине -ния сварку производят с использованием технологичес -ких шайб из той же трудносвариваемой стали и той же толщины, что и тонколистовой элемент.

3

Этот способ сварки был использован при строительстве Дворца спорта им, В*И*Ленияа в г.Фрунзе, где тонколистовая мембрана из нержавеющей хромистой стали толщиной 2 мм прикреплена дуговой точечной сваркой к элементам каркаса из малоуглеродистой стали толщиной 10 мм и более.

Способ дуговой точечной сварки с принудительными сквозным проплавлением и формованием защищен авторским свидетельством N© 556008, опубликованным в 'Бюллетене изобретений' № 16 за 1977 год. Кроме того,свар— ные соединения, выполненные с использованием процессов сварки со сквозным и с несквозным проплавлением, пре -дусмотрены в ГОСТ 14776-79 'Дуговая сварка. Соединения сварные точечные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры'.

В Рекомендациях приведены сведения о технологии сварки со сквозным проплавлением, с применением которой в настоящее время можно соединять между собой стальные элементы суммарной толщиной до 24 мм. Сварку выполняют электродами типа 346 марки 03С-4 дна — метрами 6 и 8 мм, а также электродами типа Э50А— Ф марок У ОНИ-13/55, УОНИ-13/65 и УОНИ-13/85 дна -метром 6 мм на специализированном сварочном оборудовании со стандартным источником питания постоянным током.

В Рекомендациях приведены также сведения о тех — нологии сварки с несквозным проплавлением элементов из трудносвариваемых разнородных сталей, при этом толщина верхнего элемента может достигать 4 мм. Сварку выполняют электродами типа 346 марки ОЗЛ-8 диамет — ром 5 мм с использованием специального приспособления.

Приведены режимы сварки обоих вариантов процесса дуговой точечной сварки, указаны требования к прочности точечных соединений различных типов и их расчетные сопротивления, предложены рекомендации по контролю качества выполняемых сварных соединений, изложены тре -бования к специализированному сварочному оборудованию и приведено описание разработанных и изготовленных лабораторных образцов оборудования и приспособлений.

Дан пример использования способа сварки с несквозным проплавлением при строительстве Дворца Спорта в г.Фрунзе.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Область применения

1.1.    Настоящие Рекомендации распространяются на

дуговую точечную сварку с принудительными сквозным проплавлением и формованием (ДТСПФ ) соединений элементов стальных конструкций из малоуглеродистой стали при суммарной толщине свариваемых элементов от 16 до 24 мм, а также на дуговую точечную сварку с принудительным несквозным проплавлением и формованием (ДТСПФ ) тонколистовых элементов толщиной от 1,5 до 4,0 мм из нержавеющей хромистой стали с элементами каркаса из малоуглеродистой стали толщиной >    8    мм.

1.2.    Рекомендации содержат сведения по подготовке свариваемых элементов, их сборке, сварочному оборудованию, технологии и технике сварки, контролю качест -ва, а также данные по расчетным сопротивлениям точеч -ных соединений.

Квалификация сварщиков

1.3. К производству работ по сварке допускаются сварщики-операторы не ниже 1У разряда, прошедшие специальную подготовку по технике и технологии сварки и успешно сдавшие экзамен в объеме настоящих Рекомен — дацнй и прошедшие практические испытания.

1.4* Сварщик-оператор считается выдержавшим практические испытания, если:

а)    выполненные им контрольные образцы свободны от видимых дефектов;

б)    при испытании на срез растяжением трех контрольных одноточечных образцов они разрушились при нагрузках, не ниже указанных в табл. 4.2... 4.5 настоящих Рекомендаций;

в)    в сечении среза разрушенных контрольных образцов отсутствуют кристаллизационные трещины, а также распределенные по всему сечению шлаковые включе -ния и поры.

1.5. Каждый сварщик-оператор, независимо от стажа работы и квалификации, должен подвергаться переосвиде-

тельствованию кв реже двух раз в год* Сварщиков-опе -раторов, перерыв в работе которых превышает три ме — сипа или допустивших брак в работе, следует первоевж — детельствовать досрочно*

Техника безопасности

1.6. При сварке необходимо соблюдать правила технической эксплуатации электрических установок и техники безопасности для электрических и электросварочных установок.

1.7* При сварке необходимо принять меры предосторожности против поражения электрическим током, ожогов лица й рук брызгами расплавленного металла. Руки свар* щиха-оператора должны быть защищены рукавицами.

1.8* При выполнении дуговой точечной сварки с принудительными сквозным проплавлением и формованием, а также при зачистке сварных точек и форм от шлака не — обходимо пользоваться защитными очками с простыми стеклами.

1.0. При выпо.тении дуговой точечной сварки с принудительным несквозным проплавлением и формованием необходимо пользоваться щитком (маской) с темным Стеклом •

2. ДУГОВАЯ ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМИ СКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ И ФОРМОВАНИЕМ

Описание процесса сварки

2.1. Процесс сварки ДТСПФ протекает в следующем порядке (рис. 1). Свариваемые элементы 2 размещают горизонтально между нижней искусственно охлаждаемой проточной водой медной формой i с выточкой н верхней медной формой 3, также искусственно охлаждаемой проточной водой. На верхней форме через электроизолирующие прокладки 4 установлена направляющая планка 5, имеющая отверстие для прохода электрода, соосное с отверстием верхней формы и выточкой нижней формы. Сварку выполняют стандартным электродом 6 с покрытием 6

Процесс сварки начинается с возбуждения дуги 7 на поверхности свариваемых элементов. В резуль -тате горения дуги при неподвижном электроде в верх -нем элементе об -разуется сварочная ванна. Затем элек ~ трод подают вниз с определенной ско -ростью и ус ил и -ем 500 Н, в результате чего он уг — лубляется в сварочную ванну* При достижении сквозного проплавления сое -диняемых элемен -тов расплавленный металл сварочной ванны вытекает из проплавленной полости и заполняет выточку нижней формы. В этот момент скачкообразно уменьшают скорость подачи электрода и производят заплавление проплавленной полости. При этом происходит оплавление боковой поверх -ности сквозной полости, что позволяет получить стер — жень сварной точки 9 почти правильной цилиндрическ ой формы, проходящий сквозь оба соединяемых элемента.

После завершения формования стержня для обеспечения частичной кристаллизации расплавленного металла сварной точки подачу электрода прекращают, а дугу гасят. Через некоторое время электрод вновь подают вниз и в момент контакта его торца с расплавленным шлаком

7

8 самопроизвольно возбуждается дуга. Начинается фор — мование верхнего усиления в отверстии верхней формы* Подачу электрода прекращают и через некоторое время гасят дугу. На этом процесс сварки заканчивается. В результате свариваемые элементы оказываются соеди -ненными между собой сварной точкой» имеющей верх -нее усиление и нижний технологический прйлив.

2т2ш Продесс сварки осуществляется автоматически при заранее установленных параметрах режима.

Рис. 2. Циклограмма процесса сварки Л - сварочный ток; 1Г — напряжение дуги;    -    скорость    подачи    электрода

2.3 , Сварку необходимо производить по следующему циклу (рис. 2): I — возбуждение сварочной дуги; П - наведение сварочной ванны в верхнем элементе при неподвижном электроде; Ш - сквозное проплавление свариваемых элементов; 1У - формование нижнего технологического прилива и стержня сварной точки; У -частичная кристаллизация расплавленного металла при неподвижном электроде и отсутствии дуги; У1 - формование верхнего усиления сварной точки. Этапы 1У и У1 завершаются горением сварочной дуги в течение некоторого времени при неподвижном электроде (1У—1 и У1-1) с принудительным ее гашением.

Сварочные материалы

2.4.    Для ДТСПФ^ используют электроды диаметром б и 8 мм с рутиловым покрытием марки ОЗС—4 или с фтористо-кальциевым покрытием марок УОНИ-43/55, УОНИ-13/65 и УОНИ-13/85 по ГОСТ 9466-75 к ГОСТ 9487-75.

2.5.    Перед сваркой рекомендуется производить прокалку электродов: с рутиловым покрытием при температуре 100... 120 С в течение одного часа, а с фтористо-кальциевым покрытием — при температуре 350... 400 С также в течение одного часа.

Оборудование

2.8. Сварку следует производить на постоянном токе обратной полярности на электроде).

2.7.    Для сварки необходимо специализированное оборудование, в частности разработанная ЦНИИСК им.Кучеренко сварочная установка.

2.8.    Сварочная ус -тановка включает: источник питания, сварочную головку и пульт управления.

2.9.    В качестве ис

точника питания сварочной дуги используют выпрями— Рис.З* Электрод одержите ль тель типа ВКСМ-1000    .

2.10.    Для получения кругопадающей внешней характеристики применяют балластные реостаты типа РБ-301, соединенные между собой параллельно.

I)

Могут быть использованы также выпрямители типа ВДУ-1600; ВДУ-1200 и им подобные источники с кругопадающей внешней характеристикой.