Jestliže se ve stavebnictví používaly dřívější nosníky, jejichž prvky byly propojeny četnými šrouby, čepy a nýty, které celou konstrukci výrazně ztěžovaly, nyní je nahradily pevné a spolehlivé svařované nosníky, které se vyznačují nízkou hmotností.
Hotové I-nosníky skladem
Výhody svařovaných I nosníků
V dnešní době je velmi obtížné najít staveniště, které bylo postaveno bez použití svařovaných I-nosníků. Nosníky s takovým průřezem jsou rozšířené, protože mohou výrazně snížit náklady na stavební konstrukce pro různé účely a zároveň zajistit vysokou spolehlivost budovaných konstrukcí.
Svařovaný nosník, jehož průřez má tvar I-nosníku, je schopen odolat značnému statickému a dynamickému zatížení, aniž by ztratil své provozní vlastnosti. Důležitým faktorem je, že použití takto svařovaných nosníků umožňuje snížit hmotnost stavebních konstrukcí, což v konečném důsledku snižuje zatížení základů budovy a jejích nosných konstrukcí.
Použití I-nosníků při výrobě rámu budovy
Svařovaný I-nosník je zvláště nepostradatelný u těch prvků stavebních konstrukcí, kde je obzvláště důležitá pevnost a schopnost úspěšně odolávat mechanickému zatížení různých směrů. Mezi takové prvky patří zejména rámy pro různé konstrukce, sloupy, mezipodlažní stropy, nadjezdy, pracovní plošiny a tak dále.
Svařovaný nosník je velmi žádaný v různých odvětvích strojírenství a při výstavbě prefabrikovaných konstrukcí, protože jeho výrobní technologie je velmi ekonomická.
Navzdory skutečnosti, že není obtížné organizovat výrobu svařovaných I-nosníků, je ekonomicky výhodnější je vyrábět pomocí automatizovaného zařízení. Automatizované linky, na kterých je výroba takových svařovaných nosníků uvedena do provozu, umožňují nejen výrazně snížit náklady na výrobu, ale také přísně dodržovat technologii jeho výroby.
Stropy na kovových I-nosnících
Technologický postup výroby svařovaných I nosníků
Technologie výroby svařovaných nosníků s I-profilem se skládá z několika po sobě jdoucích procesů, z nichž každý je dosud dokonale vyvinut. Výroba vysoce kvalitního a spolehlivého svařovaného nosníku požadovaného průřezu se tedy skládá z několika postupů.
Vytvoření obrobku z výkresu
K jeho výrobě se používá zařízení pro tepelné řezání, na kterém se řežou plechy požadované tloušťky na stanovené rozměry. Výsledkem takové technologické operace jsou pásy o délce a šířce uvedené na výkrese. V moderních podnicích se k provádění takové operace používají CNC stroje, na kterých lze kov řezat několika frézami současně.
Pro tuto operaci již není potřeba kreslení a provádí se na speciálním zařízení (frézka hran). Tato fáze výroby je nezbytná pro zajištění lepší svařitelnosti stěny I nosníku a jejích přírub.
V této fázi je budoucí svařovaný nosník sestaven do hotové konstrukce, k čemuž se používají speciální montážní nástroje, které zvyšují produktivitu procesu 2–3krát oproti ruční montáži. Při montáži před svařováním nosníku s I-profilem je důležité zajistit správnou vzájemnou polohu stěny I-nosníku a jeho polic (symetrii a vzájemnou kolmost).
Ke splnění těchto důležitých požadavků je nejlepší použít speciální montážní zařízení vybavené rychloupínacími prvky. Umožňuje nejen přesně umístit základní prvky budoucího I-paprsku, ale také to udělat rychle a s vysokou spolehlivostí. Technologie montáže pomocí takových zařízení se skládá ze dvou hlavních fází: nejprve se sestaví pouze část nosníku, který tvoří profil ve tvaru T, poté se sestavená konstrukce otočí o 180 stupňů pomocí zařízení a dokončí se druhým police. V moderních podnicích se zpravidla používají montážní přípravky s hydraulickými upínacími mechanismy, což umožňuje zkrátit dobu tohoto technologického procesu.
V další části našeho článku se budeme zabývat složitostí této fáze.
Automatické svařování prvků nosníku I
Výroba jakýchkoli konstrukcí pomocí svařování zahrnuje silné zahřívání, což nevyhnutelně vede k deformaci jednotlivých součástí výrobku. Výjimkou není ani svařovaný nosník s I-profilem. Zpravidla je u takových nosníků po ukončení procesu svařování pozorován efekt „houbovitého tvaru“, který je vyjádřen v rozporu s geometrií přírub nosníku I. K nápravě této vady je nutná operace rovnání, která spočívá ve válcování svařovaného nosníku přes válce speciální válcovny. Po provedení takového postupu se získá I paprsek, jehož geometrie je jasně pozorována.
Jak svařovat I-nosníky
Konstrukce montážního zařízení používaného pro výrobu svařovaných nosníků s I-profilem je dána metodou svařování pro vytváření svarů pásů. Výběr takového zařízení také závisí na tom, jaká zařízení se plánují použít ve výrobním procesu. V moderních podnicích se automatické svařování pod tavidlem nejčastěji používá k vytvoření dlouhých pásových švů svařovaných nosníků I. Tato metoda umožňuje získat vysoce kvalitní a spolehlivé svary po celé jejich délce.
Svařování paprskem jako fáze jeho výroby
Použití automatizovaného zařízení pro svařování pod vrstvou tekutého tavidla pro výrobu nosníků I-profilu umožňuje nejen snížit náklady na hotové výrobky, ale také zajistit jejich vysokou kvalitu a spolehlivost. Princip činnosti takového zařízení zajišťuje, že neroztavené tavidlo chránící zónu svařování je pod tlakem. Díky tomu je minimalizováno rozstřikování tekutého kovu ze svařovací zóny, což umožňuje provádět tuto operaci efektivně i při vysokých hodnotách proudu (až 4 tisíce ampér). Tavidlo navíc chrání roztavený kov před rychlým ochlazením, což přispívá k efektivnějšímu odstraňování plynu z něj.
Mezitím lze svařovaný nosník vyrobit pomocí ručního obloukového svařování a poloautomatického svařování. V takových případech se k jejich montáži používají speciální vodiče s upínacími prvky nebo obyčejné cvočky a svorky. Je však třeba mít na paměti, že v tomto případě bude nutné čelit velkým ztrátám roztaveného kovu, ke kterému dojde v důsledku jeho rozstřikování a odpadu. Takové ztráty mohou dosáhnout až 30 %.
Svařovací stroje používané při výrobě I-nosníků
Kromě toho, že při výrobě svařovaných nosníků I-profilu je nutné svařovat jejich hlavní konstrukční prvky – police a stěny – k sobě, je také často nutné spojovat hotové nosníky k sobě. V takových případech jsou nosníky spojeny svařováním na tupo a k provedení takové operace lze použít následující zařízení.
Zařízení portálového a konzolového typu
Na takové zařízení lze kromě vlastní svařovací hlavy namontovat zařízení, která zajišťují kontrolu kvality výsledného svaru, přívod a odvod tavidla. Velkou výhodou takového zařízení je, že svařování s ním se provádí pod úhlem 45 stupňů, což zaručuje vynikající svařitelnost dílů a získání švu s dobrou nohou.
CNC konzolový svařovací stroj
Svařovací manipulátory umožňují automatizovat proces svařování, k jejich kompletaci lze použít různé nástavce. Pracovním orgánem takového manipulátoru může být například automatická hlava, která provádí svařování v ochranných plynech nebo pod tekutým tokem. Všestrannost svařovacích manipulátorů umožňuje řešit širokou škálu úkolů spojených s procesem svařování.
Samojízdné svařovací traktory
Nejjednodušší typ zařízení, které lze použít ke svařování dlouhých I-paprsků. Svařovací traktory je však vhodné používat pouze při výrobě nosníků v malých sériích.
Nosníky I standardních rozměrů jsou vyráběny v průmyslových objemech, malé série jsou vyráběny dle individuálních výkresů. Svařovaný nosník se skládá ze tří prvků: dvou stěn a mezilehlého pásu. Je vyrobena ze značkového plechu, používaného ve vysokopevnostních kovových konstrukcích. Při nízkých nákladech na kov se získají spolehlivé konstrukce, které vydrží vícesměrné zatížení díky výztuhám.
Aplikace
Montované budovy a konstrukce jsou tvořeny nosnými a nosnými kovovými rámy, jsou z nich vyrobeny podlahy a vazníky. Při použití svařovaných I-nosníků se snižuje hmotnost budov, nepotřebují silný základ.
Svařovaný I nosník se vyznačuje vysokou pevností, životností a nepodléhá únavovému porušení. Používá se v těžkém strojírenství, vyrábí se z něj prvky, které jsou pod velkým tlakem, pracující k prasknutí.
Na rozdíl od I-tyčů nejsou svařované tyče velikostně omezeny. Svařováním pásů se získávají nosníky libovolného průřezu a délky. Architekti nejsou omezeni ve své fantazii.
Během výrobního procesu I-profilů vzniká málo odpadu. Mohou být vyrobeny s policemi a stěnami z různých jakostí oceli: v místech minimálního namáhání se používá uhlíková ocel nebo děrované ocelové plechy, zatížené díly jsou vyrobeny z legované válcované oceli.
Druhy kovových svařovaných nosníků
Byla zavedena kontinuální výroba I-nosníků pro různé účely. Podle normy se rozlišuje několik typů I-paprsků:
- s malou délkou polic v poměru k přepážce se používají pro nadzemní dráhy, stropy, zpevňování důlních děl;
- s proporcionální velikostí příček a polic se používají při konstrukci nosných rámů, vyztužení ozdobných sloupků.
Podle přesnosti výroby existují dva typy I-profilů: konvenční a vysoce přesné.
Technologie výroby svařovaných I nosníků
Malé dávky se vyrábějí pomocí svařování elektrickým obloukem nebo argonem, v závislosti na značce kovu, jeho schopnosti svařovat.
Pro výrobu svařovaných nosníků průmyslovým způsobem se používají speciální svařovací linky. Tavidla se používají k ochraně taveniny před oxidací.
Svařování paprsku v automatickém režimu je podobné ruční výrobě I-paprsku. Hlavní technologické fáze:
- řezání válcovaných plechů na pásy požadované šířky pomocí tepelného řezacího stroje s programovým řízením, průměrná řezná rychlost 1 m/min.
- čelní frézování na čelních frézkách snižuje spáru mezi stěnou a policí, zlepšuje kvalitu svařování;
- proces montáže I-paprsku se provádí vysokou rychlostí na speciálním stroji, kovové pásky jsou upevněny upínacími zařízeními s hydraulickými zesilovači; nejprve se vytvoří spoj ve tvaru T, poté se přidá druhá stěna; tento design je vhodný pro svařování;
- svářečské práce se provádějí na portálových strojích dvou typů: a) dva švy jsou mělce svařeny šikmými elektrodami; b) šev v “lodi” je vytvořen ve fázích: nejprve na jedné straně přepážky I-paprsku, poté na druhé; kov se vaří do velké hloubky;
- finální fází je rovnání I nosníku na speciálních kladkách, jsou eliminovány drobné deformace vzniklé při montáži a svařování profilu.
Produktivita složitých linek je vysoká, švy jsou silné, míra odmítnutí je nízká.
Možné vady
Při svařování I nosníku dochází v důsledku nedodržení technologie ke krystalizaci oceli z vysoké teploty. V důsledku fázového rozdílu v kovu vznikají vnitřní pnutí. Snížená pevnost a tuhost, zvyšuje riziko koroze.
Při svařování ocelových plechů jsou možné další vady:
- porušení tvaru švu odchylka od tvaru vnějších ploch nebo geometrie spoje;
- popáleniny, když tavenina vytéká z lázně, ve švu se tvoří otvory; – drážky podél hranice připojení;
- praskliny tvořící se v místech prasknutí švu;
- struskové nebo wolframové vměstky v difúzní vrstvě, při vysoké rychlosti svařování vznikají žáruvzdorné oxidy.
Kovové výrobky s vadami jsou nespolehlivé, nevydrží velké zatížení ohybem, kroucením. Pokud je to možné, vyhodí se a znovu uvaří.
Svařování I-nosníků k sobě
Instalace nosníkových kovových konstrukcí zahrnuje spojení I nosníků mezi sebou nebo pod úhlem. Pro vyztužení spojů se používají kovové desky – obdélníky vyřezané z plechu.
Svařování nosníků na tupo se provádí po zpracování konců. Jsou na nich provedeny rohové úkosy, aby se šev dobře vyvařil. Kromě toho jsou na každé straně stěn a obou polic nutně připevněny obložení, které jsou svařeny, aby zpevnily a chránily spojovací šev. Tímto spojením se nosná konstrukce I-nosníků po svařování nezmenšuje.
Pod úhlem jsou I-nosníky spojeny tak, že sekundární se opírá o hlavní. V horní polici hlavního je vyříznut rovnoramenný trojúhelník s vrcholem pod úhlem 90 °. Jeho místo zaujme podobná vložka sekundárního I-nosníku, sekce by k sobě měly těsně přiléhat. Spodní příruba se odřízne ½ šířky tak, aby řez dosedl na přírubu hlavního I nosníku. Svařování se provádí zarovnaně. Zpevňuje spojení se spodní deskou.
Sekundární kanál je přivařen k nosnému I nosníku pod úhlem 90°. Nejprve se horní police kanálu připojí k polici nosníku a odřízne je pod úhlem 45 °. Spodní police jsou spojeny tak, že kanál spočívá na stěně nosníku I, přebytek je odříznut. Poté se přivaří spodní výztužná podložka.
Ve vodorovné poloze je svařování jednodušší. Podélná osa se zakřivuje minimálně. Při svislém svařování je možný průhyb příčníků, proto jsou označeny všechny výztuhy.
Překryvy pro svařování I-paprskem jsou vyříznuty ve tvaru kosočtverce, umístěné symetricky k podélné ose. Opařené se šikmými švy po obvodu. Podložky koncentrují napětí ve švech a kompenzují tak tvar průřezu, který se po svařování změnil.
Nosníky I jsou určeny pro velké zatížení. Při práci s nimi musíte dodržovat vyvinutou technologii. Bere v úvahu rozložení sil podél vodítek. Kvalitní spoje jsou klíčem k dlouhodobému provozu kovových konstrukcí.
