Арматура 14 мм

Арматурные стержни железобетонных конструкций соединяют в заготовительных цехах встык при помощи электроконтактной сварки сопротивлением и оплавлением. Для нагрева стержней используют тепло, выделяемое при прохождении электрического тока плотностью j, который совершает работу при удельном сопротивлении металла р_r и контактном сопротивлении R на границе между стержнями (рис. справа).

При электроконтактной сварке сопротивлением стержни зажимают в электродных контактных колодках, к которым подводят ток от вторичной обмотки сварочного трансформатора. Первичную обмотку включают в сеть переменного тока с напряжением 220 или 380 В. Вторичная обмотка рассчитана на низкое напряжение (обычно до 16 В) и большой ток (до десятков тысяч ампер). Нагрев стержней осуществляется под током после плотного прижатия торцов друг к другу. Нагретые до температуры пластического состояния стержни сваривают под действием сжимающего усилия, создаваемого осадочным механизмом. При наличии контактного сопротивления R распределение температуры по длине нагреваемого стержня неравномерно (см. рис. вышеприведенный). Температуру Т можно представить как сумму двух температур: Т = Т₁ + Т₂, где Т₁-температура нагрева током бесконтактного стержня неограниченной длины; Т₂- температура местного нагрева стержня приконтактным источником.

Температуру Т₁ можно определить из формулы

где v₀ - начальная скорость нагрева, v₀=j²(р_r/ср)₀ (табл. ниже).

 

При сварке сопротивлением малоуглеродистой стали плотность тока составляет 25-60 А/мм². Суммарное удельное количество теплоты при существовании сопротивления R выражается уравнением Q₂=k/j, где k - расчетный коэффициент, зависящий от свойств металла и удельного давления.

Температуру местного нагрева Т₂ рассчитывают по схеме мгновенного плоского источника Q₂ в неограниченном стержне, нагреваемом током:

Моменту достижения в стыке сварочной температуры (для стали 1250-1350 °С) соответствует определенное значение произведения j²t_н (см. табл. выше), где t_н - продолжительность нагрева стержней при сварке. Для осуществления сварки не обходимо нагреть околошовную зону длиной 2l_ос выше температуры пластического деформирования (для стали 500- 700 °С). Несмотря на высокую пластичность стали при этой температуре, она все же обладает достаточным сопротивлением деформированию, и добиться плотного соприкосновения стыкуемых стержней по всей поверхности довольно трудно. В результате в местах отсутствия контакта происходят сильный нагрев и образование пленки окислов, что приводит к непровару. Чем больше диаметр свариваемых стержней, тем труднее обеспечить плотность прилегания торцов по всей поверхности. Лучшие результаты стыковой сварки сопротивлением получают на стержнях арматуры диаметром 10-14 мм.

Электроконтактную сварку стержневой арматуры осуществляют наиболее часто с непрерывным и прерывистым оплавлением. При сварке непрерывным оплавлением подвижные зажимы машины перемещаются с возрастающей скоростью, обеспечивая высокий градиент температур в осевом направлении при интенсивном нагреве оплавляемых торцов. Свариваемые стержни нагреваются в основном за счет теплопроводности металла от источника в зоне контакта и в меньшей степени - теплотой Джоуля-Ленца, выделяемой при протекании тока в стержне. В процессе оплавления с равномерно возрастающей скоростью v = st, где s - ускорение, распределение температуры по оси стержней описывается эмпирической формулой

где Т_пл - температура плавления металла; х - расстояние от оплавляемого торца.

Для получения сварного соединения необходимо до осадки прогреть зону длиной 2l_0с выше температуры T_Д = 500÷700 °С. Необходимое допустимое ускорение S_max определяют из выражения (выше) по формуле

где Σt_в - суммарная длительность периодов включения тока плотностью j. Во время подогрева плотность тока составляет 10÷40 А/мм².

Электроконтактную сварку непрерывным оплавлением чаще применяют для соединения стержней сравнительно небольшого диаметра из незакаливающихся сталей. Арматурные стержни из сталей Ст5, 25Г2С, 35ГС, 18Г2С и особенно 30Х2С наиболее целесообразно сваривать встык прерывистым оплавлением, создающим дополнительный подогрев стыка. Сварка стержней арматуры оплавлением с подогревом является основным способом выполнения стыковых соединений. Применение подогрева предупреждает резкую закалку и появление крупнозернистых структур в металле околошовной зоны стыка при сварке стержней из среднеуглеродистой и низколегированной арматурных сталей. Подогрев чаще осуществляют прерывистым оплавлением, обеспечивая его периодическим сближением и разведением свариваемых стержней с длительностью импульсов оплавления 0,3-1,5 с, а число их колеблется от 3 до 20. Применение подогрева создает возможность сварки стержней большого диаметра и способствует уменьшению в 2-3 раза (по сравнению со сваркой непрерывным оплавлением) мощности машин.

При расчете распределения температуры по длине свариваемых стержней прерывистый подогрев током можно рассматривать как непрерывный подогрев в течение общего времени t_н током меньшей плотности Величину Т₁ при сварке с подогревом находят по формуле (определения Т₁) с заменой j на j_эф в соответствии с выражением (выше). Температуру Т₂ определяют по схеме непрерывно действующего в течение T_н неподвижного источника теплоты в бесконечном стержне с учетом дополнительного тепловыделения от проходящего. тока. Мощность источника теплоты q₂ = U_к j_эф, где U_к≈0,4÷0,6 В.

Большие значения вторичного напряжения U_к соответствуют малым скоростям движения зажимов машины и большим диаметром свариваемых стержней.

Численное значение Т₂ находят по номограмме (рис. выше) через безразмерные параметры температуры, расстояния и времени. Процесс оплавления после прерывистого подогрева обычно непродолжителен и осуществляется при меньших токах. Поэтому приближенно можно считать, что к концу процесса оплавления сохраняется распределение температур, получаемое к концу подогрева, но температура торца соответствует температуре плавления металла.

Сварка оплавлением дает хорошие результаты при соединении стержней из однородных и разнородных сталей. Для сварки используют стержни гладкие, периодического профиля, квадратные, а также одинакового и разного сечений. Сварка стержней различного диаметра на контактных стыковых машинах допускается при разности в диаметрах не более 15 %, а стержней квадратного сечения - не более 10%. При большей разнице в сечениях стержней используют вставку длиной, равной четырем ее диаметрам, но не менее 200 мм. Параметры режима контактной стыковой сварки стержней арматуры 14 мм и меньшей толщины ориентировочно определяют следующим образом: устанавливают площадь сечения стержней; выбирают удельную мощность сварочной машины; для стержней сплошного сечения удельная мощность 0,05-0,25 кВА/мм²; определяют необходимую мощность машины (умножая удельную мощность на площадь сечения свариваемых стержней); корректируют мощность машины, добиваясь плотности тока в процессе оплавления 6-25 А/мм² и необходимой длительности сварки.

Для нормального процесса непрерывного оплавления между током I, скоростью оплавления v и диаметром свариваемых деталей d выдерживается следующее соотношение:

При подогреве условия считаются оптимальными в том случае, когда на оплавление затрачивается 20-40 % общего времени подогрева.

Для соединения арматурных стержней среднего диаметра применяют стандартные контактные машины, имеющие станину со встроенным сварочным трансформатором, устройство для установки и крепления стержней, а также для токоподвода, механизм подачи и сжатия (устанавливаемые на станине) и пускорегулирующие устройства, которые размещаются внутри станины в отдельном шкафу управления. В контактных машинах перемещение и сжатие стержней может осуществляться следующими приводами: рычажным, пружинным, электрическим, пневматическим, пневмогидравлическим или комбинированным. Машины с рычажным приводом используют для сварки стержней диаметром до 36 мм, что связано с обеспечением приводом незначительного усилия сжатия до 30-35 кН.

Для сварки стержней арматуры применяют электроконтактные машины с рычажным приводом мощностью 25-100 кВА: МРС-25 (номинальная мощность 25 кВА), МСР-50, МСР-75, МСР-100 и машины более поздних выпусков: МС-801-2, МС-1202 и МС-1602. Они предназначены для сварки непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом, но могут быть использованы и для сварки сопротивлением. Машины МСР-25 и МС-804-2 наряду с рычажным имеют пружинный привод подачи, облегчающий выполнение сварки сопротивлением. Машины МСР-50, МСР-75 и МСР-100 снабжены рычажно-винтовыми зажимами стержней арматуры, а машины МСР-25, МС-1202 и МС-1602 - эксцентриковыми. Машины МС-1202 и МС-1602 позволяют сваривать непрерывным оплавлением арматуру из низколегированной стали сечением соответственно до 300 и 600 мм², а оплавлением с подогревом - до 700 и 1400 мм². Для автоматической сварки оплавлением арматуры среднего сечения применяют машины МСМУ-150, МС-1604 и др. Машина МСМУ-150 имеет кулачковый электропровод подачи, пневматические зажимы арматуры и позволяет сваривать непрерывным оплавлением стержни сечением соответственно 600 и 1000 мм². Машину МС-1604 используют для сварки непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом арматуры из углеродистой и легированной стали сечением до 1500 мм². Для сварки оплавлением с подогревом арматуры большого сечения применяют машины МСГА-300, МСГА-500, РСКМ-320У и др.

При сварке оплавлением стержней арматуры из высокопрочной и низколегированной стали класса A-IV (марка 30ХГ2С) получить высокое качество соединения труднее, чем при сварке стержней из стали классов А-1, А-II, A-III, что связано со склонностью стали 30ХГ2С к закалке и перегреву.

Во время сварки стержней периодического профиля между контактными колодками и поверхностью изделий могут возникнуть поджоги из-за недостаточного контакта, что приводит к закалке и получению низких пластических свойств. Металл зоны термического влияния закаливается, и разрушение соединения происходит вблизи стыка; Для обеспечения высокого качества сварных соединений из высокопрочной стали стержни сваривают в контактных колодках достаточной длины с полукруглыми выемками. Ток подводят ко всем четырем контактным колодкам.