Типы сварных соединений арматуры и способы их сварки, согласно требованиям ГОСТ 14098-2014

Арматура может применяться как по отдельности, так в составе сложных конструкций. Для создания сложных конструкций арматурные запчасти часто соединяются друг с другом. Основной способ соединения — это проведение сварочных работ. Сварка осуществляется с помощью оборудования, которое выполняет локальный нагрев краев деталей с последующим расплавлением и затвердеванием. Сварка арматуры может выполняться различными способами — внахлест, встык, ванным способом, контактным методом. Но какие электроды следует применять для сваривания арматурных изделий? Как правильно определить силу тока? И как проконтролировать качество проведенных работ? В нашей статье мы узнаем ответы на эти вопросы.

Краткие сведения

Сварка арматуры является основным методом соединения арматурных прутков. С помощью сваривания можно соединить прутки любой длины и формы. Сварка может вестись встык, нахлестом и крестообразным способом. В фабричном производстве также применяется точечная контактная сварка. Для проведения работ применяется стандартное сварочное оборудование с автоматической или полуавтоматической подачей электрода в активную зону. Сварение прутков рекомендуется проводить при подаче в активную зону инертных газов — это улучшает качество сварного шва, препятствует появлению коррозии в активной зоне.

Сварка помогает создать конструкцию любой формы — сетку, квадраты, треугольники, многоугольники. Сварка арматуры ГОСТ проводится в защитной одежде (костюм, маска, рукавицы), которая будет защищать человека от воздействия высоких температур. Сварочные работы рекомендуется проводить в сухом проветриваемом помещении, хотя при необходимости сварку можно проводить в любое время при отсутствии сильного ветра и/или осадков (дождь, туман, снег). Сварочные работы регулируются отечественными и международными нормами. Основной регулирующий закон — ГОСТ 14098-2014 (обратите внимание, что старый ГОСТ 14098-91 действовал до 2014 года).

Технические требования

5.1 При выборе рациональных типов сварных соединений и способов сварки следует руководствоваться Приложением .

5.2 На конструкции сварных соединений, не предусмотренные настоящим стандартом, следует разрабатывать рабочие чертежи с технологическим описанием условий сварки и ведомственный нормативный документ или стандарт предприятия, учитывающий требования действующих стандартов и согласованный в установленном порядке.

5.3 При изготовлении железобетонных конструкций допускается замена типов соединений и способов их сварки на равноценные по эксплуатационным качествам в соответствии с Приложением .

5.4 Химический состав и значение углеродного эквивалента свариваемых по настоящему стандарту арматурных сталей классов А240, А400С, А500С, А600С, Ап600С, А800С, А1000С должны соответствовать требованиям ГОСТ 34028;

(Новая редакция, Изм. № 1).

5.4.1 (Исключен, Изм. № 1).

5.5 Холоднодеформированная арматура должна удовлетворять требованиям:

— класса В500С — действующим нормативным документам*;

__________

* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 52544

— класса Вр-1 — ГОСТ 6727.

5.6 Арматура немерной длины классов Ап600С, А800С и Ат1000С, равно как и отходы данной арматуры, могут быть использованы в сварных арматурных изделиях и закладных деталях железобетонных конструкций. При этом арматуру применяют в качестве арматуры класса А400С без пересчета сечения.

Арматура класса А600С допускается к применению в качестве анкеров закладных деталей как арматура класса А500С без пересчета сечения.

(Новая редакция, Изм. № 1).

5.7 Конструкции крестообразных соединений арматуры, их размеры до и после сварки должны соответствовать приведенным на рисунке и в таблицах — .

5.8 Отношения диаметров стержней следует принимать для соединений типа К1 — от 0,25 до 1,00, типа К3 — от 0,50 до 1,00.

5.9 Для соединений типа К1 величину осадки (см. рисунок ) определяют по формуле

где: а — суммарная толщина стержней после сварки в месте пересечения, мм;

b — суммарная величина вмятин (b’ + b»), мм.

Величины относительных осадок h/d’н для соединений типа К1 должны соответствовать приведенным в таблице .

Сварочные методики

Для сварки арматуры применяется несколько технологий. Основные методики — сварка арматуры ванным способом, сварное соединение внахлест, создание крестообразных соединений, контактная технология. Ниже мы рассмотрим каждую методику более подробно.

Встык ванным методом

Ванная сварка арматуры — оптимальный метод сварения арматурных прутков. Ванночкой называют U-образную скобу, к которой будет привариваться стальные прутки. Ванная технология позволяет получить качественный надежный шов, который не растрескается под действием механических ударов или химически активных веществ. К тому же ванная технология уменьшает контакт прутков с окружающей средой, поэтому риск коррозии в данном случае будет минимальным.

Сварочные работы проводятся так:

1. С помощью металлической щетки нужно зачистить края стержней на 3-4 сантиметра (у концов должен появиться характерный металлический блеск). Для более качественной, быстрой обработки щетка должна иметь оцинкованное покрытие. После зачистки нужно промыть и обезжирить края, чтобы они стали чистыми.
2. Теперь нужно поместить края внутрь ванночки. Некоторые мастера для более надежной фиксации обвязывают ванночку проволокой, а во время сварки проволока быстро удаляется из активной зоны. Новичкам манипуляции с проволокой делать не рекомендуется, поскольку есть большой риск приваривания проволоки к поверхности ванночки.
3. Сварку следует проводить на высоких токах (оптимальная сила тока — 400 ампер при диаметре электрода 5 миллиметров) с помощью автоматического или полуавтоматического оборудования. Сперва выполняется плавление края одного прутка — потом второго. После этого операция повторяется до тех пор, пока ванночка полностью не покроется расплавленным металлом.

Главным преимуществом ванной технологии является небольшой расход расходного материала. Еще один крупный плюс — возможность проведения сварочных работ при отрицательных температурах (силу тока нужно увеличить на 15-20%). В качестве ванночки могут использовать как стальные скобы, так и скобы из других металлических сплавов (медь, латунь, дюралюминий, чугун). Также допускается применение графитовых ванночек.

Сварка арматуры внахлест

Если сварная конструкция не будет подвергается серьезной механической нагрузке, то в таком случае можно применять сварение арматуры внахлест. Главные плюсы технологии — простота, высокая скорость работ, минимум расходных материалов, неплохая надежность. Нахлест арматуры при сварке должен быть полным, чтобы получился прочный большой шов. Сварочные работы рекомендуется проводить с нижнего, а не с верхнего положения (это обеспечит более активное расплавление металла в активной зоне). Также можно выполнять боковую сварку внахлест под углом наклона до 15-20 градусов.

Оптимальный алгоритм действий:

1. Зачистите поверхность арматуры с помощью металлической щетки или грубой наждачной бумаги. Также рекомендуется сделать обезжиривание поверхности, чтобы получить высококачественный сварной шов в активной зоне.
2. Наложите сварные прутки друг на друга. Оптимальный уровень нахлеста — от 15 до 30 сантиметров. Скреплять детали проволокой не рекомендуется, поскольку при нагреве проволока быстро расплавится.
3. Выполните обварку сверху минимум в двух местах (по краям). Потом выполните обварку снизу (по центру).

Крестообразное сварение

Если делать большую объемную решетку, то можно выполнить крестообразную сварку арматурных прутков. Все работы нужно проводить в строго горизонтальном или вертикальном положении, чтобы прутки надежно давили друг на друга. Делать сварку под углом не рекомендуется, поскольку будет проблематично получить надежный качественный шов (расплавленный металл будет активно стекать или испаряться). Крестообразную технологию также не рекомендуется выполнять при отрицательной температуре окружающей среды.

Особенности крестообразной технологии:

• Оптимальным методом соединения прутков является дуговая сварка в среде защитных газов. Соединение арматуры следует выполнять короткими прихватами с короткой подачей дуги в активную зону.
• Во время подачи электрод должен находиться под углом 30-45 градусов относительно плоскости стержней. В противном случае расплавление будет идти менее активно, что увеличит время проведения работ и снизит качество шва.
• Для улучшения фиксации прутков можно приварить на арматуру прихватки. Накладывать их рекомендуется с двух сторон, чтобы зафиксировать детали как в нижнем, так и верхнем положении.

Контактная сварка

Точечная контактная сварка арматуры является надежным методом соединения прутков друг с другом. Для сварения требуется применения станкового сварочного оборудования, которое обладает большой массой. Поэтому на практике эта технология получила мало распространения, хотя ее часто применяют в фабричном производстве. Контактное точечное сварение выглядит так:

1. Прутки помещаются в станок, который имеет вид промышленных клещей. Станочные клещи надежно фиксируют детали, а во время сварения их положение не меняется.
2. Потом рабочий выполняет настройку станка с помощью электронной панели. Рабочий может выбрать все технологические особенности операции (сила тока, глубина обработки, температура нагрева).
3. Потом рабочий запускает станок, который выполняет сварку контактным методом. При работе сдавливающие поверхности нагреваются до высоких температур, что приводит к расплавлению арматуры.
4. Во время работы возможно перемещение прутков с помощью подвижной консоли. Новые станки могут также выполнять перемещение сдавливающих нагревателей, что делает такие станки более универсальными, простыми в использовании.

Диаметр и другие параметры арматуры при сварке

Главные показатели режимов во время работы сварочного аппарата:

• диаметр электрода;
• род, величина и полярность электрического тока;
• напряжение электродуги;
• скорость выполнения работы;
• число техник.

При контактном способе сварки арматуры один из главных показателей, который влияет на работу в целом, ее качество и срок службы, является сила использованного тока.

От толщины используемого материала зависит выбор диаметра электрода. Важно, что рабочий режим основан на уровне электрического тока. Если толщина электрода больше 4 мм, то будет рекомендовано снизить стандартный показатель тока на 10–15 %. Обратный режим полярности более востребован. При работе на постоянном электрическом токе активно вырабатывается тепловая энергия, это увеличивает частоту прожогов металла.

Правила подбора электродов

Для сварения арматурных прутков рекомендуется использоваться электроды марок Э42, СМ-11, АНО-5, АНО-6, ВСЦ-4, УОНИ-13. Преимущества — высокое качество сварного шва, минимальный расход во время сварочных работ, хорошая температурная устойчивость, отсутствие коррозийного риска. Электроды этих марок могут работать при низких температурах окружающей среды, что будет весьма кстати в зимнее время. Для сварения стандартной арматуры диаметром 5-10 миллиметров применяются электроды диаметром 2-4 миллиметра. Для более крупных запчастей применяются электродные детали диаметром 4-6 миллиметров.

Также не забудьте проконтролировать силу сварочного тока:

• Для работы с популярными электродами диаметром 3 мм марки Э42 или СМ-11 лучше применять ток силой от 100 до 150 ампер. Для более толстых электродов силу тока нужно увеличить до 150-220 ампер (4 мм) или до 180-290 ампер (5 мм).
• Электроды АНО-5 и АНО-6 диаметром 4 мм варятся с помощью тока, сила которого составляет 170-220 ампер. Если диаметр составляет 5 мм, то силу тока нужно увеличить на 40-60 ампер.
• Маломощные электроды ВСЦ-4 варятся с помощью небольшого тока — 90-100 ампер (диаметр 3 миллиметра) или 120-150 ампер (диаметр 4 миллиметра).
• Также на рынке Вы можете встретить новые электроды марки УОНИ-13. Их следует варить слабым током — для устройств диаметром 2 миллиметра нужно применять ток силой 30-50 ампер. За каждый дополнительный миллиметр диаметра нужно увеличить силу тока на 50-70 ампер.

Виды металлической арматуры

Согласно ГОСТ 5781-82, стержни подразделяют на следующие классы: от А-I (А240) до А-VI (А1000). Чаще всего используют такие:

• А-I (А240). Гладкие стержни данного класса изготавливают из стали марки Ст3. Сталь может быть горячекатаная спокойная, полуспокойная или же кипящая.
• А-II (А-300). Данная арматура имеет преимущество – выступы, за счет которых прочность сцепления с бетоном лишь возрастает. Для изготовления стержней, у которых диаметр не превышает 40 мм, выбирают сталь Ст5 (спокойную либо полуспокойную). Если же диаметр стержней 40 мм и более, то предпочитают 18Г2С.
• А-III (А400). Имеют такое же преимущество сцепки, как и предыдущий класс. Выбор останавливают на стали 35ГС и 25Г2С. Последняя считается улучшенным вариантом, поэтому концы стержней, изготовленных из стали 25Г2С, помечают белой краской. Эту сталь можно использовать при электросварке, так как стержни за счет холодного вытягивания приобретают повышенную прочность.

Данный класс арматуры является наиболее распространенным, его используют в ответственных конструкциях, в том числе и в тех, где напряжение создается искусственно во время изготовления.

По ГОСТ Р 52544-2006 есть еще три класса арматуры, подвергнутой термомеханическому упрочнению:

• А500С. Горячекатаные стержни. В настоящее время эта сталь часто используется вместо А-III. Ее преимущества: нет легирующих добавок и может применяться при дуговой сварке.
• В500С. Холоднокатаный прокат.
• Ат800. Горячекатаный прокат.

В железобетонной конструкции применяют два вида арматуры:

• Продольную. Это основной тип. Держит расчетную нагрузку.
• Поперечную. Используется для объединения поясов продольной арматуры в трехмерный каркас. Связывает сжатый бетон и растянутые стрежни, принимает на себя усилия от температурного расширения.

Диаметр продольной арматуры больше, чем поперечной.

Качество работы

После проведения сварочных работ рекомендуется проконтролировать качество полученного шва. Правила ГОСТ не дают точных указаний относительно проведения проверочных работ. Обратите внимание, что следует выполнять после полного остывания соединения (в идеале проверку нужно проводить на следующий день). Большинство мастеров на практике применяют следующие методы проверки:

• Небольшие удары молотком по месту шва. С помощью металлического молотка выполняется простукивание конструкции на местах швов. Удары должны быть несильными, но точными. Перед простукиванием ударную часть молотка желательно помыть и вытереть насухо (мусор или частички воды могут негативно сказываться на качестве удара). Во время проверки сварной шов не должен растрескиваться и облущиваться — в противном случае сварочную процедуру нужно повторить.
• Сброс получившейся конструкции с высоты 1-2 метров. Если сварочные работы были проведены качественно, то падение с небольшой высоты не должно нанести конструкции какие-либо повреждения. Сбрасывать конструкцию желательно на плоскую ровную поверхность, на которой отсутствует мусор. Сбрасывать конструкцию рекомендуется 2 раза — это повысит качество проверки.
• Рентгенологическое исследование. Если сварка была проведена некачественно, то на рентгенограмме будут видны все микротрещины и неровности. Рентгенографическое исследование является очень точным, надежным, а с его помощью можно получить точные сведения о качестве шва. Метод имеет множество недостатков — дополнительные траты на покупку оборудования, нельзя часто проводить исследования, сложность при работе с большими конструкциями.