Сварка фермы из профильной трубы

Содержание:

Что такое ферма в строительстве

Ферма представляет собой сложную геометрическую конструкцию, состоящую из соединенных между собой стержней, которые работают на сжатие и растяжение. В отличие от сплошных конструкций фермы эффективнее распределяют нагрузку, позволяя снизить общий вес сооружения.

В строительстве применяются для:

• Перекрытий больших пролетов,
• Кровельных систем,
• Мостов,
• Каркасов промышленных зданий,
• Рекламных конструкций и пр.

Благодаря разнообразию форм (треугольные, трапециевидные, арочные) и материалов фермы можно адаптировать под любые требования проекта.

Особенности и преимущества ферм из профильных труб

Ферма из профильной трубы – это металлическая конструкция, представляющая собой систему из стержней (труб), соединенных между собой таким образом, чтобы равномерно распределять нагрузку. 

Ее составляющие:

• Пояса – верхний и нижний контуры конструкции, которые воспринимают основные нагрузки.
• Раскосы – наклонные элементы, обеспечивают жесткость и устойчивость фермы.
• Стойки – вертикальные элементы, передающие нагрузку на пояса.
• Узлы – места соединения элементов, которые фиксируются с помощью сварки или болтов.

Фермы перераспределяют нагрузки, передавая их на опоры. Нижний пояс, как правило, работает на растяжение, а верхний – на сжатие. Это позволяет минимизировать деформацию и снизить общий вес конструкции без потери прочности.

В качестве основного материала используются профильные трубы, которые изготавливаются из углеродистой или низколегированной стали. Трубы имеют замкнутое сечение (квадратное, прямоугольное, круглое или овальное), это положительно сказывается на прочности и устойчивости к деформациям. 

Благодаря малому весу профильных труб фермы уменьшают нагрузку на фундамент. Среди других плюсов также стоит отметить: 

• Прочность – замкнутое сечение дает устойчивость к изгибу, растяжению и сжатию.
• Экономичность – использование профильных труб снижает расход материала при сохранении прочностных характеристик.
• Гибкость в проектировании – из труб можно создавать конструкции различных форм (треугольные, трапециевидные, арочные и т. д.).
• Долговечность – при обработке антикоррозийными составами фермы сохраняют свои свойства десятилетиями.

Профильные трубы – оптимальное сочетание легкости и прочности. Их удобнее обрабатывать (резать, сваривать), что ускоряет процесс производства и снижает стоимость строительства.

Как сваривают ферму из профильной трубы

Сварка фермы – без этого не обойтись, когда речь идет о сборке металлоконструкций и несущих каркасов. От качества данной работы зависит надежность всей конструкции. Рассмотрим процесс детально.

Подготовка 

Создают детальный чертеж, включающий размеры и расчетные нагрузки. При проектировании учитывают особенности соединений: углы, длину элементов, точки крепления. Для сложных конструкций используют специализированные программы.

Подбор материалов

Выбирают профильные трубы с учетом предполагаемых нагрузок. Например, для небольших навесов – трубы с сечением 40x40 мм и толщиной стенки 2–3 мм, а для более массивных конструкций – 60x60 мм или больше.

Подготовка инструментов

Сегодня пользуется большой популярностью сварочный аппарат инверторного типа. Довольно часто работают РДС, когда дело касается нержавеющей стали, выбирают полуавтомат. Алюминий – аргонодуговой процесс с вольфрамовым электродом и соответствующим прутком.  

Электроды – типа УОНИ или МР-3 диаметром 2,5–3,2 мм для углеродистых сталей. О выборе расходников скажем отдельно.

Электроды для сварки ферм из профильной трубы 

Для сварки фермы из профильной трубы выбирают электроды, которые способствуют формированию качественного шва и соответствуют характеристикам материала (обычно углеродистой или низколегированной стали). 

УОНИ (УОНИ-13/45, УОНИ-13/55) – применяют для конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Обеспечивают высокую прочность шва и его устойчивость к нагрузкам. Но здесь нужна тщательная подготовка швов, так как стержни плохо переносят ржавчину или грязь.

МР-3 – универсальные электроды для сварки углеродистых сталей. Обладают хорошей свариваемостью даже на загрязненных поверхностях. Формируют ровные и эстетичные швы, что важно для видимых частей фермы.

АНО-21, АНО-36 – идеально подходят для начинающих сварщиков, так как легко воспламеняются и устойчивы к перепадам тока. Способствуют качественному шву на углеродистых сталях, устойчивый к внешним воздействиям.

Диаметр электрода зависит от толщины стенки профильной трубы:

• Для труб с толщиной стенки до 2–3 мм – электроды диаметром 2,5 мм.
• Для труб с толщиной 4–6 мм – электроды 3,2 мм.
• Для более толстых материалов – электроды диаметром 4 мм (используются реже, в основном для тяжелых ферм).

Если работа проводится в сложных погодных условиях (например, при высокой влажности), лучше использовать расходники с рутиловым покрытием (АНО, МР), так как они менее требовательны к подготовке поверхности.

Для ответственных соединений, где важна прочность и долговечность, предпочтительны электроды основного типа (УОНИ).

Перед началом работы стержни с основным покрытием (УОНИ) рекомендуется прокалить в печи при температуре 300–350 °C в течение 1–2 часов. Чтобы удалить влагу и предотвратить образование пор в шве.

Резка и подготовка профильных труб

Отмечают линию реза на трубах согласно чертежу. Используют болгарку или ленточную пилу для точной резки. Обрабатывают концы труб: снимают заусенцы и зачищают металл в местах сварки для лучшего контакта.

Сборка конструкции

На ровной поверхности раскладывают элементы будущей фермы. С помощью угольника и струбцин фиксируют трубы в нужном положении, чтобы не было смещений при сварочном процессе.

Сварка

Настраивают сварочный инвертор. 

Сила тока: для электродов 2,5 мм оптимальный ток составляет 70–90 А, для 3,2 мм — 90–120 А.

Непременно смотрят на то, что параметры сварочного аппарата соответствуют толщине материала и диаметру расходников.

Прихватывают детали в местах соединения, чтобы зафиксировать их положение. Проверяют геометрию конструкции.

Далее плавно переходят к основным сварочным швам.

Держат электрод под углом 45°–60° к свариваемым поверхностям. Постепенно перемещают вдоль шва, избегая резких движений, равномерно. Стараются поддерживать постоянную дугу и скорость движения. Избегают перегрева, так как может привести к деформации труб.

Контроль качества и обработка

После завершения сварки проверяют швы на:

• отсутствие трещин и пустот;
• равномерность провара;
• гладкость поверхности.

При необходимости зачищают швы шлифовальной машиной.

Очищают сваренную конструкцию от шлака, ржавчины и других загрязнений. Наносят антикоррозийную грунтовку, а затем покрывают ферму краской или эмалью для защиты от влаги и коррозии.

Завершающий этап: монтаж фермы

Устанавливают готовую ферму на место с помощью подъемного оборудования. При креплении к опорам используют болтовые соединения или опять-таки сварку. Убеждаются, что конструкция установлена строго горизонтально и надежно закреплена.

Проектирование, материалы, электроды – что учитывают при сварке ферм

Выбор материала влияет на эксплуатационные характеристики фермы и подход к сварке. Основные варианты:

• Сталь (углеродистая) – наиболее доступный и распространенный материал. Легко сваривается, обладает высокой прочностью. Однако склонен к коррозии, поэтому требует защиты (покраски или грунтовки). Вариант для навесов, гаражей, складских конструкций.
• Нержавеющая сталь – устойчива к коррозии, подходит для агрессивных сред. Однако требует более дорогих электродов и профессионального подхода к сварке. Для промышленных объектов, конструктивных элементов в химической и пищевой промышленности.
• Алюминий – легкий, устойчивый к коррозии, но сложный в сварке материал. Для работы необходима TIG-сварка. Решение для облегченных конструкций.
• Оцинкованная сталь – материал, защищенный слоем цинка, устойчивый к ржавчине. Однако при сварке выделяет токсичные пары, что требует особой защиты (респираторы, вытяжка). Применение: наружные конструкции, контактирующие с влагой.

Толщина стенки определяет не только прочность конструкции, но и технологию сварки. Тонкостенные трубы (1–2 мм) требуют минимального нагрева и коротких сварочных швов, чтобы избежать прожогов. Толстостенные (3 мм и более) более устойчивы к нагреву, но будет больше расход электроэнергии, дольше сварочные работы, так как важна глубина проплавления. 

Помимо материала, размеров, в проекте обязательно учитывается расчет нагрузок. Определяют: 

• Тип нагрузки: статическая (вес фермы и закрепленного оборудования) или динамическая (ветровая, снеговая, вибрационная).
• Максимальные значения: учитывают предельные погодные и эксплуатационные условия.

Фермы состоят из стержней, соединенных в треугольники. Такая структура равномерно распределяет нагрузку. Важно:

• Равномерно распределять нагрузку между узлами.
• Избегать неправильных углов и несоосности, которые могут привести к перекосам.

Перед свариванием проводят контроль размеров всех труб. Даже небольшие отклонения (например, укороченная труба) могут нарушить геометрию.

Подготовка – залог качественной сварки и прочности швов.

Разметку выполняют с высокой точностью. Для этого используют:

• Металлические шаблоны.
• Лазерные уровни.
• Специальные разметочные карандаши.

Для точной подгонки соединений задействуют:

• Ленточную пилу – ровный рез без перегрева металла.
• Отрезную машинку (болгарку) – удобна, но требует обработки срезов.
• Газовую резку – подходит для толстостенных труб, но оставляет окалину, которую нужно удалять.

Пользуются угольниками и шаблонами, чтобы проверить углы после резки.

Перед сваркой очищают соединяемые поверхности от масла и жира, ржавчины и окалины. Для этого – шлифовальные диски, металлические щетки или химические очистители.

Метод сварки зависит от материала и толщины труб:

• Ручная дуговая сварка (MMA) – универсальный и доступный метод для стальных труб. Подходит для толстостенных конструкций.
• MIG/MAG – полуавтоматический способ, обеспечивает высокую скорость и качество швов. Хорошо подходит для углеродистой и нержавеющей стали.
• TIG – используется для сварки алюминия и тонкостенных труб, где требуется высокая точность.

Углеродистая сталь – электроды с рутиловым и фтористо-кальциевым покрытием, например, марки МР-3, ОЗС-4, АНО-4 и другие.

Нержавеющая сталь – ЦЛ-11, ОЗЛ-6, НЖ-13, например. 

Алюминий: присадочная проволока Al-Si или Al-Mg.

Сначала все элементы фиксируют точечными швами для проверки геометрии фермы. Только после проверки точности соединений выполняют окончательную сварку.

Сначала сваривают центральные узлы фермы. Затем переходят к боковым и крайним составляющим.

Для предотвращения деформаций швы выполняют симметрично: сначала сваривают одну сторону фермы, затем противоположную.

После остывания проверяют швы на наличие:

• Трещин.
• Прожогов.
• Пор и шлаковых включений.

Шлак удаляют, дефекты проваривают заново. 

Неразрушающие методы контроля – ультразвуковая диагностика или рентгеновская проверка для ответственных конструкций.

Финальная обработка и защита – соединения шлифуют, убирают окалину. Для повышения долговечности конструкции применяют:

• Грунтовку;
• Покраску;
• Оцинковку.

Некачественная подготовка – грязь и ржавчина на швах ухудшают качество соединений. Несоблюдение геометрии приводит к перекосам и снижению прочности фермы. Выбор неправильных режимов сварки – прожоги или недостаточный провар. Пренебрежение контролем – незамеченные дефекты становятся причиной разрушение конструкции.

Сварка фермы из профильной трубы – это комплексный процесс, требующий тщательной подготовки, профессионального подхода и строгого соблюдения технологий. Если уделить внимание каждой детали, результатом станет надежная конструкция, способная выдерживать серьезные нагрузки.