Сварка каркаса из профильной трубы

Трубы просты в обработке, легко свариваются и обладают эстетичным внешним видом, облегчают процесс сборки и последующей эксплуатации. Кроме того, благодаря разнообразию форм сечения и размеров, позволяют реализовать самые разные проекты, от компактных конструкций до сложных инженерных решений.

Цель данной статьи – познакомить читателей с процессом сборки каркаса из профильной трубы. Мы разберем все этапы работы: от выбора материалов и подготовки до проверки готового изделия. Эта информация будет полезна как начинающим мастерам, так и тем, кто хочет усовершенствовать свои навыки в сварочных работах.

Содержание:

Оборудование и инструменты

Немыслима сборка каркаса из профильной трубы без оборудования и инструментов. 

Конечно, не обойтись без сварочного аппарата. Оптимальным вариантом станет инвертор мощностью от 160 до 200 ампер. Чтобы можно было спокойно работать с трубами с толщиной стенки 3-4 мм. Не забудьте про электроды. Подойдут марок МР, УОНИ, ОЗС и АНО. Среди них наиболее популярными являются МР-3, МР-3С, УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, ОЗС-4, АНО-21.

Для резки и зачистки труб понадобится углошлифовальная машинка с диском диаметром 125 мм.

Для сверления отверстий потребуется дрель мощностью от 500 Вт. 

Шуруповерт лучше с напряжением от 18 В, понадобится для монтажа крепежных элементов.

Чтобы без проблем замешать бетон – бетономешалка объемом 100–150 литров. Или строительный миксер, если объем работ небольшой.

Для точной разметки участка и элементов конструкции понадобятся:

• Лазерный нивелир для точного выставления линий;
• Строительный уровень длиной 1 метр;
• Угольник для проверки углов;
• Строительный шнур.

Придется работать на высоте, поэтому позаботьтесь о стремянке высотой от 2 до 3 метров.

Если в проекте предусмотрены болтовые соединения, понадобится набор метчиков, который подходит для нарезки резьбы диаметром от М6 до М12. Также важным элементом является крепеж. В зависимости от проекта, подготовьте саморезы по металлу длиной 25–50 мм, болты М8–М12 с гайками, кровельные саморезы с шестигранной головкой для крепления обшивки, дюбель-гвозди длиной 60–100 мм для бетонных оснований, а также металлические уголки и крепежные пластины, чтобы усилить конструкцию. 

Выбор профилей

Основа сварного каркаса – профили. При их выборе нужно учитывать габаритные размеры будущего строения, предполагаемый вес конструкции, нагрузку на фундамент и стены, а также соответствие строительным нормам и правилам. Правильный подбор материалов напрямую влияет на прочность и долговечность строения.

Для изготовления каркасов обычно применяются профильные трубы с квадратным или прямоугольным поперечным сечением. Такой прокат выпускается в широком диапазоне размеров и толщины стенок, давая возможность подобрать оптимальное решение под конкретные условия строительства. Например:

• Для небольших строений рекомендуется использовать трубы длиной 4500 мм с сечением 40×40 мм и толщиной стенки 2 мм.
• Если длина ферм превышает 5000 мм, предпочтение стоит отдать трубам с тем же сечением, но с длиной хлыста 6000 мм.
• Для крыш больших жилых домов чаще всего применяются трубы сечением 40×40 мм и толщиной стенки 3 мм.

При выборе профильной трубы для каркаса важно учитывать не только размеры и нагрузки, но и технологию изготовления материала, поскольку от этого зависит его прочность, долговечность и удобство в работе. Прокат делится на два основных типа: шовный электросварной и бесшовный.

Шовные трубы изготавливаются путем сворачивания металлического листа и соединения его краев с помощью сварки. Они имеют видимый шов по длине, который может быть уязвимым к деформации при сильных нагрузках. Однако такие трубы отличаются доступной ценой, стандартными размерами и достаточной прочностью для большинства строительных задач, особенно в небольших конструкциях.

Бесшовные трубы производятся методом горячей деформации или холодной прокатки. Благодаря отсутствию шва обладают более высокой прочностью и устойчивостью к механическим нагрузкам, что делает их подходящими для возведения каркасов крупных сооружений.

Для самостоятельного изготовления каркаса специалисты рекомендуют использовать трубы квадратного сечения. Удобны в резке, соединении и сварке, упрощают процесс работы, особенно при создании сложных узлов и соединений. Выбор между шовными и бесшовными трубами зависит от требований проекта: шовные подойдут для стандартных задач, тогда как для критически важных элементов конструкции лучше использовать бесшовные.

Для каркасов небольших зданий чаще всего используют трубы с сечением от 30×30 до 50×50 мм и толщиной стенки не менее 2 мм. Значительно превосходят по прочности и надежности деревянные брусья, при этом оставаясь достаточно легкими и простыми в монтаже. Такой материал позволяет создать долговечный и устойчивый каркас даже при минимальных строительных навыках.

Проект

Для точного расчета количества и типа материалов для каркаса необходимо начать с определения ключевых параметров строения: ширины, длины, высоты и общей площади. Эти данные станут основой для дальнейшего анализа. Следующий важный этап – расчет нагрузок, которые будут действовать на конструкцию.

Среди обязательных факторов, которые нужно брать во внимание:

• Вес несущего каркаса;
• Масса перекрытий;
• Нагрузка от облицовочных материалов;
• Статическая нагрузка от мебели, бытовой техники и других предметов интерьера.

Еще значение имеют климатические нагрузки: давление ветра, вес снежного покрова, их комбинированное воздействие. Эти параметры определяют оценку общей устойчивости строения.

После сбора всех данных разрабатывается конструктивная схема здания. Это своего рода виртуальный "скелет" будущего строения, где учитывается расположение колонн, опор и перекрытий. Далее с помощью специализированного программного обеспечения создается расчетная схема или силовой каркас. Этот документ учитывает свойства материалов, типы соединений и другие важные характеристики.

На этапе расчета программное обеспечение позволяет задать условия эксплуатации здания, предполагаемые нагрузки и климатические факторы. Если в ходе анализа отдельные элементы каркаса демонстрируют неудовлетворительные результаты, программа автоматически вносит коррективы в параметры, чтобы устранить потенциальные слабые места.

В финальной версии проекта все элементы проходят обязательную маркировку, в том числе узлы, требующие более детальной проработки. Рабочая документация включает данные о сечении труб, длине пролетов, типах соединений и других важных параметрах, необходимых для точного выполнения работ.

Если проект отличается сложностью или требует повышенной точности, разработку расчетов и проектной документации целесообразно поручить профессиональным инженерам. Так вы гарантированно получите соответствие конструкции строительным нормам и надежность на всех этапах эксплуатации.

Основные этапы сборки

Чтобы собрать каркас из профильной трубы, нужно хорошо подготовиться, взять нужные инструменты и позвать помощников.

Работа с металлическими конструкциями сложнее, чем с деревянными из-за большего веса труб и специфики их монтажа. Однако, благодаря высокой прочности и долговечности материала, правильно собранный металлокаркас станет надежной основой для любого строения.

Применение готовых элементов конструкции, которые можно приобрести в специализированных магазинах, существенно облегчает процесс сборки. Эти детали обычно имеют отверстия под винтовые крепления, благодаря чему их можно быстро и надежно соединить друг с другом, минуя этап сварки. Способ особенно актуален для тех, кто не владеет навыками работы со сварочным оборудованием, поскольку минимизирует вероятность ошибок и сокращает время выполнения работ.

Тем не менее для более сложных или габаритных конструкций сварка будет лучшим выбором. Соединения, выполненные сплавлением, отличаются повышенной прочностью и долговечностью, а также дают возможность создания уникальных решений, соответствующих специфическим требованиям проекта. В подобных ситуациях сварка становится необходимым этапом, даже если требуется больше времени и усилий для ее освоения.

И еще одно замечание: стальные профильные трубы имеют значительный вес, поэтому установка вертикальных стоек и подъем фермы на высоту без помощников практически невозможны. Для упрощения подъема конструкций целесообразно использовать лебедки или другие подъемные устройства.

Теперь к основным этапам сборки каркаса. Они следующие:

• Заливка фундамента. Формирование столбчатого или малозаглубленного ленточного фундамента с обязательной гидроизоляцией.
• Установка нижней обвязки. Используются трубы сечением 100×100 мм, 80×80 мм или 60×60 мм. Крепление выполняется болтами или сваркой.
• Вертикальные стойки. Угловые стойки устанавливаются первыми, а их шаг рассчитывается исходя из размеров обшивочных материалов – профлистов или сэндвич-панелей.
• Горизонтальные перемычки и раскосы. Эти элементы соединяют вертикальные стойки и работают на дополнительную жесткость конструкции. Соединения выполняются с использованием сварки.
• Верхняя обвязка. Устанавливается на уровне перекрытий и собирается из труб крупного сечения, аналогичных нижней обвязке.
• Монтаж крыши. На верхнюю обвязку укладывается мауэрлат (например, швеллер), на который крепятся несущие элементы крыши.

Если строение двухэтажное, длина вертикальных стоек должна быть изначально рассчитана на всю высоту здания, так как впоследствии удлинение элементов будет невозможно. После завершения сборки все соединения и открытые участки металла обязательно покрывают антикоррозийным грунтом или краской, чтобы предотвратить ржавление.

Правильно организованный процесс и использование качественных материалов задают прочность, устойчивость и долговечность собранного каркаса. Для сложных проектов или больших зданий рекомендуется привлечь профессионалов, которые помогут с расчетами и монтажом.

Технология сварки

Остановимся на сварочных работах. При сборке металлокаркаса они определяющие. Начнем с настройки источника дуги. 

Для правильной сварки каркаса из профильных труб нужно учитывать несколько важных факторов: силу тока, полярность и тип электрода. Эти параметры напрямую влияют на качество сварного шва и долговечность конструкции.

Сила сварочного тока определяется в зависимости от толщины стенок профильных труб и выбранных электродов. Ошибки в настройке могут привести к нежелательным последствиям: слишком низкая сила не даст нужного проплавления, а слишком высокая вызовет прожоги.

Например, следующие значения:

• Для труб с толщиной стенки 2–3 мм сила тока должна составлять 50–80 А.
• Более толстые трубы, толщиной 4–5 мм – требуется ток 90–120 А.
• Для труб с толщиной более 6 мм выбирают 120–200 А.

Эти значения приблизительные и меняются в зависимости от условий работы и типа электродов, указанных на упаковке. Проведите тестовый шов на черновом металле, чтобы подкорректировать параметры. 

Теперь о полярности. Для сварки профильных труб возможно разное подключение.

Прямая полярность – подключение сварочного аппарата, при котором металлические заготовки подсоединяются к «плюсовой» клемме, а электрод – к «минусовой». Тогда образовывается горячее анодное пятно непосредственно на материале, что способствует глубокому и равномерному проплавлению шва. Прямая полярность идеально подходит для сварки толстых металлических заготовок, а также чугуна и алюминиевых сплавов, способствуя прочности соединений.

Обратная полярность, в свою очередь, предполагает подключение металлической заготовки к «минусовой» клемме, а электрода – к «плюсовой». В этом случае горячее анодное пятно формируется на электроде, предотвращая перегрев самой заготовки. Этот способ используется для сварки тонких листовых металлов и легкоплавких сплавов, давая точность и аккуратность соединений без перегрева детали.

Тип электрода – зависит от металла и толщины стенок профильных труб. Заборные столбы распространены из низкоуглеродистой стали. Прекрасно варятся электродами рутиловыми и основными. Например, марок: АНО-21 или АНО-36. Если металл толстый, необходимо качественное проплавление, прочность в приоритете – УОНИ 13/55. ОК-46 – хорошо подходят для начинающих, с ними стабильная дуга, а швы аккуратные. Диаметр расходников – в зависимости от толщины стали. От 1,5 до 2 мм – применяйте электроды диаметром 2 мм. Для заготовок толщиной 3 мм подходят стержни диаметром 2,5 или 3 мм. Если толщина свариваемых элементов составляет от 4 до 5 мм – электроды 3 или 4 мм. Для конструкций от 6 до 12 мм – лучше выбирать расходники 4 или 5 мм.

Перед началом сварочных работ электроды нужно проверить на влажность и при необходимости предварительно высушить. Чтобы избежать появления дефектов в шве – трещин или пор.

Что касается аппарата, рекомендуем инвертор. Компактный, с надежным охлаждением и высоким КПД. Точно и удобно настраивается.  

Перед работой обязательно проверьте вентиляционные отверстия на корпусе источника, чтобы они были чистыми. Оцените состояние кабелей, наличие повреждений изоляции, износ и надежность соединений. Убедитесь, что кабели правильно подключены и не имеют трещин, исключите возможность короткого замыкания или перегрева. Проконтролируйте исправность зажимов и клемм, которые должны быть надежно закреплены и не иметь коррозии. Не забудьте о средствах защиты сварщика – сварочной робе, ботинках, перчатках и, конечно, о маске. 

Правильная настройка сварочного аппарата – ключевой фактор создания качественного и прочного каркаса. Подготовка оборудования, учет силы тока, полярности и выбор электродов – основа успешной сварки. Важно не только настроить аппарат, но и проверить его исправность, состояние кабелей и соединений. Тщательная подготовка и точная настройка позволяют добиться стабильной дуги, улучшить качество швов и продлить срок службы конструкции. Соблюдение этих условий гарантирует высокое качество сварки и надежность каркаса.

Далее переходим непосредственно к формированию сварочных швов. 

Зажигаем дугу аккуратно, чтобы избежать повреждения электрода и материала. Каким способом:

• Метод касания – подносим электрод к поверхности заготовки, слегка касаемся его, и затем быстро отводим на небольшое расстояние, чтобы дуга замкнулась.
• Метод удара – резким движением "ударьте" электродом по поверхности, как если бы вы пытались отбить искру. Когда дуга зажжена, она будет поддерживаться стабильной, если соблюдаются правильные параметры сварки.

Правильное ведение электрода – это один из важнейших моментов при сварке профильных труб. Эффективное ведение дуги – качественное проплавление, хорошее сцепление металлов и предотвращение дефектов швов.

Угол наклона электрода 15–20 градусов. Получаем стабильное горение дуги и распределение тепла.

Как ведем электрод – прямолинейно, маятником или елочкой. Предстоит много угловых соединений, в данном случае ведем вдоль стыка, избегая широких колебательных движений из стороны в сторону. Удерживаем электрод на минимальном расстоянии 1–3 мм от поверхности металла.

Для других соединений можно использовать прямолинейное движение, елочкой или маятником. 

Прямолинейное движение – это базовый простой вариант, который часто используют начинающие сварщики. Ведем по прямой линии вдоль шва, без отклонений в стороны. Этот способ не требует больших навыков, формирует стабильное соединение, но его недостаток заключается в том, что подходит только для тонких материалов. Имеет ограниченную глубину проплавления, что делает его менее подходящим для сварки толстых деталей. Однако для многих видов работ, где требуется прямой и надежный шов на небольших участках, является оптимальным.

Елочкой – непрерывное движение электрода с характерными изменениями направления, создающими форму, похожую на ветви ели. Этот способ позволяет достичь равномерного и глубокого проплавления, обеспечивая стабильную сварочную дугу. Важно, чтобы электрод оставался на одинаковом расстоянии от поверхности. Способ эффективен для работы с толстым металлом и сложными соединениями, так как он способствует равномерному распределению тепла по всей поверхности шва.

Ведение маятником, в свою очередь, заключается в том, что электрод двигаем поперек линии сварки, описывая полукруг. Достигнув края, слегка смещаем вперед и возвращаем обратно, повторяя движение в противоположном направлении.

Хотя эта методика создает очень качественные и надежные швы, визуально они выглядят менее привлекательно. При движении маятником создаем фигуру, напоминающую полумесяц, причем электрод периодически отрываем от поверхности, плавно возвращаясь назад.

Способ требует большей сноровки и занимает больше времени, чем другие методы. Однако результат оправдывает усилия: после завершения сварки шов напоминает аккуратно уложенную черепицу, где каждая часть накладывается на другую. Хотя внешне может уступать другим техникам, например, зигзагу, он формирует более глубокую сварочную ванну и, соответственно, более прочное соединение.

Завершаем шов. Один из проверенных методов – это использование точечного сваривания в зоне окончания. Когда сварка достигает конца, не прекращая работы, возвращаемся на 10–15 мм назад вдоль основного шва. Затем, медленно поднимая электрод, дожидаемся, пока дуга не погаснет. Такой плавный переход равномерно заполняет кратер.

Другим способ завершения сварки – прекращение поступательного движения электрода и постепенное удлинение дуги, пока она не оборвется сама. Это дает возможность аккуратно и равномерно заполнить пространство в конце шва.

При этом многократное зажигание дуги для заваривания кратера не рекомендуется, потому что велик риск образования оксидных загрязнений на металле, что значительно ухудшает качество сварного соединения и снижает его прочность.

Завершающие работы

После того как процесс сварки каркаса из профильной трубы завершен, наступает важный этап – завершающие работы. Предполагает удаление шлака и зачистку швов, обработку каркаса для защиты от коррозии и финальную проверку конструкции. 

После завершения сварки на швах часто остается шлак – окалина, которая образуется в процессе сваривания. Способна не только ухудшить внешний вид сварного соединения, но и стать причиной коррозии и ослабления прочности шва. Поэтому важно тщательно зачистить сварные соединения. 

Аккуратно отбиваем шлам молотком. 

Если это удобно, используем болгарку с зачистным кругом или шлифовальной насадкой. Чтобы не повредить сам шов и не создать лишнюю нагрузку на металл, работаем инструментом осторожно, регулируя давление. 

После очистки швов каркас нужно защитить от внешних воздействий, коррозии.  

Одним из важнейших этапов является защита металлического каркаса от коррозии. Для этого его необходимо покрыть антикоррозийными покрытиями. Наиболее эффективный способ – нанесение антикоррозийных красок – эпоксидных или алкидных. Обладают высокой стойкостью к воздействиям внешней среды и отлично защищают металл от ржавчины.

Перед нанесением каркас следует тщательно очистить от пыли, грязи, масла и остатков ржавчины. Если на трубах есть коррозионные очаги, их можно удалить с помощью металлической щетки или болгарки с насадкой для шлифовки. Для тщательной подготовки – использовать специальные химические составы, которые убирают ржавчину и грязь с поверхности. После очистки и обезжиривания каркас нужно протереть сухой тканью.

Покраску лучше проводить в два или три слоя для надежности. Каждый слой должен высохнуть перед нанесением следующего, чтобы создать прочную защитную пленку. Наносить можно кистью, валиком или распылителем в зависимости от размера и формы конструкции. Для наружных сооружений, например, навесов или теплиц, рекомендуется использовать термостойкие и устойчивые к ультрафиолету составы.

Также хорошо себя зарекомендовали антикоррозийные грунтовки, которые наносятся перед основной краской. Дают дополнительную защиту от влаги и усиливают сцепление краски с металлом.

После завершения всех сварочных и защитных работ нужно провести финальную проверку конструкции. Чтобы убедиться, что каркас полностью готов к эксплуатации, а все сварные соединения соответствуют необходимым требованиям по прочности и геометрической точности.

Проверка устойчивости каркаса начинается с оценки его жесткости и прочности. Простейший способ: аккуратно покачайте конструкцию, чтобы убедиться, что все соединения прочные и нет лишних движений. Также можно провести нагрузочные испытания, например, установить несколько блоков или грузов на каркас, посмотреть, выдержит ли он такие нагрузки.

Для проверки геометрической точности используется строительный уровень, угольник и рулетка. Необходимо проверить вертикальность и горизонтальность каркаса, а также угол между соединяющимися трубами. Например, для конструкций с углом 90° важно убедиться, что соединения выполнены точно под прямым углом. Для этого применяют строительный угольник, с помощью которого можно измерить угол между трубами. Несоответствие углов приведет к перекосам конструкции и затруднит ее монтаж.

Также следует проверить длину всех труб и диагонали каркаса. Чтобы убедиться, что каркас собран по чертежу, измерьте длину всех боковых сторон конструкции и проверьте диагонали. Если диагонали не совпадают, это может свидетельствовать о перекосе конструкции, и каркас нужно будет выровнять.

Важно также посмотреть соединения в местах стыков труб, особенно если конструкция будет подвержена нагрузкам. Все швы должны быть прочными, без признаков трещин или деформаций. Если были замечены такие дефекты, их нужно устранить до начала эксплуатации. При необходимости проварить заново. 

Сварка каркаса из профильной трубы требует внимания, точности и знания технологии. Чтобы получить прочную, долговечную и безопасную конструкцию, важно правильно подготовиться, соблюдать все этапы работы и тщательно следить за качеством на каждом из них.