стыковое сварное соединение

Формула изобретения

1. Стыковое сварное соединение, состоящее из арматурных стержней, установленных с зазором, накладки и продольных соединительных сварных швов, наложенных между накладкой и стержнями, отличающееся тем, что в накладке выполнены прорези шириной 0,6÷0,7d _n каждая, при этом толщина накладки равна 0,3÷0,5d _n, а ее внутренний диаметр (d) составляет d=d_n +(6÷8), где d_n - номинальный диаметр соединяемой арматуры.

2. Стыковое сварное соединение по п.1, отличающееся тем, что продольные сварные швы выполнены ручной дуговой сваркой или полуавтоматической сваркой в среде защитного газа.

3. Стыковое сварное соединение по п.1, отличающееся тем, что накладка выполнена трубчатого сечения.

4. Стыковое сварное соединение по п.1, отличающееся тем, что прорези выполнены замкнутыми.

5. Стыковое сварное соединение по п.1, отличающееся тем, что прорези выполнены незамкнутыми.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к стыковым сварным соединениям, в частности к соединениям арматурных стержней, и может быть использовано при строительно-монтажных работах и изготовлении из железобетона строительных конструкций различного назначения, преимущественно сборных и монолитных.

Из уровня техники известно стыковое сварное соединение арматурных стержней, включающее установленные с зазором стержни, накладки и продольные швы, наложенные между накладками и стержнями, при этом оно снабжено поперечным сварным швом длиной (1,1-2,5)d_н, наложенным между стыкуемыми торцами арматурных стержней, установленных с зазором (0,1-2,0)d_н, и накладками, при этом длина продольных швов между накладками и арматурными стержнями равна 2,0-6,5d_н, где d_н - номинальный диаметр стыкуемого стержня (см. патент РФ на изобретение № 2204465 «Стыковое сварное соединение и способ его получения», дата подачи 18.10.2000 г., опубликовано 20.05.2003 г.).

Известно сварное стыковое соединение типа С21, выполняемое с помощью ручной дуговой сварки, и содержащее установленные с зазором арматурные стрежни, парные накладки из арматуры, диаметр которых совпадает с диаметром свариваемой арматуры. Между накладками и стержнями наложены продольные швы, при этом длина накладок составляет 0-10 d_н, зазор между торцами стержней 0,5 d_н (см. ГОСТ 14098-91 «Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры»).

Недостатки такого соединения связаны с недостаточной прочностью получаемого стыка, обязательным выполнением двусторонних швов при прочности арматуры более 90 кг/мм², а также трудностями при выполнении стыкового соединения в стесненных условиях.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению являются конструкции сварных стыковых соединений, в частности соединения типов С14, С15, С16, С17, С19, в которых используют гнутые скобы-накладки, устанавливаемые в зоне стыка с последующим соединением накладок и арматурных стержней сварными швами. Стержни располагают с образованием V-образной разделки и последовательно заплавляют зазор между стержнем и накладками в горизонтальном и вертикальном положении и затем с образованием горки с уклоном в сторону, противоположную раскрытию кромок (см. ГОСТ 14098-91 «Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры»).

Недостатки данного типа стыковых соединений обусловлены невозможностью использования для их выполнения современных способов сварки, в том числе полуавтоматической в среде защитных газов, т.к. данное соединение выполняют только при сварке порошковой проволокой стержней диаметром более 28 мм, расположенных в горизонтальной плоскости при невысокой скорости сварки и большом расходе материалов.

При этом основными требованиями, которые предъявляются к скобе-накладке, являются требования к ее толщине и высоте. Не предъявляются требования к форме скобы-накладки, что, в свою очередь, при выполнении сварного стыкового соединения приводит к образованию недостаточной площади поперечного сечения продольных швов, накладываемых для компенсации разупрочнения от чрезмерного нагрева арматуры от основного (ванного) сварного шва.

Кроме того, для осуществления контроля сварного соединения требуются сложные и дорогостоящие методы, например радиационный или ультразвуковой.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является получение сварного стыкового соединения повышенной прочности и надежности с минимальным разупрочнением околошовных зон, выполненного с использованием высокопроизводительных способов сварки, в том числе в условиях ограниченного пространства.

Указанный технический результат достигается тем, что в стыковом сварном соединении, включающем установленные с зазором арматурные стержни, накладку и продольные соединительные сварные швы, наложенные между накладкой и стержнями, согласно изобретению в накладке выполнены прорези шириной 0,6÷0,7d _n каждая, при этом толщина накладки равна 0,3÷0,5d _n, а ее внутренний диаметр (d) составляет d=d_n +(6÷8), где d_n - номинальный диаметр соединяемой арматуры.

Накладка выполнена трубчатого сечения.

Продольные сварные швы выполняют ручной дуговой сваркой или полуавтоматической сваркой в среде защитного газа.

Прорези могут быть выполнены замкнутыми и/или незамкнутыми.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как «новизна».

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как «изобретательский уровень».

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого изобретения.

Изобретение поясняется чертежами,

где

Фиг.1 - общий вид стыкового сварного соединения арматурных стержней с симметрично расположенными незамкнутыми прорезями;

Фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1;

Фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1;

Фиг.4 - общий вид сварного стыкового соединения арматурных стержней с незамкнутыми прорезями, расположенными под углом 90° по отношению друг к другу;

Фиг.5 - поперечный разрез А-А на фиг.4;

Фиг.6 - поперечный разрез Б-Б на фиг.4;

Фиг.7 - общий вид сварного стыкового соединения арматурных стержней с попарно расположенными незамкнутыми прорезями;

Фиг.8 - поперечный разрез А-А на фиг.7;

Фиг.9 - поперечный разрез Б-Б на фиг.7;

Фиг.10 - общий вид сварного стыкового соединения арматурных стержней с замкнутыми прорезями;

Фиг.11 - поперечный разрез А-А на фиг.10;

Фиг.12 - поперечный разрез Б-Б на фиг.10.

Заявляемое стыковое сварное соединение арматурных стержней включает соосно расположенные (в горизонтальной или вертикальной плоскостях) арматурные стержни 1.1 и 1.2 номинальным диаметром d_n, соединительный элемент-накладку 2 (фиг.1, 4, 7, 10), имеющую трубчатое сечение, при этом ее внутренний диаметр (d) составляет d=d_n+(6÷8), a толщина равна 0,3÷0,5d_n, где d_n - номинальный диаметр соединяемой арматуры. Накладку производят из круглого проката или цельнотянутой бесшовной трубы, изготовленной из низкоуглеродистой стали, преимущественно марок Ст10, Ст15, Ст20 и т.п. В накладке могут быть выполнены замкнутые (фиг.10) или незамкнутые (фиг.1, 4, 7) прорези 3.1-3.4 (поз. 3.3-3.4 на чертеже не показаны), при этом ширина каждой прорези составляет 0,6-0,7d_n . В прорезях при выполнении стыкового соединения проваривают ручной дуговой сваркой или полуавтоматической сваркой в среде защитного газа продольные сварные швы 4.1-4.8 (фиг.1, 4, 7, 10, швы 4.5-4.8 на чертеже не показаны). Проваривание сварных швов осуществляют следующим образом: сначала последовательно выполняют шов с одной стороны каждой прорези, а затем в той же последовательности - с другой стороны. Такая очередность необходима для снижения разупрочнения арматурного стержня в зоне сварки, а также исключения перекоса и деформации конструктивных элементов в зоне сварки.

Проведенные исследования показали, что использование в стыковом соединении накладки с выполненными в ней прорезями позволяет в результате получить эллипсовидную форму поперечного сечения сварных швов, за счет которой увеличивается площадь среза сварных швов и площадь поверхности швов по сравнению со сварными швами, поперечное сечение которых приближено к кругу. Увеличение площади среза сварных швов способствует повышению надежности и прочности сварного соединения в целом, а увеличение площади поверхности сварных швов повышает отдачу тепла от сварочного нагрева и, таким образом, способствует уменьшению разупрочнения при сварке применяемой в настоящее время арматуры, выполненной из термомеханически упрочненной низкоуглеродистой стали.

Увеличению площади поверхности сварного шва способствует создание сварного шва большей высоты, которую, в свою очередь, получают за счет оптимальной величины зазора, образованного между арматурой и внутренней стенкой накладки. Таким образом, высота сварного шва зависит от величины внутреннего диаметра накладки d, равного d_n+(6÷8), а также от величины смещения осей кольцевого сечения соединительного элемента и арматуры.

Оптимальная толщина стенки накладки составляет 0,3÷0,5d_n. Осуществление заявленного технического решения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Получают сварное стыковое соединение следующим образом. Арматурные стержни 1.1 и 1.2 устанавливают вертикально или укладывают горизонтально соосно друг другу. В зоне стыка размещают накладку 2, в которой выполнены прорези, например, 3.1-3.2 или 3.1-3.4 (поз. 3.3-3.4 на чертеже не показаны). Затем с помощью ручной дуговой сварки накладывают продольные сварные швы 4.1-4.4, или 4.1-4.8, причем сначала проваривают один шов у прорези, например, 3.1, затем один шов у прорези 3.2, после чего в той же последовательности у прорезей проваривают вторые швы.

Усилие, возникающее в месте соединения стыкуемых арматурных стержней, за счет протяженных продольных швов передается на соединительный элемент-накладку, имеющую кольцевое сечение. При этом напряжения в накладке равномерно распределяются по всему ее поперечному сечению благодаря равномерному размещению соединительных сварных швов, что позволяет достичь равнопрочности сварного соединения по всей длине конструкции.

Пример конкретного выполнения

Стыкуют два арматурных стержня А400 (A-III) диаметром 32 мм, изготовленных из стали марки 25Г2С, с помощью накладки, в которой выполнены прорези, при этом ширина прорезей составляет 20,8 мм, а толщина накладки - 12,8 мм. Продольные односторонние сварные швы проваривают ручной дуговой сваркой, соблюдая следующий режим сварки: диаметр электрода 3 мм, сила тока 180 А. Продольные швы проваривают сначала с одной стороны каждой прорези, а затем - с другой стороны. В результате получают равнопрочное соединение.

Контроль выполненного сварного стыкового соединения состоит из внешнего осмотра и испытания на разрыв в соответствии с ГОСТ 14098-91, ГОСТ 10922-90. В результате проведенных испытаний произошло разрушение металла, из которого изготовлен арматурный стрежень, а не разрыв соединения.

Заявляемое изобретение позволяет получать стыковое соединение повышенной прочности и надежности, при этом выполняют соединение термомеханически упрочненной арматуры с минимальным разупрочнением околошовных зон с применением современных высокопроизводительных способов сварки в среде защитного газа, в том числе в условиях ограниченного пространства при значительном насыщении сечений железобетонных конструкций арматурой.