Войти  |  Регистрация
Авторизация

Соединение материалов и элементов в строительстве



Ниже будут описаны следующие способы устройства соединений и монтажных стыков: заклепочные соединения, соединения на гвоздях и болтах, сварные соединения, склейка, уплотнение зазоров.
Описание крепежных деталей и материалов будет сопровождаться описанием соответствующей технологии устройства соединений.
Другие способы устройства механических соединений (например, на защелках, фальцовые и т.п.) будут рассмотрены в главах, посвященных конструкциям.
Заклепочные соединения. Для соединения тонкостенных стальных и алюминиевых конструкций разработаны специальные заклепки и методы холодной клепки. Применение горячей клепки тонкостенных стальных профилей из закаленного материала или алюминиевых элементов также из закаленного и отпущенного металла привело бы к снижению весьма ценных прочностных показателей материала конструкций (рис. 53—58).
В алюминиевых конструкциях необходимость применения холодной клепки вызывается также низкой температурой плавления и хорошей теплопроводностью, свойственными алюминию.
Соединение материалов и элементов в строительстве

Заклепки для алюминиевых конструкций должны быть из того же материала, что и склепываемые элементы, как во избежание коррозии, так и из соображений прочности.
Стальные заклепки, предназначенные для алюминиевых конструкций, должны быть оцинкованы или кадмированы, но это все же недостаточно для надежной защиты от коррозии.
Первый в Европе алюминиевый мост был сооружен в Венгрии в 1950 г. Хотя он выполнен не из тонкостенных профилей, он все же представляет значительный интерес как пример применения легкого металла для конструкционных целей.
В некоторых случаях тонкостенные конструкции доступны только с одной стороны, а иногда затруднительно проводить клепку двум рабочим, находящимся по обе стороны конструкции. По этой причине, а также с целью повышения производительности труда клепку производят только с одной стороны соединяемых элементов без поддержки заклепок с другой стороны. Предварительное сверление отверстий также может быть исключено, в этом случае сверление и соединение элементов осуществляются одновременно.
Указанными особенностями обладают различные методы устройства заклепочных соединений. Обычно они в равной степени пригодны для соединения тонких стальных, алюминиевых и пластиковых листов. В последнее время эти методы стали применяться также и для соединения толстых пластин вместо горячей клепки.
После установки трубчатой вытяжной заклепки в высверленное отверстие с одной стороны на другой стороне образуется запорная головка путем вытягивания находящегося в трубке сердечника.
В трубчатых заклепках "Шобер" сердечник извлекается полностью, а в аналогичных заклепках "Поп" сердечник обрывается внутри трубки. Головки заклепок могут быть как выступающими, так и потайными.
Штифтовые заклепки имеют выступающий штифт и прорези на конце. При введении штифта в ствол заклепки конец последней расширяется, обеспечивая хорошую анкеровку в таком материале, как древесина.
Заклепки "Поп" были разработаны английской фирмой "Такер Айлет" в Бирмингеме. Они могут быть стальными или алюминиевыми. Одни из них пригодны для соединения жестких материалов (стали, алюминия), другие — для более мягких материалов (асбестоцемента, древесноволокнистых плит, фанеры, стеклопластиков). Заклепки имеют диаметр 2,8, 3,2, 4,0, 4,8, 5,5 и 6,4 мм. Одна заклепка может воспринять сдвигающее усилие 500—3500 H (см. рис. 53).
Заклепка захватывается наконечником инструмента. Инструмент опирается на пластину и втягивает сердечник в трубку ствола заклепки. Усилие, возникающее в результате натяжения сердечника, приводит к радиальному расширению тела заклепки, образуя таким путем вторую головку. Сердечник обрывается, когда соединяемые элементы обжаты и обеспечено их плотное соединение.
В конце процесса клепки оторванная часть сердечника выбрасывается из инструмента.
Заклепка, установленная в горячем состоянии, будет сжиматься при охлаждении и создаст обжатие пластин. Заклепки начнут воспринимать усилия от нагрузки только после преодоления трения между листами от их обжатия.
В холодноклепаных тонкостенных стальных и алюминиевых конструкциях тело заклепки полностью заполняет заклепочное отверстие, усилие будет полностью передаваться через опорные поверхности, при этом головки заклепок не будут испытывать усилий или напряжений, а заклепки не подвергнутся осевому растяжению.
Размеры соединений, выполняемых на вытяжных заклепках нового типа (например, типа "Поп"), устанавливаются на основании данных, приведенных в каталогах фирмы, производящей заклепки и инструмент, и полученных в результате экспериментов.
Заклепки "Шобер" изготовлены из сплава ALMg - 5, их диаметр 2,4, 3,2, 4,0 и 6,3 мм. Одна заклепка может воспринимать усилие сдвига 500—2500 Н. Если впоследствии в заклепку забить сердечник из кадмированной стали или сплава AlCuMg, несущая способность заклепки на сдвиг достигнет 85 % несущей способности сплошной заклепки.
Конический канал в заклепке устроен таким образом, что при протаскивании через него сердечника с применением соответствующего инструмента трубка обжимается, образуя головку и запрессовывая тело заклепки в отверстие для нее (см. рис. 54).
Полость в теле разрывной заклепки заполнена зарядом, взрывающимся при достаточно низкой температуре. При легком нагревании происходит взрыв, создающий сильное обжатие и уплотнение заклепки в отверстии. Максимальный диаметр таких заклепок 6 мм (см. рис. 63).
Соединение материалов и элементов в строительстве

Применение заклепок, выпускаемых американской компанией "Хак", требует доступа к обеим сторонам конструкций. На установленной заклепке имеется кольцо, натягиваемое автоматизированным инструментом с противоположной стороны. Соединяемые пластины обжимаются, кольцо напрессовывается на хвостовик заклепки, после чего свободная часть тела хвостовика обрывается в ослабленном месте. Таким образом может быть получен стык с такой же несущей способностью, как и у сплошной заклепки.
Описанные и подобные им заклепки выпускаются многими компаниями: заклепки "Авек" и "Шобер" - компанией "Авдель", заклепки "Феро" - западно-германской компанией "А. Хонзель", заклепки "Клик" — австрийской компанией "Спираль" и др.
Автоматизированное оборудование способно производить клепку со скоростью до 1000 заклепок в 1 час.
Пластмассовые листы реже соединяются на заклепках. Если же такое соединение применяется, то используются обычно металлические (например, алюминиевые) трубчатые заклепки. При склепывании листов стеклопластика сплющивание ствола заклепки следует осуществлять с особой осторожностью, чтобы не допустить ее срыва. В этом случае предпочтительны пустотелые заклепки, так как они могут расфланцовываться ротационным инструментом. Склепываемые пластиковые листы желательно также склеивать.
Соединение материалов и элементов в строительстве

Соединения на болтах, винтах и гвоздях. Соединения, испытывающие высокие напряжения, могут быть выполнены на высокопрочных напряженных (стяжных) болтах. Такие соединения зависят исключительно от напряжения болта, который обжимает соединяемые элементы с усилием, достаточным, чтобы вызванное им трение воспрепятствовало их взаимному смещению.
Высокопрочные стяжные болты следует изготовлять из материала с пределом текучести не ниже 900 МПа, а твердость шайб не должна быть ниже твердости материала болтов. Гайки на таких болтах должны затягиваться динамометрическим гаечным ключом для обеспечения определенной степени затяжки (на шкале такого гаечного ключа указывается усилие крутящего момента). Когда достигается его величина, соответствующая требуемому натяжению болта, затягивание гайки прекращается.
Другой простой метод — поворот гайки на определенный угол после ее затяжки от руки, что позволяет обеспечить требуемое натяжение. В любом случае важно достичь требуемого натяжения болта. Соединение тонкостенных стальных конструкций высокопрочными стяжными болтами следует применять только после проведения предварительных испытаний, подтверждающих достаточную несущую способность стыка.
Использование стяжных болтов может сочетаться с применением клеев, значительно повышающих фрикционные силы.
Такие конструкции, испытывающие умеренные напряжения, могут быть соединены болтами (рис. 59—76).
Соединение материалов и элементов в строительстве
Соединение материалов и элементов в строительстве

Для соединения металлических пластин пригодны самонарезающие винты !саморезы), болты с пластинчатыми гайками или описанные высокопрочные стяжные болты.
По стандарту DIN-7970 болты для соединения листов выпускаются с резьбой двух типов: А - грубой, В — прецизионной (последняя предпочтительней). Болты обоих типов выпускаются с острыми концами, а тип В также с тупым концом. Номинальный диаметр болтов типа A 3,6-9,9 мм, типа В — 2,2-9,6 мм.
Головки могут быть потайными, круглыми или шестигранными, под обычную плоскую или крестообразную отвертку.
Часто применяются плоские или пружинящие шайбы. Они предотвращают ослабление соединения и обеспечивают его удовлетворительное уплотнение.
В большинстве случаев винты для соединения листов являются самосверлящими и делятся на две категории: создающие отверстие с образованием стружки и создающие отверстие без стружки.
К первой категории относятся винты "Текс", "Супертекс" и самосверлящие винты компании "Тиссен". Эти винты имеют сверлообразный конец. Винты "Текс" могут просверливать отверстия в листах толщиной до 3 мм, "Супертекс" — до 6 мм.
Винты "Винг-Текс" могут крепить мягкие конструкционные материалы (например, древесину) к металлоконструкциям. Режущие крылья между концом винта и заходом резьбы вырезают отверстие в мягком материале, а при внедрении в металл они обламываются, и отверстие в металле будет иметь диаметр конца винта. Благодаря наличию специальных заусенцев под потайной головкой необходимое посадочное гнездо может быть вырезано даже в твердой древесине.
Сверлящие винты, выпускаемые компанией "Тиссен", имеют по длине шесть частей: концевую (сверлящую); гладкую; заход резьбы, резьбу; сбег резьбы; головку.
Отверстие в материале соединяемых элементов высверливается концом винта. Гладкая часть винта разделяет процессы сверления и нарезки и таким образом позволяет избежать совмещения моментов сопротивления, вызываемых этими процессами. При этом решается проблема необходимости различной по величине подачи при сверлении и нарезке.
Участок винта со сбегом резьбы нарушает нарезку на верхней пластине и создает условия для стягивания пластин между собой.
К бесстружечным самосверлящим винтам относятся винты "Пи-Кей Тэпитс" и "Дюро-Дайн". Они имеют заостренный конец сразу же после винтовой нарезки. Отверстие образуется одновременно с его нарезкой при ввинчивании винта с высокой скоростью. Такие винты применяются главным образом для соединения тонких пластин.
Соединение материалов и элементов в строительстве

К стружкообразующим винтам относятся так называемые высокоскоростные строительные винты, применяемые в основном при металлических пластинах толщиной до 0,75 мм.
С целью ускорения устройства винтовых соединений и предотвращения повреждений поверхности пластины было внедрено много новых форм головок винтов. Одним из примеров может служить головка винта "Позидрайв", разработанная и применяемая английской компанией "Джи Кей Эн" (см. рис. 59).
Болты для соединения алюминиевых конструкций могут быть изготовлены из того же сплава. Коррозиестойкость алюминиевых болтов можно повысить путем их анодирования и парафинирования.
Стальные болты для соединения алюминиевых конструкций изготовляют из низкоуглеродистой нержавеющей стали с кадмированием или горячим цинкованием.
Болтовые соединения пластиков рекомендуется производить с помощью простых болтов с гайками, возможно, в сочетании со склеиванием. Применение самонарезающихся винтов обычно не допускается.
Для соединения элементов легких конструкций были разработаны также гвозди со спиральной нарезкой под большим углом. При забивке они входят в материал с легким поворотом, стягивая вместе два тонких соединяемых элемента (например, гипсовые плиты и штампованный стальной каркас).
Гвозди "Сенко" были созданы в США для соединения деревянных конструкций. Тело гвоздя имеет спиральную накатку, и стыки обладают большей несущей способностью, чем у обычных гвоздей (см. рис. 67).
Специальные крепежные детали, основанные на принципе гвоздя, включают скобы, шпильки, перфорированные с шипами пластины и т.п.
Шипованные пластины, или комплектные гвозди, применяются в Северной Америке для соединения деревянных элементов. Они выполняются из оцинкованной листовой стали с выштампованными и повернутыми перпендикулярно плоскости пластины зубцами, образующими комплект гвоздей в виде щетки. Пластины комплектных гвоздей одинакового размера запрессовываются с обеих сторон стыка. Этот метод позволяет достичь существенной экономии времени и материала в сравнении с устройством традиционных стыков деревянных конструкций (см. рис. 71).
Соединение материалов и элементов в строительстве

Шпильки применяются, как правило, для крепления минеральной ваты или стекловолокна к картону или пластиковой пленке.
Самонарезающие болты представляют собой комбинацию гвоздя и шурупа. Если такой болт просто забить, он будет работать как гвоздь, если ввернуть - как шуруп. Их большим достоинством является отсутствие необходимости в предварительном сверлении, пробивке отверстий или нарезке резьбы. Самонарезающие болты первоначально применялись главным образом для соединения тонких стальных пластин или профилей, в настоящее время ими соединяют и более толстые стальные листы. В зависимости от материала и толщины соединяемых элементов применяют самонарезающие болты различного типа.
Тонкие пластины крепят к жестким несущим конструкциям путем пристреливания. В первых строительных пистолетах гвоздь получал мгновенное ускорение в стволе и входил в материал с большой скоростью и энергией. Однако, поскольку после выстрела движение гвоздя в стволе невозможно контролировать, легко могли происходить несчастные случаи: пройдя конструкцию, гвоздь мог ранить кого-нибудь по другую ее сторону или, попав в твердое включение, например в арматуру в железобетонной конструкции, мог изменить направление движения, а если это произошло близко от угла элемента, мог отколоть часть его. Поэтому была разработана более совершенная технология пистолетного гвоздения, которая не только уменьшила возможность несчастных случаев, но и позволила более точно подбирать гвозди и заряды в соответствии с требованиями. Новый метод часто называют загонкой гвоздей в отличие от старого процесса стрельбы, что соответствует принципу действия. Гвоздь не может быть загнан глубже, чем позволит шайба.
Наилучший из известных пистолетов для загонки гвоздей производит компания "Хилти" (см. рис. 74—75). В начале процесса передняя часть пистолета и конец помещенного в него гвоздя приставляют к поверхности конструкции, в результате чего исключается удар гвоздя о поверхность. Гвоздь изготовлен из стали с гальваническим покрытием. Он имеет слегка коническую ножку и баллистический конец для предотвращения разрушения материала при его проникновении. На другом конце гвоздя находится направляющая шайба. Энергия порохового заряда действует на толкатель и через него на шайбу и гвоздь. Когда гвоздь войдет в материал, шайба и толкатель в стволе будут продолжать первоначальное движение. Достигнув поверхности материала, толкатель вместе с шайбой замедляет движение и шайба зафиксируется на поверхности. Сила сжатия, загоняющая гвоздь, прекратит свое действие в тот момент, когда толкатель достигнет поверхности материала, и таким образом гвоздь не сможет продолжать продвижение.
До выстрела гвоздь удерживается в пистолете магнитом во избежание его выпадения. Гвозди обычно снабжены насечками, и поскольку под воздействием загонки гвоздя материал пластины приобретает текучесть, он заполняет бороздки, закрепляя соединение и препятствуя вращению или расшатыванию гвоздя. После загонки гвоздя его головка должна быть немедленно защищена от коррозии, например, аэрозольным лаком.
Пистолеты "Хилти" могут быть снабжены четырьмя различными зарядами: слабым (зеленый), средним (желтый), мощным (красный), особо мощным (черный).
Гвоздение стальных пластин обычно требует применения мощных или особо мощных зарядов. Для различных условий применения созданы специальные типы строительных пистолетов "Хилти".
Среди других моделей строительных пистолетов могут быть названы:
"Блеск" (Чехословакия, "Зброёвка")
713 (ГДР, завод "Эрнст Тельман");
"Рапид" (ФРГ, "Хольц ГмбХ");
"Бауэр" (ФРГ, "С. Бауэр");
"Дойтцер" (ФРГ, "Дойтцер") ;
"Фикс-Раммер" (Бельгия, "Кобема-бель CA");
"Спит" (Италия, СПИТ);
"АФМ" (Австрия, "А.Ф. Майер");
"Игман" (Югославия, "Игман");
"ПМ 6.3" (Болгария, завод строительных и дорожных машин);
"Ремингтон" (США, "Ремингтон");
Анкерные соединения. Анкерующиеся крепежные элементы (дюбель, клин, стеновая пробка и др.) обычно состоят из двух элементов — гильзы (или элемента, выполняющего ее функцию) и болта. При ввертывании шуруп или болт будут расширять гильзу, тем самым заанкериваясь в канале или отверстии. Такой способ, в частности, очень подходит для крепления опорных ребер или полок легких конструкций к несущим конструкциям любой большой толщины (например, бетонным, кирпичным). Одновременно такое крепление пригодно и для соединения элементов тонких легких конструкций. Таким образом, оно может быть применимо для тех же целей, что и соединение путем пристреливания гвоздями (рис. 77—98).
Соединение материалов и элементов в строительстве

Наиболее распространены расширяющиеся анкеры. Обычно они имеют расщепленную гильзу, и болт (или шуруп) при ввертывании расширяет гильзу или ее лепестки.
Другой тип анкерного крепления отличается применением сжимаемого материала или материала, подверженного химическим изменениям.
Существует также несколько крепежных анкерных устройств специальных типов. К наиболее известным системам анкерных крепежных элементов относятся:
"Фишер" (ФРГ, "А. Фишер");
"Упат" (ФРГ, "Упат ГмбХ");
"Токс" (ФРГ, "Токе Дюбель");
"Тэп-ит" (США, "ЮСЭкпаншн Болт")
"Ти Фикс" (ФРГ, "К. Кункель");
"Эм+Эн" (ФРГ, "Мол Нэф");
"Шевиль Самби" (Франция);
"Роулплаг" (Великобритания, "Роул-плаг Лтд.");
"Спит-Рок" (Великобритания, "СПИТ Лтд.");
"Рэд Нэд" (США, "Филипс Дрил").
Соединение материалов и элементов в строительстве
Соединение материалов и элементов в строительстве
Соединение материалов и элементов в строительстве
Соединение материалов и элементов в строительстве

Указанные компании производят анкерный крепеж в нескольких различных модификациях, разных размеров, из множества различных материалов.
Чтобы проиллюстрировать широту ассортимента, опишем некоторые типы крепежных элементов, производимых одним лишь изготовителем — компанией "Упат".
В простейшем случае гильзой служит полый пластиковый цилиндр с зубчатой поверхностью, разделенный по длине. Гильза вставляется в предварительно высверленный канал, и в нее ввертывается шуруп. Шуруп будет нарезать резьбу в пластике, одновременно расширяя гильзу и уплотняя ее посадку в канале (см. рис. 77).
Гильзы с продольно- и поперечнозубчатой поверхностью и расщепленным надвое стволом представляют собой более совершенную модификацию. Они могут быть стальными, медными или нейлоновыми.
Крепежные элементы "Упат Норм" производятся 15 размеров с перфорированной и расщепленной металлической гильзой и предназначены для крепления шурупов диаметром 3—12 мм. Шуруп сначала забивают в гильзу, затем ввертывают в нее. Патентованное внутреннее смазывающее устройство контролирует ввертывание шурупа (см. рис. 78).
Элементы "Упат Ультра Найлон Страттер" (см. рис. 79) выпускаются семи размеров для крепления шурупов диаметром 2,6—14 мм. Нейлоновая гильза имеет длину 25—80 мм. Выступы на наружной поверхности предотвращают вращение гильзы или ее вытаскивание из материала конструкции. Внутренние выступы направляют винт, который при ввертывании в гильзу расширяет ее и закрепляется в высверленном канале.
Крепежные элементы "Упат Контра Плас" и "Упат Пресс" изготовляются семи и трех размеров соответственно для крепления винтов диаметром 2,6—14 мм; гильза расщеплена на два лепестка (см. рис. 80).
Элементы "Упат Коппер" предназначены для заанкеривания винтов диаметром 4—16 мм. Они выпускаются 11 различных размеров.
Отличительная особенность анкеров "Упат Трикс", выпускаемых в 8 различных модификациях, — наличие металлической расщепленной гильзы и защитной пластиковой втулки (см. рис. 81).
Анкерные устройства "Упат Роул" (см. рис. 82) производятся с 27 различными клиновидными расщепленными гильзами и гайками. Ввертывание болта в гайку приводит к расклиниванию гильзы, обеспечивая надежную анкеровку. Альтернативными решениями являются "Упат Дуплекс" и различные анкеры с болтовыми сердечниками (см. рис. 83).
Выдергивающие усилия приводятся в каталогах производящих компаний. По каталогу компании "Фишер" усилия выдергивания нейлоновых гильз из бетона равны:
Соединение материалов и элементов в строительстве

Указанные значения являются максимальными. Чтобы определить допустимую безопасную нагрузку, отвечающую принятым в данной стране требованиям, необходимы дополнительные испытания.
Один из типов анкерных устройств, изготовляемых компанией "Такер", производящей заклепки "Поп", представляет собой заклепку с зубчатым полым телом. Ввертываемый в тело заклепки костыль раздвигает стенки заклепки, и они зажимаются в отверстии, предотвращая ее перемещение. Эти заклепки имеют диаметр 3,2, 4,0 и 4,8 мм и соответственно различную длину. Самая короткая может быть извлечена из кирпича или древесины с усилием выше 600-1000 Н, самая длинная, находясь в кирпиче, бетоне или металле, выдерживает усилие до 2-3 кН.
Легкие конструкции могут быть прикреплены болтами к бетонному или деревянному каркасу посредством резьбовых втулок, помещенных в материал.
Среди анкерных устройств, изготовляемых из специальных материалов, "Токс-Рекорд-Фау" с металлической гильзой, армированной волокном, и "Токе Кули" с волокнистым цилиндром и болтом.
Способ устройства анкеров "Упат Фикс" заключается в нагнетании в предварительно высверленное отверстие пастообразного материала и закреплении им ввернутого болта.
Система "Упат Глю Плаг" (см. рис. 89) представляет собой стеклянную капсулу с кварцевым песком и одним из компонентов клея, внутри которой находится другая (меньшая) капсула со вторым компонентом. Капсула помещается в высверленный канал, анкерный болт разрушает стеклянные капсулы и смешивает и уплотняет компоненты. Затвердевающий пластик вклеивает тело болта в канал. В материалах с открытыми порами, подобных ячеистому бетону, паста будет проникать в основной материал, и в этом случае стеклянная капсула помещается в перфорированную металлическую гильзу.
Анкеры "Упат Флеке" изготовляются пяти размеров для крепления болтов диаметром 4—8 мм. Гильза выполнена из синтетического каучука. При ввертывании болта во встроенную в гильзу гайку последняя притягивается, деформируя гильзу и создавая упор с противоположной стороны конструкции.
Анкерная система "Упат Блайнд Плаг" выпускается с двумя различными наконечниками; предназначена она для крепления листов или других элементов к сплошным плитам. Один из таких наконечников работает как зонтик, оставаясь сложенным, пока анкер вводится через канал в сплошной плите, и автоматически раскрываясь по достижении противоположной поверхности; таким образом обеспечивается закрепление болта или подвешивание конструкции.
Кнопочные фиксаторы, выпускаемые компанией "Упат", состоят из нейлоновых двухэлементных устройств для невидимых соединений (рис. 99).
Сварные соединения. Легкие металлические конструкции могут быть соединены посредством сварки. Тонкие металлические листы поддающегося сварке материала нуждаются в специальной подготовке перед точечной или роликовой сваркой, в противном случае они могут быть сожжены или повреждены.
Стальные элементы можно соединять сваркой сопротивлением или электродуговой сваркой.
Соединение материалов и элементов в строительстве

В отличие от сварки сопротивлением для дуговой сварки необходим сваривающий материал. Сварку сопротивлением лучше производить в заводских условиях; в условиях строительной площадки она может производиться при наличии специального оборудования и подходящего электропитания. Для применения на строительной площадке более пригодна дуговая сварка; в этом случае предпочтительна шовная сварка. Точечная же сварка возможна при наличии вольфрамовых электродов, оборудования для сварки в защитной среде аргона и специального контроля.
Сварка сопротивлением происходит при пропускании тока через электроды, обладающие высокой прочностью, и свариваемый материал, находящийся между ними. Электроды сближаются, и поскольку возникает главным образом электрическое сопротивление в свариваемом материале, последний нагревается и при достижении необходимой температуры сваривается.
Сварка сопротивлением может быть применена для производства составных профилей и решетчатых конструкций из гростых элементов. Она обеспечивает высокую производительность как при точен ной, так и при шовной сварке. Непрерывность и высокая производительность может быть достигнута при включении оборудования для роликовой сварки в прокатную или гибочную технологическую линию.
Качество точечной сварки зависит главным образом от времени сварки, а также от материала, толщины пластины, качества ее поверхности, диаметра и формы электрода, давления на поверхность электрода. Точечная сварка успешно применяется для сваривания стальных листов, не требующих специальных мер по предотвращению закалки, образования трещин или деформаций поверхности.
Методом сварки сопротивлением можно получить сварные швы, удовлетворительно работающие на передачу нагрузки, только на оборудовании с электронным управлением; некоторые сплавы вообще не могут быть сварены без такого оборудования. Предварительный нагрев, контролируемое охлаждение, регулировка обжатия, контроль соответствующей энергоподачи делают возможной удовлетворительную сварку даже плохо очищенных стальных листов. Качество точечной сварки в значительной степени зависит от характеристик сварочного оборудования, равно как и от качества и подготовки свариваемых материалов.
Оборудование для точечной сварки состоит из шкафа управления и держателя, включающего в себя трансформатор, электроды и устройство для их сближения. Если сварка производится в различных точках определенного пространства, держатель подвешивают.
Время сварки, сила тока и давление должны быть соответствующими. При точечной сварке толстых (более 3 мм) пластин из легированных сталей лучшим способом является образование точечно го шва за несколько различных по режиму проходов во время одной предварительно запрограммированной операции. Сопротивление стальных пластин за висит от качества их поверхности; по крытые ржавчиной листы обладают более высоким сопротивлением, чем чистые. Сила тока и время сварки должны быть приведены в соответствие с сопротивлением свариваемых материалов. Пластины перед сваркой должны быть очищены (даже отшлифованы) и протравлены.
Холоднокатаную сталь, так же как и оцинкованные пластины, обычно можно сваривать без специальной обработки. Условием, обеспечивающим достижение хорошей точечной сварки, является одинаковая толщина цинкового покрытия.
Если требуется антикоррозионное покрытие, то оно должно быть нанесено до производства точечной сварки. В противном случае защитное покрытие не сможет достичь точечного сварного шва между пластинами и через некоторое время вокруг него на внутренней поверхности пластин возникнет коррозия. Для защитного покрытия пластин, подвергаемых точечной сварке, пригодны специальные лаки ("Воргалон", "Пунктал") или пасты ("Циринопласт-Пунктал").
Сварку даже тонкостенных стальных конструкций следует производить в защитной атмосфере (СО2). Оцинкованные листы также могут свариваться в атмосфере СО2, при этом вредные для здоровья пары цинка необходимо удалять.
Сварка алюминиевых конструкций требует создания атмосферы из аргона, который значительно дороже углекислого газа, используемого при сварке стали. Точечная сварка алюминия также возможна, но она требует соответствующего оборудования, причем максимальная допустимая толщина свариваемых листов ниже (2+2 мм), чем в случае точечной сварки стали (5+5 мм).
Алюминий может свариваться только при условии удаления с его поверхности пленки окисла и предотвращения ее образования вновь в результате контакта с атмосферой. При дуговой сварке в атмосфере аргона взаимодействие аргона и электродуги удаляет окислы, а наличие атмосферы инертного газа аргона предотвращает возможность немедленного окисления.
В условиях сварки сопротивлением и холодной сварки окислы из зоны сварки удаляются за счет высокого давления.
В связи с высокими значениями теплопроводности и температурного коэффициента линейного расширения алюминий необходимо сваривать при очень концентрированном тепловом воздействии, в противном случае материал будет прогреваться, коробиться и даже растрескиваться в обширной зоне вокруг места сварки. В результате воздействия температуры при сварке прочность алюминиевых сплавов будет снижаться, поэтому желательно сокращение периода нагревания и таким образом уменьшение площади, на которой будет происходить понижение прочности, и степени ослабления материала. На практике только мягкие сплавы (AlMg) и самозакаливающиеся материалы (например, AlMgZn) могут быть сварены без снижения прочности; последние восстанавливают потерянную прочность со временем. Повышенная прочность, достигнутая путем холодного формования, при сварке всегда утрачивается. Ограничение зоны, подверженной нагреванию, особенно важно, поскольку в ней происходит также снижение коррозионной стойкости.
Для производства сварки алюминия в защитной газовой атмосфере наибольшее применение нашли следующие два метода: с использованием вольфрамовых электродов и с использованием расходуемых электродов.
В первом случае дуга образуется между вольфрамовым электродом (он не расходуется) и основным материалом; для образования шва добавляется материал. Эта технология применяется главным образом при сварке тонкого материала короткими или сложными швами, а также если требуется получить исключительно плотный шов.
Другой метод состоит в том, что дуга образуется между плавящимся электродом и основным материалом. Этот способ сварки пригоден также для толстых алюминиевых конструкций.
Строительные элементы изготовляются контактной или стыковой сваркой сопротивлением. Первая применима только для тонких (максимум 4—5 мм) листов и требует специального оборудования и электронного управления режимом. Стыковая сварка сопротивлением применима для соединения алюминиевых профилей при производстве окон.
Пластмассы свариваются различными способами при относительно низких температурах (130—300 °C), что является одним из их достоинств.
Ряд пластиков (ПВХ, полиэтилен и др.) сваривается путем обдувки горячим воздухом места соединения с применением присадочного материала или без него. Пластмассовые профили (из ПВХ, поли-метилметакрилата и др.) можно подвергать контактно-тепловой сварке прессованием с применением нагретого инструмента. Такой технологией пользуются при изготовлении пластмассовых окон и дверных коробок.
В массовом производстве пластмассовых элементов обычно применяют специальные методы сварки, например высокочастотную сварку. Многослойные
плиты (например, пластиковый внутренний слой + металлическая облицовка) также можно сваривать, например внутренний слой из полиэтилена в листах "Алюкобонд". Применяя специальную технологию, сваривают наружные листы алюминия. К листам могут быть приварены алюминиевые крепежные детали.
Для сборки стальных или алюминиевых элементов (например, устройства соединений на защелках) разработаны специальные методы приварки к ним крепежных деталей ("Нельсон", "Цик-Арк", "Грэм", "Филипс" и др.).
Клеи. Tехнология клеев основана на сложных физико-химических процессах и быстро совершенствуется в связи с их возрастающим применением.
Самыми дешевыми являются клеи на основе синтетического каучука.
Клеи на основе фенольных смол относятся к термореактивным и могут применяться в смеси с другими материалами (виниловыми ускоряющими катализаторами и т.п.). Повышенная прочность соединения элементов достигается при отверждении в печи или под давлением. Однако эти клеи можно применять и в холодном виде. Они обладают очень высокой термо- и водостойкостью. Поскольку фенолоформальдегидные смолы отпугивают насекомых, то клеи на их основе пригодны и в качестве связующего для изделий из древесины.
Полиуретановые клеи, как правило, бывают двухкомпонентными. Они могут применяться даже при минусовых температурах, но лучшее твердение происходит при нагревании (120 °С). Хотя полиуретановые клеи пригодны в основном для склеивания металлов, ими можно склеивать также и стекло. Один из компонентов клея — изоцианат — токсичен, однако отвердевший полиуретан нетоксичен.
Очень хорошие клеи изготовляются на основе эпоксидных смол. Они твердеют при обычной температуре или при нагревании. Термореактивные типы эпоксидных клеев обладают повышенной прочностью, а их хрупкость можно уменьшить путем введения наполнителей (кварцевой муки, талька, каолина, графита, асбеста, стекловолокна, металлического порошка). Эти клеи водостойки и склеивают почти все конструкционные материалы. Недостаток — относительно высокая стоимость.
Полиэфирными смолами можно склеивать прозрачные материалы.
Два материала соединяются пленкой третьего материала, размещаемой между ними. Высокая несущая способность такого типа стыка определяется адгезионной и когезионной составляющими прочности соединения.
Адгезия не может служить причиной коррозии склеиваемых материалов или снижения их несущей способности. Склеиваемые поверхности должны быть хорошо пригнанными и шероховатыми, так как при этом адгезия увеличивается. На качество соединения отрицательно влияет усадка склеивающего слоя или относительные перемещения склеивающего и склеиваемых слоев в результате температурно-влажностных воздействий.
Склеивающая пленка должна быть тонкой, а склеиваемые материалы достаточно жесткими и способными воспрепятствовать перемещению клея.
К достоинствам склеивания относятся:
- непрерывность и равномерность связи;
- относительно равномерное распределение напряжений по стыку;
- низкая масса соединения;
- возможность соединения различных материалов (например, металла с пластиком);
- экономия материала (по сравнению с другими методами, например клепкой);
- отсутствие изменений в структуре материала (как, например, при сварке);
- замедление коррозии.
Склеивание, будучи тонким технологическим процессом, как правило, производится в заводских условиях. Пластмассы обладают различной способностью к склеиванию. ПВХ, полистирол и полиметилметакрилат легко поддаются надежному склеиванию, в то время как полиэтилен склеивается плохо. При склеивании двух элементов, армированных стекловолокном, может быть получено соединение, воспринимающее сдвиговое усилие до 10 МПа. Древесина с древесиной или с металлом прочно склеивается клеями на основе фенольных смол.
Стекло, керамические материалы и бетон лучше всего склеиваются эпоксидными клеями.
Металлические поверхности перед склеиванием должны быть подготовлены: им должна быть придана шероховатость, они должны быть очищены, обезжирены и высушены. Склеиваемый стык можно подвергнуть обжатию и температурной обработке (нагреву).
Склеенные металлические листы могут быть покрыты лаком или краской, а склеенные алюминиевые элементы — анодированы.
Склеивание применяется как самостоятельный способ соединения или в сочетании с другими способами. Комбинированное соединение на болтах и клею обладает очевидными преимуществами в стальных конструкциях, когда оно постоянно подвержено силовым воздействиям или находится в агрессивной среде, вызывающей коррозию. Клеевые соединения конструкций из стеклопластика могут быть дополнены заклепками или болтами.
Для соединения конструктивных элементов из высокопрочных алюминиевых сплавов с успехом можно применять склеивание в сочетании с другими способами соединения, например сваркой сопротивлением. При точечной сварке давление электрода должно быть достаточным для удаления клея между свариваемыми поверхностями в месте сварки. Как правило, сначала наносится жидкий клей, который затвердевает после окончания процесса сварки.
В настоящее время при изготовлении алюминиевых окон профили склеиваются и дополнительно соединяются сваркой, болтами и т.п. Некоторые изготовители, однако, все еще не верят в атмосферо-стойкость клеевого соединения и продолжают применять для соединения профилей только сварку или механические способы.
Уплотняющие и герметизирующие материалы. Материалы, применяемые для уплотнения стыков между легкими элементами, могут быть разделены на три группы:
изоляционные мастики; пористые материалы; профильные уплотняющие прокладки из плотного материала.
Уплотняющие материалы для стыков должны обладать атмосферостойкостью и сохранять пластичность.
Мастики для этих целей могут быть:
- пластичными;
- первоначально пластичными, затем становящимися эластичными;
- формованными.
Пластичные мастики состоят из связующего материала и наполнителя. Связующим служит синтетическая смола или синтетический каучук, наполнителем для повышения прочности при растяжении может быть асбестовое волокно. Эти мастики обычно наносят пистолетом, а на их открытой поверхности образуется тонкая защитная пленка, которая предотвращает дальнейшее окисление.
Заполнение стыка пластичной мастикой не должно быть слишком глубоким или широким; наиболее приемлемо сечение площадью до 100 мм2. Кроме пластичных свойств эти мастики могут обладать некоторой эластичностью и способностью следовать небольшим размерным деформациям стыков (1—2 мм).
Пластичными мастиками, приобретающими эластичные свойства в результате контакта с атмосферой и превращающимися в резиноподобный материал, являются полисульфидная (тиоколовая) и силиконовая.
Тиоколы обычно получают путем смешивания двух компонентов — тиоколовой основы и вулканизирующей добавки. После смешивания происходит вулканизация и образуется продукт с требуемыми характеристиками: прочностью при растяжении до 1 МПа и деформативность при растяжении до 200 %. Долговечность тиоколовых мастик не менее 20 лет.
Жизнеспособность мастики после смешивания компонентов зависит от температуры воздуха. Так, если при +25 °C она составляет 3 ч, то при +20 °C удлиняется до 6 ч и сокращается до 1—1,5 ч при +30 °С.
Тиоколовыми мастиками соединяют бетоны, металлы, пластмассы и древесину. Свежесмешанная мастика имеет удовлетворительную адгезию к уже вулканизированной старой мастике при обеспечении чистоты ее поверхности. В настоящее время производятся также однокомпонентные мастики такого типа.
Мастики на силиконовой основе имеют аналогичные характеристики, но состоят только из одного компонента. После полимеризации их прочность при растяжении может достигать 2 МПа.
Формованные мастики поставляются в виде жгутов круглого, прямоугольного или трапецеидального поперечного сечения диаметром 4-30 мм, покрытых защитной бумажной оберткой. Как исключение они могут быть экструдированы из пистолета, но они всегда тверже, чем ранее описанные мастики. Они обладают низкой эластичностью (около 10 %), но отличаются хорошей атмосферостой костью.
Формованные мастики следует вводить в стык с небольшим давлением, чтобы полностью заполнить неровности стыка. При небольшом поперечном сечении (обжатые до толщины 3-4 мм) ими можно заполнять зазоры, не требующие обеспечения размерных деформаций или смещения элементов (например, при остеклении). Если же деформации в стыке также должны быть учтены (например, при крупноразмерных элементах), то применяют мастики с большей толщиной поперечного сечения (10—20 мм).
Пористые материалы имеют низкую плотность, начальную или постоянную эластичность, открытые или закрытые поры и хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства.
Сообщающиеся между собой крупные по размеру и видимые невооруженным глазом поры характерны для материалов с открытыми порами. Различные губчатые пенопласты могут быть легко сжаты, но способны быстро восстанавливать свою первоначальную форму. Отдельные изделия для уменьшения водопоглощения изготовляются с закрытой поверхностью, но в этом случае поверхностный слой, конечно, не должен быть нарушен.
Материалы с закрытыми порами могут быть микропористыми и крупнопористыми (с видимыми порами). Они труднее сжимаются, чем материалы с открытыми порами, и свою первоначальную форму восстанавливают немедленно после снятия сжимающего усилия. В тепле (например, в летнее время) воздух или газ в закрытых порах расширяется, увеличивая в объеме материал в целом.
Известны два основных типа пористых материалов — синтетические каучуки и мягкий пенополиуретан.
Синтетические каучуки включают неопреновые, бутиловые и нитрильные разновидности, имеют плотность 0,2-0,7 кг/ /м3, обладают высокой сжимаемостью, постоянной эластичностью и хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Некоторые из них способны самозатухать при горении. С помощью соответствующих клеев они могут быть надежно прикреплены к дереву, бетону и металлам. Эти материалы поставляются в виде ленты, листов и различных профилей.
Соединение материалов и элементов в строительстве

К продуктам из мягкого пенополиуретана относятся венгерский "Битуран" и "Комприбанд", оба с порами открытого типа. После обжатия при удалении нагрузки они медленно восстанавливают первоначальную форму. Материалы обладают очень хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Поставляются в виде ленты с поперечным сечением от 5x10 до 40x80 мм, иногда самоклеящейся.
Материалы с закрытыми порами могут быть обжаты только до определенной степени, в противном случае наполняющий их поры воздух выйдет через стенки. Пенополиуретан с порами открытого типа, наоборот, лучше работает в стыках, когда он обжат до 1/4 своего первоначального объема.
Соединение материалов и элементов в строительстве

Полоски, ленты, жгуты, трубчатые и другие профильные уплотняющие прокладки из плотного материала чаще всего выполняются из пластиков (ПВХ, синтетического каучука и др.) или алюминия. Из числа этих материалов ПВХ обладает низкой стоимостью и пригоден для изготовления сложных профилей путем экструзии, в то же время он не так эластичен, как продукты вулканизации синтетических каучуков или резина. Многие эластичные изделия изготовляются из материалов на основе натурального каучука, им также может быть придан профиль сложного сечения. В частности, они пригодны для заполнения стыков, подверженных сильному обжатию и размерным изменениям.
Синтетические каучуки подобны натуральным, но обладают несколько худшими механическими свойствами.
Водонепроницаемость сопряжения между металлической оконной рамой и одинарным или двойным ее остеклением может быть обеспечена, например как в так называемой системе "Инлок", за счет применения выполненного из синтетического каучука обрамления стекла, дополненного уплотняющей прокладкой также из синтетического каучука (обычно полихлоропренового). Существуют два способа устройства такого уплотнения.
В первом сначала резиновое обрамление стекла помещается в оконную раму, затем вставляется стекло и укладывается уплотняющая прокладка. В другом случае резиновое обрамление натягивается на стекло, после чего его помещают в раму и обжимают прокладкой. Степень обжатия резинового уплотнения регулируется специальными винтами.
После закрепления стекла соединенные на винтах профили закрываются защелкиваемыми профилями. Головки винтов также могут быть закрыты защелкиваемыми пластмассовыми крышками для предотвращения попадания воды (рис. 100).
Строительные элементы в виде тонких плит, панелей или листов фиксируются с помощью разнообразных заклинивающих или пружинящих зажимов и подобных приспособлений.
Уплотняющие профильные прокладки (ленты, жгуты, полые профили и т.п.) могут закрепляться:
- между двумя соединяемыми элементами;
- дополнительным фиксирующим профилем;
- прижатием к одному из элементов;
- встроенными взаимозамыкающимися профилями;
- запрессовкой в пазы.
Водо- и воздухонепроницаемость может быть обеспечена предусмотренным в проекте обжатием профильных уплотнителей соответствующего поперечного сечения. Весьма эффективными для обеспечения водонепроницаемости являются зубчатые или трубчатые профили и изогнутые гребни, применяемые для создания уплотнения типа "выступ—впадина" (шпунтового).
Могут быть запроектированы профили с различной сжимаемостью. Таким образом, можно получить соединение, с одной
стороны, достаточно плотное и непроницаемое, с другой - обладающее определенной свободой перемещения соединенных элементов.
Следует предусмотреть возможность замены в случае необходимости уплотняющих прокладок или материала.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent