Сварка арматуры: выбираем оптимальный способ

Плюсы и минусы соединения арматуры сваркой

Из арматуры выполняют каркасы, предназначенные для дополнительного упрочнения бетонной заливки. Соединение арматуры необходимо для изготовления сетки или сложных металлических конструкций. Изначально она производится в виде длинных прутьев, служащих материалом для конструирования сооружений различной конфигурации.

Существующие на сегодня способы соединения отличаются друг от друга по затратности, прочности и ряду других показателей. Основная проблема состоит в том, что суммарная масса изделий очень велика, а площади, на которой соприкасаются пруты, порой недостаточно для требуемой надежности. Чаще всего при армировании сооружений из бетона пользуются сваркой или вязкой арматуры.

Плюсы сварки арматуры:

• надежность соединения;
• дополнительная ударная прочность всего сооружения;
• высокая сопротивляемость деформации;
• устойчивость соединений к воздействию перепадов температуры;
• пластичность сварных каркасов.

Минусы сварки:

• относительная дороговизна и повышенные требования к квалификации мастеров;
• необходимость использования специального оборудования, в том числе и стационарного;
• энергозатратность;
• сложный и затратный демонтаж в случае необходимости;
• высокие требования к подготовке соединяемых элементов.

Процесс сварки отличается от прочих технологий тем, что металл соединяемых деталей требуется для начала расплавить или нагреть, чтобы повысить его пластичность. Каждая марка арматуры требует грамотного подбора режима сварки. Ошибки при выборе метода сварки и настроек чреваты не только снижением эксплуатационных характеристик готовых изделий и сооружений, но и опасностью разрушения сварочных швов.

В отличие от других случаев, где соединяемые детали могут иметь большую площадь соприкосновения, в данных обстоятельствах для достижения необходимой прочности приходится прибегать к использованию достаточно сложной техники. Сварка арматуры внахлест позволяет частично решить проблему малой площади, но полученные стыки, все равно трудно сравнивать по прочностным характеристикам с другими изделиями. Исходя из сказанного, достаточно часто предпочтение приходится отдавать вязке.

Плюсы вязки:

• простота и дешевизна;
• не требует высокой квалификации и опыта;
• относительная безопасность;
• отсутствие дополнительного утяжеления конструкции;
• может производиться без предварительной подготовки поверхностей;
• легкий и быстрый демонтаж в случае необходимости внесения изменений в конфигурацию каркаса;
• отсутствие энергозат;
• нет необходимости в подключении к электросети.

Минусы способа:

• относительно низкая прочность и надежность соединений;
• отсутствие жесткости крепления, сохраняющаяся подвижность элементов конструкции;
• используемый материал часто неустойчив к воздействию температурных колебаний.

Виды металлической арматуры

ГОСТ 5781 от 1982 года выделяет классы стержней от А-I (А240) до А-VI (А1000). Перечислим наиболее часто применяемые:

• А-I (А240). На изготовление таких гладких стержней идет горячекатаная спокойная, полуспокойная или кипящая сталь марки Ст3.
• А-II (А-300). Стержни этого и всех следующих классов снабжены периодическим профилем в виде выступов для более прочного сцепления с бетоном. На изготовление стержней толщиной до 40 мм идет спокойная или полуспокойная сталь Ст5, а при большем диаметре – 18Г2С.
• А-III (А400). Эти стержни выполнены из стали типа 35ГС и 25Г2С. Второй вариант – более высокого качества, его маркируют несмываемой белой краской на концах. Данная арматура, в отличие от 35ГС, допускает стыковку при помощи электрической сварки. Дело в том, что первая сталь термоупрочненная, а сварка снимает это упрочнение, что приводит к неоднородности и меньшей надежности конструкции. Такой класс стержней можно применять для армирования ответственных конструкций с учетом указанных выше особенностей.

В ГОСТ Р 52544 от 2006 года указаны еще три класса стержней с термомеханическим упрочнением:

• А500С. Стержни из горячекатаной стали, применяемые в последние годы взамен А-III. Отсутствие в сплаве легирующих добавок делает их более дешевыми и позволяет использовать для соединения сварку ММА.
• В500С. Стержни из холоднокатаной стали.
• Ат800. Стержни из горячекатаной стали повышенной прочности.

Для повышения надежности сооружений и изделий из железобетона применяют армирование двух видов:

1. Продольное или основное, рассчитанное на удержание расчетной нагрузки.
2. Поперечное, соединяющее между собой пояса основной арматуры в трехмерную конструкцию. Эти стержни связывают сжатый бетон с растянутыми прутьями и принимают на себя напряжение, возникающее при температурном расширении.

5 основных способов сварки арматуры

Сварка ММА

Это наиболее распространенная и простая из всех типов сварки, используемых для соединения арматуры. Ручная дуговая сварка электродами с защитной обмазкой пригодна для создания стыков и формирования горизонтальных, вертикальных и потолочных сварных швов. Имеет минимальную себестоимость и широко применяется в строительстве, промышленности и в быту.

Однако стыковая сварка арматуры с помощью этого метода допустима, только если речь не идет об ответственных конструкциях и изделиях, эксплуатация которых связана с высокими нагрузками. Важно учитывать, что качество сварных соединений при использовании этого метода будет сильно зависеть от квалификации мастера. Сваркой ММА нежелательно соединять стержни диаметром более 2 см.

Ванная сварка

Этот способ соединения стержней с использованием электрода отличается от обычной ручной дуговой сварки тем, что торцы обоих прутков помещаются в полукруглую форму с зазором между ними от 10 до 20 мм и отступом от боков до краев чаши от 2 до 3 мм. Затекающий расплав обеспечивает надежное монолитное сваривание арматуры.

В качестве ванны используют либо одноразовую стальную форму, которая остается приваренной к арматуре, либо медную, используемую многократно. Таким способом можно сваривать пруты от 20 до 100 мм. Полученный стык устойчив к вибрационным и динамическим нагрузкам. Ванную сварку используют для строительства каркасно-монолитных зданий.

Электрошлаковая сварка

При этом способе стыковой сварки арматуры в ванночку засыпается флюс. После зажигания дуги на дне формы собирается небольшое количество расплава, после чего электрод полностью погружают во флюс, добиваясь расплавления его гранул, сопровождающегося формированием защитной газовой среды.

Таким способом пользуются как при горизонтальном, так и при вертикальном соединении тяжелых крупногабаритных элементов конструкции.

Как уже было сказано, флюс, заполняющий ванночку, выделяет защитный газ и способствует формированию надежного и качественного соединения. Для сваривания стержней с помощью электрошлакового метода, пользуются оборудованием, схожим с тем, что применяется для ванной сварки.

Точечная сварка

В основе метода контактной сварки арматуры лежит преобразование кинетической энергии тока в тепло, благодаря которому происходит расплавление металла стержней и их соединение без использования присадочного материала. Для сжатия двух прутков используют электрический или пневматический привод. Далее через них с помощью медных электродов пропускается электрический разряд, который позволяет очень быстро (примерно за 1,2 секунды) сформировать прочный шов.

Таким способом пользуются для сваривания металлических прутьев толщиной от 1 до 10 мм. Точечная сварка дает возможность быстро возводить сетчатые конструкции в условиях строительства или формировать каркасы железобетонных изделий на производстве.

Рабочая часть оборудования для точечной сварки арматуры представляет собой мощные медные клещи, губки которых подключены к отрицательному и положительному полюсам источника электрического тока. Как уже упоминалось, аппаратура для контактного соединения прутьев может быть как ручной (для работы в условиях строительной площадки), так и стационарной.

Машинная стыковая сварка

Этот способ отличается от предыдущего повышенной мощностью электрического, пневматического или гидравлического приводов, сжимающих свариваемые прутья. Высокое давление позволяет глубже проплавлять металл и соединять стержни диаметром от 4 до 20 мм.

Стационарные станки для машинной сварки арматуры – сложное и дорогое оборудование.

От того, какая технология сварки арматуры выбрана в каждом конкретном случае и на каком оборудовании она осуществляется, зависят эксплуатационные характеристики, долговечность и безопасность ЖБИ изделий и возводимых конструкций. При выборе сварочной аппаратуры следует отдавать предпочтение производителям, которые хорошо зарекомендовали себя на рынке.

Типы соединений арматуры сваркой

Способ сварки прутьев арматуры выбирается, исходя из назначения конструкции. Каркасы для изделий, эксплуатация которых не подразумевает серьезных скручивающих или изгибающих нагрузок, сваривают внахлест.

Сварка арматуры внахлест

Особенности технологии:

1. стержень электрода должен быть отклонен примерно на 15° от вертикали;
2. для проваривания нахлеста можно использовать сплошной боковой шов;
3. поверхность соединяемых прутьев требует предварительной очистки от грязи, масла и ржавых пятен;
4. нужно обваривать концы обоих прутьев;
5. также следует обварить середину нахлеста;
6. длина нахлеста должна составлять от 150 до 300 мм.

Сварка крестообразных соединений

Особенности технологии:

1. для соединения прутьев используют короткие прихватки на расстоянии от 8 мм друг от друга;
2. угол наклона электрода к плоскости, в которой лежит арматура, должен составлять от 30° до 40°;
3. важно, чтобы прутья арматуры были прижаты друг к другу без зазора, верхний стержень нужно прихватывать с двух сторон;
4. ручная дуговая сварка крестообразно расположенной арматуры при отрицательной температуре воздуха недопустима.

Диаметр и другие параметры арматуры при сварке

Основные параметры работы сварочного оборудования:

• диаметр электродов;
• величина и полярность тока;
• напряжение дуги;
• скорость ведения кончика электрода;
• количество проходов.

Если речь идет о контактной сварке, главный показатель – сила тока.

Сечение электродов подбирается, исходя из диаметра соединяемых прутьев. Важно понимать, что основным параметром режима сварки является сила тока. Если работа производится с использованием расходников толщиной более 4 мм, ток рекомендуется понижать в среднем на 10–15 %. Для таких работ предпочтительна обратная полярность, позволяющая снизить риск возникновения прожогов.

Скорость сварки должна быть такой, чтобы сварочная ванна позволяла формировать валик, выступающий над поверхностью соединяемых кромок. Оптимальным для сварного соединения арматуры считается режим, когда образуется шов, ширина которого в полтора – два раза превышает толщину электрода.

Оборудование и материалы для сварки

Для сварочного соединения арматуры используют стандартное оборудование для электродуговой сварки:

• трансформаторы;
• выпрямители;
• инверторы, в том числе бытовые.

Для сваривания арматуры не пользуются газовой сваркой.

При относительно небольшом объеме работы применяют ручную сварку. Этот метод имеет определенные недостатки:

• сварщик должен иметь высокую квалификацию;
• сварка отнимает много времени;
• такой способ повышает себестоимость конструкций.

Для серийного изготовления каркасов в условиях производства пользуются полуавтоматическим и автоматическим оборудованием, которое дает возможность:

• добиться высокого качества соединений и повысить производительность труда;
• снизить себестоимость изделий за счет менее строгих требований к квалификации операторов.

Выбор электродов для сварки арматуры

Электроды для сварочного соединения арматуры подбираются, исходя из способа изготовления и диаметра соединяемых прутьев. Маркировка изделий должна обязательно содержать букву «С» (свариваемая), например, А300С, А600С. Цифры здесь используются для обозначения предела текучести.

В зависимости от диаметра прутьев:

• при толщине прута 5 до 8 мм диаметр стержней электродов должен быть не более 3 мм;
• от 8 до 10 мм – толщина стержней от 3 до 4 мм;
• свыше 10 мм – толщина стержней от 5 мм и выше.

Возможно использование шести типов электродов, подбирая которые нужно ознакомиться с маркировкой:

• «У» – электроды для сваривания арматуры из низкоуглеродистой или низколегированной стали;
• «Т» – для сваривания арматуры из термостойкой легированной стали;
• «Н» – наплавочные;
• «Э» – универсальные электроды со стержнями из стали повышенной пластичности.

Для сваривания арматуры из стали А500С следует пользоваться электродами с маркировкой Э42А, Э46А, Э50А, Э55 или Э60 со стержнями, выполненными из сварочных проволок Св-08 и Св-08А с рутиловой обмазкой, которая используется как защитный флюс. Расходники с рутиловым покрытием ОЗС-12 обеспечивают формирование качественных стыковых соединений.

Арматура А400С, применяемая для конструкций, рассчитанных на малые нагрузки, сваривается нахлестным методом электродами МР, химический состав которых соответствует Э46 и позволяет варить без зачистки от ржавчины. Для ванной сварки встык используют стержни с основным покрытием УОНИ-13/45, ТМУ-21У, химический состав стержней которых соответствует Э42.

Меры предосторожности при сварке арматуры

В процессе сварки мастер обязательно должен пользоваться средствами индивидуальной защиты: спилковыми перчатками или крагами, сварочной маской, очками и т. п. Одежда сварщика должна состоять из плотной куртки и штанов, ткань которых устойчива к прогоранию при попадании на ее поверхность брызг расплавленного металла. Сварочное оборудование следует правильно заземлить. Особой осторожности требует проведение сварочных работ в условиях высокой влажности.

Высотные сварочные работы требуют соблюдения повышенных требований безопасности:

1. ограждение и настил лесов, подмостей, люлек, лестниц и т. д. должны быть выполнены из устойчивого к возгоранию материала;
2. для проведения сварочных работ на высоте более 1,5 м следует пользоваться закрепленными опорами с обязательным применением страховочного снаряжения;
3. сваривание каркасов многоярусных сооружений может осуществляться только при использовании щитов, настилов и ограждений из негорючего материала;
4. обязательно применение специальной оснастки для защиты от брызг расплава;
5. если скорость ветра превышает 6 баллов, при обледенении металла и температуре ниже -30 °С любые сварочные работы на высоте должны быть немедленно прекращены.

Проверка качества сварки

По окончании работы необходимо проконтролировать качество сварных соединений прутьев каркаса. Параметры сварки арматуры не регламентируются нормами ГОСТ. Исследование проводится в произвольной форме.

Следует учитывать, что оценку качества сварных соединений можно произвести корректно только на полностью остывшем каркасе, поэтому предпочтительно выждать сутки. Обычно опытные сварщики пользуются следующими практическими методами испытания прочности швов:

1. Отстукивание швов молотком. Важную роль играет точность и небольшая сила ударов. Инструмент должен быть чистым и сухим, так как влага и частицы грязи отрицательно сказываются на качестве испытания. Если под ударами металл шва растрескивается или наблюдается его лущение, соединение требует повторной проварки.
2. Готовую конструкцию сбрасывают с высоты в 1-2 м. Каркас с качественными сварными соединениями выдерживает такой удар без деформации и разрушения. Поверхность площадки для испытаний должна быть чистой, сухой и ровной. Испытание обычно повторяют, чтобы удостовериться в надлежащем качестве сварных швов.
3. Рентгенологическое исследование позволяет с высокой точностью обнаружить все возможные изъяны сварных соединений, таких как микроскопические трещины, раковины, свищи и прочие дефекты.