Сборка металлоконструкций: КМД, порядок сборки, кондукторы, допуски и контроль геометрии

Документы: КМ, КМД и технология

КМ выпускает проектировщик, КМД — деталировочные чертежи для изготовления каждой отправочной марки. СП 70.13330.2012 называет оба комплекта исполнительными рабочими чертежами для проекта производства работ (ППР). Принципиальные решения ППР согласуют с авторами КМ. Кто делает КМД и как это оформить в договоре, — в статье «Как заказать сварку металлоконструкций».

Сами чертежи не говорят, как собирать. По ГОСТ 23118-2019 технологию производства регламентирует технологическая документация, утверждённая на предприятии-изготовителе. Сварку ведут по типовым или специальным технологическим инструкциям или по проекту производства сварочных работ. Для монтажа СП 70.13330.2012 требует, чтобы ППР задавал последовательность установки элементов, меры по точности и пространственную неизменяемость конструкции во время укрупнительной сборки.

Для заказчика вывод простой: в заявке не нужно расписывать порядок сварки, но нужно убедиться, что цех его разрабатывает. Попросите показать технологическую карту на ответственный узел — это быстрый способ отличить производство от гаража.

ГОСТ 23118-2019 распространяется на стальные строительные конструкции зданий и сооружений; на резервуары, трубопроводы, подъёмно-транспортное оборудование, мосты и гидротехнические сооружения — нет. Для рамы станка или корпуса машины допуски и правила берут из чертежа и стандартов на изделие, но логика сборки та же.

Порядок сборки

Маршрут сварной конструкции в общем виде одинаков для балки, колонны и фермы.

1. Разметка и раскрой. ГОСТ 23118-2019 требует размечать металлическими рулетками 2-го класса точности и измерительными линейками либо на оборудовании с ЧПУ. При разметке учитывают припуски на механическую обработку и на усадку от сварки — их указывают в технологической документации.
2. Кромки. Размеры разделки, притупления и зазора задают стандарты на способ сварки — ГОСТ 5264, ГОСТ 14771, ГОСТ 8713 и другие. СП 70.13330.2012 для монтажной сварки требует зачищать кромки и прилегающую поверхность не менее чем на 20 мм при ручной и механизированной сварке и не менее 50 мм при автоматизированной. У сталей с пределом текучести выше 390 МПа после кислородной или воздушно-дуговой резки кромки дополнительно зачищают абразивом на глубину 1–2 мм.
3. Сборка. Детали выставляют в приспособлении по базам и фиксируют прижимами или стяжками. Приспособление должно держать форму узла, пока его не сварят.
4. Прихватки и проверка. Прихватки ставят по технологии; по качеству они должны быть не ниже основных швов — так требует СП 70.13330.2012 для монтажной сварки. Как и в каком порядке их ставить, — в статье «Прихватки и сборка под сварку». Дальше — проверка сборки: ГОСТ 23118-2019 включает «сборку под сварку» в операционный контроль.
5. Сварка. Порядок — по технологической карте. После сварки приваренные сборочные приспособления и выводные планки снимают без ударов, места приварки зачищают до основного металла.
6. Правка и обмер. Правка — способом без вмятин и забоин, затем обмер геометрии по допускам.
7. Контрольная сборка — для конструкций с монтажными болтовыми соединениями (см. ниже).

Кондукторы и стапели

Кондуктор — приспособление под конкретный узел: упоры задают положение деталей без разметки, прижимы держат их при прихватке и сварке. Стапель — жёсткое основание для сборки крупной конструкции целиком: фермы, рамы, балки. На стапеле размечают или закрепляют упоры по осям конструкции, и каждую следующую конструкцию собирают по тем же упорам.

Приспособления сами по себе источник ошибок: упор, сдвинутый на 3 мм, даёт 3 мм на каждой конструкции серии. Поэтому ГОСТ 23118-2019 включает в операционный контроль геометрию шаблонов, кондукторов и других элементов оснастки. В заказе серии разумно спросить, как цех проверяет кондуктор перед запуском и после переналадки.

Модульные сварочные столы с сеткой отверстий и готовые наборы упоров описаны в статье о прихватках и сборке. Общий принцип оснастки — базировать узел по тем же поверхностям, от которых проставлены размеры в КМД.

Сварочные деформации при сборке

Шов при остывании укорачивается и тянет за собой металл. У сварного двутавра поясные угловые швы загибают края полок к стенке — это грибовидность — и выгибают балку по длине. Подробно о видах деформаций и о том, как их уменьшить конструкцией и режимом, — в статье «Сварочные деформации». Здесь — что делают именно при сборке.

• Припуск на усадку. Деталь размечают длиннее на величину, которую «съест» сварка. Величину берут из технологической документации цеха — это опыт на конкретных узлах, а не справочная цифра.
• Зазор и катет. По ГОСТ 23118-2019 рабочее сечение углового шва задаётся проектным катетом с учётом допустимого зазора. Если зазор в расчётном угловом шве больше допустимого, катет увеличивают. Поэтому плохая сборка — это ещё и лишний наплавленный металл и большая деформация.
• Порядок сварки. СП 70.13330.2012 требует закладывать в технологические карты порядок сборки, прихваток и швов, симметричные швы и свободу температурных деформаций. Например, в узлах колонн швы ведут поочерёдно в диагонально противоположных секторах; шов короче 300 мм варят в одном направлении, длиннее — от середины к краям.
• Закрепление. Кондуктор держит форму, но жёсткое закрепление повышает остаточные напряжения. Какой вариант выбрать для узла, решает технолог.

Допуски, которые сварка чаще всего «съедает», — в таблице Б.1 ГОСТ 23118-2019. Перекос стенки относительно полки в двутаврах и таврах — не более 0,005B в стыках и местах примыкания и 0,01B в прочих местах, где B — ширина полки. Грибовидность полки ограничена теми же значениями.

Сборка на болтах и контрольная сборка

Отверстия под болты делают на заводе сверлением, продавливанием, перфорированием, лазерной или плазменной резкой. Перфорирование не допускается в расчётных соединениях и там, где его запрещает рабочая документация (ГОСТ 23118-2019, п. 5.6.2).

Чтобы конструкция собралась на объекте, ГОСТ 23118-2019 требует контрольную и общую сборку конструкций с монтажными болтовыми соединениями на заводе, если рабочая документация не говорит иного. При контрольной сборке отверстия совмещают так, чтобы болты свободно проходили под проектными углами. Контрольную сборку проводят, если собираемость нельзя проверить шаблонами или точными трёхмерными измерениями. Монтажные болтовые соединения проверяют калибрами.

Конструкции после контрольной сборки получают индивидуальную маркировку по схеме сборки — по ней монтажники ставят элементы в том же сочетании. Ориентирующую маркировку — места строповки и опирания, установочные риски — наносят, если её требует рабочая документация.

На монтаже при временном креплении на болтах СП 70.13330.2012 требует заполнить болтами не менее 1/3 отверстий, а пробками — 1/10, но не менее двух, если расчёт не требует больше.

Допуски при сборке

Предельные отклонения берут в таком порядке: рабочая документация, стандарт или ТУ на конструкцию, затем приложение Б ГОСТ 23118-2019. Несколько значений из таблицы Б.1:

Допуски прямолинейности, линейных размеров и равенства диагоналей (таблицы Б.2–Б.4) зависят от класса точности 1–6, который назначает проектировщик. Если в КМ класс не указан, это вопрос к проектировщику до заказа, а не спор при приёмке.

Для укрупнительной сборки на монтаже СП 70.13330.2012 даёт собственную таблицу 4.1 — если в рабочих чертежах нет специальных требований:

Пример. Рама 6000 × 3000 мм, укрупнительная сборка, требований в чертежах нет. D = √(6000² + 3000²) = √45 000 000 ≈ 6708 мм. И длина 6000 мм, и диагональ попадают в интервал свыше 4000 до 8000 мм: разность диагоналей — не более 20 мм, допуск линейного размера — 8 мм.

Контроль геометрии

Что меряют после сварки и правки: длины и расстояния между группами монтажных отверстий, диагонали, прямолинейность струной, перекос и грибовидность полок угольником, отметки опорных поверхностей. Методы и средства измерений ГОСТ 23118-2019 отсылает к стандартам системы обеспечения точности геометрических параметров в строительстве (п. 7.4, 7.5). При приёмке стандарт требует проверять геометрические параметры, влияющие на собираемость.

Контрольную сборку можно заменить точными трёхмерными измерениями, если они позволяют проверить собираемость, — ГОСТ 23118-2019 это прямо допускает. Результат обмера оформляют протоколом или исполнительной схемой с фактическими отклонениями: одной отметки «годен» недостаточно, если конструкцию потом стыкуют с другой.

Что указать при заказе металлоконструкции

• КМ и КМД — или кто и в какой срок разрабатывает КМД.
• Класс точности или предельные отклонения — если их нет в КМ, запросите у проектировщика.
• Требования к сварке и контролю швов — категория или уровень качества, методы и объём; подробно — в статье «Контроль сварных швов: что требовать заказчику».
• Членение на отправочные элементы — с учётом транспорта и крана на объекте: ГОСТ 23118-2019 требует, чтобы элемент сохранял форму при погрузке и перевозке и имел детали для строповки.
• Контрольная сборка — нужна ли, или достаточно шаблонов и 3D-измерений; какие узлы собирают вместе.
• Маркировка — общая, индивидуальная, ориентирующая, если нужна на монтаже.
• Документы при отгрузке — документ о качестве, протоколы обмера и контроля швов, схема маркировки.
• Ответ цеха — проверьте, что в КП есть технологическая подготовка, оснастка, правка и обмер. Если цех не спрашивает про класс точности и порядок сварки — это повод задать вопросы до договора.