Специална тема: Машинна обработка на групи от отвори и контрол на точността при монтажа на свързващи плочи за стоманени складови сгради

Съответстващият диаметър на отвора не гарантира подходящото монтиране на място; ключов е непрекъснатият контрол върху базовите повърхности, групите от отвори и подравняването на елементите

Абстрактно

При изработването и монтажа на стоманени конструкции за складови сгради често се твърди, че „болтовите отвори не съвпадат“, просто поради неточна пробивка. В практиката обаче причините за затруднения при вкарването на болтовете на място обикновено са по-сложни. Диаметърът на всеки отвор в свързващата плоча може напълно да отговаря на изискванията, докато цялата група отвори като цяло може да се измести или завърти поради прехвърляне на референтната точка, натрупана грешка в разстоянията между отворите, свиване на плочата при заваряване, изкривяване на елемента, ъгловото отклонение на свързващата плоча или временни ограничения по време на монтажа. От гледна точка на контрола по време на производството тази статия разглежда как трябва да се определят и проверяват координатите на групата отвори, какви методи за машинна обработка трябва да се избират и как трябва да се оценяват граничните стойности за корекция на строителната площадка, когато се установят несъвпадащи отвори. Тя не обхваща целия процес на проекта за стоманена конструкция. Вместо това се фокусира върху един конкретен въпрос: как да се осигури, че позициите на отворите, показани на чертежите, в крайна сметка се превръщат в свързващи възли, които могат лесно да се монтират с болтове на място, без да се компрометира изискваната структурна издръжливост.

1. Когато отворите „не съвпадат“ на строителната площадка, проблемът често не е свързан само с един отвор

Болтовите връзки са дискретни връзки. Типичен връзък между греда и колона може да съдържа само няколко групи отвори, но тези отвори трябва едновременно да удовлетворяват относителните позиционни връзки между два или дори три различни елемента. Това, което действително се изисква при монтажа на площадката, не е просто „всеки диаметър на отвора да е в рамките на допустимото отклонение“, а след позиционирането на свързаните елементи осите на всички отвори, за които са необходими болтове, да съвпадат в рамките на разрешения диапазон за корекция.

Това означава, че точността на групата от отвори трябва да се разбира като система. Да предположим, че всички десет отвора в свързваща плоча минават проверката с калибри. Ако цялата група от отвори е изместена с 3 мм спрямо ръба на плочата или ако свързващата плоча се завърти с 2–3 мм по линията на отворите след заваряването ѝ към стеблото на греда, всеки отделен отвор може все още да мине проверката, но групата от отвори вече може да е трудно за болтиране едновременно на място. Обратно, ако малка назъбеност по ръба на един отвор попречи на вкарването на болт, това само по себе си не доказва, че координатите на групата от отвори са неправилни.

Следователно първата стъпка в контрола на качеството при производството е да се направи разлика между „проблеми с размера на отворите“, „проблеми с координатите на групата от отвори“ и „проблеми с геометрията на елемента“. Методите за инспекция, методите за поправка и ефектите върху конструктивната производителност са напълно различни за тези три категории.

2. Установяването на единна отправна точка е по-важно от многократното измерване на разстоянията между отворите

Един от най-често срещаните източници на систематична грешка при производството на групи от отвори е използването на различни базови повърхнини в различните процеси. Моделът за детайлиране може да използва централната ос на елемента като базова повърхнина; рязането на плочите – долния ляв ъгъл на плочата; а сглобяването – отрязания край или единия ръб на гърба. Ако връзките между тези базови повърхнини не са ясно дефинирани, всеки отделен процес може да изглежда „точен“, докато крайното натрупано отклонение все пак става значително.

За стоманени елементи за складови сгради, произвеждани на партиди, в документите за детайлиране и изработка трябва ясно да се дефинират поне три нива на референтни точки. Първото ниво е референтната точка за контрол на елемента, например централна ос на колона, контролна повърхност на край на греда или централна ос на стойка. Второто ниво е референтната точка за частта на свързващата плоча, например ориентиращ ръб, централна ос или референтен отвор. Третото ниво е референтната точка за групата вътрешни отвори, например позицията на първия отвор, посоката на разстоянието между отворите и оста на симетрия на групата от отвори.

Това е особено важно за огледални части, леви и десни свързващи плочи и повтарящи се елементи в многопролетни сгради. Трябва да се предотвратят грешки, при които „контура е един и същ, но посоката на групата от отвори е обърната“. Цифровото оборудване може да подобри повтаряемостта, но не отстранява автоматично неправилна отправна точка. Неправилните данни за числов контрол просто ще възпроизведат една и съща грешка по-последователно в цялата партида. Поради това проверката на първия образец остава задължителен процес.

3. Инспекцията на групите от отвори трябва да се развива от проверка на отделни отвори към „инспекция на координатните взаимовръзки“

Инспекцията на свързващата плоча не трябва да се ограничава само до диаметъра на отворите и разстоянието между съседни отвори. По-ефективен подход е използването на набор от взаимно проверяващи се размери, за да се определи дали групата от отвори е преместена или завъртяна като цяло. Тези размери включват разстоянието от първия отвор до две базови ръбове, разстоянието между съседни отвори, натрупаното разстояние между отвори, общата ширина и височина на групата от отвори, двете диагонали и общите размери на свързващата плоча.

Двете диагонали са особено ценни. Ако хоризонталното и вертикалното разстояние между отворите е приблизително коректно, но двете диагонали се различават забележимо, групата отвори или плочата може да са претърпели срязваща деформация или ротация, или контурът на плочата може да не е квадратен. Ако всички разстояния между отворите са коректни, но разстоянието от първия отвор до базовия ръб е аномално, по-вероятно е цялата група отвори да е преместена. Ако данните са коректни по време на механична обработка на плочата, но се променят след заваряване, вниманието трябва да се насочи към свиването при заваряване и позиционирането при сглобяване, а не към продължаване на проучването на свределното оборудване.

При многоточкови връзки като крайни плочи на греди, плочи за спойка на колони и усилващи триъгълни плочи, проверката трябва да включва също така перпендикулярността, равнинността и ъгъла на връзочната плоча спрямо оста на елемента. Вкарването на болтове на строителната площадка е триизмерен проблем; коректните двуизмерни координати на отворите са само една част от него.

4. Четириосното числено контролирано свределение, термичното рязане и перфорацията имат различни подходящи граници за приложение

В съвременните стоманени производствени предприятия монтажните отвори могат да се изработват чрез четириосно числено контролирано свределение, лазерно или плазмено термично рязане, перфорация с последващо разширяне и други методи. Изборът на метода за обработка не трябва да се основава единствено на скоростта. Трябва да се вземат предвид също така дебелината на листа, диаметърът на отвора, типа на отвора, количеството за производство, изискваната норма и значимостта на връзката.

Четириосното числено контролирано свределение осигурява относително стабилно качество на стените на отворите и повтаряемост на размерите, което го прави особено подходящо за връзки с високопрочни болтове и групи отвори, изискващи по-висока коаксиална точност. Въпреки това при свреденето все още могат да възникнат проблеми като износване на свредлото, радиално биене на шпиндела, недостатъчно стягане и деформация на листа, които водят до отклонение на координатите. Правилните координати, показани от машината, не означават задължително, че действителният център на отвора е коректен; затова първоначалната инспекция на пробния екземпляр и извличането на проби по време на процеса не могат да бъдат пропуснати.

Топлинното рязане може да извърши формирането на контура на плочата и отворите в една операция и предлага висока ефективност, но геометрията на отворите също включва перпендикулярност на рязаната повърхност, наплавки, шерохавост и топлинни ефекти. ISO 9013 охватва геометричните спецификации на продуктите и допуските за качество при топлинно рязане и беше актуализирана през 2024 г. Ако в документа на проекта се прави препратка към този стандарт, контролът не може да се ограничи само до диаметъра на отвора, докато се пренебрегва класът на качество на рязаната повърхност. Дали конкретен болтов отвор може да се изработи чрез топлинно рязане, трябва да се определя според изпълнителния стандарт, проектните документи и техническите изисквания за набавка, приложими за съответния проект.

Пробиването е ефективно за серийно производство при определени условия за дебелина на листа и диаметър на отворите, но трябва да се контролират пластичната деформация по ръба на отвора, заострените ръбове (бурини) и коаксиалната точност при последващото разширяване. Нито един метод за машинна обработка не е по принцип „по-напреднал“. Професионалното изпълнение означава избор на метода според изискванията към свързващата способност и приложимия стандарт.

5. Позициите на отворите трябва да бъдат преоценени след заваряването: свързващата плоча вече е част от елемента

Много от проблемите с неправилното позициониране на отворите на строителната площадка не възникват по време на машинната обработка на отделните части; те се проявяват след заваряването на свързващата плоча към греда или колона. Заваряването на крайни плочи, заваряването на конзоли и концентрираните заваръчни шевове около усилващи елементи всички предизвикват свиване. Ако ограниченията по време на сглобяването са неадекватни, свързващата плоча може да изпита леко завъртане или деформация, докато самият елемент може да развие изкривяване или усукване.

Следователно, за критичните групи от отвори запазването само на „документ за инспекция на обработката на детайла“ не е достатъчно. След като заваряването и изправянето на детайла са завършени и детайлът е охладен естествено, критичните повърхности за свързване трябва да бъдат повторно измерени. Това не означава повторна проверка на всички размери. Вместо това повторната инспекция трябва да се фокусира върху контролни елементи, които показват способността за монтаж на място, като например разстоянието от предната повърхност на гредата до първия ред от отвори, разстоянието от центъра на групата от отвори до централната ос на стойката, перпендикулярността на крайната плоча и пространственото разположение на групите от отвори в двата края спрямо осовата линия на детайла.

ISO 13920:2023 определя общи класове допуски за линейни размери, ъгли, форма и положение в заварени конструкции. Въпреки това конкретният клас, който трябва да се приложи, трябва да бъде определен от чертежите, договора или документите за изпълнение на проекта. За изпълнение на стоманени конструкции EN 1090-2 и AISC 303 също подчертават, че допуските за производство и монтаж трябва да бъдат координирани с документите по договора и функционалността на конструкцията. С други думи, един общ клас допуски не трябва да се използва за всички критични връзки.

6. Реалният риск при серийно производство е да си „последователно неправилен“

Случайно отклонение в една-единствена част обикновено е лесно забележимо. При серийно производство систематичните грешки са по-опасни. Например, ако координатата на първото отворче в програма за числов контрол е въведена с грешка от 2 mm, машината може да повтаря една и съща грешка последователно при следващите сто свързващи плочи. По подобен начин, ако ограничителният блок в сглобителна приспособа е изместен, всеки край на греда може да има ъглова грешка в една и съща посока.

Поради тази причина за серийно произвежданите елементи е необходима концепцията за „тенденция на грешката“, а не само окончателно преценяване „приемливо/неприемливо“. След одобрението на първия образец критичните размери трябва периодично да се проверяват чрез проби. Ако последователните данни се отклоняват в една и съща посока, преди допустимото отклонение да е надхвърлено, трябва да се проверят инструментите, приспособленията, ограничителните блокове, координатите на машината и равността на материала. Стойността на статистическите записи е, че те разкриват тенденцията, докато продуктът все още отговаря на изискванията.

Този метод е особено ефективен за проекти на складови сгради с портална конструкция, които се повтарят в големи количества. Включени са големи количества гъсенични плочи за укрепване на колони, крайни плочи за свързване на греди към колони, ъглови скоби за стропила и подобни части. Ако системното несъвпадение на групи от отвори не бъде открито до началото на монтажа, разходите за поправка са значително по-високи от тези за коригиране на процеса в цеха.

Таблица 1: Бърза диагностична матрица за несъвпадение на групи от отвори

7. Обработване на неподравнени дупки на строителната площадка: Разберете механизма на връзката, преди да решите дали може да бъде „ремонтирана”

Когато дупките не съвпадат на строителната площадка, най-непрофесионалният отговор е незабавно да се изрежат с газова резачка или произволно да се увеличат. Стандартните дупки, дупките с увеличен диаметър, късото дългите дупки и дългите дългите дупки в връзките с високопрочни болтове не са геометрично взаимозаменяеми; всяка от тях съответства на различни условия за проектиране на връзката. Разпоредбите за болтови връзки в AISC 360 и RCSC Specification за високопрочни болтови връзки правят разлика между типовете дупки и допустимите им приложения.

Затова полевата акция трябва да започне с изключването на най-простите причини: дали елементът е напълно поставен на мястото си, дали временният подпорен елемент е изместил елемента от правилното му положение, дали заострени ръбове, натрупване на покритие или пръски от заварката пречат на отворите и дали между повърхностите за съприкосновение съществува непреднамерена цепнатина. Ако проблемът е предизвикан от несъответствие в положението на елемента, първо трябва да се възстанови правилното положение. Ако е предизвикан от локално препятствие, препятствието трябва да се премахне, без да се променя проектният тип отвор.

Когато е наистина необходимо разширяване, превръщане на отвор в паз, или друго изменение на първоначалната геометрия на връзката, такова лечение трябва да бъде потвърдено от проектанта или отговорния инженер. Разширяването или изменението на отвор може да повлияе върху носимостта при опиране, нетното сечение, поведението при плъзгане, разстоянието до ръба и изискванията за шайби или плочи. Ако няколко отвора показват системно отклонение, отделните отвори не трябва просто да се „коригират, докато болтът влезе“. Вместо това трябва да се проследят базовите точки на елемента и цялата геометрия, за да не се прикрие системна грешка при производството като незначителен полев ремонт.

8. Специална препоръка за контрол на качеството: Осигуряване на проследимост на данните за групите от отвори

За проекти на складови сгради със стоманена конструкция с големи количества повтарящи се елементи и бърза последователност на монтажа качеството на групите от отвори се поддържа най-добре чрез проследими цифрови записи. Не е необходимо да се създава сложен доклад от координатно-измервателна машина за всяка плоча, но критичните елементи поне трябва да са проследими до маркировката на елемента, номера на частта, машината или работното място за механична обработка, резултата от одобрението на първия образец, данните от повторната инспекция след заварката и записите за всякакви решения относно несъответствия.

Препоръчва се триетапен подход за инспекция. След завършване на детайла проверете диаметъра на отворите, координатите на групите от отвори и геометрията на плочата. След заваряване на елемента проверете ориентацията на повърхността за свързване и положението на критичните групи от отвори спрямо оста на елемента. Преди изпращане използвайте размерни проверки на ниво елемент, за да потвърдите възможността за сглобяване. За връзки, при които проектът разрешава предварителна сглобка или пробна сглобка в цеха, резултатът от пробната сглобка може да се използва като потвърждение, а не като стъпка за поправка, прилагана само след появата на проблеми.

Стойността на този насочен контрол не е да се създават повече формуляри за инспекция, а да се направи възможно бързо да се установи на кой етап от прехвърлянето на базовите данни е възникнала грешката. Това, което един производител на метални конструкции наистина трябва да контролира, не е просто един отвор, а непрекъснатата верига от точност от проектните данни до успешното монтиране на болтовете на обекта.

Заключение

Точността на съединенията в склад със стоманена конструкция може да изглежда като детайл от производствения процес, но тя пряко влияе върху ефективността на монтажа, работата на възлите и общото качество на изпълнението на проекта. Съответствието на отделните размери на отворите е само най-основното ниво на приемане. По-надежден подход е да се установят координати на групи от отвори около обединени референтни бази и да се използва проверка на първия образец, наблюдение на тенденциите в процеса и повторна инспекция на елементите след заваряване, за да се преобразува точността на отделните части в точност на сглобяването на елементите.

Референтни кодове и стандарти

1. BS EN 1090-2:2018+A1:2024: Изпълнение на стоманени и алуминиеви конструкции — Технически изисквания за стоманени конструкции. Систематичен справочник за производство, сглобяване, геометрични допуски, инспекция и изисквания за изпълнение на стоманени конструкции.

2. ISO 9013:2017 + Amd 1:2024: Топлинно рязане — Класификация на топлинните резове — Спецификации за геометрични продукти и допуски за качество. Използва се за класифициране на геометричното качество и допуските при рязане с пламък, плазма и лазер.

3. ISO 13920:2023: Сваряване — Общи допуски за сварени конструкции — Размери за дължини и ъгли, форма и положение. Използва се за обща класификация на допуските, обхващаща линейни размери, ъгли, форма и положение на сварени конструкции.

4. ANSI/AISC 303-22: Кодекс за стандартна практика при стоманени сгради и мостове. Използва се като справочен документ за обща практика при производството и монтажа на структурни стоманени елементи, включително допуски за производство и монтаж.

5. ANSI/AISC 360-22: Спецификация за стоманени сгради. Използва се за изисквания към проектирането на структурни стоманени връзки, включително типове отвори за болтове.

6. RCSC Specification 2020: Спецификация за структурни връзки с използване на високопрочни болтове. Използва се за типове отвори, монтаж и поведение на връзките при структурни връзки с високопрочни болтове и служи като важна основа за оценка на допустимостта на разширение на отворите на място или промяна в типа отвори.

#SteelStructureWarehouse #ConnectionPlate #HoleGroupAccuracy #CNCDrilling #HighStrengthBolts #FabricationTolerances #FieldFitUp