Типы сварных соединений
Какие бывают типы сварных соединений, какие требования предъявляются к сварочным соединениям : металл шва должен быть равнопрочным основному металлу; конструкция соединения должна быть технологичной; швы не следует располагать в наиболее нагруженных местах и сечениях, а также в зонах с максимальной концентрацией напряжений; форма и размеры швов должны соответствовать ГОСТу или чертежу; нельзя допускать скученности швов; нужно стремиться чтобы соединение имело плавный переход от основного металла к металлу шва, а также от одного сечения к другому. Кроме общих требований к сварным соединениям предъявляют дополнительные требования (например, коррозионной стойкости и др.).
При сварке части соединяются путем расплавления металла под влиянием высокой температуры. В месте, где соединяются заготовки, образуется шов, по которому можно определить используемую технологию. Важно различать понятия “сварное соединение” и “сварной шов”.
Сварное соединение — это термин, который имеет более широкое значение и включает в себя несколько областей, которые были так или иначе затронуты процессом сварки. Эти области включают зоны наплавки, зоны плавления и зоны термического влияния
Зона наплавления — это область сварного шва, которая представляет собой место соединения деталей, где находится расплавленный металл заготовок, присадочный материал и электроды.
Зона сплавления — это область, которая находится между сварным швом и металлом соединяемых деталей. Эта зона не подвергается плавлению, но металл в ней нагревается и насыщается элементами, входящими в состав покрытия электрода или флюса.
Зона термического влияния распространяется немного дальше. Ее отмечают на полосе, которая идет вдоль сварного шва с обеих сторон. В этой зоне под воздействием температуры изменяется структура металла и его химические свойства, что можно увидеть даже невооруженным глазом.
Особенности зон сварных соединений необходимо знать для того, чтобы выбрать правильный метод сварки, правильно выполнить последующую обработку и избежать деформации или быстрого разрушения конструкции.
Типы сварных соединений классификация
Особенности конструкции сварных соединений зависят от применяемого метода сварки. Существуют ГОСТы, которые устанавливают стандарты для разных методов сварки: ручной дуговой, автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, дуговой сварки в защитном газе и других. Если используемый метод сварки не указан в ГОСТах, то конструкция сварного соединения должна быть прописана в специальных технических условиях или указана на чертеже.
В производстве сварочных конструкций применяют следующие типы сварочных соединений.
Типы сварных соединений — соединение встык
Это самый распространенный тип соединения (см. рис. 1а). Оно обладает высокой прочностью при статических и динамических нагрузках и может использоваться для соединения листового металла или стыковки уголковых профилей, швеллеров и двутавровых балок.
Типы сварных соединений — соединение в тавр
Этот тип соединения (рис. б, в) используется при производстве балок, стоек, колонн, строительных каркасов и других объемных конструкций. Тавровое соединение может быть сварено без предварительной подготовки кромок или с их подготовкой. Если кромки не подготовлены, то возможно неполное проплавление корня шва, что делает соединение менее прочным при переменных и ударных нагрузках.
Одновременный и двусторонний скос кромок обеспечивает полное проплавление соединяемых деталей. Такие соединения обладают хорошей прочностью при любых нагрузках. При выборе формы скоса кромок следует учитывать все приведенные выше рекомендации.
Преимущества соединения в тавр:
– Обеспечивает жесткость конструкции для всех типов опорных конструкций.
Недостатки соединения в тавр:
– Необходимость тщательной подготовки деталей.
– Важно правильно установить и удерживать детали, которые нужно сварить.
Соединение внахлестку
Этот тип соединения используется при сварке конструкций из листового металла, различных типов обшивки, строительных и подъемных ферм и так далее. Они менее прочны, чем стыковые соединения, при переменных и ударных нагрузках и менее экономичны, поскольку наличие перекрытия приводит к избыточному расходу основного материала. Однако преимуществом нахлесточного соединения является простота подготовки и сборки для сварки. Нахлесточное соединение выполняется с помощью угловых швов. В зависимости от расположения швов относительно действующей силы, угловые швы могут быть лобовыми (рис. 1г), если они располагаются перпендикулярно направлению силы, и фланговыми (рис 1д), если швы располагаются параллельно направлению силы. Напряжения вдоль фланговых швов распределяются неравномерно, причем крайние участки швов испытывают большую нагрузку. Поэтому при проектировании соединений с фланговыми швами их длину обычно принимают равной не более 50% от катетов.
Преимущества соединения внахлест:
– Простота выполнения.
– Быстрая скорость работы.
– Не требуется подготовка кромок.
– Отсутствует риск прожога деталей.
– Высокая прочность соединения.
– Водонепроницаемость.
Недостатки соединения внахлест:
– Большой расход материала деталей и присадок.
Угловые соединения
Рис 1 е., как правило применяют в качестве связующих элементов, их обычно не рассчитывают.
Угловое соединение: преимущества
– Возможность сварки сложных угловых конструкций.
Угловое соединение: недостатки
– Сложность процесса.
– Необходимость выполнения скосов.
– Важно соблюдать геометрию внутреннего и внешнего углов.
Точечные соединения
Этот тип соединения (рис 1Ж) выполняется с использованием контактной точечной сварки и обычно применяется для изделий из листового металла толщиной до 20 мм. Контактная точечная сварка широко используется в серийном и массовом производстве автомобилей, железнодорожных вагонов, самолетов и других видов техники, а также конструкций из углеродистой, легированной стали и цветных металлов. Кроме листовых изделий, с помощью точечной контактной сварки можно соединять арматурные стержни железобетонных конструкций.
Точечные соединения листов могут быть двух типов: внахлест и с накладкой. Последние могут выполняться с одной или двумя накладками. Соединения могут быть однорядными или многорядными, число рядов определяется расчетом. Диаметр сварной точки (d) зависит от толщины соединяемых листов (s): если s ≤ 3, то d = 1,2s + 4, а если s > 3, тогда d = 1,5s + 5. Конструкция точечного соединения определяется шагом (t = 3d) и расстоянием от центра сварной точки до края листа (t2 = 2d).
Электрозаклепочные соединения
Этот тип соединения может быть выполнен внахлест (рис.1з), в тавр или стыковым соединением. Эти соединения могут выполняться с пробивкой отверстий в верхнем листе или без пробивки. Если толщина верхнего листа составляет до 3 миллиметров, то целесообразно сваривать без пробивания отверстий.
Прорезные соединения
Этот тип соединения (рис. 1и) используется, когда основных сварных швов недостаточно для передачи действующего усилия.
Типы сварных соединений, классификация сварных швов
- По положению в пространстве:
- вертикальные,
горизонтальные,
нижние (напольные). - По конфигурации:
- стыковые,
угловые,
тавровые,
нахлесточные. - По степени выпуклости:
- нормальные (плоские),
выпуклые,
вогнутые. - По количеству проходов:
- однопроходные,
многопроходные. - По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил:
- фланговые,
торцевые,
комбинированные. - По виду сварки:
- ручная дуговая,
полуавтоматическая,
автоматическая. - По протяженности:
- сплошные,
прерывистые.
Типы сварных соединений по положению в пространстве
В зависимости от того, как расположены поверхности, которые свариваются, различают несколько видов швов.
Нижний шов
— самый распространенный и простой для исполнения. Детали располагаются на ровной нижней поверхности. Легко контролировать расплавленный металл, так как он не разливается за пределы сварочной ванны. Техника выполнения может быть любой и зависит от типа и толщины металла и вида сварки.
Горизонтальный шов
— сложный в исполнении и используется для соединения деталей, которые находятся в вертикальной плоскости и стыкуются по горизонтали. Основная проблема — стекание расплавленного металла вниз. Работа будет более легкой и эффективной, если заранее сточить обе кромки до получения V-образного углубления и выполнить несколько проходов. Важно правильно настроить сварочный ток — при слишком высоком значении могут произойти прожоги, а при слишком низком — непровары.
Вертикальный шов
— выполняется при соединении вертикально расположенных деталей. Сваривание лучше производить сверху вниз. Проблема стекания расплавленного металла может быть решена использованием метода сварки короткой дугой.
Потолочный шов
Самый сложный и опасный для выполнения — потолочный шов. Сварщик должен сваривать детали, находясь в положении “над собой”. Можно предотвратить падение капель расплавленного металла и шлака, уменьшив ток на 20% по сравнению с обычным значением. Следует варить короткой дугой и держать электрод под прямым углом, перемещая его с равномерной амплитудой и быстро.
По траектории движения электрода
В зависимости от вида сварки, типа и толщины металла, стадии работы и специфики изделий выбирается определенная траектория движения дуги.
Поступательное движение
Происходит вдоль оси электрода (сверху вниз). Когда используется сварочный инвертор, по мере того как электрод плавится и становится короче, его приближают к сварной ванне. Эти действия позволяют поддерживать длину дуги, увеличивают глубину проплавления корня шва и создают шов небольшого диаметра.
Продольное перемещение дуги
Происходит вдоль оси шва. Такое сваривание приводит к образованию узкого валика, толщина которого зависит от диаметра электрода. Чтобы обеспечить надежное соединение, этого может быть недостаточно. Поэтому к прямому движению добавляют колебательное.
Колебательное движение
Выполняется поперек оси шва. Это улучшает сплавление кромок, расширяет шов и усиливает соединение. При работе с тонким металлом обычно избегают поперечных колебаний. При многослойной сварке их применяют на последнем проходе.
Есть несколько вариантов колебательных движений электродом: зигзагообразные, полумесяцем, треугольные и т.д. Выбор зависит от конкретной ситуации.
По конфигурации
Линейность швов не зависит от положения детали в пространстве. Поэтому, в зависимости от формы, сварные швы подразделяются на следующие виды:
- Прямые
- Изогнутые
- Спиральные или кольцевые
По степени выпуклости
В процессе сварки существует понятие внешней поверхности шва. Степень выпуклости внешней поверхности сварного шва называется катетом. В зависимости от размера наплавленного бугорка катет может быть:
- положительный (выпуклый шов, характерен медленный темп сварки, требует большего количества наплавленного металла, рекомендуется при статической нагрузке);
- отрицательный (вогнутый шов, быстрый темп выполнения, имеет низкую прочность, используется при соединении тонких металлических листов);
- нулевой (валик шва ровный, заподлицо с поверхностью соединяемых элементов, подходит для динамических нагрузок с низким давлением).
Каждый из представленных типов имеет свои преимущества и недостатки. Например, выпуклый шов может быть выполнен в несколько слоев, что приводит к увеличению стоимости из-за использования большого количества электродов. Во всяком случае, чем больше высота валика получается, тем прочнее сварное соединение. Но у каждого вида сварного соединения есть свой предел.
Кроме того, швы делятся на рабочие и нерабочие. Разница в том, что первые предназначены для выдерживания значительных нагрузок, тогда как вторые выполняют обычную функцию соединения. К рабочим швам предъявляются более строгие требования по качеству и более высокие требования.
Требования к сварным швам
К различным швам предъявляются разные требования, однако существуют общие положения, применимые к каждому из них. Швы должны иметь определенные механические свойства и соответствовать их ключевым параметрам:
относительное удлинение должно быть в диапазоне 14-16%;
предел прочности должен быть не ниже, чем у свариваемого материала;
показатель твердости должен быть не меньше, чем у свариваемого материала.
Технологические требования в основном сводятся к обеспечению полноценного проваривания. В противном случае сложно гарантировать надежную работу детали. От внешнего вида шва ожидают отсутствия прожженных мест, наплывов, неполного проваривания и подрезок. Также требуется наличие плавных переходов к основной части металла.
