СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

ТИПЫ СВАРНЫХ ШВОВ И СОЕДИНЕНИЙ

Неразъемное соединение, которое было выполнено с по­мощью сварки, называется сварным. Оно состоит из несколь­ких зон (рис. 30):

— сварного шва;

— сплавления;

— термического влияния;

— основного металла.

По протяженности сварные соединения бывают:

— короткими (250-300 мм);

— средними (300-1000 мм);

— длинными (более 1000 мм).

В зависимости от длины сварного шва выбирают и спо­соб его выполнения. При коротких соединениях шов ведут в одном направлении от начала к концу; для средних участ­ков характерно наложение шва отдельными участками, при­чем его длина должна быть такой, чтобы для его завершения хватило целого числа электродов (два, три); длинные соеди­нения сваривают обратноступенчатым способом, о котором говорилось выше.

По типу сварные соединения (рис. 31) подразделяются на:

1. Стыковые. Это наиболее часто встречающиеся соеди­нения при различных способах сварки. Им отдают предпоч­тение, потому что они характеризуются наименьшими соб­ственными напряжениями и деформациями. Как правило,

стыковыми соединениями сваривают конструкции из листо­вого металла.

Основными достоинствами данного соединения, рас­считывать на которые можно при условии тщательной подго­товки и подгонки кромок (благодаря притуплению последних предотвращаются прожог и протекание металла в процессе сварки, а соблюдение их параллельности обеспечивает ка­чественный равномерный шов), являются следующие:

— минимальный расход основного и наплавленного ме­талла;

— наименьший временной промежуток, необходимый для сварки;

— выполненное соединение может по своей прочности не уступать основному металлу.

В зависимости от толщины металла кромки при дуговой сварке могут быть обрезаны под разными углами к поверх­ности:

— под прямым углом, если соединяют стальные листы тол­щиной 4-8 мм. При этом между ними оставляют зазор в 1-2 мм, что облегчает проваривание нижней частей кромок;

— под прямым углом, если соединяют металл толщиной до 3 и до 8 мм при одно - или двусторонней сварке соответст­венно;

— с односторонним скосом кромок (V-образно), если тол­щина металла составляет от 4 до 26 мм;

— с двусторонним скосом (Х-образно), если листы имеют толщину 12-40 мм, причем этот способ более экономичен, чем предыдущий, поскольку количество наплавленного ме­талла уменьшается практически в 2 раза. Это означает эко­номию электродов и электроэнергии. Кроме того, для двусто­роннего скоса в меньшей степени характерны деформации и напряжения при сварке;

— угол скоса можно уменьшить с 60° довести до 45°, если сваривать листы толщиной более 20 мм, что снизит объ­ем наплавленного металла и сэкономит электроды. Наличие зазора в 4 мм между кромками обеспечит необходимый про­вар металла.

При сварке металла разной толщины кромку более тол­стого материала скашивают сильнее. При значительной толщине соединяемых дуговой сваркой деталей или листов применяют чашеобразную подготовку кромок, причем при толщине 20-50 мм проводят одностороннюю подготовку, а при толщине более 50 мм — двустороннюю.

Сказанное выше наглядно показано в табл. 17.

Таблица 17 (продолжение]

Стыковые соединения

S = 12-40 мм

S = 4-20 мм

при S1 > 1,5S

S= 12-40 мм

(Л

2. Нахлесточные, чаще всего используемые при дуговой сварке конструкций, толщина металла которых составляет 10-12 мм. От предыдущего соединения данный вариант от­личает отсутствие необходимости специальным образом под­готавливать кромки — достаточно просто обрезать их. Хотя сборка и подготовка металла под нахлесточное соединение не столь обременительны, следует учесть, что расход основ­ного и наплавленного металла увеличивается по сравнению со стыковыми соединениями. Для надежности и избегания коррозии вследствие попадания влаги между листами такие соединения проваривают с обеих сторон. Есть виды сварки, где применяют исключительно данный вариант, в частности при точечной контактной и роликовой.

3. Тавровые, широко распространенные при дуговой свар­ке. Для них кромки скашивают с одной или обеих сторон либо вообще обходятся без скоса. Особые требования предъявля­ются только к подготовке вертикального листа, который дол­жен иметь равно обрезанную кромку. При одно - и двусторонних

скосах кромки вертикального листа предусматривают зазор в 2-3 мм между вертикальной и горизонтальной плоскостями, чтобы проварить вертикальный лист на всю толщину. Односто­ронний скос выполняют в том случае, когда конструкция изде­лия такова, что невозможно проварить ее с обеих сторон.

4. Угловые, при которых элементы конструкции или дета­ли совмещают под тем или иным углом и сваривают по кром-

кам, которые нужно предварительно подготовить. Подобные соединения встречаются при изготовлении резервуаров для жидкостей или газов, которые содержатся в них под неболь­шим внутренним давлением. Угловые соединения для усиле­ния прочности могут быть проварены и с внутренней стороны.

5. Прорезные, к которым прибегают в тех случаях, когда на- хлесточный шов нормальной длины не дает необходимой проч­ности. Такие соединения бывают двух типов — открытые и за­крытые. Прорезь проделывают с помощью кислородной резки.

6. Торцовые (боковые), при которых листы накладывают один на другой и сваривают по торцам.

7. С накладками. Для выполнения такого соединения листы состыковывают и перекрывают стык накладкой, что, естественно, влечет за собой дополнительный расход метал­ла. Поэтому данный способ используют в том случае, когда выполнить стыковой или нахлесточный шов не представляет­ся возможным.

8. С электрозаклепками. Данное соединение является прочным, но недостаточно плотным. Для него верхний лист просверливают и заваривают полученное отверстие таким образом, чтобы захватить и нижний лист. Если металл не слиш­ком толстый, то просверливания и не требуется. Например, при автоматической сварке под флюсом верхний лист просто проплавляется сварочной дугой.

Конструктивный элемент сварного соединения, который при его выполнении образуется вследствие кристаллизации расплавленного металла по линии перемещения источника нагрева, называется сварным швом. Элементами его геомет­рической формы (рис. 32) являются:

— ширина (Ь);

— высота (h);

— величина катета (К) для угловых, нахлесточных и тав­ровых соединений.

Классификация сварных швов основывается на различ­ных признаках, которые представлены ниже.

1. По типу соединения:

— стыковые;

— угловые (рис. 33).

Угловые швы практикуют при некоторых видах сварных соединений, в частности при нахлесточных, стыковых, угловых и с накладками. Стороны такого шва называются катетами (к), зона ABCD на рис. 33 показывает степень выпуклости шва и не принимается во внимание при расчете прочности сварно­го соединения. При его выполнении необходимо, чтобы катеты были равны, а угол между сторонами OD и BD составлял 45°.

2. По виду сварки:

— швы дуговой сварки;

— швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом;

— швы дуговой сварки в среде защитных газов;

— швы электрошлаковой сварки;

— швы контактной сварки;

— швы газовой сварки.

3. По пространственному положению (рис. 34), в котором выполняется сварка:

— нижние;

— горизонтальные;

— вертикальные;

— потолочные.

Проще всего выполняется нижний шов, труднее всего — потолочный. В последнем случае сварщики проходят специ­альное обучение, причем потолочный шов легче сделать га­зовой сваркой, чем дуговой.

4. По протяженности:

— непрерывные:

— прерывистые (рис. 35).

Прерывистые швы практикуют достаточно широко, осо­бенно в тех случаях, когда нет необходимости (расчет на проч­ность не предполагает выполнения сплошного шва) плотно соединять изделия. Длина (I) соединяемых участков состав­ляет 50-150 мм, промежуток между ними приблизительно в 1,5-2,5 раза превосходит зону сваривания, а вместе они образуют шаг шва (t).

Рис. 35. Прерывистый сварной шов

5. По степени выпуклости, т. е. форме наружной поверх­ности (рис. 36):

— нормальные;

— выпуклые;

— вогнутые.

Тип используемого электрода определяет выпуклостьшва (а‘). Наибольшая выпуклость характерна для тонкопокрытых электродов, а толстопокрытые электроды дают нормальные швы, поскольку отличаются большей жидкотекучестью рас­плавленного металла.

Опытным путем было установлено, что прочность шва не возрастает с увеличением его выпуклости, тем более если

соединение «работает» при переменных нагрузках и вибра­ции. Подобное положение объясняется так: при выполнении шва с большой выпуклостью невозможно добиться плавного перехода от валика шва к основному металлу, поэтому в этой точке кромка шва как бы подрезается, и здесь в основном концентрируются напряжения. В условиях переменных и виб­рационных нагрузок в этом месте сварное соединение может подвергаться разрушению. Кроме того, выпуклые швы тре­буют повышенного расхода электродного металла, энергии и времени, т. е. является неэкономичным вариантом.

6. По конфигурации (рис. 37):

— прямолинейные;

— кольцевые;

— вертикальные;

— горизонтальные.

7. По отношению к действующим силам (рис. 38):

— фланговые;

— торцовые;

— комбинированные;

— косые.

Рис. 38. Сварные швы по отношению к действующим силам: а — фланговый; б — торцовый; в — комбинированный; г — косой

Вектор действия внешних сил может быть параллельным оси шва (характерно для фланговых), перпендикулярным оси

шва (при торцовых), проходить под углом к оси (для косых) или сочетать направление фланговых и торцовых сил (при комби­нированных).

8. По способу удержания расплавленного металла шва:

— без подкладок и подушек;

— на съемных и остающихся стальных подкладках;

— на медных, флюсо-медных, керамических и асбесто­вых подкладках, флюсовых и газовых подушках.

При наложении первого слоя шва главное — суметь удер­жать жидкий металл в сварочной ванне. Чтобы предотвратить его вытекание, используют:

— стальные, медные, асбестовые и керамические под­кладки, которые подводятся под корневой шов. Благодаря им можно увеличить сварочный ток, что обеспечивает сквозное проплавление кромок и гарантирует стопроцентный провар де­талей. Кроме того, подкладки удерживают расплавленный ме­талл в сварочной ванне, препятствуя образованию прожогов;

— вставки между свариваемыми кромками, которые вы­полняют те же функции, что и прокладки;

— подрубку и подварку корня шва с противоположной стороны, при этом не стремятся к сквозному проплавлению;

— флюсовые, флюсо-медные (при сварке под флюсом) и газовые (при ручной дуговой, автоматической и аргонно - дуговой сварке) подушки, которые подводят или подают под первый слой шва. Их цель — не допустить вытекания металла из сварочной ванны;

— соединения в замок при выполнении стыковых швов, которые предупреждают прожоги в корневом слое шва;

— специальные электроды, покрытие которых содержит особые компоненты, увеличивающие силу поверхностного на­тяжения металла и не позволяющие ему вытекать из свароч­ной ванны при выполнении вертикальных швов сверху вниз;

— импульсную дугу, благодаря которой происходит крат­ковременное расплавление металла, что способствует более быстрому охлаждению и кристаллизации металла шва.

9. По стороне, на которой накладывается шов (рис. 39):

— односторонние;

— двусторонние.

10. По свариваемым материалам:

— на углеродистых и легированных сталях;

— на цветных металлах;

— на биметалле;

— на пенопласте и полиэтилене.

11. По расположению соединяемых деталей:

— под острым или тупым углом;

— под прямым углом;

— в одной плоскости.

12. По объему наплавленного металла (рис. 40):

— нормальные;

— ослабленные;

— усиленные.

13. По расположению на изделии:

— продольные;

— поперечные.

14. По форме свариваемых конструкций:

— на плоских поверхностях;

— на сферических поверхностях.

15. По количеству наплавленных валиков (рис. 41):

— однослойные;

— многослойные;

— многопроходные.

Перед осуществлением сварочных работ кромки соеди­няемых изделий, конструкций или частей должны быть соот­ветствующим образом подготовлены, поскольку от их гео­метрической формы зависит прочность шва. Элементами подготовки формы являются (рис. 42):

— угол разделки кромки (а), который должен быть вы­полнен, если толщина металла составляет более 3 мм. Если пропустить эту операцию, то возможны такие негативные по-

следствия, как непровар по сечению сварного соединения, перегрев и пережог металла. Разделка кромок дает возмож­ность осуществлять сварку несколькими слоями небольшо­го сечения, благодаря чему структура сварного соединения улучшается, а внутренние напряжения и деформации снижа­ются;

— зазор между соединяемыми кромками (а). От правиль­ности установленного зазора и подобранного режима сварки зависит, насколько полным будет провар по сечению соеди­нения при формировании первого (корневого) слоя шва;

— притупление кромок (S), необходимое для того, чтобы придать процессу наложения корневого шва определенную устойчивость. Игнорирование этого требования приводит к пережогу металла при сварке;

— длина скоса листа в том случае, если имеется разница по толщине (L). Этот элемент позволяет обеспечивать плав­ный и постепенный переход от более толстой детали к тонкой, что снижает или устраняет риск концентрации напряжений в сварных конструкциях;

— смещение кромок по отношению друг к другу (5). По­скольку это снижает прочностные характеристики соедине­ния, а также способствует непровару металла и образованию очагов напряжений, ГОСТом 5264-80 установлены допусти­мые нормы, в частности смещение должно составлять не бо­лее 10% толщины металла (максимум 3 мм).

Таким образом, при подготовке к сварке необходимо вы­полнить следующие требования:

— очистить кромки от загрязнений и коррозии;

— снять фаски соответствующего размера (по ГОСТу);

— установить зазор в соответствии с ГОСТом, разрабо­танным для того или иного типа соединения.

О некоторых видах кромок уже говорилось ранее (хотя они и рассматривались в другом аспекте) при описании сты­ковых соединений, но тем не менее необходимо еще раз за­острить на этом внимание (рис. 43).

Выбор того или иного вида кромок определяется рядом факторов:

— способом сварки;

— толщиной металла;

— способом соединения изделий, частей и пр.

Для каждого способа сварки разработан отдельный стан­дарт, в котором указаны форма подготовки кромок, размер шва и допустимые отклонения. Например, ручная дуговая сварка осуществляется по ГОСТу 5264-80, контактная —

Рис. 42. Элементы подготовки кромок

по ГОСТу 15878-79, электрошлаковая — по ГОСТу 15164- 68 и т. д.

Кроме того, имеется стандарт на графическое обозна­чение сварного шва, в частности ГОСТ 2.312-72. Для этого используется наклонная линия с односторонней стрелкой (рис. 44), которая указывает участок шва.

Характеристика шва, рекомендованный способ свар­ки и иная информация представлены над или под горизон­тальной полкой, соединенной с наклонной линией-стрелкой. Если шов видимый, т. е. находится на лицевой стороне, то ха­рактеристика шва дается над полкой, если невидимый — под ней.

К условным обозначениям сварного шва относятся и до­полнительные знаки (рис. 45).

Рис. 43. Виды кромок, подготовленных к сварке: а — со скосом обеих кромок; б — со скосом одной кромки; в — с двумя симметричными скосами одной кромки; г — с двумя симметричными скосами двух кромок; д — с криволинейным скосом двух кромок; е — с двумя симметричными криволинейными скосами двух кромок; ж — со скосом одной кромки; з — с двумя симметричными скосами одной кромки

Рис. 44. Графическое обозначение сварных швов

Для различных видов сварки приняты буквенные обо­значения:

Рис. 45. Дополнительные обозначения сварного шва: а — прерывистый шов с цепной последовательностью участков; б — прерывистый шов с шахматной последовательностью участков; в — шов по замкнутому контуру; г — шов по незамкнутому контуру; д — монтажный шов; е — шов со снятым усилением; ж — шов с плавным переходом к основному металлу

— дуговая сварка — Э, но поскольку этот вид наиболее распространенный, то в чертежах буква может и не указы­ваться;

— газовая сварка — Г;

— электрошлаковая сварка — Ш;

— сварка в среде инертных газов — И;

— сварка взрывом — Вз;

— плазменная сварка — Пл;

— контактная сварка — Кт;

— сварка в углекислом газе — У;

— сварка трением — Т;

— холодная сварка — X.

При необходимости (если реализуется несколько спосо­бов сварки) перед обозначением той или иной разновидно­сти располагают буквенное обозначение используемого спо­соба сварки:

— ручная — Р;

— полуавтоматическая — П;

— автоматическая — А.

— дуговая под флюсом — Ф;

— сварка в активном газе плавящимся электродом — УП;

— сварка в инертном газе плавящимся электродом — ИП;

— сварка в инертном газе неплавящимся электродом —

ИН.

Для сварных соединений также имеются специальные буквенные обозначения:

— стыковое — С;

— тавровое — Т;

— нахлесточное — Н;

— угловое — У.

По цифрам, проставленным после букв, определяют но­мер сварного соединения по ГОСТу на сварку.

Обобщая сказанное выше, можно констатировать, что условные обозначения сварных шов складываются в опреде­ленную структуру (рис. 46).

шва — длина шва, знак / или Z, шаг; 6 — для точечного шва — размер точки; 7 — для контактной сварки — диаметр точки,

знак / или ~Z. , шаг; 8—для шовной сварки — длина шва;

9 — ширина и длина шва, знак или, шаг; 10 — знак и катет по стандарту; 11 — условное изображение способа сварки; 12 — тип шва; 13 — стандарт соединения

В качестве примера расшифруем обозначение:

Q-----------------------------------------------------------------

ГОСТ 14771-76- Е4-У П A6-50Z150

7

— шов располагается на невидимой стороне — обозна­чение находится под полочкой;

— тавровое соединение, шов № 4 по ГОСТу 14771- 76 — Т4;

— сварка в углекислом газе — У;

— сварка полуавтоматическая — П;

— длина катета 6 мм — Г 6:

— шов прерывистый с шахматным расположением участ­ков — 50 150.