СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

СВАРКА стыковых швов

Особенности сварки стыкового шва и подготовки кромок под сварку определяются толщиной основного металла. При небольшой толщине металла —■ до 5—6 мм — кромки соединяемых листов не требуют особой подготовки и должны быть лишь обрезаны доста­точно правильно, чтобы обеспечить взаимную параллельность и постоянство зазора между ними на всём протяжении сварного шва. Опе­рация сварки при этом сходна с наплавкой валика, нужно лишь обращать особое вни­мание на равномерность расплавления обеих кромок, для чего концу электрода сообщает­ся поперечное колебательное движение. Се­чение шва получается со значительным усиле­нием, составляющим от 50 до 100% толщины основного металла. Основной трудностью сварки стыкового соединения является пра­вильное формирование обратной стороны шва.

В этом случае при отступлениях от нор­мального режима сварки возникают следую­щие дефекты. При недостаточном подводе тепла вся толщина листов не проплавляется и получается непровар сечения (фиг. 63). При чрезмерном подводе тепла получается сквозное проплавление металла, и расплав­ленный металл вытекает из объёма шва, образуя с обратной сто­роны натёки, а иногда и сквозные отверстия — прожоги.

Идеальное сечение шва с полным проплавлением сечения листов и отсутствием натёков с обратной стороны получить при сварке довольно трудно. Сварщику не видна обратная сторона шва, по­этому достаточно незначительных отступлений в режиме сварки, чтобы вызвать появление непровара или натёков с обратной сторо­ны. Опасаясь прожогов и натёков, сварщик обычно работает на режиме, вызывающем появление непровара сечения шва. Средняя величина непровара в значительной степени зависит от квалифика­ции сварщика. У малоквалифицированного сварщика величина не -

провара может достигать 50 и более процентов от толщины листа. Многое зависит также от качества применяемых электродов.

Швы с непроваром сечения при статическом испытании часто показывают удовлетворительную прочность, поэтому как исключе­ние подобные швы могут быть допущены в мало ответственных кон­струкциях, работающих при статической нагрузке. Влияние непро - вара в этом случае компенсируется усилением шва со стороны сварки. При более ответственных конструкциях, в особенности ра­ботающих при переменной или ударной нагрузке, швы с непрова­ром сечения недопустимы и неоднократно служили причиной ава­рий и разрушений сварных изделий. Непровар действует как над­рез и ведёт к быстрому разрушению кон­струкции. Поэтому для швов ответственных сварных изделий необходимо принимать меры, гарантирующие отсутствие непровара сечения шва. Непровар может быть устранён подваркой обратной стороны или примене - фиг. 64. Подварка. нием подкладок. Подварка состоит в нало­жении дополнительного валика уменьшенного сечения с обратной стороны шва (фиг. 64).

Подварка является надёжным методом устранения непровара. Недостатком подварки является значительное увеличение трудоём­кости работ на 30—40 и более процентов, кроме того, обратная сторона шва часто мало доступна или её приходится варить в не­удобном, например потолочном, положении. Подварка широко при­меняется на практике. Обратная сторона шва может быть недоступ­ной для сварки, тогда применение подварки отпадает, например при сварке стыков труб. Применение подкладок даёт возможность про­варить всё сечение при работе с одной стороны и получить шов высокой прочности за один проход, не прибегая к подварке обрат­ной стороны.

Подкладки под стыковые швы разделяются на съёмные, удаляе­мые по окончании сварки, и несъёмные или глухие, остающиеся приваренными к обратной стороне шва. Сварка с подкладками имеет ряд преимуществ: работа ведётся лишь с одной наиболее удобной и доступной стороны шва, производительность сварки зна­чительно возрастает, так как сварщик, не опасаясь прожогов и на­тёков, работает на повышенных режимах и увеличенных скоростях сварки. Съёмные подкладки обычно изготовляются из красной меди. Вследствие высокой теплопроводности меди достаточно мас­сивные подкладки не оплавляются при соприкосновении с жидким металлом и по окончании сварки легко могут быть удалены со шва. При интенсивной работе и массовом производстве однотипных изделий медные подкладки могут охлаждаться проточной водой. Соответствующими приспособлениями должно быть обеспечено плотное прилегание свариваемого металла к медным подкладкам на Есём протяжении сварного шва. Остающиеся несъёмные или глу­хие подкладки обычно представляют собой стальную полоску тол­щиной 3—4 мм и шириной около 50 мм. По окончании сварки
стальная подкладка оказывается приваренной наглухо к сварному шву и остаётся на нём. Стык трубы с вкладным стальным коль­цом— подкладкой, широко применяющийся в практике сварки раз­личных трубопроводов, показан на фиг. 65. Целесообразно, где это возможно, использовать в качестве подкладки элементы самой свар­ной конструкции.

Дополнительные трудности представляет стыковая сварка очень тонкого материала, толщиной менее 1,5 мм. В настоящее время разработаны специальные электроды для сварки малых толщин, на­пример электроды МТ, обесПенцвающие особо устойчивое горение дуги. Применение этих электродов и дополнительных приспособле­ний, позволяющих точно регулировать малые силы тока, позволяет' успешно проводить сварку Металлической дугой стальных листов

толщиной от 0,8 до 1,5 мм. Стыковая сварка стальных листов без предварительной разделки кромок может быть применена и для больших толщин при условий выполнения сварки с двух сторон (фиг. 66). Таким приёмом можно сварить листы толщиной

8— 12 мм. Недостатком подобного соединения является значитель­ная вероятность получения не­провара сечения и включений шлаков и окислов по оси шва, причём этот дефект не может быть обнаружен внешним осмотром и вскрывается лишь рентгеновским просвечиванием и другими приёмами.

В большинстве случаев при толщине металла свыше 5 мм прибегают к предварительной разделке или скосу кромок; при этом различают швы односто­ронние и двусторонние. Нормальная разделка кромок под односто­ронний стыковой шов, так называемая V-образная разделка, пока­зана на фиг. 67.

Собранный и подготовленный под сварку шов характеризуется тремя основными размерами: Углом разделки а (иногда даётся по­
ловинная его величина — скос кромки а/2), притуплением кромки или нескошенной частью а и зазором между кромками о. Увеличе­ние угла разделки или раскрытия кромок облегчает сварку и доступ к нижним слоям металла, но увеличивает количество наплавленного металла и трудоёмкость выполнения шва. Притупление кромки облегчает сборку и уменьшает возможность прожога металла в вершине шва. Зазор облегчает доступ к нижним слоям металла и провар всего сечения.

На основании многолетней практики наших заводов общеприня­тыми являются следующие размеры элементов разделки кромок под односторонний шов. Угол разделки а =60—70° или угол скоса кромки а/2 = 30—35°. При - | тупление кромки равно 2—3 льи, / а на толщинах свариваемого ме - )

талла свыше 20 лш — до 4—■ (

5 лви. Зазор 5 принимается от /_

2 до 4 мм, возрастая с увеличе­нием толщины металла. Ука­занный шов может быть при - фиг. 68. Сечение V-образного шва:

МРПРН 7гтта ТЛГТГІІИНКІ МРТЯПЇЇЯ пт 1 - контрольный (подварочный) валик;

менен ДЛЯ ЮЛЩИНЫ металла от 2 _ контрольная канавка; 3 — первый слой;

5 до 40 мм и выше. При значи - * - усиление,

тельной толщине металла шов

выполняется в несколько слоёв. Толщина слоя обычно делается около 5—6 мм. Наиболее трудной является сварка первого слоя, в котором возможны те же дефекты, что и при сварке листов без скоса кромок, т. е. непровар сечения, натёки и прожоги.

Меры борьбы с указанными дефектами остаются прежние: под­варка обратной стороны и применение съёмных или остающихся подкладок. Перед подваркой обратной стороны в ответственных изделиях рекомендуется вырубить металл на глубину 2—3 мм, т. е. выбрать так называемую контрольную канавку, которая затем пе­рекрывается подварочным или контрольным валиком (фиг. 68).

С наружной стороны сечение шва завершается усилением, величина которого в зависимости от толщины металла устанавливается в пре­делах 3—5 мм. На больших толщинах при многослойной сварке каждый слой отжигается при наложении последующего слоя, что улучшает структуру и механические свойства металла. Не подвер­гаются отжигу лишь усиление и контрольный или подварочный ва­лик, что следует иметь в виду при металлографическом исследова­нии и механических испытаниях многослойных сварных швов.

При значительных толщинах металла и достаточной доступности обратной строны шва с односторонним швом конкурирует дву­сторонний или Х-образный шов, схематически показанный на фиг. 69. Двусторонний шов требует меньше наплавленного металла и меньшей затраты труда сварщика при одной и той же толщине металла. Вторым преимуществом двустороннего шва является большая симметричность сечения, что уменьшает деформацию изделия.

Недостатком двустороннего шва является необходимость произ­водить сварку с двух сторон, что часто вызывает затруднения, а иногда и совсем невозможно.

Между односторонним швом с подваркой обратной стороны и симметричным двусторонним швом существуют переходные формы.

Кроме указанных симметричных форм швов на практике довольно часто применяются несимметрич­ные стыковые швы с неодинаковой подготовкой кромок (фиг. 70).

Швы с плоскими кромками об­ладают тем недостатком, что свар­ка вершины шва несколько затруд­нительна, а на наружной поверх­ности швы имеют слишком боль­шую ширину. Во многих случаях значительно целесообразнее швы с криволинейными очертаниями кромок, так называемые чашеобразные односторонние и двусторон-

ние швы (фиг. 71), которые повышают качество сварного соединения и удобство сварки. Недостатком этих швов является усложнённая подготовка кромок.

На фиг. 72 показаны формы бортовых и угловых сварных соеди­нений, родственных стыковым соединениям.

Примерные режимы сварки стыковых швов приведены в табл. 8.

o' Мь

SHAPE * MERGEFORMAT

Кроме стыкового шва, являющегося основной формой для всех видов сварки плавлением, дуговая электросварка даёт возможность удобно выполнять угловые швы, образующие такие важные формы соединений, как нахлёсточное и тавровое. Угловые швы показаны на фиг. 73.

Объём шва для заполнения наплавленным металлом представ­ляет собой двугранный угол, образованный поверхностями соеди­няемых элементов; величина угла в большинстве случаев равна 90°. Кромки углового шва несимметричны в отношении отвода тепла. Одна из кромок, где сварной шов расположен далеко от края листа, отводит тепло примерно в два раза интенсивнее, чем являю­щаяся краем листа другая кромка, которая нагревается и плавится значительно быстрее. Кроме того, кромки шва часто занимают раз­личное пространственное положение, например одна находится в

нижнем, а другая в вертикальном положении, что сушественно за­трудняет работу сварщика. Это затруднение устраняется наклоном изделия таким образом, чтобы средняя плоскость шва заняла вер­тикальное положение, а обе кромки шва были наклонены к гори­зонтальной плоскости симметрично на 45° (фиг. 74). Такое так называемое положение углового шва в лодочку даёт значительные преимущества при сварке и рекомендуется к применению везде, где только возможно, для чего на заводах применяются специальные приспособления, позволяющие быстро поворачивать изделие и уста­навливать его в нужном положении.

При сварке углового шва электрод ведут в средней плоскости угла раскрытия и сообщают концу электрода поперечное колеба­тельное движение для расплавления металла обеих кромок.

Наибольшие трудности представляет выполнение первого слоя, осо­бенно получение полного провара, т. е. расплавления вершины угла. Непровар в этом случае не может быть исправлен подваркой обрат­ной стороны и плохо обнаруживается последующим контролем.

Угловые швы значительного сечения выполняются в несколько слоев. Размер сечения шва определяют размером прямоугольника, вписанного в очертание сечения шва (фиг. 75). Катет такого тре-

угольника определяет размер шва. Обычно применяются швы с равными катетами; неравные катеты применяются реже, в специ­альных случаях. Обычно принимают, что полная прочность шва достигается при катете шва, равном толщине металла, и дальней­шее увеличение сечения шва считают бесполезным.

По очертанию на­ружной поверхности углового шва разли­чают швы с вы­пуклой поверхностью, или усиленные, швы с плоской поверх­ностью или нормаль

ные, и швы с вогнутой поверхностью, или ослабленные. Усиленные швы рекомендуются для изделий, работающих при статиче­ской нагрузке. Как показывает опыт при переменной или удар-

£-SS-j

Фиг. 76. Сварные соединения: a — нахлесточное; б — Тавровое.

ной нагрузке, а также при усталостных испытаниях лучше работают ослабленные швы с вогнутой поверхностью. Нормальные швы с пло­ской поверхностью занимают среднее положение и являются, таким образом, наиболее универсальными, поэтому и применяются чаще всего на практике.

Форма поверхности углового шва В значительной степени опре­деляется применяемыми электродами. Электроды, дающие густой вязкий расплавленный металл, образуют легко швы с выпуклой усиленной поверхностью. Электроды, Дающие легко растекающий­ся жидкий металл, образуют преимущественно ослабленные швы с вогнутой поверхностью.

Посредством угловых швов можно получить два важных вида сварных соединений: нахлёсточное и тавровое (фиг. 76). Для

особо ответственных сварных изделий, работающих при знако­переменной и динамической нагрузках, иногда используется тавро­вое соединение с предварительной разделкой кромок притыкаемого листа. В табл. 9 даны примерные режимы ручной сварки угловых швов.

Таблица 9