Занятие №37.1 «Сварка швов в различных положениях»

20.02.02. МДК.07.02Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях

Занятие №37.1 «Сварка швов в различных положениях»

Часть 1-я «Сварные соединения и сварные швы»

Сварным соединениемназывается неразъемное соединение, выполненное сваркой. Сварное соединение включает в себя свар­ной шов, зону термического влияния (ЗТВ)[1] и примыкающие к ней участки основного металла.

Сварные соединения (рис. 37.1) бывают следующих видов: стыковые; угловые; торцовые; нахлесгочные; тавровые.

Рис. 37.1. Основные виды соединений:

а — стыковое: б — угловое:

в — торцовое; г — нахлесточное;

д — тавровое

Стыковое соединение — это соединение двух элементов, при­мыкающих друг к другу торцевыми поверхностями (рис. 37.2).

Рис. 37.2. Конструктивные элементы разделки кромок под сварку: а — без разделки кромок; б — с разделкой кромок одной детали; в — V-образная разделка;

г — Х-образная разделка; д — U-образная разделка; b — зазор; с — притупление;

β — угол скоса кро­мок; α — угол разделки кромок

Стыковое соединение без скоса свариваемых кромок (рис. 37.2, а) применя­ют при соединении листов толщиной до 12 мм, при этом кромки листов срезают под прямым углом к плоскости. Листы толщиной до 4 мм сваривают односторонним швом; толщиной 2... 12 мм — двухсторонним швом.

Двухсторонний сварной шов (рис. 37.3, а) повышает прочность сварного соединения, однако приложение значительных долговременных нагрузок из-за наличия непроваренного участка в корне шва мо­жет привести к разрушению соединения.

Рис. 37.3. Стыковое соединение со скосом кромок:

а — стыковое соединение с полным проваром;

б — двухсторонний сварной шов; в — стыковое сварное соединение с полным проваром на подкладке

Полное проплавление при одностороннем сварном шве (рис. 37.3, а) достигается при толщине метал­ла до 4 мм. При сварке двухсторонним сварным швом полное про­плавление обеспечивается при толщине металла до 8 мм.

В стыковых соединениях без скоса свариваемых кромок с зазо­ром намного легче, чем в стыковых соединениях без зазора, обес­печить полный провар. Это позволяет производить сварку метал­ла большей толщины. При сварке односторонним швом полное про­плавление достигается при толщине металла менее 5 мм. При сварке двухсторонним швом полное проплавление обеспечивает­ся при толщине металла до 12 мм.

Стыковое соединение со скосом кромок — наиболее распрост­раненное соединение (рис. 37.2, б-г). Оно намного превосходит по качеству шва стыковое соединение без скоса кромок и применяется для свар­ки ответственных конструкций. Стыковые соединения со скосом кромок позволяют сваривать металл толщиной 3...100 мм. Сто­имость подготовки таких соединений и расход электродов при их сварке превышают аналогичные показатели для стыковых швов без скоса свариваемых кромок. При сварке односторонним швом необходимо обеспечить га­рантированный провар корня шва (рис. 37.3, а), в противном слу­чае в условиях приложения значительной нагрузки может про­изойти разрушение соединения.

Двухсторонний сварной шов (рис. 37.3, б) может производить­ся только в тех случаях, когда имеется возможность доступа к обратной стороне шва: при этом гораздо легче обеспечить гаран­тированный провар на всю толщину сварного соединения. При использовании подкладок (рис. 37.3, в) появляется возможность по­высить скорость сварки и применять электроды большего диамет­ра, особенно при выполнении первого или корневого прохода.

Стыковые соединения с двумя симметричными скосами кромок применяются для конструкций, работающих в исключительно тяжелых условиях эксплуатации. Они используются для получе­ния сварных соединений металла толщиной 8...120 мм.

При выполнении стыкового соединения с двумя симметричны­ми скосами кромок (рис. 1.4) необходимо обеспечить гарантиро­ванный провар корня шва. Для этого перед наложением второго шва нужно произвести зачистку корня первого шва.

Сварка двухсторонним швом стыкового соединения с двумя симметричными скосами кромок позволяет достичь более равно­мерного распределения теплоты в соединении, что снижает кон­центрацию напряжений в свариваемом изделии.

Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки.

Рис. 37.4. Стыковые соединения с двумя симметричными скосами кромок

Стыковые соединения со скосом одной кромки и двумя симметричными скосами одной кромки могут применяться в конструкциях, силовые нагрузки на которые, а также толщина металла сходны с конструкциями, для которых используются стыковые соединения со скосом кромок.

Стыковое соединение с криволинейным скосом кромок приме­няется для особо ответственных конструкций, таких как нагрева­емые сосуды высокого давления. Стоимость выполнения таких соединений выше, чем стоимость выполнения соединений со ско­сом кромок и соединений с двумя симметричными скосами кро­мок, однако для сварки соединений с криволинейным скосом кро­мок необходимо меньшее количество электродов и, соответствен­но, меньший расход электроэнергии. Стыковое соединение с кри­волинейным скосом кромок применяется для сварки металла тол­щиной 15...175 мм.

Угловое соединение — это сварное соединение двух элемен­тов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 37.5); сварка выполня­ется по кромкам этих элементов с одной или обеих сторон.

Угловые соединения применяют при сварке различных короб­чатых изделий, резервуаров и емкостей.

Угловое соединение без скоса кромок с торцевым швом (рис. 37.5, а) обычно применяют для сварки тонкого металла. Более толстые соединения могут выполняться таким способом только в том случае, если во время эксплуатации они не будут подвергать­ся значительным нагрузкам или изгибу в корневой части шва.

Угловое соединение без скоса кромок с частичным перекрыти­ем элементов (рис. 37.5, б) может применяться для металла тол­щиной до 30 мм. Данное соединение образует разделку и позволяет обеспечить качественное проплавление в корне шва, а также хороший вне­шний вид сварного шва.

Рис. 37.5. Виды угловых соединений:

а — без скоса кромок с торцовым швом; б — без скоса кромок с частичным перекрытием элементов; в — без скоса кромок без взаимного перекрытия элементов; г — со скосом кромок; д — с двумя симметричными скосами одной комки

Угловое соединение без скоса кромок без взаимного перекрытия элементов (рис. 37.5, в) может быть использовано для сварки металла большой толщины. При односторонней сварке необходи­мо обеспечивать проплавление корня шва.

Угловое соединение со скосом кромок (рис. 37.5, г) обладает большой прочностью и применяется для сварки металла толщи­ной 3...60 мм. При невозможности двухсторонней сварки следу­ет обращать внимание на провар корня шва. Стоимость подготов­ки углового соединения со скосом кромок выше, чем без скоса кромок и без взаимного перекрытия.

Угловое соединение с двумя симметричными скосами одной кромки (рис. 37.5, д) применяют для конструкций, работающих в тяжелых условиях, при толщине металла 8... 100 мм. Сварку вы­полняют с двух сторон; при этом необходимо обеспечивать хоро­шее проплавление в корне шва.

Торцовое соединение — это сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу (рис. 37.6).

Торцовые соединения не предназначены для нагруженных элементов конструкций и не должны использоваться в сварных изделиях, подвергаемых растяжению или изгибу в корневой час­ти. Очень глубокое проплавление для данного соединения невоз­можно (рис. 37.6, а, б).

Рис. 37.6. Виды нахлесточных соединений: а — с одним угловым швом; б — с двумя угловыми швами

Торцовые соединения обычно применяют для металлов толщиной до 6 мм.

Нахлесточное соединение — это сварное соединение, в кото­ром сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 37.7).

При обычных работах применяют нахлесточное соединение с одним угловым швом (рис. 37.7, а), хотя оно менее прочно, чем нахлесточное соединение с двумя угловыми швами (рис. б). В случае если корень соединения будет подвергаться

Рис. 37.7. Виды нахлесточных соединений: а — с одним угловым швом; б — с двумя угловыми швами

изгибу, применять нахлесточное соединение с одним угловым.

Тавровое соединение — это сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боко­вой поверхности другого элемента (рис. 37.7).

Рис. 37.8. Тавровые соединения без скоса кромок (а, б), со скосом одной кромки (в, г) и двумя симметричными скосами одной кромки (д)

Тавровые соединения без скоса кромок (рис. 37.8, а, б) могут применяться при сварке металла толщиной до 40 мм. Эти соеди­нения не требуют какой-либо подготовки кромок, их сборка про­ста и экономична. Тавровое соединение с двухсторонним швом (рис. 37.8, в) способно противостоять значительным нагрузкам. Тавровые соединения с односторонним швом (см. рис. 37.8, а) плохо работают на изгиб относительно корня шва, поэтому при­менять их следует с осторожностью.

Тавровые соединения со скосом одной кромки обладают боль­шей прочностью, чем тавровые соединения без скоса кромок. Тавровое соединение со скосом кромок используется для сварки металла толщиной 3...60 мм.

При невозможности двухсторонней сварки (см. рис. 37.8, в) следует обращать внимание на обеспечение полного провара в корневой части шва; в этом случае соединение сможет работать на изгиб. При наличии возможности проведения двухсторонней сварки (рис. 37.8, г) несущая способность соединения значитель­но увеличивается.

Тавровые соединения с двумя симметричными скосами одной кроши (рис. 37.8, д) применяются для конструкций, работающих в тяжелых условиях, для металла толщиной 8...100 мм. Сварка выполняется с двух сторон; необходимо обеспечивать хорошее проплавление в корне шва.

Тавровые соединения с криволинейным скосом одной кроши ис­пользуются в наиболее жестких условиях эксплуатации, при тол­щине металла 15...100 мм.

Тавровые соединения с двумя симметричными криволинейными скосами одной кромки могут выдержать самые жест­кие условия нагружения. Их применяют для металла толщиной 30... 120 мм.

Сварным швом называется участок сварного соединения, обра­зовавшийся в результате кристаллизации расплавленного метал­ла или пластической деформации при сварке давлением или соче­тания кристаллизации и деформации. Сварные швы классифици­руют по назначению, конструктивному признаку, протяженности, положению относительно действующей силы и положению в про­странстве.

По назначению швы подразделяются на рабочие и связующие (конструктивные). Рабочие швы воспринимают расчетные усилия (их размеры определяются расчетом). Конструктивные (связу­ющие) швы служат для соединения элементов, прикрепления кон­структивных деталей, устранения зазоров и выполняются мини­мального сечения.

По конструктивному признаку швы подразделяются на сты­ковые, угловые, наплавочные и точечные.

Стыковой шов — это сварной шов стыкового соединения. Стыковые швы выполняются при соединении элементов, располо­женных обычно в одной плоскости, путем заполнения присадоч­ным материалом пространства между деталями. При сварке эле­ментов небольшой толщины для полного провара достаточно ос­тавить между кромками зазор, равный 1/3 толщины металла, при этом стыковой шов может быть как на остающейся (рис. 37.9, а), так и на съемной (рис. 37.9, б) подкладке.

Рис. 37.9. Стыковой шов на остающейся (а) и съемной (б) подкладке

При большой толщине металла, чтобы достичь хорошего про­вара по всей глубине шва, необходимо специально обработать кромки свариваемых элементов — произвести разделку кромок. При этом шов может состоять из одного или нескольких валиков, наплавленных в разделку (рис. 37.10).

Валиком называется металл сварного шва, наплавленный или переплавленный за один проход. Первый валик (рис. 37.10), на­плавленный в разделку, называется корневым проходом, или кор­невым швом. Последующие валики образуют заполняющие слои. При сварке двухсторонним швом меньшая часть двухстороннего шва, выполняемая предварительно для предотвращения прожогов при последующей сварке или накладываемая в последнюю оче­редь в корень шва, называется подарочным швом.

Стыковой шов является основным и наиболее экономичным сварным соединением. Он передает усилие равномерно по все­му сечению с наименьшими местными напряжениями, что обусловливает его целесообразность при вибрационной и дина­мической нагрузках. Недостатками стыкового шва являются: производственные трудности в осуществлении равномерного зазора по всей длине соединяемых элементов; дополнительные расходы на обработку кромок; необходимость точной резки элементов.

Рис. 37.10. Стыковой шов с разделкой кромок: 1 — корневой проход; 2-4 — заполняющие слои; 5 — подварочный шов

Угловой шов — это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединения. Угловые швы накладываются в угол, обра­зованный соединяемыми элементами, расположенными в разных плоскостях, и могут состоять из одного или нескольких валиков (рис. 37.11).

Нормальный угловой шов имеет вид равнобедренного тре­угольника с небольшой выпуклостью. В соединениях, воспринимающих динамические усилия, угловые швы должны иметь вогну­тую поверхность. Стандартом допускаются выпуклость и вогну­тость углового шва до 30 % от размера его катета; при этом вог­нутость не должна приводить к уменьшению значения катета К_п (размер катета углового шва, установленный при проектирова­нии).

Рис. 37.11. Проектная величина катета К_п угловых швов

Проектной величиной катета К_д является катет наибольше­го прямоугольного треугольника, вписанного во внешнюю часть углового шва (рис. 37.11). При симметричном шве за катет К_д при­нимается любой из равных катетов, при несимметричном шве — меньший.

По протяженности сварные швы подразделяются на непре­рывные, прерывистые и прихватки.

Непрерывный шов — это сварной шов без промежутков по длине. Непрерывный шов проходит по всей длине соединения (от одного конца к другому). В конструкциях, предназначенных обеспечивать максимальную прочность и герметичность, все швы сле­дует выполнять непрерывными.

Прерывистый шов — это сварной шов с промежутками по дли­не (рис. 37.12). Прерывистые швы не применяют в тех случаях, когда от конструкции требуется максимальная прочность или гер­метичность, однако в неответственных конструкциях (сварка ог­раждений, настила и т.п.) использование прерывистых швов мо­жет дать ощутимый экономический эффект, а стоимость свароч­ных работ может быть значительно снижена.

Рис. 37.12. Прерывистый шов

Рис. 37.13.  Цепной прерывистый (а) и шахматный прерывистый (б) швы

Прерывистый шов обычно применяется для сварки нахлесточных и тавровых соединений. Иногда прерывистые швы ис­пользуются для стыковых соединений без разделки кромок и практически никогда не применяются для стыковых соедине­ний с разделкой кромок. Разновидностями прерывистых швов являются цепной прерывистый шов и шахматный прерывистый шов (рис. 37.13).

Прихватка— это короткий сварной шов для фиксации взаим­ного расположения подлежащих сварке деталей. В процессе сбор­ки возникает необходимость присоединения какого-то элемента к основной конструкции перед его сваркой. Это обеспечивается путем наложения серии коротких швов, расположенных друг от друга на некотором расстоянии.

Прихватки должны быть достаточно прочными, для того что­бы удержать элемент в нужном положении и не разрушиться под действием деформаций, возникающих при сварке. Количе­ство и сечение прихваток определяются толщиной свариваемо­го металла, протяженностью шва, нагрузкой от холодной обра­ботки, которую придется выдержать прихваткам, а также от применяемой технологии сварки.

По положению относительно действующей силы сварные швы подразделяются на фланговые, лобовые и косые.

Способы выполнения швов.Технология ручной дуговой сварки предусматривает выполне­ние следующих операций: возбуждение дуги, перемещение элек­трода в процессе сварки, порядок наложения швов в зависимос­ти от особенностей сварных соединений.

В процессе сварки необходимо поддерживать постоянную дли­ну дуги. Длинная дуга способствует более интенсивному окисле­нию и азотированию расплавляемого металла, увеличивает раз­брызгивание, а при сварке покрытыми электродами основного типа приводит к пористости металла.

Для образования сварного шва электроду придается сложное движение в трех направлениях. Во-первых, это поступательное движение электрода в направлении его оси со скоростью его плавления, что обеспечивает поддержание определенной длины дуги. Во-вторых, это движение электрода вдоль оси шва со скоро­стью сварки. В результате этих двух движений образуется узкий, шириной не более 1,5 диаметра электрода, так называемый ниточ­ный шов. Такими швами сваривают тонкий металл, а также ко­рень шва при многослойной (многопроходной) сварке. В-третьих, это колебание конца электрода перпендикулярно оси шва, кото­рое необходимо для образования валика определенной ширины, хорошего провара кромок и замедления остывания сварочной ванны. Колебательные движения электрода перпендикулярно оси шва (рис. 37.16) могут быть различными (в зависимости от формы, размеров и положения шва в пространстве).

Рис. 37.16. Направление колебательных движений электрода перпендикулярно оси шва при ручной дуговой сварке: а, б — обычный режим сварки;

в, г — сварка с усиленным прогревом кромок

[1] Зона термического влияния при сварке — это участок основно­го металла, не подвергшийся расплавлению, но структура и свой­ства которого изменились в результате нагрева при сварке.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология