Виды сварных швов и соединений

     Сварным швом (в дуговой сварке) называется конструктивный элемент сварного соединения на линии перемещения источника сварочного нагрева (дуги),  образованный  затвердевшим  после  расплавления  металлом.

     Сварные швы классифицируются по конструктивному признаку, назначению,  положению,  протяженности  и  внешней  форме.

     По конструктивному признаку швы разделяют на стыковые и угловые (валиковые). Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительной разделки кромок швы бывают V-, U-, X- и K-образные.  Для V- и U-образных швов, свариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных не проваров (рис.4.1), являющихся  источником  концентрации  напряжений.

     При автоматической сварке принимаются меньшие размеры разделки кромок швов вследствие большего проплавления соединяемых элементов (см. табл.4.1). Чтобы обеспечить полный провар шва, односторонняя автоматическая сварка часто выполняется на флюсовой подушке, медной подкладке  или  стальной  остающейся  подкладке.

     При электрошлаковой сварке разделка кромок листов не требуется, но зазор  в  стыке  принимают  не  менее  14 мм.

     Угловыми  швами, весьма часто применяемыми в конструкциях, являются поясные швы в балках и колоннах. Такими швами привариваются элементы конструктивного оформления (ребра, накладки), а также элементы в углах решетчатых конструкций и т.п. Угловые (валиковые) швы наваривают в угол,

образованный элементами, расположенными в разных плоскостях. Применяющаяся   при  этом  разделка  кромок  изделий  показана  в  табл. 4.1.

      Угловые швы, расположенные параллельно действующему осевому усилию, называются фланговыми, а расположенные перпендикулярно – лобовыми.

      Швы могут быть рабочими или связующими (конструктивными), сплошными или прерывистыми (шпоночными). По положению в пространстве во время их выполнения они бывают нижними, вертикальными, горизонтальными  и  потолочными  (рис. 4.2.). Сварка  нижних  швов наиболее

Рис. 4.1. Виды швов.

а – стыковой шов в однопроходном стыковом соединении; б –стыковой шов с подваркой            корня в однопролетном стыковом соединении; в – фланговый и лобовой швы в нахлесточном соединении; г – угловые швы в тавровом соединении; д – прерывистые (шпоночные) швы в нахлесточном соединении; 1 – подварка корня шва; 2 – лобовой шов; 3 – фланговый шов; 4-  угловые швы; 5  - прерывистые или шпоночные швы

удобна, легко поддается механизации, дает лучшее качество шва, поэтому при проектировании следует рассматривать возможность выполнения большинства швов в нижнем положении. Вертикальные, горизонтальные и потолочные  швы в большинстве своем выполняются при монтаже. Они плохо

поддаются механизации, выполнить их вручную трудно, качество шва хуже, поэтому  применение  их  в  конструкциях  ограничено.

     Различают следующие сварные соединения: стыковые, внахлестку, угловые и  тавровые  (рис.4.3).

     Стыковыми называются соединения, в которых элементы соединяются торцами и один элемент является продолжением другого. Такие соединения наиболее рациональны, так как имеет наименьшую концентрацию напряжений  при  передаче  усилий,  экономичны  и  удобны  для  контроля.

     Стыковые соединения листового металла выполняют прямым или косым швом.

Рис. 4.2.Положение швов в пространстве

1 – нижнее; 11 – вертикальное; 111 – потолочное; 1У – горизонтальное на вертикальной поверхности

     Соединения внахлестку называют такие, в которых свариваемые элементы, частично находят друг на друга (рис.4.3,б). Эти соединения широко применяют для сварки листовых конструкций небольшой толщины (2-5 мм), в решетчатых и других видах конструкций. Разновидностью соединений внахлестку являются соединения с накладками с целью усиления стыков.

     Соединения внахлестку с накладками просты, но менее экономичны по расходу металла и вызывают резкую концентрацию напряжений, поэтому их редко используют при переменных и динамических нагрузках, а так же при низкой  температуре.

     Угловыми называются соединения, в которых свариваемые элементы расположены  под  углом  (рис.4.3,г).

     Тавровые соединения отличаются от угловых тем, что в них торец одного элемента  приваривается  к  поверхности  другого  (рис.4.3,д).

     Во всех видах сварных соединений применяются угловые швы (валиковые). Только стыковые соединения выполняются с помощью стыковых швов.

   Работоспособность сварного соединения зависит  от его качества,  т.е. минимального  числа  дефектов.  Наиболее  часто встречающимися дефектами

сварного  соединения  являются:

    а) подрезы, представляющие собой углубления (канавки) в металле, идущими  вдоль  границы  шва;

    б) непровары  - отсутствие оплавления между металлом шва и основным металлом. При этом в местах непроваров обнаруживаются тонкие пленки оксидов  и  шланговые  включения;

     в) шлаковые (неметаллические) включения – частицы шлака, не успевшие  всплыть  на  поверхность  шва  до  затвердения  металла  шва;

г) поры – области,  заполненные  газом,  выделяющимся в процессе сварки;

Т а б л и ц а   4.1. Виды сварки в зависимости от толщины шва (двусторонняя

или с подваркой корня)

     д) горячие трещины – разрушение металла шва при температурах близких

к   температурам   солидуса.    Горячие    трещины    представляют           собой

межкристаллитное или межзеренное разрушение. При попадании в трещину воздуха, поверхность ее покрывается темными оксидами коричнево-синеватого цвета. Горячие трещины появляются тогда, когда металл шва не набрал  еще  способности  сопротивляться  развитию  деформаций.

     е) холодные трещины наблюдаются после охлаждения сварного соединения. Характерной особенностью этих трещин является блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления. Образованию холодных трещин способствует изменение структуры металла в результате сварки, насыщения металла шва водородом из атмосферы сварочной дуги, а в некоторых случаях, основного металла в результате процесса термодиффузии, а также наличие напряжений, включая сварочные напряжения.  Сварочные  напряжения   приводят  к   образованию     холодных

Рис. 4.3. Виды сварных соединений

а – стыковые; б – внахлестку; в – комбинированные; г –угловые; д – тавровые; 1 – лобовые; 2 – фланцевые швы; 3 – косой шов

трещин после сварки до нагружения конструкции эксплуатационными нагрузками  и  даже  до  монтажа.

     Все дефекты снижают работоспособность конструкции, так как являются концентраторами напряжения, однако, при определенных размерах, форме, числе и расположении сварных швов в соединении работоспособность конструкции может быть обеспечена в соответствии с заданными условиями эксплуатации (вид нагружения – статическое или циклическое, температура эксплуатации и т.п.). Особо важную роль играют выбранные методы контроля  качества  сварных соединений и тщательность их выполнения.

     При сварке конструкций наблюдаются как продольная (вдоль линии шва), так и поперечная (перпендикулярно шву) усадки, в результате чего форма конструкции искажается по отношению к исходному состоянию (или проектному).  Это  явление  называется  короблением.

     Чтобы избежать коробления конструкции, при изготовлении применяют ряд мероприятий. Мероприятия могут быть предварительными, сопутствующими  и  последующими,  т.е.   проводятся  после  сварки.

     К основным мероприятиям относятся следующие:

     увеличение жесткости путем специальных закреплений свариваемых элементов  (кондукторы,  кассеты  и  т.п.);

     создание  деформаций  обратного  знака до сварки (обратный выгиб и т.п.);

     пластическое деформирование обратного знака (растяжение металла шва и около  шовной  зоны – прокатка,  проколачивание  и  т.п.);

     местный подогрев, применяемый обычно с целью уменьшения неравномерности  распределения   температуры  при  сварке;

     применение правильного порядка сварки; при выполнении ряда швов первыми следует делать швы, расположенные ближе к центру тяжести сечения свариваемого элемента, например, в несимметричном двутавре первой  должна  привариваться  к  стенке  полка  большого  сечения;

     механическая  правка  деформированных  изделий.