Сварные соединения. Типы сварных швов и соединений. Расчетные сопротивления сварных швов.

Наиболее распространенным видом соединения элементов стальных конструкций являются электросварные соединения. Основными достоинствами сварных соединений являются: высокая прочность и надежность, возможность соединения элементов непосредственно без вспомогательных деталей и отверстий (в отличие от клепаных и болтовых соединений), простота конструктивной формы, экономия металла, возможность механизации и автоматизации процесса сварки. Недостатками сварных соединений являются: деформация изделий от усадки сварных швов, наличие остаточных напряжений в конструкции, что в некоторых случаях приводит к увеличению хрупкости стали.

Правильным проектированием сварных соединений влияние этих недостатков может быть уменьшено, и поэтому почти все стальные конструкции в настоящее время изготовляют со сварными, соединениями. На прочность сварных соединений существенно влияют структура шва, а также встречающиеся в нем неметаллические включения (шлаковины или мелкие газовые пузыри, появляющиеся при остывании шва). Внутренние микропоры создают объемную концентрацию напряжений, увеличивая хрупкость шва. Появление трещин внутри шва недопустимо. Различают горячие и холодные сварные трещины. Горячие трещины иногда возникают при остывании шва в температурном интервале 1000-1350°С. Горячие трещины, вначале часто незаметные, обладают способностью увеличиваться, особенно при воздействии динамической нагрузки, и могут полностью разрушить соединение; поэтому они являются весьма опасными. Появление горячих трещин зависит от химического состава стали, от её структуры, от скорости отвода тепла, низколегированные стали меньше страдают от горячих трещин; весьма благоприятна Ст3сп. Зато в Ст3кп трещины появляются достаточно часто, причем с повышением количества углерода опасность появления горячих трещин увеличивается. Всякие концентраторы напряжений, как например, непровар в корне шва или сварка при низких температурах способствуют появлению горячих трещин. Возможность появления горячих трещин является основной причиной, требующей применения в ответственных сварных конструкциях спокойной стали. Холодные трещины большей частью являются результатом растягивающих напряжений в швах от усадки при быстром остывании. Эти трещины располагаются параллельно шву на некотором расстоянии от него, в области сравнительно низких температур. Холодные трещины наиболее свойственны кипящей стали. Содержание углерода в стали выше 0,2% также способствует появлению холодных трещин. Структура сварного шва подразделяется на три зоны: зона основного металла, переходная зона, зона наплавленного металла. Зоной основного металла считается его часть около шва, нагреваемая не выше критической температуры (t = 723°С), в которой металл сохраняет свои механические свойства. Переходная (околошовная) зона или зона термического влияния, расположена между основным и наплавленным металлом. В этой зоне во время сварки наблюдается резкое изменение температуры от 1500°С (температура плавления) до 723°С. Структура металла в этой зоне неравномерна. На участке с температурой выше 1000 - 1100°С происходит рост кристаллов, образуется грубая крупнозернистая структура и ухудшаются механические качества  металла. Переходная зона является самым слабым местом шва.

Проникание наплавленного металла в основной шов называется проваром, чем глубже провар, тем лучше шов. Обычно глубина провара составляет 1,5 – 2 мм. особенно важно, чтобы необходимая глубина провара была в корне угловых швов конструкции, подвергающихся переменным нагрузкам. Наличие щели при необработанной кромке листа создает резкое изменение формы, вызывающее концентрацию напряжений  и образование мельчайших трещин, которые со временем, развиваясь от переменных нагрузок, могут привести к разрыву шва.

Сварные соединения могут быть:

1) встык – свариваемые детали приставляются одна к другой встык, и место их соединения проплавляется сварным швом;

2) внахлестку – одна деталь накладывается на другую и приваривается по отдельным граням или по всему контуру соединения;

3) комбинированные – детали свариваются встык и для усиления привариваются накладки внахлестку.

Сварные швы в соединениях подразделяются по ряду признаков:

1) по конструкции шва – на стыковые и угловые. Если усилие действует вдоль углового шва, он называется фланговым, если поперек то лобовым;

2) по назначению – на рабочие (передающие усилия) и конструктивные (связующие);

3) по положению в пространстве при их выполнении – на нижние, вертикальные и потолочные;

4) по протяженности – на сплошные и прерывистые;

5) по числу слоев, накладываемых при сварке – на однослойные (однопроходные) и многослойные (многопроходные);

6) по месту производства – на заводские и монтажные;

7) по форме шва при сварке с обработанными кромками – на V-образные,  Х-образные, К-образные и U-образные.

Кромки свариваемых изделий обрабатывают при больших толщинах металла для возможности выполнения монолитного соединения.

Обработка кромок под сварку