Приварное соединение – виды сварных соединений и классификация способов сварки

Содержание

Сварные соединения.

В современном судостроении широко применяются неразъёмные соединения, осуществляемые посредством сварки.

Сварка - процесс соединения металлических и неметаллических деталей путём применения местного нагрева для наилучшего использования сил межмолекулярного сцепления.

Метод электрической сварки был открыт в конце 19 века русским изобретателем Н.И.Бенардосом.

В настоящее время основными видами сварки являются:

химическая (газовая), электромеханическая (контактная), электродуговая, электрошлаковая и др.

Химическая (газовая) сварка.

Свариваемые детали в зоне сварки доводятся до плавления за счёт тепла выделяющегося при сжигании горючих газов (ацетилена, водорода) в струе кислорода.

С помощью газовой сварки можно сваривать тонкую листовую сталь,

чугун, цветные металлы и сплавы.

Пламя газовой горелки используют также для резки металлов.

Электромеханическая (контактная ) сварка.

Свариваемые детали разогреваются теплом, выделяемым при прохождении тока через стык соединяемых деталей, доводятся до тестообразного состояния и механически сдавливаются.

Электродуговая сварка.

Между электродом, являющимся присадочным металлом, и свариваемыми деталями образуется электрическая дуга, в зоне которой происходит формирование шва за счет плавления электрода. Электрод покрывают специальным составом. При плавлении на металле шва образуется тонкий слой шлака, защищающий металл от окисления и тем повышающий его прочность. В электрической дуге температура достигает до 3900˚С

На рисунке:

1.электрическая дуга

2.электрод

3.электродержатель

4.кабель

5.источник электроэнергии

6.свариваемые детали

Электроды обычно имеют диаметр от 1 до 12мм. Их обозначают Э34, Э42, Э50А. Число после буквы Э указывает предел прочности шва в кг \ мм2

.

Буква А в конце марки означает повышенное качество электрода. Электродуговая сварка может выполняться вручную и автоматически.

Достоинство сварных соединений.

1.Экономия материала по сравнению с клёпаными конструкциями.

2.Плотность и непроницаемость соединений.

3.Возможность соединения деталей криволинейных профилей.

4.Уменьшение трудоёмкости по сравнению с клёпаными соединениями.

5.Сварные конструкции почти в 2 раза дешевле стоимости стального литья и поковок.

6.Бесшумность технологического процесса и возможность его автоматизации.

Недостатки:

1.Отсутствие гарантии прочности и надёжности соединения, т.к. качество зависит от внимания и квалификации сварщика.

2.Сложность проверки качества шва.

3.Высокая концентрация напряжений в зоне сварки швов. Это снижает прочность при ударных и вибрационных нагрузках.

4.Возможность нарушения физико-химических свойств соединяемых деталей в зоне сварки.

Основные типы сварных швов.

Терминология, обозначения, классификация и конструктивные элементы сварных соединений регламентированы соответствующими ГОСТами.

Сварные швы можно подразделить на стыковые, валиковые (угловые) и комбинированные.

Стыковые швы соединяют торцы деталей, лежащих в одной плоскости.

Валиковые (угловые) швы применяют при соединении деталей

а) Внахлестку: лобовые и фланговые швы

Лобовые швы: валик шва перпендикулярен к направлению растягивающей (сжимающей) силы P.

Фланговые швы параллельны растягивающей силе.

Тавровые сварные соединения

б) Впритык (угловые и тавровые сварные соединения). Соединяемые детали перпендикулярны или наклонены друг к другу, а валик шва наваривается по периметру торца или кромок детали.

Валиковый шов образуется наплавлением присадочного материала (электрода) на поверхность соединяемых деталей.

Угловые сварные соединения

Кроме соединений сплошным сварным швом часто применяют прерывистый шов, а также электрозаклепки. Для выполнения шва часто подготавливают кромки (см. рисунки).

studfiles.net

Сварные соединения - Svarcom

Сварным соединением называется неразъемное соединение, выполненное сваркой.

Сварное соединение включает три образующиеся в результате сварки характерные зоны металла в изделии: зону сварного шва 1, зону сплавления 2,

зону термического влияния 3, а также часть основного металла 4, прилегающую к зоне термического влияния.

Сварные конструкции характеризуются широким диапазоном применяемых толщин, форм и размеров соединяемых элементов, а также многообразием взаимного расположения свариваемых деталей.

В зависимости от взаимного расположения свариваемых деталей различают пять типов сварных соединений (согласно ГОСТ 5264-80 «Швы сварных соединений, ручная дуговая сварка» и ГОСТ14771-76 «Швы сварных соединений, сварка в защитныхгазах»):

— Стыковое – «С»;

— Торцевое – «С»;

— Нахлёсточное – «Н»;

— Тавровое – «Т»;

— Угловое – «У».

В СТЫКОВОМ (С) сварном соединении поверхности свариваемых элементов располагаются в одной плоскости или на одной поверхности, а сварка выполняется по смежным торцам. Основные виды стыковых сварных соединений представлены на рисунке ниже.

Стыковое соединение обеспечивает наиболее высокие механические свойства сварной конструкции, поэтому широко используется для ответственных конструкций. Однако, оно требует достаточно точной подготовки деталей и сборки.

ТОРЦЕВОЕ (С) соединение сваривается по торцам соединяемых деталей, боковые поверхности которых примыкают друг к другу.

Такие соединения используют, как правило, при сварке тонких деталей во избежание прожога.

ВНАХЛЁСТОЧНОМ (Н) сварном  соединении поверхности свариваемых элементов располагаются параллельно так, чтобы они были смещены и частично перекрывали друг друга.

Нахлёсточные соединения менее чувствительные к погрешностям при сборке, но хуже чем стыковые работают при нагрузках, особенно знакопеременных.

ТАВРОВОЕ (Т) сварное соединение получается, когда торец одной детали под прямым или любым другим углом соединяется с поверхностью другой.

Тавровые Соединения обеспечивают высокую жёсткость конструкции, но чувствительны к изгибающим нагрузкам.

УГЛОВЫМ (У) называют соединение, в котором поверхности свариваемых деталей располагаются под прямым, тупым или острым углом и свариваются по торцам.

Все сварные соединения могут быть выполнены:

односторонние (SS), когда источник нагрева перемещается с одной стороны соединения;

двухсторонние (BS) ,когда источник нагрева перемещается с двух сторон соединения.

В таком сварном соединении корень стыкового шва находится внутри сечения.

Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений приведены в таблице:

При сварке плавлением для обеспечения необходимой глубины проплавления выполняют разделку кромок. Форма разделки кромок , а также размеры параметров разделки (угол раскрытия кромок, величина зазора, притупление и др.) зависит от материала, толщины, способа сварки.

 

Разделка одной кромки

   

α- угол разделки кромок (60-90˚)β- угол скоса кромки (30-50˚)b- зазор (1-4мм) в зависимости от толщины свариваемого металла.Присварке плавящимся электродом зазор b обычно составляет 0-5мм. Чем больше зазор, тем глубже проплавление металла.c- притупление кромок (1-3мм) в зависимости от толщины свариваемого металла.X-образная разделка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавляемого металла в 1,6-1,7 раза

Разделка двух кромок

 

V-образная                                       X-образная

U-образная

Смещение свариваемых кромок

 

Δ- смещение свариваемых кромок одна относительно другой

Толщина металла, мм

Наибольшее допускаемое Δ, мм

До 4

0,5

4-10

1,0

10-100

0,1S, но не более 0,3мм

Свыше 100

0,01S+2, но не более 4мм

 

L= 5 (S1-S)

L1=2,5 (S1-S)

Разделка кромок листов разной толщины

 

 

Стандарты сварных соединений и условные обозначения нестандартных швов приведены в таблице:

ГОСТНаименование
5264-80Ручная дуговая сварка. Соединения сварные.
8713-79Сварка под флюсом. Соединения сварные.
11533-75Автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами.
11534-75Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами.
14771-76Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.
14806-80Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные.
15164-78Электрошлаковая сварка. Соединения сварные.
15878-79Контактная сварка. Соединения сварные.
23792-79Соединения контактные электрические сварные.

blog.svarcom.net

Сварные соединения: все разновидности, подробное описание

Чтобы произвести грамотное и хорошее соединение металлов, необходимо применять сварочные работы. Это может делать только обученный профессионал, который знает обо всех нюансах варки. Благодаря сварочному шву можно соединить не только металлы, но и другие материалы. Все элементы, которые были состыкованы в неразъемный узел, представляют собой соединение, которое можно разграничивать на несколько зон.

Зоны сварного соединения

Это такие соединения, которые получаются в процессе сварочной работы. Их разделяют на несколько зон:

  1. Сплавочное место. Так называют границу между основным материалом и металлом полученного шва. Именно в этом месте будут находиться зёрна, которые будут отличаться своей структурой от состояния основного вида материала. Это происходит из-за того, что имеется частичное расплавление материала во время сварной работы.
  2. Область термического влияния. Так называется зона основного материала, которая не подвергается оплавлению, хотя процесс нагрева произошёл, и структура изменилась.
  3. Сварочный шов. Это такой участок, который будет образовываться во время процесса кристаллизации. Всё это происходит, когда металл начинает остывать.

Разновидности сварных швов и соединений

Различия сварных соединений объясняются тем, что рабочий применяет неидентичные расположения стыкуемых частей относительно друг друга.

По расположению

  1. Встык. Стыковка элементов будет осуществляться на одной плоскости торцами друг к другу. Материалы могут иметь разную толщину, а потому соединяемые торцы относительно друг друга могут вертикально сместиться.
  2. Соединение угловое. В таком варианте торцы будут смещаться под определённым углом. Процесс сварки осуществляется на всех краях деталей, которые будут примыкать друг к другу.
  3. Соединение внахлёст. Детали под сварку располагаются параллельно и частично перекрывают друг друга.
  4. Соединение торцевое. Несколько частей элементов, которые необходимо сварить, будут совмещаться параллельно друг другу, а после их состыкуют по торцам.
  5. Тавровое соединение. При таком варианте торец детали примыкает к боку другого элемента под определённым углом. Виды сварочного соединения будут зависеть ещё и от вида сварочных швов, которые квалифицируются по некоторым основным признакам.

По способу выполнения

  1. Односторонний шов. Его можно выполнять, полностью проплавляя металл по всей длине конструкции.
  2. Двусторонний. Для начала нужно выполнить одностороннюю сварку, удалить корень, а уже после переходить к выполнению сварочных работ с другой стороны обрабатываемого материала.
  3. Однослойный. Такой вид обычно выполняют с помощью сварки в один проход, получается один наплавленный валик.
  4. Многослойный. Применение такого вида обычно обуславливается большой толщиной металла, когда выполнять сварку одним проходом невозможно по различным причинам. Слой шва состоит из нескольких валиков или проходов. Таким образом, есть возможность ограничить распространение термического воздействия. В результате получится очень качественное и прочное сварное соединение.

По пространственному положению

Различается несколько положений сварки:

  1. Нижнее положение. Шов будет находиться в нижней горизонтальной плоскости, это угол в 0 градусов относительно земной поверхности. Горизонтальное положение. Валик будет вестись горизонтально, а деталь может располагаться под углом от 0 до 60 градусов.
  2. Вертикальное. В такой ситуации поверхность, которая подвергается сварке, будет располагаться в плоскости от 60 до 120 градусов, а сама сварка будет проводиться по вертикальному направлению.
  3. Потолочное положение. Вся работа будет проходить под углом в 120 или 180 градусов. Это означает, что сварной шов расположен над сварщиком.
  4. Положение «в лодочку». Такое положение объясняется тем, что сваривать необходимо угловую или тавровую поверхность. Детали будут выставляться под определённым наклоном, а сварка проходить в угол.

По протяжённости

Можно производить непрерывный шов. Обычно такие применяются на производстве, когда нужно качественное и крепкое соединение. Но бывают и исключения.

Вторым вариантом считается прерывистый шов, который обычно применяется в угловом соединении. Такой вид шва может применяться в том случае, если необходимо шахматно закрепить некоторые детали друг с другом. Ещё такой вид соединения делается, если требуется цепной порядок сварки

Показатель сварного шва

Имеется несколько основных параметров, которыми характеризуются все полученные швы:

  1. Ширина. Это размер, который устанавливается между границами шва, которые прорисовывают видимыми линиями сплавления.
  2. Корень. Это будет вторая сторона, находящаяся в отдалении от лицевой части конструкции.
  3. Выпуклость. Заметить можно в самой выпуклой части шва. Этим параметром обозначается расстояние от границы самого большого выступа до плоскости основного металла.
  4. Катет. Такой параметр наблюдается только в тавровом или угловом соединении. Этот показатель можно измерить самым маленьким расстоянием от поверхности сбоку одной из деталей до ограничительных линий, которые находятся на поверхности второй детали.

Разделка кромок

Эту конструктивную особенность будут применять в таких ситуациях, когда толщина металла составляет более 7 мм. Разделка кромок означает снятие частей металла с кромки в определённой форме. Такой процесс необходимо выполнять при однопроходной сварке стыковых швов. Это нужно для того, чтобы получилось правильное соединение. Если имеется толстый материал, то разделку нужно проводить для того, чтобы расплавить корневой проход, а после направляющими валиками равномерно заполнить полость. Таким образом будет провариваться металл по всей толщине.

Разделку кромок также выполняют, если толщина металла составляет больше 3 мм. Если значение более низкое, то можно прожечь металл.

Разделка характеризуется несколькими конструктивными параметрами:

  • зазор;
  • угол разделки кромок;
  • притупление.

Чтобы посмотреть все эти параметры, необходимо изучить чертёж. Если производить разделку кромок, то увеличится количество расходного материала. Именно поэтому такую величину стараются как можно эффективнее минимизировать.

Она будет подразделяться по нескольким видам конструктивного исполнения:

  1. V-образная.
  2. Х-образная.
  3. Y-образная.
  4. U-образная.
  5. Щелевая.

Особенности

  1. Если имеется малая толщина материала, которая составляет от 3 до 25 мм, то необходимо применять одностороннюю V-образную разделку. Скос можно выполнить на 2 торцах или только на одном.
  2. Если металл имеет толщину в 12−60 мм, то лучше всего сваривать с двухсторонней X-образной разделкой.
  3. Для толщины в 20−60 мм желательно использовать расход металла при U -образной разделке. Так будет намного экономнее. Скос можно выполнить по двум или одному торцам. Тогда притупление составит 1 или 2 мм, а значение зазора равняется двум миллиметры.
  4. Если имеется большая толщина металла, то наиболее эффективным способом является щелевая разделка.

Чтобы произвести качественное сварное соединение необходимо правильно выбрать процедуру, поскольку всё это будет влиять на несколько факторов шва:

  1. Работоспособность.
  2. Прочность и качество соединения.
  3. Экономичность.

Стандарты

  1. Дуговая сварка. Швы сварные и соединения по ГОСТу 5264−80 будут включать типы, конструктивные размеры для сварки, которые покрыты электродами в любых пространственных положениях. Сюда не будут входить трубопроводы, выполненные из стали.
  2. Соединение стальных трубопроводов. Используется ГОСТ 16037–80 , который будет определять основной тип, разделку кромок, конструктивный размер при механизированном способе соединения.
  3. Соединение трубопровода из меди и медно-никелевого сплава. Предусмотрен ГОСТ 16038–80 .
  4. Дуговая сварка алюминия. Применяется ГОСТ 14806–80 . Формы, размеры, подготовка кромок для варки алюминия и сплавов, процесс происходит исключительно в защитной среде.
  5. Флюс. ГОСТ 8713–19 . Все швы будут выполняться при помощи автоматической или механизированной сварки на весу при помощи флюсовой подушки. Применяется для металлов от 1,5 до 160 мм.
  6. Алюминий в инертных газах. ГОСТ 27580–88 . Это стандарт на полуавтоматическую, ручную или автоматическую сварку. Выполнять необходимо неплавящимся электродом в инертных газах, где имеется присадочный материал и распространяется всё это, если алюминий имеет толщину от 0,8 до 60 мм.

Обозначение сварочных швов

Имеются специальные нормативные документы, которые обозначают название сварочных швов на чертежах или в общем виде.

Если швы видимые, то их обозначают сплошной линией. А если их не видно, то штрихованной линией. От линии будет отводиться специальные выноски со стрелками.

Обозначение сварного шва будет производиться на специальной полке для выноски. Надпись нужно сделать точно над полкой, если соединение будет находиться с лицевой стороны детали. Если имеется обратный вариант, то обозначение располагается под полочкой. Сюда нужно будет включить информацию о шве в определённой последовательности:

  1. Вспомогательные символы.
  2. Обозначение шва, конструктивного элемента и ГОСТ соединения.
  3. Название шва по определённому стандарту.
  4. Способ соединения деталей.
  5. Если имеется угловое соединение, то в этом месте указывается катет.
  6. Прерывистость шва, если имеется. Здесь необходимо указать расположение отрезка в сварке, а также шаг.
  7. Дополнительные знаки, которые имеют вспомогательное значение.

Вспомогательные знаки

Такие знаки необходимо наносить сверху полочки, в том случае, если шов на чертеже будет видимым, и под ней, если он невидимый:

  1. Снятие усиления шва.
  2. Обработка деталей, которые обеспечивают плавный переход к основному виду материала, необходимо исключить наплывы и неровности.
  3. Шов надо выполнять по незамкнутой линии, такой знак будет применяться, если он виден на чертеже.
  4. Чистота обработки поверхности соединения.

Если каждое соединение будет выполнено только по одному ГОСТу, иметь идентичные разделки, а также конструктивные размеры, обозначения, то стандарты на сварку будут оказываться в техническом требовании. В конструкции необязательно указывать все одинаковые швы, но их необходимо разбить по группам и присвоить порядковый номер. На одном шве нужно указать полное обозначение. На остальные же можно поставить только порядковый номер. В нормативном документе необязательно указывать нужно точное количество групп, а также число швов.

Как видно, имеется очень много нюансов в сварной работе. Настоящий профессионал должен чётко разбираться во всех особенностях сварных соединений, а также знать все нюансы сварки, чтобы грамотно произвести свою работу. Вся необходимая информация будет указываться на чертеже, который также нужно уметь читать сварщику.

tokar.guru

обозначение на чертеже, формула расчета

Какая сварка называется стыковой? Ответ на этот вопрос заложен в самом словосочетании стык, шов и сварка. Стыковое сварное соединение – это наиболее распространенный способ сварки двух металлических деталей, элементов или конструкций, которые примыкают друг к другу торцевыми поверхностями. Сварочный шов может быть как односторонним, так и двусторонним, на остающейся подкладке и без нее, с замковым швом и т. д. Вариантов сварки встык много и каждый из них используется в том или ином производственном процессе.

Торцы деталей необходимо специально подготовить для выполнения качественных сварочных работ. Вид обработки кромок зависит от толщины металла, применяемого оборудования, особенностей технологического процесса и других факторов. Выполняются стыковые сварные соединения по ГОСТ 5264-80, который и регламентирует все особенности технологии. Этот документ предусматривает 32 типа таких соединений, обозначающихся буквой C с цифровым кодом. Например, C2 – это односторонний стыковочный шов без какого-либо скоса поверхностей кромок.

Начало сварки стыкового шва

Область применения

Этот вид сварных соединений используется повсеместно. Прокладка различных металлических трубопроводов невозможна без сварки отдельных труб встык. Кузовные части автомобилей, любой прокат, различные сложные изделия в машиностроительной отрасли объединяются в одно целое по этой технологии.

Преимущества и недостатки

Стыковые соединения сварных швов имеют следующий ряд преимуществ перед другими методами сборки металлических элементов в одну конструкцию.

  1. Эта технология сварки не критична к толщине свариваемых деталей. Толщина может колебаться от долей до сотен миллиметров. Данный критерий не зависит от способа сварки и определяется только возможностью соединения материала встык.
  2. На стыковой сварочный шов расходуется меньшее количество присадочных материалов и энергетических ресурсов, следовательно уменьшается стоимость соединения.
  3. В отличие от других видов соединения деталей сварка практически не увеличивает общий вес конструкции, шов получается ровным и герметичным, а также контроль качества соединительного сварного шва упрощается.

Но наряду с достоинствами, сварка встык имеет ряд недостатков. Она требует очень точной подгонки свариваемых деталей. Кромки обеих соединяемых элементов должны иметь равномерный зазор между собой по всей длине стыкового соединения. Многократно увеличивается сложность подгонки и сварки длинных стыков, размером в несколько метров. Но это ни в коем случае не умаляет всех преимуществ стыковых сварных соединений.

Особенности стыковой сварки

Главной особенностью сварки встык является то, что хотя бы одна из поверхностей обеих соединяемых деталей лежит в одной общей плоскости. То есть, даже если толщина свариваемых элементов различается, одна из общих поверхностей не должна иметь ступеньки в месте сварочного шва. В противном случае это будет уже не стыковое соединение, а тавровое. Другие нюансы сварки в стык определяются способом подготовки торцевых кромок и характеристиками сварочного шва. Например, стыковое сварное соединение C21 выполняется со скосом обеих кромок двусторонним сварочным швом.

Для усиления соединения встык могут быть использованы специальные несъемные прокладки, приваренные к соединяемым деталям на всем протяжении сварочного шва. При разных толщинах свариваемых элементов может быть использовано замковое соединение, которое также позволяет усилить шов. Все особенности сварки в стык определяются ГОСТом и другими нормативными документами. Ниже будут представлены нюансы каждого из стыкового сварочного соединения в соответствии с общей классификацией.

 

Типы и параметры соединений встык

Как уже было сказано выше, ГОСТ предусматривает 32 типа стыковых сварочных соединений. Виды сварных стыковых соединений представлены в нижеприведенной таблице, где дано описание каждого из них с маркировкой, диапазоном толщины соединяемых деталей, характеристикой сварного шва и формой сечения.

Таблица с видами стыковой сварки

«Примечание!

Сварной шов С17 является наиболее часто используемым вариантом соединения металлических элементов путем сварки встык.»

Обозначение на чертеже

Для обозначения сварных швов встык в технической документации используются специальные символы и надписи. По ГОСТу на них указывают выносные стрелки с надписями сверху и снизу. На ниже приведенном рисунке представлен пример такого обозначения.

Обозначение стыковой сварки на чертеже

  • знак  указывает на то, что подгонку и стыковку свариваемых деталей необходимо выполнять на месте монтажа;
  • ГОСТ 5264-80 обозначает, что соединение следует производить электродуговой сваркой;
  • С13 – эта маркировка говорит о том, что перед нами стык с криволинейным скосом по одной кромке и односторонним швом;
  • знак  показывает, что произведено снятие термического напряжения с обеих сторон;
  • знаки Rz20 и до Rz80 определяют чистоту шлифовки лицевой и обратной стороны стыкового сварочного шва.

 

Расчет стыковых сварных соединений

Перед сварочными работы следует выполнить некоторые математические расчеты. Это необходимо для получения качественной сварки, способной выдержать те нагрузки, которые определены условиями эксплуатации соединенных элементов. Сварка в стык рассчитывается по следующей формуле:

Формула расчета

Где,

N – максимальная нагрузка на шов;

t – минимальная толщина деталей;

lw – длина сварочного шва максимальная;

Rwy – сопротивление по пределу прочности;

γс – табличный коэффициент.

Эта формула позволяет произвести расчет сварного стыкового соединения на центральное сжатие и процесс растяжения.

Контроль стыковых сварных соединений

От качества шва зависит прочность и долговечность стыковой сварки. Любой дефект может вызвать его постепенное или мгновенное разрушение. Существующие способы дефектоскопии сварочных швов позволяют на 100% исключить такие негативные последствия. Ниже приведен перечень основных методов контроля качества сварных швов, которые используются в настоящее время:

  • визуальный осмотр позволяет определить видимые дефекты: трещины и раковины;
  • рентгенография способна выявить внутренние дефекты: шлаковые включения и т. д.;
  • магнитографический способ позволяет найти микротрещины, поры и другие дефекты;
  • ультразвуковое исследование – это эффективный метод контроля качества швов.

Конечно, это далеко не полный перечень способов контроля качества сварки встык. В зависимости от результатов, которые необходимо получить, может быть использована цветная дефектоскопия, химический способ, вакуумный метод и многие другие.

Заключение

Следует отметить, что тип соединения встык, форму торцевых кромок, расположение сварочных швов подбирают исходя из физических и химических характеристик свариваемого металла, конструктивных особенностей соединяемых элементов и результата, который желательно получить в ходе выполнения работ.

svarkaipayka.ru

Сварные соединения.

Сварные соединения



Способы сварки деталей конструкций

Сварка - это технологический процесс соединения твёрдых материалов (металлов и некоторых неметаллов) в результате действия межатомных сил, которое происходит при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании свариваемых деталей конструкций.

Современные способы сварки металлов можно разделить на две большие группы: сварка плавлением (сварка в жидкой фазе, термическая сварка), и сварка давлением (сварка в твёрдой фазе, механическая, термомеханическая).

При сварке плавлением материал соединяемых деталей самопроизвольно, без приложения внешних сил соединяется в одно целое в результате расплавления, смачивания и взаимного растворения в зоне сварки.
К сварке плавлением относятся: дуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, лучевая и др.

При сварке давлением для образования соединения без расплавления требуется значительное давление на контактную поверхность свариваемых деталей.
К сварке давлением относятся холодная, ультразвуковая, сварка трением, взрывом и др.
Граница между этими группами не всегда достаточно чёткая, например возможна сварка с частичным оплавлением деталей и последующим сдавливанием их (контактная электросварка).

Виды и способы сварки можно классифицировать и по другим признакам, например, по роду энергии: электрическая (дуговая, контактная, электрошлаковая, плазменная, индукционная и т. д.), механическая (трением, холодная, ультразвуковая и т. п.), химическая (газовая, термитная), лучевая (фотонная, электронная, лазерная).

Наиболее распространенными видами сварки являются электродуговая, электронно-лучевая, газовая (термическая сварка плавлением); контактная и термокомпрессионная (термомеханическая сварка); трением, холодная и ультразвуковая (сварка давлением или механическая сварка).

Электродуговая сварка

Электросварка - один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла электрическую дугу, образующуюся между электродом и свариваемым металлом.

Температура электрической дуги (до 7000°С) значительно выше температуры плавления всех известных металлов, поэтому процесс дуговой сварки сопровождается быстрым и эффективным расплавлением свариваемых деталей в зоне соединения.

В процессах электродуговой сварки применяются как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды (угольные, графитовые, вольфрамовые). В первом случае формирование сварного шва происходит плавящимся электродом, во втором случае - расплавлением присадочного материала (проволоки, прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Электродуговую сварку часто выполняют в среде защитного газа (аргона, гелия, углекислоты или их смесей) для защиты металла сварного шва от окисления. Газы подаются в зону дуги из сварочной головки в процессе электросварки.

Различают электродуговую сварку переменным и постоянным током. Сварка постоянным током меньше разбрызгивает металл, поскольку отсутствует амплитудное колебание напряжения, инициирующие разбрызгивание.

Электродуговую сварку классифицируют по разным технологическим признакам: по степени механизации (ручная, полуавтоматическая, автоматическая, по роду используемого электрического тока (постоянный с плюсом на электроде, постоянный с минусом на электроде, переменный), по типу дуги (зависимая дуга, независимая дуга), по свойствам электрода (плавящийся, неплавящийся), по свойствам материала покрытия электродов и некоторым другим показателям.

Дуговая электрическая сварка - важнейшее российское изобретение. Угольно-дуговая сварка впервые предложена Н. И. Бенардосом в 1882 г. Н. Г. Славянов в 1888 г. предложил сварку металлическим электродом.

Газовая сварка

Газовая сварка сопровождается местным расплавлением металла пламенем горючих газов сварочной горелки. Для повышения температуры пламени применяют смесь горючего газа с технически чистым кислородом. В качестве горючего газа чаще всего используется ацетилен, поскольку ацетилено-кислородное пламя даёт очень высокую температуру горения (3100 - 3200°С). Водородно-кислородная, бензино-кислородная и другие виды газовой сварки применяются реже.

Ацетилен получают разложением карбида кальция в воде с помощью ацетиленовых генераторов или промышленным способом. Кислород и ацетилен по шлангам подводятся к сварочной горелке, смешиваются в ней и сгорают на выходе из мундштука горелки, образуя сварочное пламя, которое одновременно оплавляет кромки соединяемых деталей и пруток присадочного металла, создавая сварной шов.

Газовая сварка применяется для стали, чугуна, меди, алюминия, всевозможных сплавов, при толщине свариваемых деталей от 0,1 до 6 мм, реже до 40 - 50 мм, так как при большой толщине заготовок выгоднее использовать более дешёвые и удобные способы сварки.
Широко распространена также наплавка всевозможных деталей с помощью газовой сварки.

Технология газовой сварки плохо поддается автоматизации и механизации, поэтому этот вид сварки обычно выполняется вручную.
Газовая сварка даёт удовлетворительное качество шва, однако при этом способе сварки нередки случаи коробления свариваемых деталей вследствие нагрева большой площади металла.
Преимущества газовой сварки: портативность и невысокая стоимость аппаратуры.
Недостатками этого вида сварки является высокая стоимость и взрывоопасность работ.

Лазерная сварка

Лазерная сварка - технологический процесс получения неразъемного соединения частей изделия путем местного расплавления металлов посредством нагрева по примыкающим поверхностям с помощью лазерного луча.
Когда лазерный луч попадает на металл, энергия излучения поглощается, металл нагревается и плавится. В результате такого плавления и последующей кристаллизации возникает прочное сцепление, образующее сварной шов. Сцепление свариваемых поверхностей основано на межатомном взаимодействии в металле.
Таким образом, лазерная сварка относится к методам сварки плавлением.

Как и любой технологический процесс, лазерная сварка имеет свои преимущества и недостатки. К основным преимуществам лазерной сварки можно отнести: локальность обработки материала, высокую производительность, технологическую гибкость и удобство.

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка имеет сходную с лазерной сваркой принципиальную технологию. При этом способе соединения деталей нагрев осуществляется потоком заряженных частиц, поэтому для эффективности процесса необходим вакуум.
Лазерная сварка, в отличие от электронно-лучевой, может осуществляться в атмосфере или любой газовой среде, хотя для уменьшения окислительных процессов в свариваемом металле обычно применяют аргон.

Электронно-лучевой и лазерной сваркой чаще всего сваривают тугоплавкие и сильно окисляющиеся металлы и сплавы.



Контактная сварка

Контактная сварка осуществляется путем нагрева металла проходящим через него электрическим током в сочетании с пластической деформацией, вызываемой сжимающим усилием между свариваемыми поверхностями. Различают следующие виды контактной сварки: точечную, стыковую, роликовую (шовную) и конденсаторную.
Основные параметры режима всех способов контактной сварки - это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей.

Контактная сварка – самый производительный способ сварки в промышленном производстве, допускающий широкую автоматизацию и механизацию процессов.
Осуществляется этот вид сварки на контактных сварочных машинах, которые бывают стационарными, передвижными и подвесными, универсальными и специализированными.

Термокомпрессионная сварка

Термокомпрессионная сварка осуществляется под давлением с местным нагревом участка соединения за счет теплопередачи от нагретого электрода.
Термокомпрессия - это процесс соединения двух материалов, находящихся в твердом состоянии, при воздействии на них теплоты и давления.
Температура нагрева соединяемых термокомпрессией материалов не должна превышать температуру образования их эвтектики (точки перехода от твердой к жидкой фазе любого из материалов), кроме того, один из материалов обязательно должен быть пластичным.

Получение прочного соединения термокомпрессиоиной сваркой можно объяснись следующим образом. На поверхностях контактной площадки и электродной проволоки имеется множество микровыступов и микровпадин, которые под действием давления и нагрева деформируются. При этом материал электрода и детали взаимно затекают в микровпадины, соединяя детали сплавлением.

В машиностроении и приборостроении термокомпрессионной сваркой чаще всего соединяют следующие пары материалов: золото - германий, золото - кремний, золото - алюминий, золото - золото, алюминий - алюминий, золото - серебро и алюминий - серебро.

Сварка трением

Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения.

Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями, при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами и при звуковой частоте. Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением.
Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения или относительного перемещения свариваемых деталей.

В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы.
По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное трение уступает место сухому.
Далее в контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.

Разновидностью сварки трением является инерционная сварка.
При этом способе вращаемую деталь располагают в маховике, который раскручивают до заданной скорости и далее она вместе с маховиком вращается по инерции. Свариваемые детали соединяют и сварка завершается остановкой вращения маховика.

Холодная сварка

Этот вид сварки осуществляется сильным сжатием соединяемых деталей. Холодная сварка - сложный физико-химический процесс, протекающий только в условиях пластической деформации соединяемых деталей. Без пластической деформации в обычных атмосферных условиях практически невозможно получить полноценное монолитное соединение.
Роль деформации при холодной сварке заключается в предельном утонении или удалении слоя оксидов, в сближении свариваемых поверхностей до расстояния, соизмеримого с параметром кристаллической решетки, а также в повышении энергетического уровня поверхностных атомов, обеспечивающем возможность образования химических связей.
В зависимости от схемы пластической деформации заготовок различают точечную, шовную и стыковую разновидности холодной сварки.

Холодной сваркой можно соединять, например, алюминий, медь, свинец, цинк, никель, серебро, кадмий, железо. Особенно велико преимущество холодной сварки перед другими способами сварки при соединении разнородных металлов, чувствительных к нагреву или образующих интерметаллиды.

Для получения прочных и плотных швов необходимо предварительно очистить поверхности контакта от окислов. Прочность соединения при точечной холодной сварке может быть выше, чем при точечной контактной сварке, но при этом значительно хуже внешний вид соединения из-за вмятин и пластической деформации.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка - способ сварки деталей конструкций с применением ультразвука для сообщения колебаний инструменту, прижимаемому к поверхностям свариваемых материалов. При этом соединение металлов осуществляется в твердой фазе (без расплавления) - металл разогревается до температуры 200...600°С в результате действия сил трения между инструментом и металлом. Пластическая деформация металла облегчается благодаря снижению предела текучести при пропускании через свариваемые детали ультразвуковых колебаний.

Поскольку колебания инструмента способствуют очистке свариваемой поверхности, шов получается высокого качества. Этим способом соединяют отдельными точками или непрерывным швом главным образом листовые металлы (алюминий, титан, медь), некоторые сплавы, пластмассы.

***

Достоинства сварных соединений

Малая масса. По сравнению с заклепочными соединениями экономия металла составляет 15–20%, т.к. в заклепочных соединениях отверстия под заклепки ослабляют материал и обязательно применение накладок или частичное перекрытие соединяемых деталей. По сравнению с литыми стальными конструкциями экономия по массе составляет до 30%. Сваркой можно получить более совершенную конструкцию (литье не допускает большие перепады размеров) с малыми припусками на механическую обработку.

Малая стоимость. Стоимость сварной конструкции из проката примерно в два раза ниже стоимости литья и поковок.

Экономичность процесса сварки, возможность его автоматизации. Это связано с малой трудоемкостью процесса, сравнительной простотой и дешевизной оборудования: не нужны одновременное плавление большого количества металла, как при литье, и мощные дыропробивальные машины для установки заклепок большого диаметра.

Плотность и герметичность соединения. Герметичность сварных соединений используется в различных трубопроводах, газопроводах, металлических сосудах и т. п.

Соединение крупногабаритных деталей. Сварка дает возможность получения конструкций очень больших размеров, что невозможно, например, при литье. Примеры: сварной мост через реку Днепр, антенны радиотелескопов.

К достоинствам сварки следует отнести, также, возможность соединения различных материалов и деталей разных форм. Такие способы сварки, как лазерная, холодная, электронно-лучевая обладают рядом достоинств, которые позволяют использовать их при изготовлении высокоточных деталей и соединений.

***

Недостатки сварных соединений

Возможность получения скрытых дефектов сварного шва (трещины, непровары, шлаковые включения). Применение автоматической сварки в значительной мере устраняет этот недостаток.

Трудность контроля качества сварного шва. Существующие рентгеноскопические и ультразвуковые методы сложны.

Коробление деталей из–за неравномерности нагрева в процессе сварки.

Невысокая прочность при переменных режимах нагружения. Сварной шов является сильным концентратором напряжений.

***

Область применения сварных соединений

Сварные соединения широко применяют в строительстве. В машиностроении сварку применяют для получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве.
Сварными выполняют станины, рамы, корпуса редукторов, шкивы, зубчатые колеса, коленчатые валы, корпуса судов, кузова автомобилей, обшивку железнодорожных вагонов, трубопроводы, мосты, антенны радиотелескопов и др.
В массовом производстве применяют штампосварные детали.

Наибольшее распространение получили соединения электродуговой и газовой сваркой. Хорошо свариваются низко– и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже.

***

Типы сварных швов и их расчет на прочность



k-a-t.ru

Сварные соединения - Сварные соединения


Сварные соединения

Категория:

Сварные соединения



Сварные соединения

Сваркой называется образование неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между материалами свариваемых деталей путем их местного или общего нагрева или пластического деформирования, или путем совместного действия обоих этих факторов. Сварные соединения характеризуются малой трудоемкостью и относительно низкой стоимостью. Прочность сварного шва не уступает прочности материала

свариваемых деталей. Сварные конструкции намного легче литых и кованых.

Сваркой соединяют заготовки, полученные методами прокатки литья, штамповки и ковки. Сваривают практически все конструкционные стали, однородные и разнородные материалы, пластмассы.

По виду энергии, используемой для образования сварного соединения, сварка бывает термическая (дуговая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.), термомеханическая (контактная и диффузионная) и механическая (ультразвуковая, сварка взрывом, трением и др.). В слесарном деле наибольшее применение находят дуговая и газовая сварка.

Сварка основана на образовании прочных связей между атомами материалов соединяемых деталей.

При ручной дуговой сварке между электродом и соединяемыми деталями возникает электрическая дуга. Расплавляемый металл электрода заполняет металлическую ванну. Одновременно плавится и покрытие электрода. Продукты плавления покрытия образуют газовую защитную атмосферу и жидкую шлаковую ванну на поверхности металлической ванны, изолирующие жидкий металл от кислорода воздуха. По мере удаления электрода от места сварки жидкий металл и шлак застывают и образуют сварочный шов.

При газовой сварке жидкая металлическая ванна образуется в результате плавления кромок свариваемых деталей и присадочного материала в высокотемпературном пламени газовой горелки.

В результате сварки образуются общие для свариваемых материалов кристаллические решетки.

Рис. 1. Схема дуговой (а) и газовой (б) сварки

Виды сварных соединений. При газовой сварке основным является соединение встык, наиболее экономное по затратам материала. При электродуговой сварке выполняют следующие виды соединений: внахлестку; с накладками; впритык; угловые.

Оборудование для дуговой и газовой сварки. Источниками тока для питания сварочной дуги служат сварочные трансформаторы (источники переменного тока), сварочные выпрямители и генераторы (источники постоянного тока). Сварочные трансформаторы по сравнению с источниками постоянного тока более долговечны, обладают более высоким коэффициентом полезного действия, проще и надежнее в эксплуатации. Достоинства источников постоянного тока: более устойчивая дуга; позволяют создавать лучшие условия сварки в различных пространственных положениях.

Газовую сварку выполняют с помощью горелок. Наиболее безопасной является инжекторная горелка, работающая при низком и среднем давлении кислорода (0,1—0,4 МПа).

Кислород и ацетилен поставляются и хранятся в баллонах. Иногда ацетилен получают на месте сварки в ацетиленовых генераторах. В качестве горючих газов применяют также природные газы, водород, пары бензина и керосина.

Электроды для ручной дуговой сварки, представляющие собой стержни с покрытиями, изготовляют из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной проволоки. Покрытия электродов состоят из стабилизирующих, газообразующих, шлакообразующих, раскисляющих, легирующих и связующих компонентов. Покрытия стабилизируют дугу, защищают расплавленный металл от воздействия воздуха и обеспечивают материалу шва необходимые состав и свойства.

Для газовой сварки применяют присадочную проволоку, материал которой выбирают, исходя из свойств свариваемого материала. Для сварки цветных сплавов используют флюсы (буру, соли калия, лития, натрия и кальция), растворяющие оксиды и образующие шлаки.

Рис. 2. Виды сварных соединений

Последовательность работ при сварке. Сначала выбирают метод сварки. Ручную дуговую сварку применяют для выполнения коротких криволинейных и прямолинейных швов в любых пространственных положениях, при наложении швов в труднодоступных местах, при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. При газовой сварке заготовка прогревается более равномерно. Поэтому ее применяют для сварки деталей малой толщины (0,2—3 мм), легкоплавких цветных металлов и сплавов, для материалов, требующих медленного нагрева и охлаждения (например, инструментальных сталей, чугуна, латуней), для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. При увеличении толщины свариваемых деталей производительность газовой сварки резко уменьшается.

Затем необходимо подготовить кромки свариваемых деталей. При ручной дуговой сварке деталей толщиной до 5—8 мм их кромки не скашивают. Для более толстых деталей скашивание кромок является обязательным, так как это позволяет проплавить металл на всю его толщину.

—-

Сварное соединение — это неразъемное соединение, выполнение сваркой. Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными (рис. 1).

Стыковым называется сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности.

Рис. 3. Сварные соединения: а — стыковое, б — угловое, в — нахлесточное, г — тавровое

Угловым называется соединение двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Нахлесточным называется сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга.

Тавровым называется сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент.

Часть конструкции, в которой сварены примйкающие друг к другу элементы, называется сварным узлом.

Элементы геометрической формы сварного шва — ширина шва, глубина провара, усиление (ослабление) шва.

В зависимости от конструктивных особенностей изделия и вида сварки к подготовке и сборке деталей предъявляют различные требования.

Рис. 4. Пространственное положение сварных швов: а — стыковые, б — угловые; 1 — нижнее положение, 2 — горизонтальное, 3 — вертикальное, 4 — потолочное

Рис. 5. Элементы геометрической формы подготовленных кромок под сварку (а) и выполненного шва (б)

Государственные стандарты регламентируют основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений: ГОСТ 5264— 69 — для ручной дуговой сварки; ГОСТ 8713—70 — для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом; ГОСТ 14771—76 — для дуговой сварки в защитных газах; ГОСТ 15164—78 —для электрошлаковой сварки; ГОСТ 15878—70 — для контактной сварки и др.

ГОСТ 2.312—72 «Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений» устанавливает графическое изображение и обозначение сварных швов.

Реклама:

Читать далее:
Соединения с гарантированным натягом

Статьи по теме:

pereosnastka.ru

Сварное соединение

При дуговой сварке под флюсом проволочным электродом источником теплоты является сварочная дуга 1. Для сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс, который защищает дугу, сварочную ванну и сварной шов от влияния атмосферы. Сварочная дуга 1 горит между свариваемыми заготовками 2 (основной металл) и концом электродной проволоки 3 (электродный металл). Сварочный ток к проволоке подводится через скользящий токоподвод 4 по электрической цепи 11 от источника переменного (~) или постоянного () тока 13 при замыкании контактора 12.

Зона сварки закрыта высыпающимся из бункера 9 мелкозернистым флюсом 14, образующим на поверхности свариваемого металла слой толщиной 30…80 мм и шириной 20…100 мм. Под влиянием теплоты дуги электродная проволока плавится и по мере расплавления подаётся в зону сварки из кассеты 5 роликами 10 подающего механизма с постоянной скоростью Vпп . Кроме того, дуга расплавляет основной металл и часть флюса, находящегося в зоне дуги. В области горения дуги образуется полость 6, изолированная от окружающей среды. Капли расплавленной электродной проволоки, расплавленный основной металл и расплавленный флюс (жидкий шлак) смешиваются и образуют сварочную ванну 8. Расплавленный флюс 7 вследствие значительно меньшей плотности всплывает на поверхность расплавленного металла и покрывает его плотным слоем.

Электродная проволока вместе с дугой перемещается в направлении сварки (Vсв). Капли плавящейся электродной проволоки и жидкий металл сварочной ванны под силовым воздействием дуги отталкиваются в сторону, противоположную движению дуги. По мере удаления дуги металл сварочной ванны начинает охлаждаться, а затем затвердевает, образуя сварной шов 15. Затвердевший шлак образует на поверхности шва шлаковую корку 16. После прекращения сварки и охлаждения металла шлаковая корка удаляется с поверхности шва.

Нерасплавленный в процессе сварки избыточный флюс убирается и используется в дальнейшем при последующей сварке.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными параметрами режима дуговой сварки под флюсом проволочным электродом являются: диаметр электродной (сварочной) проволоки, величина сварочного тока, напряжение на дуге, скорость сварки Vсв, скорость подачи электродной проволоки Vпп. Дополнительными параметрами являются: род тока, полярность тока (при постоянном токе).

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о