Классификация сварочных соединений и швов
Классификация сварных швов и соединений
Сварочные швы – зоны сварных соединений, которые образованы первоначально расплавленным, а затем кристаллизованным при остывании металлом.
Параметры сварочных швов
Срок службы всей сварочной конструкции зависит от качества сварочных швов. Качество сварки характеризуется следующими геометрическими параметрами сварного шва:
- Ширина – расстояние между его краями;
- Корень – внутренняя часть , противоположная его внешней поверхности;
- Выпуклость – наибольший выступ от поверхности соединяемого металла;
- Вогнутость – наибольший прогиб от поверхности соединяемого металла;
- Катет – одна из равных сторон треугольника, вписанного в поперечное сечение двух соединяемых элементов.
Какие бывают сварочные швы и соединения, классификация
В таблице 1 приведены основные типы сварочных соединений, сгруппированные по форме поперечного сечения.
По способу выполнения:
- Двухсторонние – сварка с двух противоположных сторон с удалением корня первой стороны;
- Однослойные – выполнение за один «проход», с одним наплавленным валиком;
- Многослойные – число слоев равно числу «проходов». Применяется при большой толщине металла.
По степени выпуклости:
- Выпуклые – усиленные;
- Вогнутые – ослабленные;
- Нормальные – плоские.
На выпуклость шва влияют используемые сварочные материалы, режимы и скорость сварки, ширина разделки кромок.
По положению в пространстве:
- Нижние – сварка ведется под углом 0° – наиболее оптимальный вариант, высокие производительность и качество;
- Горизонтальные – сварка ведется под углом от 0 до 60° требуют повышенной
- Вертикальные- сварка ведется под углом от 60 до 120° квалификации сварщика;
- Потолочные – сварка ведется под углом от 120 до 180° – наиболее трудоемкие, небезопасные, сварщики проходят специальное обучение.
По протяженности:
- Сплошные – самые распространенные;
- Прерывистые – негерметичность конструкции.
Виды сварных соединений и швов по взаимному расположению:
- Расположены по прямой линии;
- Расположены по кривой линии;
- Расположены по окружности.
По направлению действующего усилию и вектору действия внешних сил:
- фланговые – вдоль оси сварного соединения;
- лобовые – поперек оси сварного соединения;
- комбинированные – сочетание фланговых и лобовых;
- косые –под некоторым углом к оси сварного соединения.
Виды сварных швов по форме свариваемых изделий:
- на плоских поверхностях;
- на сферических.
Виды швов зависят также от толщины рабочего материала и от длины самого стыка:
- короткие – не > 25 см, при этом сварка производится способом «за один проход»;
- средние – длиной Разделка кромок под сварку
Для создания прочного и качественного сварного шва кромки соединяемых изделий проходят необходимую подготовку и им придается определенная форма (V, X, U, I, K, J, Y – образная). Во избежание прожога подготовку кромок можно выполнять при толщине металла не менее 3 мм.
Порядок подготовки кромок:
- Очищение краев металла от ржавчины и загрязнений;
- Снятие фасок определенного размера – в зависимости от способа сварки;
- Величина зазора – в зависимости от типа сварных соединений.
Параметры подготовки кромок:
- Угол разделки кромок – α;
- Зазор между кромками –b;
- Притупление кромок –c.
В таблице 2 приведены особенности подготовки кромок в зависимости от толщины металла.
Классификация сварных соединений
Сварное соединение — неразъемное соединение, выполненное сваркой. Сварное соединение (рис. 1) 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.
Рис. 1. Сварное соединение
Сварной шов — участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла.
Металл шва — сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом.
Основной металл — металл подвергающихся сварке соединяемых частей.
Зона сплавления — зона, где находятся частично оплавленные зерна металла на границе основного металла и металла шва. Эта зона нагрева ниже температуры плавления. Не расплавленные зерна в этой зоне разъединяются жидкими прослойками, связанными с жидким металлом сварочной ванны и в эти прослойки имеют возможность проникать элементы, введенные в ванну с дополнительным металлом или сварочными материалами. Поэтому химический состав этой зоны отличен от химического состава основного металла.
Зона термического влияния — участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке, наплавке или резке.
Тип сварного соединения определяет взаимное расположение свариваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые сварные соединения.
Вид свариваемых деталей
При сварке различают следующие виды свариваемых деталей лист — Л (Р), труба — Т (Т), стрежень — (С) и их сочетания между собой лист с трубой (Л + Т), трубы с отводом (Т + О), трубы с трубой через муфту (Т + М + Т), лист со стержнем (Л+С).
Читайте также: Положения при сварке
Под понятием «труба» подразумеваются также детали замкнутого полого профиля, таких как: штуцер, патрубок, обечайка, корпус коллектора и пр. Под понятием «стержень » подразумеваются детали круглого и многогранного сплошного сечения, гладкие и с периодическим профилем.
Виды свариваемых деталей Л -лист, Т — Труба, Л+Т Лист +Труба, С — Стержень
Виды соединений
Стыковое соединение — сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис. 2). Поверхности элементов могут быть несколько смещены при соединении листов разной толщины (см. рис.2, б).
Рис. 2. Стыковые соединения
Угловое соединение — сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 3).
Рис. 3. Угловые соединения
Тавровое соединение — сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента (рис. 4).
Рис. 4. Тавровое соединение
Нахлесточное соединение — сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 5, а, б). Отсутствие опасности прожогов при сварке облегчает применение высокопроизводительных режимов сварки. Применение нахлесточных соединений облегчает сборку и сварку швов, выполняемых при монтаже конструкций (монтажных швов).
Торцовое соединение — сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу (рис. 5, е).
Сварные швы подразделяют по разным признакам: по типу шва, по протяженности, по способу выполнения, по пространственному положению и по форме разделки кромок.
Вид соединений ос (бп) ос (сп) дс (бз) дс (зк)
Сварные соединения, подразделяются на следующие виды:
- сварные соединения, выполняемые с одной стороны (односторонняя сварка) — ос (ss) и с двух сторон (двусторонняя сварка) — дс (bs);
- сварные соединения, выполняемые на съемной или остающейся подкладке, подкладном кольце — сп (mb) и без подкладки (на весу) — бп (nb);
- сварные соединения, выполняемые с зачисткой корня шва — зк (gg), без зачистки корня шва — бз (ng);
- сварные соединения, выполняемые с газовой защитой корня шва (поддувом газа) — гз (gb);
Виды соединений ос [сп, бп], дс [бз, зк]
Типы швов СШ, УШ
По типу сварные швы делят на стыковые (СШ), угловые (УШ) и прорезные.
Стыковой шов СШ — сварной шов стыкового соединения.
Угловой шов УШ — сварной шов углового, нахлестанного или таврового соединений.
Типы швов. Стыковой шов — СШ, Угловой шов — УШ
Различают следующие характеристики сварного шва: ширину, выпуклость, вогнутость и корень шва.
Ширина шва е — расстояние между видимыми линиями сплавления сварного шва (см. рис. 2, а). Выпуклость шва g определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости (см. рис. 2, а; 4, а). Вогнутость шва T определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы шва с основным металлом и поверхностью шва, измеренным в месте наибольшей вогнутости (см. рис. 2, в; 3, в). Вогнутость корня стыкового шва является дефектом обратной стороны одностороннего шва. Корень шва — часть сварного шва, наиболее удаленная от его лицевой поверхности (см. рис. 2, б; 4, а). По существу это обратная сторона шва, в которой различают ширину е1 и высоту g1 обратного валика (см. рис. 2, а).
Угловой шов имеет следующие размерные характеристики: катет, толщину, расчетную высоту. Катет углового шва к определяется кратчайшим расстоянием от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части (см. рис. 3, в; 4, а). Катет задается в качестве параметра, который нужно выдерживать при сварке. Толщина углового шва а — наибольшее расстояние от поверхности углового шва до точки максимального проплавления основного металла. Для оценки прочности сварного соединения используют расчетную высоту углового шва — р. Для угловых швов более благоприятна вогнутая форма поверхности шва с плавным переходом к основному металлу
По способу выполнения различают сварку: одностороннюю и двустороннюю, однослойную и многослойную. Одностороннюю сварку стыкового сварного соединения выполняют со сквозным проплавлением кромок на подкладке или без подкладки (на весу). Двустороннюю сварку выполняют с зачисткой (удалением) корня шва (механической обработкой) перед сваркой обратной стороны сварного соединения или без зачистки корня шва. При двусторонней сварке зачастую приходится кантовать изделие или вести сварку в трудном потолочном положении.
Многослойный шов применяют при сварке металла большой толщины, а также для уменьшения зоны термического влияния. Под слоем сварного шва понимают часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик — металл сварного шва, наплавленный за один проход. Под проходом при сварке подразумевается однократное перемещение в одном направлении источника тепла при сварке или наплавке.
Рисунок — Многослойный шов
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Типы сварных соединений и классификация сварных швов
Технологические термины
Основные типы сварных соединений. Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений:
Стыковое соединение — это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями.
Нахлесточное — сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.
Тавровое — сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.
Угловое — сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.
Торцовое — сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.
Классификация и обозначение сварных швов. Сварной шов — это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми.
Стыковой — это сварной шов стыкового соединения. Угловой — это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений (ГОСТ 2601—84).
Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (ГОСТ 11969—79):
- нижнее — в лодочку — Л;
- полугоризонтальные — Пг;
- горизонтальные — Г;
- полувертикальные — Пв;
- вертикальные — В;
- полупотолочные — Пп;
- потолочные — П.
По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными. По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на:
- продольные;
- поперечные;
- комбинированные;
- косые.
По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми. Соединения, образованные выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.
По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают электрическими шлифмашинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (выглаживание).
Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей, регламентированы ГОСТ 5264—80.
Конструктивные элементы сварных соединений. Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основные конструктивные элемента: зазор, притупление кромок, и угол скоса кромки.
Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. X-образная разделка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6—1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При X-образной и V-образной разделке, кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов.
Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и т. п. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0—5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла.
Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601—84: шириной; выпуклостью; глубиной проплавления (для стыкового шва) и катетом для углового шва; толщиной детали.
Основные элементы сварного шва показаны на рис. 1.
Рис. 1. Основные элементы сварного шва: а — угловой шов; б — стыковой шов
Технологическая прочность сварного шва. Термин «Технологическая прочность» применяется для характеристики прочности конструкции в процессе ее изготовления. В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов. Это один из важных показателей свариваемости стали.
Технологическая прочность оценивается образованием горячих и холодных трещин.
Горячие трещины — это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния. Возникают в твердо-жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации, а так же в твердом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации.
Наличие температурно-временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин. Температурно-временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек, нарушающих металлическую сплошность сварного шва. Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких, сернистых соединений (сульфидов) FeS с температурой плавления 1189 °C и NiS с температурой плавления 810 °C. В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла, перерастающего в хрупкие трещины.
Вторая причина образования горячих трещин — высокотемпературные деформации. Они развиваются вследствие затрудненной усадки металла шва, формоизменения свариваемых заготовок, а так же при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработки, структурной и механической концентрации деформации.
Холодные трещины. Холодными считают такие трещины, которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 °C или в течении нескольких последующих суток. Они имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления.
Основные факторы, обуславливающие появление холодных трещин:
- образование структур закалки (мартенсита и бейнита) приводит к появлению дополнительных напряжений, обусловленных объемным эффектом;
- воздействие сварочных растягивающих напряжений;
- концентрация диффузионного водорода.
Водород легко перемещается в незакаленных структурах. В мартенсите диффузионная способность водорода снижается, он скапливается в микропустотах мартенсита, переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление, способствующее образованию холодных трещин. Кроме того, водород, адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах, вызывает охрупчивание металла.
Свариваемость — свойство металла и сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Сложность понятия о свариваемости материалов объясняется тем, что при оценке свариваемости должна учитываться взаимосвязь сварочных материалов, металлов и конструкции изделия с технологий сварки.
Показателей свариваемости много. Показателем свариваемости легированных сталей, предназначенных например, для изготовления химической аппаратуры, является возможность получить сварочное соединение, обеспечивающее специальные свойства — коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах.
При сварке разнородных металлов показателем свариваемости является возможность образования в соединении межатомных связей. Однородные металлы соединяются сваркой без затруднений, тогда как некоторые пары из разнородных металлов совершенно не образуют в соединении межатомных связей, например, не сваривается медь со свинцом, или титан с углеродистой сталью.
Важным показателем свариваемости металлов является отсутствие в сварных соединениях закаленных участков, трещин и других дефектов, отрицательно влияющих на работу сварного соединения.
Единого показателя свариваемости металлов пока нет.
Классификация сварочных соединений
Сваркой металлов пользуются в тех случаях, когда необходимо получить наиболее прочные, герметичные и надежные неразъемные соединения. Сварочные технологии послужили толчком для бурного развития технического прогресса.
Многие конструкции просто не могли быть созданы без их использования. Существуют различные сварочные технологии, основанные на применении процессов электрической или газовой сварки, а также типы сварочных соединений, классификация которых довольно проста.
Типы сварки
Практически все многообразие применяемых сварочных технологий можно отнести к одному из следующих типов:
Электродуговая сварка заключается в том, что между соединяемой заготовкой и сварочным электродом подается напряжение, вызывающее зажигание электрической дуги.
Высокая температура, возникающая при горении дуги, приводит к расплавлению участков соединяемых деталей, непосредственно прилегающих к месту будущего сопряжения.
В месте будущего шва образуется так называемая сварочная ванна, то есть, расплавленный металл, после кристаллизации которого, образуется надежный и прочный сварной шов.
По уровню использования автоматизации процесса, электродуговая сварка может быть ручной, с применением штучного сменяемого сварочного электрода, полуавтоматической, с бесконечным, непрерывно подаваемым проволочным электродом, и автоматической, осуществляемой без участия сварщика.
Кроме перечисленного, электродуговой сварочный процесс может быть атмосферным, либо в среде защитных газов, препятствующих окислению расплавленного металла и способствующих образованию более качественного сварного шва.
В случае электрической контактной сварки соединяемые элементы сжимаются с большим усилием, и через место контакта пропускается значительный электрический ток.
В результате, соединяемые металлические детали разогреваются до пластичного состояния, и под воздействием сжимающего усилия свариваются между собой.
Газовый сварочный процесс происходит благодаря плавлению соединяемых металлов, а также присадочного материала при горении газа с применением специального газопламенного оборудования.
Как соединяют детали
Технологию производства сварочных соединений, включая их виды, размеры основных элементов и их условные обозначения на чертежах, устанавливает ГОСТ 5264-80. Чтобы правильно прочитать чертеж, предназначенный для сварки конструкции, надо ознакомиться с данным стандартом.
В соответствии с ГОСТом, при выполнении сварочных работ, могут применяться следующие виды соединений:
О каждом из них стоит поговорить отдельно, поскольку выбор сварочного соединения и подготовка кромок заготовок напрямую влияют на качества шва.
Стыковые
Такое сварочное соединение характеризуется примыканием боковых поверхностей свариваемых деталей, находящихся в одной плоскости.
Существуют разновидности выполнения данной сварочной операции. Работа может выполняться без подготовки соединяемых поверхностей. При сваривании сравнительно тонкого листового материала, его края могут быть предварительно отбортованы, то есть, загнуты под углом 90 °C.
У более толстых заготовок для осуществления полного провара материала по толщине применяется скашивание кромок с одной или с двух сторон. Форма скоса кромок может быть прямолинейной или криволинейной.
Для удержания сварочной ванны в зоне шва, под свариваемые листовые заготовки иногда помещается плоская подкладка, которая после выполнения работ удаляется.
Сам шов при выполнении стыкового соединения может быть односторонним или двухсторонним.
Угловые
Это соединение применяют к деталям, не находящимся в одной плоскости, кромки которых расположены под некоторым углом друг относительно друга. Такие соединения также выполняются с предварительной подготовкой поверхностей, или без нее.
Подготовка заключается в скашивании соединяемых кромок разными способами, одна из плоскостей может быть отбортована. Сварные швы, в зависимости от конструктивных требований, односторонние или двухсторонние.
Тавровые
При тавровом соединении, кромка одной из свариваемых деталей присоединяется к поверхности другой детали под углом 90 °. Таким образом, поперечный разрез соединения имеет форму буквы «Т».
Для улучшения качества соединения применяются односторонние или двухсторонние скосы кромок присоединяемого элемента. Обработке подвергаются те детали, торцы которых привариваются к плоскостям других деталей.
Для лучшей проварки металла обычно при закреплении деталей обеспечивают наличие небольшого зазора между ними. Величина зазора составляет 2 – 3 мм.
Вообще, для каждой конкретной процедуры должна быть составлена технологическая карта операции, учитывающая все требования проекта собираемой конструкции.
Внахлест
Детали, соединяемые внахлест, накладываются одна на другую, находясь при этом в параллельных плоскостях. Швы выполняются с одной или с обеих сторон.
Производить скос кромок в этом случае не имеет смысла, так как торцевые участки и плоскости соединяемых деталей образуют вогнутый угол, хорошо удерживающий сварочную ванну и позволяющий выполнить прочный шов.
Другие классификации
В зависимости от протяженности шва сварочные соединения могут быть прерывистыми (стежками) и непрерывными. Последние используют для получения герметичной конструкции (трубы, различные емкости).
Меняя длину дуги, скорость сварки, глубину разделки, можно получать выпуклые и вогнутые сварочные соединения. Существует также нормальный вариант, когда соединение практически ровное, и шов не выступает над поверхностью, но и не образуем выемки.
Сварочные швы получают при различных положениях заготовки. В зависимости от этого они могут быть нижними (самое простое соединение), горизонтальными, вертикальными и потолочными (самый сложный вариант сварочных работ).
Расчеты
При проектировании различных конструкций, все технические параметры, включая применение определенного вида сварки, а также выбор способа соединения деталей, осуществляется на основании предварительного расчета. В первую очередь, производится расчет конструкции на прочность.
Исходными данными для этого служит моделирование нагрузок, которым будет подвергаться конструкция в процессе эксплуатации. Исходя из этого, выбирается материал и способ соединения отдельных элементов. Методы расчета каждого вида сварного соединения стандартизованы и унифицированы.
При проведении расчетов на прочность сварных швов определяют характер, направления и величины нагрузок на участки соединения. Полученные величины сравнивают с максимально допустимыми значениями для применяемых материалов.
На основании их сравнения делают заключение о запасе прочности конструкции. Такой расчет производится многократно, отдельно для каждого варианта соединения, вида применяемой сварки и конструкционного материала. Только в случае правильного расчета можно получить надежное соединение.
Загрузка...
