Сварные соединения — это сплошное герметичное сращивание двух металлических элементов. Вид и конструкция сварного шва определяются взаимным расположением деталей друг относительно друга. Свойства основного металла и требования к прочности конструкции определяют способ сварки (дуговой, контактный). Рассмотрим подробно, какие конструкции швов используют при сваривании различных поверхностей.
Виды сварных соединений: а — стыковые; б — стыковые с отбортовкой; в — нахлесточные; г — угловые; д — тавровые; е — прорезные; ж — торцевые; з — точечные; S — толщина свариваемых изделий.
Виды сварных конструкций и их обозначение в чертежах
В зависимости от пространственного расположения плоскостей друг относительно друга используются следующие виды сваривания:
- Стык: свариваемые плоскости соединяются встык, торцами, при этом они находятся на одной поверхности.
- Нахлест: поверхности расположены в близких плоскостях, параллельных друг другу, при сварке они частично перекрывают друг друга, образуя нахлест.
- Угол: плоскости соединяются под углом.
- Тавровые: торец одного элемента присоединяется к боковой поверхности второй детали сварки, при этом образуется Т-образное соединение, которое называют тавром.
- Торцевые: два элемента располагают рядом (бок о бок) и сваривают их торцы одним швом, располагаемым вдоль общего торца.
Обозначение сварных швов на чертеже: а, в — видимый шов — основная линия; б — видимая одиночная сварная точка — знак «+»; г — невидимый шов — штриховая линия
Сварные швы на чертежах обозначают линией (если шов сплошной) и крестиками (если это точка). На присутствие сварки в конструкции указывает односторонняя стрелочка с выноской, на которой указывается буквенное обозначение шва. Стыковые и торцевые соединения условно обозначают буквой «С», нахлесточные — «Н», угловые — «У» и тавровые — «Т».
Если шов расположен с видимой стороны детали (эта сторона изображена на чертеже), то его называют «видимым», обозначают сплошной непрерывной линией и информацию о нем располагают над выносной чертой. Если он располагается с обратной стороны, его называют невидимым, обозначают штрихпунктирной линией и наносят буквенное отображение под выносной чертой односторонней стрелочки.
Точечную сварку обозначают крестиком.
Читайте также:
Когда применяется электродуговая сварка.
Какова технология выполнения сварных швов.
Технологические особенности выполнения сварных швов
Сваривание металла часто требует технологической подготовки элементов. Она состоит в очистке поверхности и выполнении так называемой разделки (скосов кромок).
Скосы могут быть выполнены на обеих кромках или на одной, с одной или с двух сторон свариваемых торцов. Процесс выполнения скосов называют разделкой.
В случаях, когда разделочная операция отсутствует в технологии изготовления предмета, для провара соединения приходится увеличивать сварной ток.
Предварительная разделка наиболее актуальна для стыкового расположения элементов в электродуговом сваривании.
Стыковая сварка
Схема стыковой сварки.
Стыковая сварка является наиболее прочным видом соединения. Кромки соединяются по всей площади их касания, чем обеспечивается максимально возможная прочность.
Сваривание встык может осуществляться как дуговым способом (электродом, наплавляемым электрической дугой), так и контактным сплавлением без электрода. Для дугового сваривания деталей конструкции необходима их подготовка. Она заключается в выполнении скосов прямых углов. В месте скоса формируется зона шва, состоящая из присадочного материала электрода (преимущественно снаружи) и основного металла (преимущественно внутри).
Если свариваются торцы разной толщины, то скос выполняется на более толстом торце в целях уравнивания толщины соединяемых поверхностей в зоне сварки и исключения прожогов более тонкого элемента.
Срез кромок не всегда возможен технологически. Тогда операция выполняется без предварительных скосов контактным способом. По технологии контактного сваривания детали разогреваются до оплавления электрическим током (проходящим по ним), после чего сдавливаются для плотного соприкосновения поверхностей. При этом образуются прочные межатомные связи между двумя металлическими элементами. Излишки жидкого металла, выдавленные наружу из зоны сплавления при сдавливании контактирующих поверхностей, удаляют до затвердевания. Такой способ называется сваркой оплавлением.
Схема разделки поверхности для сварки.
Существует и используется другой способ выполнения стыка, называемый сваркой сопротивлением. Он применяется только для деталей небольшого сечения и требует предварительной зачистки мест будущего контакта. Технология его выполнения следующая:
- детали сближают и сдавливают;
- пропускают сварочный ток и разогревают металлические элементы, при этом небольшой размер контактного сечения обеспечивает равномерный разогрев металла;
- сращивание деталей выполняется без оплавления, в твердой фазе.
Стыковая сварка сопротивлением характеризуется повышенной прочностью благодаря отсутствию оплавления. Она не образует структуры ускоренного охлаждения в зоне шва, не создает широкую зону термического влияния (с пониженной прочностью), формирует меньшее количество остаточных напряжений.
Конструкция внахлест
Нахлест часто используется для соединения элементов на сборке и монтаже. Он не требует предварительной подготовки, выполнения скосов. При нахлесте сваривание может быть выполнено одним или двумя швами: по краю одной или второй свариваемой поверхности либо по обоим краям. Преимущества нахлесточной сварной конструкции заключаются в малой вероятности сквозных прожогов и в несложном технологическом выполнении. Получаемый шов имеет двойную толщину (по сравнению со стыковым соединением), разделенную сквозной щелью. При совмещении деталей допускаются неточности и небольшие сдвиги, перекрываемые имеющимся нахлестом.
Сваривание деталей внахлест имеет три недостатка:
- незначительный перерасход материала: излишняя толщина материала в зоне нахлеста;
- наличие пустого пространства между двумя сварными швами требует качественного провара от обоих швов (чтобы не допустить проникновения влаги в щель);
- нахлесточная конструкция уступает стыковому соединению в прочности.
При нахлесте деталей осуществляется их провар по углам между торцом одной детали и боком другой, поэтому технология выполнения нахлеста определяется приемами сваривания углов.
Угловые швы: разновидности сварной угловой конструкции
Существует около десятка разновидностей сварных углов, их конструкция определяется взаимным расположением деталей, длиной шва, формой кромки и ее подготовкой.
Угловое сращивание предназначается для конструктивного соединения деталей, оно не несет значительных нагрузок. Угол соединения свариваемых поверхностей определяет место расположения сварного шва (изнутри угла, снаружи или с обеих сторон).
Виды методов сварки угловых швов.
Техника выполнения угла является наиболее сложной, требующей наличия мастерства и опыта. Свариваемые поверхности могут быть расположены в направлениях вертикаль-горизонталь, или в направлениях диагональ-диагональ. При диагональном расположении техника сварки облегчена и доступна начинающему сварщику. При сваривании вертикали и горизонтали сварка усложняется и требует квалифицированного подхода к ее выполнению.
Угловые швы могут быть выполнены в один слой или в несколько слоев. При однослойном соединении формируется один слой из материала присадки электрода и расплавленного основного металла. Многослойная конструкция необходима для гарантии отсутствия непровара, когда угловое соединение усложнено труднодоступностью свариваемых поверхностей. Возможность непровара увеличивается при вертикальном расположении одного из элементов, способствующем стеканию расплавленного металла вниз и смещению сварной ванны из зоны сварки с последующим образованием пустоты (непровара). Поэтому при соединении деталей в плоскостях вертикаль — горизонталь предусматривается многослойное сварное соединение. При этом если место сварки после остывания имеет выпуклую поверхность, увеличенную толщину, то это добавляет дополнительной прочности соединению.
Подготовка поверхностей под угловую сварку включает в себя выполнение скоса (или скосов) на одном или обоих элементах.
Тавровая сварка
Тавровая конструкция является разновидностью угловой. При этом в обоих углах, подлежащих провариванию, сваривание выполняется по внутреннему углу.
Виды тавровых соединений.
Для таврового соединения одну из деталей располагают горизонтально, вторую — вертикально. Горизонтально лежит тот сварной элемент, к чьей боковой поверхности приваривают торец другого элемента. Угол соединения всегда равен 90º. Для качественного таврового шва на торце привариваемого элемента выполняется скос (один или два). Если торец тонкий (до 12 мм), в скосе нет необходимости. Если толщина торца составляет 12 — 40 мм, скос делают с одной стороны. Если толщина элемента превышает 40 мм, то необходима двусторонняя разделка торца и два сварных шва.
Технологическое выполнение сварного таврового сваривания похоже на сварку угла изнутри. Тонкостенные детали соединяют в горизонтальном и вертикальном расположении соединяемых плоскостей. Толстостенные детали, для которых используются электроды повышенной толщины, образующие значительную сварную ванну, располагают по диагонали. Для этого сначала выполняют точечную сварку между вертикальной и горизонтальной деталями, затем их поворачивают, располагая свариваемые поверхности в диагональном направлении. При этом сварная ванна оказывается в «лодочке», не растекается и образует качественное сварное соединение. В некоторых случаях, при небольшой толщине вертикального элемента, происходит полный его провар.
Форма сварных швов и скос кромок
По внешней форме швы могут быть выпуклыми, ровными и вогнутыми. Ровные и вогнутые соединения считаются экономичными и более долговечными (отсутствует резкий переход между основой и термической зоной, нет концентратора напряжений, способствующего разрушению). Часто для ответственных деталей сформировавшуюся выпуклость снимают механически (сошлифовывают).
Форма сварного шва зависит от выбранных геометрических размеров соединения. А именно:
- размер зазора между свариваемыми деталями;
- наличие и количество скосов кромок;
- угол скоса кромок свариваемых поверхностей.
Скосы выполняют для деталей, толщина которых больше 3 мм, в целях равномерного провара по всему сечению. Наличие скосов по краю свариваемых поверхностей обеспечивает более качественную сварку, наличие плавного перехода от шва через зону сварки к основному металлу. Чем больше угол скоса, тем шире его плоскость, тем более плавным будет переход между сварной структурой шва и ненапряженной структурой металла детали.
Различие сварных конструкций позволяет выбрать оптимальные параметры сварки, расположение и способ выполнения. Метод применяемой сварки должен обеспечивать требуемое качество соединения при минимально возможной его стоимости.
Качество сваривания определяет эксплуатационные характеристики готового изделия.
