Основные типы сварных соединений

Сварным называется неразъемное соединение нескольких деталей, полученное с помощью сварки. В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов в пространстве существует несколько видов сварных соединений.

Стыковое соединение в наибольшей степени соответствует специфике сварки и обеспечивает оптимальные условия передачи усилий от одного элемента к другому. Этот вид соединения могут образовывать элементы одинаковой (рис. 1,а) и разной толщины (рис. 1, б). Толщина металла не ограничена. Разновидностью является соединение с отбортовкой кромок (рис. 1,в), применяемое для металла толщиной до 3 мм. При газовой сварке металла толщиной до 2 мм стыковое соединение выполняют без разделки кромок и без зазора или с отбортовкой кромок без присадочного металла. При толщине металла 2—5 мм стыковые соединения осуществляют без разделки кромок с зазором, при толщине больше 5 мм — с разделкой кромок (при толщине 5—15 мм — V-образная разделка, более 15 мм — Х-образная разделка).

1. Стыковое соединение свариваемых элементов

а-одинаковой толщины; б - разной толщины; e-с отбортовкой кромок

Тавровое соединение. Угол между полкой и стенкой может быть прямым (рис. 2,а), острым или тупым. Тавровое соединение применяют при приварке ребер жесткости, трубопроводных муфт, косынок.

Нахлесточное соединение (рис. 2,6)—это пакет из двух элементов металла толщиной до 20 мм. Этот вид соединения не требует особой точности заготовок, для металла толщиной до 4 мм не требует он и обработки кромок. Однако у нахлесточного соединения создаются неблагоприятные условия для передачи усилий из-за изгибающего момента, возникающего в результате несоосности приложения нагрузки, низкий предел выносливости увеличенный расход металла и большая длина швов. При газовой сварке металла толщиной более 3 мм нахлесточные соединения применять нежелательно, так как из-за больших собственных напряжений возникают значительные деформации, которые при жестком закреплении могут привести к появлению трещин.

Угловое соединение. Угол между собираемыми элементами может быть прямым (рис. 2,в), острым или тупым. Иногда применяют соединение, показанное на рис. 2,г.

2. Соединение тавровое (а), нахлесточное (б), угловое (в), впритык (г)

3. Виды сварных швов по отношению к действующему усилию Р

а —фланговый; б —лобовой; в — комбинированный; г — косой

4. Классификация сварных швов по расположению их в пространстве

а — нижние; б — горизонтальные; в — вертикальные; г — потолочные

5. Классификация швов по форме

а — нормальные; б — усиленные; в— ослабленные

Сварным швом называется участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации металла сварочной ванны. Шов, соединяющий детали в стыковом соединении, называют стыковым, в тавровом, угловом и нахлесточном — угловым. По характеру выполнения швы бывают одно- и двусторонние; по направлению действующих усилий — фланговые, лобовые, комбинированные и косые (рис. 3). В фланговом шве действующее усилие направлено параллельно оси шва, в лобовом — перпендикулярно, в косом — под углом.

6. Поперечное сечение сварного шва

В зависимости от расположения в пространстве швы бывают нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные (рис. 4). По протяженности различают непрерывные и прерывистые швы. Длина отдельного отрезка прерывистого шва 50—150 мм, а расстояние между ними составляет 1,5—2,5 длины шва. По внешней форме сварные швы бывают нормальные, усиленные и ослабленные (рис. 5). Однако не следует думать, что усиленные швы имеют большую прочность по сравнению с нормальными. У усиленных швов нельзя обеспечить плавный переход от наплавленного металла к основному, и в этих местах концентрируются напряжения, которые могут привести к разрушению сварного изделия.

К непровару приводит также отсутствие зазора, а отсутствие притупления может послужить причиной прожога. При газовой сварке за один проход сваривают металл толщиной до 5 мм. Дли металла больших толщин применяют специальную разделку кромок, а сварку ведут в несколько проходов.

Методы сварки

Существующие в настоящее время способы сварки можно подразделить на две основные группы (по состоянию соединяемых кромок в процессе сварки). К первой группе относятся способы, при которых металлы свариваются в твердом состоянии при совместной пластической деформации, часто одновременно с дополнительным нагревом (способы сварки давлением). Ко второй группе относятся способы, при которых металлы вместе соединения расплавляются (способы сварки плавлением).

При сварке методами первой группы металлы совместно сжимаются и деформируются. В зависимости от температуры металла в месте сварки эти методы подразделяются на три подгруппы. В первом случае сварка проводится без подогрева металлов (сварка глубокой деформацией, сварка сдвигом). Этими методами свариваются только высоко пластичные металлы. Во втором случае металлы подогревают в процессе сварки до температур, близких к температуре порога рекристаллизации (сварка ультразвуковыми колебаниями).

Наибольшее значение имеют методы третьей подгруппы. Металлы в этом случае нагреваются до температур, значительно превышающих температуру порога рекристаллизации. В качестве источников тепла используются горн (кузнечная сварка), электрический ток (контактная стыковая и шовно-стыковая сварка), газовое пламя (газопрессовая сварка) и др.

При сварке методами второй группы между соединяемыми деталями мощным источником тепла создается ванночка расплавленного металла. Она образуется преимущественно за счет оплавления кромок свариваемых деталей. После удаления источника тепла в ванночке затвердевает (кристаллизуется) и образуется сварное соединение. В качестве источника тепла используется электрическая дуга, электрический ток, поток электронов, газовое пламя и др.

Виды сварных соединений

Различают следующие виды сварных соединений: стыковые, внахлестку, угловые и тавровые (впритык).

Стыковыми называют соединения, в которых элементы соединяются торцами или кромками и один элемент является продолжением другого. Стыковые соединения наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений при передаче усилий, отличаются экономичностью и удобны для контроля. Толщина свариваемых элементов в соединениях такого вида почти не ограничена. Стыковое соединение листового металла может быть сделано прямым или косым швом. Стыковые соединения профильного металла применяются реже, так как затруднена обработка их кромок под сварку.

Соединениями внахлестку называются такие, в которых поверхности свариваемых элементов частично находят друг на друга. Эти соединения широко применяют при сварке листовых конструкций из стали небольшой толщины (2-5 мм), в решетчатых и некоторых других видах конструкций. Разновидностью соединений внахлестку являются соединения с накладками, которые применяют для соединения элементов из профильного металла и для усиления стыков.

Иногда стыковое соединение профильного металла усиливают накладками, и тогда оно называется комбинированным.

Соединения внахлестку и с накладками отличаются простотой обработки элементов под сварку, но по расходу металла они менее экономичны, чем стыковые. Кроме того, эти соединения вызывают резкую концентрацию напряжений, из-за чего они нежелательны в конструкциях, подвергающихся действию переменных или динамических нагрузок и работающих при низкой температуре.

Угловыми называют соединения, в которых свариваемые элементы расположены под углом.

Тавровые соединения (соединения впритык) отличаются от угловых тем, что в них торец одного элемента приваривается к поверхности другого элемента. Угловые и тавровые соединения выполняются угловыми швами, широко применяются в конструкциях и отличаются простотой исполнения, высокой прочностью и экономичностью.

В ответственных конструкциях, в тавровых соединениях (например, в швах присоединения верхнего пояса подкрановой балки к стенке) желательно полное проплавление соединяемых элементов.