11. Классификация основных видов сварки, типы сварных швов и соединений. Термический цикл сварки. Напряжения и деформации сварных соединений. Строение и свойства сварных соединений.

Сваркой металлов называют технологической процесс образования неразъемного соединения деталей конструкции путем местного сплавления или совместного пластического деформирования в области соединения этих деталей, сопровождающегося диффузией атомов. В результате сварки возникает прочное сцепление, основанное на межатомном взаимодействии в примыкающих участках деталей.

Сегодня существует множество способов сварки. Для соединения стальных конструкций преимущественно применяется электродуговая сварка с плавящемся электродом. Она делится на:

1) ручная электродуговая сварка. Наиболее медленный и трудоемкий вид сварки. Соединение получается более низкого качества, чем при механизированных способах, однако, имеет большое распространение благодаря своей универсальности (в любом положении и местах). Рекомендуется применять при монтаже.

2) автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. На место сварки предварительно подается флюс в виде порошка. По мере продвижения сварки образуется сварной шов закрытый шлаковой коркой. Достоинство – высокая производительность и хорошее качество швов. Недостаток – производство швов только в нижнем положении, что ограничивает применение особенно при монтаже. В настоящее время широкое распространение получила порошковая проволока, представляющая собой стальную ленту, свернутую в трубочку, внутри которой запрессован флюс.

3) сварка в среде защитного газа. производится в среде углекислого газа, подаваемого гибким шлангом под давлением, который защищает расплавленный метал от О₂ и N₂. Преимущество сварки под флюсом – не нужны приспособления при удержания флюса, поэтому можно варить в любом пространственном положении, обеспечивает глубокий провар и более высокую производительность. Недостатки – возможность оттеснения газа ветром или сквозняком, что ухудшает качество швов, при сварке в замкнутых пространствах CО₂ может заполнить окружающий объем, появляется опасность отравления для сварщика.

4) электрошлаковая или ванная сварка. Применяется для сварки толстых элементов (свыше 20мм). Свариваемые листы располагают вертикально с зазором 20-40 мм, низ зазора ограничен стальной подкладкой, бока – медными ползунами, охлаждаемые проточной водой.

5) другие виды сварки (контактная, газовая и др.) применяют в строительных металлических конструкциях значительно реже.

Сварные соединения могут быть 3х видов:

- встык – одна деталь приставляется к другой встык и места их соединения проплавляются сварным швом.

- внахлестку – свариваемая деталь накладывается на другую и сваривается по отдельным граням или вкруговую.

- комбинированное соединение – детали свариваются встык и для усиления привариваются накладки в нахлестку.

Швы классифицируются по ряду признаков:

1. по конструкции шва:

а. стыковые;

б. угловые: торцевой или лобовой и фланговый;

2. по назначению:

а. рабочие или передающие усилия;

б. конструктивные или связующие;

3. по положению в пространстве при выполнении (в момент сварки):

а. нижние швы или сварка в нижнем положении – 0-60°;

б. вертикальные швы – 60-120°;

в. потолочные швы – 120-180° (только при монтаже);

г. горизонтальные швы;

4. по протяженности:

а. сплошные;

б. прерывистые;

5. по числу слоев накладываемых при сварке:

а. однослойные или однопроходные;

б. многослойные или многопроходные;

6. по месту производства:

а. заводские;

б. монтажные;

7. по форме шва при сварке с образованными кромками (при толщине 5 мм и более разделка кромок обязательна): V-, U-, X- и K-образные.

Рис. 4.1. Виды швов.

а – стыковой шов в однопроходном стыковом соединении; б –стыковой шов с подваркой корня в однопролетном стыковом соединении; в – фланговый и лобовой швы в нахлесточном соединении; г – угловые швы в тавровом соединении; д – прерывистые (шпоночные) швы в нахлесточном соединении; 1 – подварка корня шва; 2 – лобовой шов; 3 – фланговый шов; 4 - угловые швы; 5 - прерывистые или шпоночные швы

Процесс сварки сопровождается структурным и химическим изменениями металла в зоне сварного соединения и возникновения остаточных напряжений и деформаций.

В зоне расплавления металл нагревается выше температуры расплавления. Расплавленные металл изделия и электрода перемешиваются, и после прекращения нагрева начинается кристаллизация металла. Во время кристаллизации остывающий металл сварного соединения подвергается воздействию растягивающих напряжений, вызванных остыванием. Эти напряжения способны вызвать «горячие» трещины. Появлению трещин способствуют повышенное содержание углерода, серы и др. примесей в металле, крупнозернистая структура его и большая толщина свариваемых элементов.