3,7, Виды контроля качества шва. Основные дефекты сварных швов. Влияние способа контроля на расчетные сопротивления свар­ного шва.

Непровар образуется из-за малой силы тока, большой скорости сварки, смещения электрода с оси шва, неудовлетворительной сборки (уменьшения зазора между соединяемыми элементами), а также при сварке элементов большой толщины без разделки кромок (рис. 6.1 а).

Подрез (канавка вдоль шва) образуется при завышенной силе то­ка, большом катете шва, выполняемого не «в лодочку», малой скорос­ти сварки и завышенном напряжении (рис. 6.1 б),

Прожог (сквозное отверстие в шве) является следствием вытека­ния жидкого металла из сварочной ванны. Причины появления прожога: большая сила тока, малая скорость сварки, неплотное прилегание со­единяемых элементов между собой (при сварке "на весу")или к про­кладке

Ш л а к о в ы е и о к и с н ы е в к л ю ч е н и я в теле шва образуются при заниженной силе тока, загрязненности кро­мок соединяемых элементов, недостаточной защите жидкого металла, плохой очистке предыдущего слоя шва от шлака, низком напряжении на дуге и малой скорости сварки.

Н е з а в а р е н н ы е к р а т е р ы появляются в резуль­тате быстрого обрыва дуги.

П о р ы и р а к о в и н ы образуются из-за загрязнен­ности кромок соединяемых элементов, нарушения газовой защиты, низ­кого качества сварочных материалов.

Т р е щ и н ы - причины появления - неправильная технология сварки металлов, склонных к образованию трещин (с повышенным соде­ржанием серы или углерода); высокая концентрация сварочных напря­жений, вызванных неправильным расположением швов или неправильной последовательностью выполнения сварных швов.

Н е с п л а в л е н и е образуется из-за загрязненности кромок соединяемых элементов.

О т к л о н е н и я в форме сварного шва - увеличение или уменьшение выпуклой части сварного шва.

Для обнаружения поверхностных и крупных дефектов в сварных соединениях (подрезы, прожоги, незаваренные кратеры, поверхностные поры и трещины, отклонения в форме сварного шва) используется визуальный способ (внешний осмотр).

Прочностные характеристики сварных соединений (разрывное усилие, ударная вязкость, загиб в холодном состоянии и др.) конт­ролируются частичным или полным разрушением образца на испытатель­ных машинах.

Непроницаемость сварных соединений проверяется с помощью ке­росина, вакуума, пневматического или гидравлического давления. Первый способ основан на способности керосина проникать через имеющиеся неплотности и окрашивать мел, которым предварительно покрывается противоположная сторона сварного шва. Остальные спо­собы основаны на уменьшении вакуума или давления через трещины и поры в сварном шве.

Мелкие поверхностные дефекты могут быть обнаружены с помощью цветной дефектоскопии. Для обнаружения поверхностных и крупных дефектов в сварных соединениях (подрезы, прожоги, незаваренные кратеры, поверхностные поры и трещины, отклонения в форме сварного шва) используется визуальный способ (внешний осмотр).

Прочностные характеристики сварных соединений (разрывное усилие, ударная вязкость, загиб в холодном состоянии и др.) конт­ролируются частичным или полным разрушением образца на испытатель­ных машинах.

Непроницаемость сварных соединений проверяется с помощью ке­росина, вакуума, пневматического или гидравлического давления. Первый способ основан на способности керосина проникать через имеющиеся неплотности и окрашивать мел, которым предварительно покрывается противоположная сторона сварного шва. Остальные спо­собы основаны на уменьшении вакуума или давления через трещины и поры в сварном шве. Мелкие поверхностные дефекты могут быть обнаружены с помощью цветной дефектоскопии.

3.8. Температурные напряжения и.деформации при сварке. Меропри­ятия по уменьшению температурных деформаций при сварке.

Процесс сварки сопровождается в зоне сварного шва структурны­ми и химическими изменениями металла: образуются закалочные струк­туры, изменяются размеры зерен феррита и перлита, в отличие от ос­новного металла шов имеет структуру литого металла (с большей изотропией свойств, чем прокатной металл), химический состав сварного шва определяется химсоставом не только основного метал­ла, но также металла электрода и защитного покрытия. Кроме струк­турных и химических изменений, в соединяемых элементах и сварном шве возникают сварочные напряжения и соответствующие им деформа­ции.

Появление сварочных напряжений является результатом несоот­ветствия между деформациями соединяемых элементов и распределени­ем температуры по их ширине при наплавке сварного шва. Температурные деформации, как известно, линейно зависят от изменений температуры, т.е. форма торцов соединяемых элементов должна повторять форму графика распределения температуры (рис. 5.1а, б-1). Однако фактическая форма торцов имеет очертание, представленое на рис. 5.1 б-2 . После охлаждения несоответствие между деформациями и распределением температуры также сохранится (рис. 5.1 б-3 и б-4).

Рис. 5.1. Образование сварочных напряжений в стыковом соеди­нении:

а - распределение температуры по ширине соединяемых деталей после наплавки сварного шва; б - форма торцов соединяемых де­талей: 1 - непосредственно после наплавки сварного шва соотве­тствующая распределению температуры (теоретическая); 2 - то же (фактическая); 3 - после остывания соответствующая распределе­нию температур (теоретическая); 4 - то же (фактическая); в - эпюра сварочных напряжений

Разность между температурными (теоретическими) и фактическими деформациями определяет знак и значение сварочных напряжений: если эта разность отрицательна (фактические деформаций больше темпера­турных), то в этом месте возникают сжимающие напряжения и наобо­рот, если разность положительна (фактические деформации меньше температурных), то возникают растягивающие напряжения; чем больше разность деформаций, тем больше напряжения. Эпюра сварочных напря­жений приведена на рис. 5.1.в. Сварочные напряжения являются соб­ственными напряжениями и должны быть самоуравновешенными, т.е. площадь эпюры сжимающих напряжений должна быть равна площади эпю­ры растягивающих напряжений.

Значения сварочных напряжений зависят: от силы тока и напря­жения (прямая зависимость) и скорости сварки (обратная зависи­мость); от жесткости закрепления соединяемых элементов (прямая зависимость); от способа и последовательности выполнения сварных швов; от количества наплавленного металла (прямая зависимость); от взаимного расположения сварных швов (при близком расположении или при пересечении сварных швов сварочные напряжения могут скла­дываться); от температуры окружающего воздуха (чем ниже темпера­тура, тем значительнее сварочные напряжения).

Сварочные напряжения, являясь самоуравновешенными, не снижа­ют прочность соединяемых элементов при статической нагрузке. Одна­ко при динамических нагружениях сварочные напряжения оказывают отрицательное влияние на несущую способность. Сварочные напряже­ния могут образовывать зоны с напряжениями одинакового знака, что препятствует развитию пластичности и может привести к хрупкому разрушению. Совпадение по знаку сварочных напряжений с напряжени­ями от внешних нагрузок влечет за собой преждевременное появление пластических деформаций и снижение устойчивости сжатых элементов. Кроме того, сварочные напряжения сопровождаются соответствующими деформациями, которые искажают геометрическую форму сечений и кон­структивного элемента в целом. Для уменьшения сварочных деформаций рекомендуется располагать сварные швы симметрично относительно центра тяжести сечения конструкции, предусматривать обратный вы­гиб деталей перед их сваркой, а также предусматривать апробирован­ные соотношения толщин соединяемых элементов, обеспечивающие их прямолинейность после сварки.

3.9. Классификация сварных швов и соединений.

Сварные швы по внешнему виду подразделяются на

• нормальные (плоские);

• выпуклые (усиленные) и

• вогнутые (ослабленные).

Выпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны. Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках, поскольку за счет более плавного перехода от основного металла к сварному шву снижается вероятность возникновения концентрации напряжений, приводящих к разрушению шва.

По выполнению сварные швы могут быть односторонними и двусторонними.

По количеству слоев сварка бывает однослойной и многослойной, по числу проходов – однопроходной и многопроходной.

Тип сварного соединения определяет взаимное расположение свариваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые сварные соединения. Стыковое соединение - сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис. 1.2). Поверхности элементов могут быть несколько смещены при соединении листов разной толщины (см. рис. 1.2, б). Рис. 1.2. Стыковые соединения Угловое соединение - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 1.3). Рис. 1.3. Угловые соединения Тавровое соединение - сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента (рис. 1.4). Рис. 1.4. Тавровые соединения Нахлесточное соединение - сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 1.5, 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. 1.5, е).

3.10. Стыковой сварной шов, расчетные геометрические параметры сечения и расчетные сопротивления.

Основные геометрические параметры стыкового шва:

• S – толщина свариваемого металла;

• e – ширина сварного шва;

• q – выпуклость стыкового шва (высота усиления) – наибольшая высота (глубина) между поверхностью сварного шва и уровнем расположения поверхности сваренных деталей;

• h – глубина провара (глубина проплавления) – наибольшая глубина расплавления основного металла;

• t – толщина шва, t = q+h;

b – зазор.

R_wy – расчетное сопротивление, наплавленного металла при сжатии, растяжении и изгибе

Расчетное сопротивление стыковых швов определяют по пределу текучести или по временному сопротивлению стали соединяемых элементов независимо от вида сварки, например: при сжатии ; при растяжении и изгибе с визуальным контролем качества шва , а при физических методах контроля - ; при сдвиге и т.д.

Примечание: Коэффициент надежности по материалу шва принимают: =1.25 – при значениях ; =1.35 – при значениях .

3.11, Расчет сварных соединений встык, работающих на осевую си­лу (привести расчетные формулы и объяснить входящие в нее величины).

Для стыковых швов, расположенных перпендикулярно оси элемента при сжатии и растяжении

,

.- расчетная длина

3.12. Расчет сварных соединений встык, работающих на действие изгибающего момента (привести расчетную формулу и объяс­нить входящие в нее величины).

При действии на стыковое соединение изгибающего момента

,

где - момент сопротивления шва.

3,13 Расчет сварных соединений встык, работающих на совместное действие М , Q и N {привести расчетные зависимости с объяснениями входящих в них величин).

При действии изгибающего момента и поперечных сил

,

где и - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным напряжениям;

1.15 – учитывает наличие упругопластич работы металла

- напряжение от среза.

3,14Угловой шов: расчетные геометрические параметры сечения и расчетные сопротивления.

Основные геометрические параметры углового шва:

• k – катет углового шва – кратчайшее расстояние от поверхности одной из свариваемых деталей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой детали;

• q – выпуклость шва;

• p – расчетная высота углового шва – длина перпендикулярной линии, проведенной из точки наибольшего проплавления в месте сопряжения свариваемых частей к гипотенузе наибольшего прямоугольного треугольника, вписанного во внешнюю часть углового шва;

• a – толщина углового шва, a = q+p.

Срез (условный): по металлу шва по металлу границы сплавления

Примечание: Коэффициент надежности по материалу шва принимают: =1.25 – при значениях ; =1.35 – при значениях .

3,15Угловой шов: основные расчетные предпосылки.

1)K_f – катет шва

Выпуклость сварного шва не должна влиять на длину катета

2)L_w=l-10_mm

Предполагается, что сварные швы работают только на срез, возникают только качательные напряжения. Расчет выполняется только по двум сечениям – по сечению шва и по границе сплавления.

3)Используется расчетная высота сварного шва по сечению шва и по границе сплавления. Это B_f×K_f

h- глубина проплавления, зависит от силы тока, а сила тока – от вида сварки