Особенности расчета сварных соединений в конструкциях из алюминиевых сплавов.
Основной особенностью расчета сварных соединений из термически упрочненных алюминиевых сплавов является необходимость учета ослабления металла в зоне термического влияния у сварного шва. Величина зоны термического влияния зависит от марки сплава, состояния его поставки и способа сварки. Стыковые швы в конструкциях из алюминиевых сплавов рассчитывают по тем же формулам что и основное сечение. Полученные напряжения сравнивают с расчетным сопротивлением металла сварного соединения, которое определяется с учетом понижения прочности от термического влияния по указаниям норм проектирования алюминиевых конструкций (СНиП ll-24-76). Расчет угловых сварных швов конструкций из алюминиевых сплавов производится по тем же формулам, что и расчет угловых сварных швов стальных конструкций.
При проектировании сварных соединений конструкций из алюминиевых сплавов ослабление основного металла в зоне термического влияния можно значительно уменьшить, если применить дополнительные усиливающие элементы, которые увеличивают расчетную площадь прикрепляемых элементов в наиболее опасном сечении. Стыки изгибаемых элементов следует располагать в менее напряженных местах конструкции, что тоже уменьшает влияние ослабленной сваркой зоны.
Конструктивные требования к сварным соединениям.
Для обеспечения высокого качества и надежной работы сварных соединений они должны отвечать ряду требований, диктуемых возможностью и удобством производства сварки, возможным уменьшением сварочных напряжений и деформаций, полноценной работой сварных швов в различных видах соединений и т. д. Все эти требования должны учитываться при проектировании металлических конструкций.
Чтобы уменьшитьсварочные деформации (искажение формы), следует стремиться к наименьшему объему сварки в конструкции, применяя швы наименьшего катета (наименьшей толщины), полученные по расчету или по конструктивным соображениям. Следует избегать пересечений сварных швов, близкого их расположения друг к другу, образования швами замкнутых контуров.
Размеры и форму сварных угловых швов следует принимать с учетом следующих условий:
катеты угловых швов определяются расчетом, но не менее указанных в табл.38 СниП
катеты угловых швов должны быть не более
≤ 1,2t
(t
— наименьшая из толщин свариваемых
элементов). Катет шва, наложенный на
закругленную кромку фасонного проката
толщиной t,
не должен превышать 0,9t.Наименьшая расчетная длина
углового
шва должна быть не менее
и
не менее 40 мм из-за наличия непровара
в начале и в конце шва.Наибольшая расчетная длина фланговых угловых швов должна быть не более
,
так как фактически напряжение в шве по
длине распределяется неравномерно, то
при очень длинных швах его крайние
точки могут быть перенапряжены, а
средняя часть не полностью включена в
работу. Это ограничение не распространяется
на те фланговые швы, в которых усилия
передаются по всей длине шва, например
на поясные швы сварных балок.Размер нахлестки должен быть не менее 5 толщин наиболее тонкого из соединяемых элементов, иначе в швах могут образоваться трещины, вызванные сварочными деформациями
Соотношение размеров катетов угловых швов должно быть, как правило, 1:1. При разных толщинах свариваемых элементов допускается принимать швы с неравными катетами, соблюдая требования СниП.
Если в конструкции применяются угловые прерывистые швы, то для обеспечения надежной совместной работы соединяемых элементов расстояние между участками швов в свету должно быть не более 12t и не более 200мм в сжатых элементах и не более 16t в растянутых и нерабочих элементах (t – наименьшая толщина соединяемых элементов).
Сварные стыковые соединения листовых деталей следует, как правило, выполнять прямыми с полным проваром и с применением выводных планок. В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня и сварка на остающейся стальной подкладке.
Применение комбинированных соединений,в которых часть усилия воспринимается сварными швами, а часть – болтами, не допускается.
При соединении встык листов различной толщины, если разница в толщинах не сталей превышает 4 мм и величина уступа не превышает 1/8 толщины более тонкого листа, стык может быть выполнен без скоса кромок.
В противном случае для плавного перехода усилий в стыке необходим односторонний или двусторонний скос кромок с уклоном не более 1/5.
При ручной сварке за один проход может быть выполнен шов катетом до 8 мм.
Основные дефекты сварных швов.
Основные дефекты сварных швов разделяются на наружные и внутренние.
К наружным дефектам относятся:
Подрез – образуется при неправильном положении электрода, избытке тепла, завышении скорости сварки.
Кратер – образуется при резком обрыве дуги.
Непровар – образуется при неправильном выборе режима сварки, отсутствии разделки кромок. смещении оси электрода с оси шва.
Свищ – воронкообразное углубление, которое образуется из раковины или большой поры при кристаллизации металла.
Поверхностное окисление – происходит из-за плохой защиты зоны сварки.
Трещины – образуются при большом содержании серы и фосфора, большой скорости сварки, неправильного выбора сварочных материалов, чрезмерного закрепления свариваемых элементов.
Внутренние дефекты:
Внутренние трещины
Поры
Шлаковые и окисные включения
Внутренние дефекты приводят к концентрации напряжений, снижению пластичности, прочности.
Основные виды контроля качества сварных швов
До начала сварки производят входной (предварительный) контроль качества основного металла и сварочных материалов (электродов, флюсов, аппаратуры, приспособлений). Перед началом контроля сварные швы и околошовная зона очищаются от шлака и брызг.
Для выявления наружных дефектов используют:
Внешний осмотр и измерение (подвергаются 100% швов)
Внешний осмотр с применением лупы с 10-20 – кратным увеличением
Цветную капиллярную дефектоскопию. Для этого на шов и ОШЗ наносят краситель (пенетрант), который после некоторой выдержки удаляют и напыляют проявитель на основе каолина. Находящийся в наружных дефектах (трещинах, свищах, порах и т.п.) пенетрант окрашивают коалин в дефектных местах.
Внутренние дефекты в сварных соединениях выявляют с помощью:
Рентгеновского просвечивания. Рентгеновские лучи проникают через металл и воздействуют на рентгеновскую плёнку с обратной стороны шва.
Гамма просвечивания
Ультразвукового контроля. Ультразвук отражается от поверхностей раздела – пор, трещин,раковин.
Магнитного метода, который основан на анализе магнитных полей рассеяния, возникающих в местах дефектов при воздействии магнитного поля.
Проверка герметичности сварных швов производится несколькими способами:
Керосиновой пробой. Сварной шов с одной стороны обмазывается мелом, разведенным в воде. После высыхания обратную сторону смачивают керосином. При наличии неплотности на меловой поверхности появляются желтые керосиновые пятна.
Пневматическими испытаниями. В контролируемый сосуд нагнетается воздух. Сварные швы с наружной стороны обмазывают мыльным раствором и по появляющимся пузырькам устанавливают место дефекта.
Гидравлическими испытаниями. Обычно такие испытания совмещают с прочностными испытаниями труб, резервуаров и т.п.
Вакуумным способом. Этот метод используется при проверке тех сварных швов, к которым невозможен доступ с обратной стороны (днища резервуаров, газгольдеров). Шов обмазывают мыльным раствором, сверху накладывают вакуумную камеру с прозрачной крышкой, стыки уплотняют, откачивают воздух. В местах дефектов появляются пузыри на мыльном растворе.
Могут также применяться разрушающие методы контроля: механические испытания на прочность и пластичность, металлографические исследования, позволяющие определить структуру металла, размер зерна, а также выявить микротрещины.