. Основные виды сварных соединений и швов
Сварным соединением, как конструктивным элементом, называют участок конструкции, в котором отдельные ее элементы соединены с помощью сварки. В сварное соединение входят сварной шов, прилегающая к нему зона основного металла с зоной термического влияния и основной металл.
Сварной шов представляет собой закристолизовавшийся металл. который в процессе сварки находится в расплавленном состоянии. Сварной шов, как связующая часть, определяет геометрическую форму, сплошность, прочность металла непосредственно в месте сварки.
Свойства сварного соединения определяются свойствами металла самого шва, зоны термического влияния и некоторой части основного металла.
При изготовлении сварных конструкций применяют следующие основные типы соединений:
1. Стыковое: различают по виду предварительной подготовки кромок в зависимости от толщины свариваемого металла (рис. 5.1).
Рис.5.1. Стыковые соединения:
а – с отбортовкой кромок; б – без отработки кромок; в – с V-образной разделкой кромок; г – с Х-образной разделкой кромок;
д – с чашеобразной разделкой кромок.
Нахлёсточные соединения – характеризуются наличием перекрытия кромок свариваемых листов (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Нахлесточные соединения.
а – одностороннее;
б – прорезное;
в – электрозаклепочное. 3. Тавровые соединения (рис. 5.3)
Рис. 5.3. Тавровые соединения.
При S до 20мм при S более 20 мм
односторонний скос двусторонний скос
4. Угловые соединения – при любой толщине металла можно получить без подготовки кромок (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Угловые соединения.
В зависимости от расположения шва к направлению действующего на него усилия (рис. 5.5) различают:
1-фланговые, 2-лобовые, 3-косые, 4 – комбинированные.
Рис. 5.5. Швы в зависимости от действующего усилия.
По расположению швов в пространстве – различают:
1-нижние, 2-горизонтальные, 3-вертикальные, 4-потолочные.
Швы можно выполнить непрерывными и прерывистыми, в зависимости от конструкции.
По количеству наплавленного металла: - нормальные, выпуклые (усиленные), вогнутые (ослабленные).
Рис. 5.6. Швы по количеству наплавленного металла
5.4. Свариваемость металла
Свариваемостью называется способность металла образовывать сварные соединения (без трещин и прочих дефектов) имеющие физические, механические и другие свойства, близкие к свойствам основного металла. Свариваемость различных металлов различна.
Наибольшее влияние на свариваемость стали оказывает количество содержащего в ней углерода, легирующих элементов и различных примесей. Следует также учесть, что металлы однородные, с одинаковой атомной решеткой легко соединяются сваркой, тогда как разнородные могут совершенно не свариваемые. Например, не сваривается медь со свинцом, затруднена сварка железа со свинцом, титана с углеродистой сталью и медью. На свариваемость также оказывает влияние химический состав присадочного металла, режим сварки, температура окружающего воздуха, химическй состав и толщина стали, условия закрепления элементов конструкций при сварке и другие технологические и эксплуатационные условия.
По свариваемости углеродистые и низколегированные стали условно разделяют на четыре группы:
1. Хорошо сваривающиеся – стали углеродистые с содержанием углерода до 0,25% и низколегированные стали содержащие до 0,2% углерода.
2. Удовлетворительно сваривающиеся – стали углеродистые с содержанием углерода 0,25-0,35%, а также низколегированные стали с содержанием углерода 0,3-0,35%.
3. Ограниченно сваривающиеся – углеродистые стали содержащие 0,35-0,5% углерода и низколегированные стали в которых повышенно содержание легирующих элементов и увеличено содержание углерода.
4. Плохо сваривающиеся – углеродистые стали с содержанием углерода более 0,5%, а также низколегированные стали с повышенным содержанием хрома и кремния.
Высокоуглеродистые инструментальные стали от У-7 до У-13 обладают весьма низкой свариваемостью, практически не свариваются.
Следует учесть, что на процесс соединения сильно влияет загрязнение поверхности металлов – окислы, жировые плёнки и пр., а также слои молекул газов, воды, образующиеся на свежеобработанной поверхности металла под действием атмосферы почти мгновенно. Получить чистую поверхность металлов и длительно сохранить её можно лишь в высоком вакууме (космосе). В обычных условиях специфическим средством очистки служат флюсы. Также для этих целей используют шлаки, вакуум, защитные газы, вдуваемые в зону сварки.
Рассмотрим влияние некоторых элементов, находящихся в стали, на свариваемость:
Углерод – стали с небольшим содержанием углерода свариваются хорошо, повышение содержания углерода приводит к увеличению твердости. Металл в сварном соединении будет закаливаться, что приведет к образованию трещин;
Марганец – в небольшом количестве не ухудшает свариваемость, при содержании 1,5-2,5% свариваемость ухудшается;
Кремний – при содержании ≥1% свариваемость ухудшается за счет образования тугоплавких окислов;
Никель – повышает прочность и пластичность шва и не ухудшает свариваемость;
Ванадий и вольфрам – ухудшают свариваемость сильно окисляются, требуют особых приемов сварки;
Сера – вредная примесь, приводит к образованию горячих трещин;
Фосфор – вредная примесь, приводит к образованию холодных трещин.