ТКМ раздаточный материал / Лекции раздаточный материал / 4 Раздаточный материал лекции Сварка / 3 Классификация сварных швов

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ

Рис. 8С Пространственные положения при сварке

1 – нижнее положение (Н); 2 – вертикальное положение (В); 3 – потолочное положение (П)

КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ ШВОВ

Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации.

1. По типу получаемого сварного соединения сварные швы делятся на стыковые, угловые, проплавные, электрозаклепочные и торцевые.

Рис. 9С. Стыковой шов

Стыковой шов (рис. 9С) - сварной шов стыкового соединения.

Рис. 10С. Угловой шов

Угловой шов (рис. 10С) - сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений.

Угловые швы менее прочные, чем стыковые.

Рис. 11С. Проплавные швы

Проплавные швы (рис. 11С) (со сквозным проплавлением одного из соединяемых элементов) используются при получении тавровых или нахлесточных сварных соединений. Применение проплавных швов ограничивается деталями толщиной до 10 мм.

Рис. 12С. Электрозаклепочные швы

Электрозаклепочные сварные швы (рис. 12С) используются для получения прочных, но не плотных соединений Верхний лист пробивается или просверливается, и отверстие заваривается так, чтобы был захвачен нижний лист. При толщине верхнего листа до 3 мм его предварительно не просверливают, проплавляя дугой при сварке заклепки. Электрозаклепочные швы применяются для получения нахлесточных и тавровых сварных соединений.

Рис. 13С. Торцовые швы

Торцовые сварные швы (рис. 13С) используются для получения торцовых сварных соединений

2. По положению в пространстве при сварке

По положению в пространстве швы делятся на:

- нижние (Н) - см. рис. 8С;

- вертикальные (В) - см. рис. 8С;

- потолочные (П) - см. рис. 8С;

- горизонтальный шов на вертикальной плоскости (Г) – рис. 14С;

- угловой шов «в лодочку» (Л) - рис. 15С.

Рис. 14С. Горизонтальный шов на вертикальной плоскости (Г)

а б

Рис. 15С. Угловой шов «в лодочку» (Л)

а – сварка в « симметричную лодочку»;

б – сварка в « несимметричную лодочку».

3. По положению сварных швов относительно поверхности изделия

Рис. 16С. Классификация сварных швов относительно поверхности изделия

По положению сварных швов относительно поверхности изделия сварные швы делятся на односторонние и двусторонние (рис. 16С).

Односторонний шов – шов, выполненный с одной стороны заготовки (односторонняя сварка).

Двусторонний шов – шов, выполненный с обеих сторон заготовки (двусторонняя сварка).

4. По степени непрерывности сварных швов

По степени непрерывности сварные швы делятся на непрерывные и прерывистые.

Непрерывный шов - сварной шов без промежутков по длине.

Прерывистый шов - сварной шов с промежутками по длине

Стыковые швы обычно выполняются непрерывными.

Угловые швы могут быть выполнены (рис. 17С):

• непрерывными;

• односторонними прерывистыми - прерывистые швы, у которых промежутки расположены по обеим сторонам стенки один против другого;

• двусторонними непрерывными;

• двусторонними цепными;

• двусторонними шахматными - двухсторонние прерывистые швы, у которых промежутки на одной стороне стенки расположены против сваренных участков шва с другой ее сторон;

• точечными - сварные швы, в которых связь между сваренными частями осуществляется сварными точками.

Рис. 17С. Классификация угловых швов по степени непрерывности

Сварные соединения с непрерывными швами лучше выдерживают знакопеременную нагрузку и меньше поддаются коррозии, чем соединения с прерывистыми швами. Особо ответственные сварные изделия, как правило, выполняются непрерывными швами.

5. По направлению действующего усилия

Рис. 18С. Классификация сварных швов по направлению действующего усилия.

По направлению действующего усилия Р (рис. 18С) сварные швы делятся на:

продольные (фланговые) – направление действующего усилия параллельно оси сварного шва;

поперечные (лобовые) – направление действующего усилия перпендикулярно оси сварного шва;

комбинированные – сочетание продольного и поперечного швов;

косые – направление действующего усилия размещено под углом к оси сварного шва.

6. По профилю поперечного сечения

6.1. Стыковые швы

Рис. 19С. Классификация стыковых швов по профилю поперечного сечения

По профилю поперечного сечения стыковые швы делятся на:

выпуклые; нормальные; вогнутые (рис. 19С).

Выпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны.

Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках, поскольку в результате более плавного перехода от основного металла к сварному шву снижается вероятность возникновения концентрации напряжений, приводящих к разрушению шва.

6.2. Угловые швы

Рис. 20С. Классификация угловых швов по профилю поперечного сечения

По профилю поперечного сечения угловые швы делятся на (рис. 20С):

- нормальные - катет шва принимается равным толщине листа (К=S);

- вогнутые - катет шва К= 0,8 S;

- выпуклые;

- специальные - профиль представляет неравнобедренный прямоугольный треугольник (один из катетов K=S).

Вогнутые швы применяют в особо ответственных конструкциях при переменных нагрузках, так как вогнутость обеспечивает плавный переход от шва к основному металлу детали, благодаря чему снижается концентрация напряжений. Вогнутый шов повышает стоимость соединения, так как требует глубокого провара и последующей механической обработки для получения вогнутости

Выпуклые - вызывают повышен­ную концентрацию напряжений. Наиболее приемлем нормальный профиль углового шва. Специальные швы применяют при переменных нагрузках, так как их применение значительно снижает концентрацию напряжений.

7. По назначению

По назначению сварные швы делятся на:

прочные; плотные (герметичные); прочно-плотные.

Прочные - обеспечивают передачу нагрузки с одно­го элемента на другой.

Плотные - обеспечивают герметичность соединения (непроницаемость для жидкостей и газов).

Прочно-плотные - обеспечивают передачу на­грузки и герметичность соединения ( непроницаемость для жидкостей и газов).

8. По условиям работы сварного изделия

В зависимости от условий работы сварного изделия швы делятся на;

рабочие; нерабочие.

Рабочие - предназначены для работы под нагрузкой.

Нерабочие (связующие или соединительные) - используются только для соединения частей сварного изделия и рабочих нагрузок не передают.

9. По протяженности

По протяженности сварные швы делятся на:

короткие – длиной менее 250 мм;

средние - длиной от 250 до 1000 мм;

длинные - длиной более 1000 мм

10. По конфигурации

По конфигурации сварные швы делятся на:

- прямолинейные;

- криволинейные (например: кольцевые)

11. По ширине

По ширине сварные швы делятся на:

- ниточные с шириной шва равной или незначительно превышающей диаметр электрода (выполняются без поперечных колебательных движений сварочного электрода);

- уширенные с шириной шва превышающей диаметр электрода (выполняют с поперечными колебательными движениями электрода)

12. По количеству слоев и по числу проходов

Рис. 21С. Многопроходный многослойный сварной шов

Многопроходная многослойная сварка используется при сварке толстого металла, а также для того, чтобы уменьшить зону нагрева основного металла, которая имеет значительные размеры при однопроходной сварке аналогичного по поперечному сечению шва.

По количеству слоев сварные швы делятся на однослойные и многослойные (рис. 21С).

По числу проходов сварные швы делятся на однопроходные и многопроходные.

Проход – однократное перемещение источника теплоты в одном направлении при сварке или наплавке.

Однопроходная сварка - сварка, при которой выполняют шов или наплавляют слой за один проход.

Многопроходная сварка - сварка, при которой выполняют шов или наплавляют слой более чем за два прохода.

Валик - часть металла сварного шва, которая была наплавлена за один проход.

Слой сварного шва – металл шва, состоящий из одного или нескольких валиков, которые размещены на одном уровне поперечного сечения шва.

Облицовочный шов (валик) – последний шов в многослойных швах, выполняемый для того, чтобы шов лучше смотрелся внешне.

Подварочный шов (валик) – меньшая часть двустороннего шва, выполняемая заранее для предотвращения прожогов при дальнейшей сварке основного шва или укладываемая в последнюю очередь в корень шва.

Корень сварного шва - часть шва, которая наиболее удалена от его лицевой поверхности

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРНЫХ ШВОВ

Стыковые швы (рис. 22С)

Рис. 22С. Геометрические параметры стыковых швов

S – толщина свариваемого металла;

e – ширина сварного шва - расстояние между видимыми линиями сплавления на лицевой стороне сварного шва при сварке плавлением.;

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

h – глубина проплавления – наибольшая глубина расплавления основного металла в сечении шва;

t – толщина шва, t = g + h;

b – зазор.

Угловые швы (рис. 23С)

Рис. 23С. Геометрические параметры угловых швов

k – катет углового шва – сторона наибольшего равнобедренного треугольника, который можно вписать в сечение шва.

g – 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;

t – толщина углового шва (t = g + p);

e – ширина сварного шва.

Расчетные характеристики сварных швов

Рис. 24С. Площадь сечения наплавленного и расплавленного металла

Коэффициент формы проплавления – отношение ширины шва к глубине проплавления

Ψпр = e / h – для стыковых швов;

Ψпр = e / р – для угловых швов.

Значения коэффициента формы проплавления должны составлять 0,8 – 4,0. При меньшем значении будут получаться швы, склонные к образованию горячих трещин (см. Дефекты сварных соединений), при больших – слишком широкие швы с малой глубиной проплавления. Выполнение слишком широких швов приводит к увеличенным сварочным деформациям, а также нерационально с точки зрения использования теплоты дуги.

Коэффициент выпуклости шва – отношение ширины шва к его выпуклости.

Ψв = e / g

Значения коэффициента выпуклости должны составлять 7–10. При меньшем значении будут получаться высокие и узкие швы с резким переходом от основного металла к металлу шва. При этом концентрация напряжений в месте перехода от основного металла к шву может вызвать при знакопеременных нагрузках появление трещин (см. Дефекты сварных соединений). При больших значениях швы получаются слишком широкие и низкие. Выполнение слишком широких швов приводит к увеличенным сварочным деформациям, а также нерационально с точки зрения использования теплоты дуги.

Коэффициент полноты валика µн – отношение площади поперечного сечения валика к площади прямоугольника, основание и высота которого равны соответственно ширине и выпуклости валика (шва).

В диапазоне режимов, обеспечивающих, удовлетворительное формирование сварного шва без подрезов (см. Дефекты сварных соединений) µн ≈ 0,73.

Коэффициент формы сварного шва - отношение ширины шва к его толщине.

Ψф = e / t

Значение коэффициента формы шва обычно лежит в пределах от 0,72 до 3. Оптимальным считается значение от 1,2 до 2.

Коэффициент долей основного металла в металле шва:

γо = Fпр / (Fпр + Fн), где:

Fпр – площадь сечения расплавленного основного металла (площадь проплавления) (рис. 24С). Fн – площадь сечения наплавленного электродного металла (площадь наплавки) (рис. 24С)..

Коэффициент γо характеризует долю основного металла, участвующего в формировании сварного шва. Например, при сварке высокоуглеродистой стали низкоуглеродистой электродной проволокой при увеличении γо в шве будет повышаться содержание углерода, что приведет к возрастанию его прочности.