6. Виды сварных швов. Конструктивные требования к сварным соединениям

Вид сварного соединения определяется взаимным расположени­ем свариваемых элементов. Различают стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные соединения (рис. 4.4).

Стыковые соединения (рис.4.4, а) наиболее рациональны по рас­ходу присадочного металла и удобны для контроля качества сварного шва. Для обеспечения равномерного сквозного проплавления выби­рают рациональную форму подготовки кромок (рис.4.5). Разделку кромок применяют в том случае, когда односторонняя или двусто­ронняя сварка не позволяет обеспечить полный провар. Форма подготовки кромок зависит от толщины свариваемого металла и способа сварки.

Нахлесточные соединения (рис. 4.4, 6) просты в сборке, обеспечи­вают возможность подгонки размеров за счет регулирования вели­чины нахлестки, не требуют подготовки кромок. Недостатками нахлесточных соединений являются изменение на­правления силового пото­ка и возможность образо­вания щели между эле­ментами. Неравномерное распределение силового потока вызывает концен­трацию напряжений, и поэтому такие соединения не рекомендуется применять в конструкциях воспринимающих переменные или динамические нагрузки, а также эксплуатируемые при низ­ких температурах; проникновение влаги в щель между соединяемы­ми элементами может привести к щелевой коррозии и разрушению сварных швов за счет распирающего воздействия продуктов корро­зии.

Угловые и тавровые соединения ("рис. 4.4, в, г) применяют при из­готовлении сварных стержней (двутавров, швеллеров) и других кон­структивных элементов. Для качественного выполнения сварного шва также предусматривают различные формы подготовки кромок (рис. 4.5, б, в).

Сварные соединения, выполненные контактной сваркой, определя­ются видом сварки. При точечной сварке соединение нахлесточное (рис.4.6, а). Точечной контактной сваркой соединяют элементы, имеющие малые толщины - от долей до нескольких миллиметров.

Однако не рекомен­дуется выполнять то­чечные соединения элементов, отношение толщин которых > 3.

В сварном точечном соединении при­няты следующие обо­значения (рис.4.6):

d-диаметр точки; t -шаг точек; t₁-t₁- рас­стояние от центра сварной точки до края детали в направ-лени действия внешнего усилия N; t₂ - расстояние от центра сварной точки до сво­бодной кромки в направлении, перпендикулярном действию силы N. Значния t₁ и t₂ нормируются с учетом технологических факторов.

Точки в сварном соединении следует располагать таким образом, чтобы они работали преимущественно на срез, а не на отрыв.

Шовная контактная сварка допускает возможность соединять элементы от весьма малых толщин до суммарной толщины 4... 6 мм из сталей и алюминиевых сплавов. При шовной сварке между со­единяемыми элементами образуется шов путем постановки ряда то­чек, перекрывающих друг друга.

Стыковая контактная сварка эффективно используется при сварке изделий в массовом производстве - арматуры железобетонных конструкций, стержней решетчатых и сплошных конструктивных элементов при безотходной технологии производства. Контактным способом получают стыковые соединения элементов с круглыми, квадратными, прямоугольными трубчатыми, профильными сечения­ми. Наиболее хорошо соединяются элементы одинакового попереч­ного сечения.

Для получения качественных контактных стыковых соединений диаметры d₁ и d₂ соединяемых элементов круглого поперечного се­чения, а также толщины труб s₁ и s₂ , не должны отличаться друг от друга более чем на 15 % (рис.4.6).

Расчет на прочность стыков, выполненных контактной стыковой сваркой и воспринимающих статическую нагрузку, обычно не про-

изводят. При этом считают, что стык равнопрочен стали сваривае­мых элементов.

Классификация сварных швов производится по различным при­знакам в зависимости от условий изготовления и эксплуатации сварных конструкций.

По форме поперечного сечений швы подразделяют на стыковые и угловые. Стыковые швы выполняют в сварных стыковых соединени­ях, угловые швы используют в угловых, тавровых и нахлесточных соединениях.

По форме разделки кромок свариваемых элементов швы подразде­ляются на: без разделки ; V - образные; U - образные; К - образные; Х-образные.

По положению в пространстве швы в момент их выполнения подразделяют на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолоч­ные (рис. 4.7). Такое деление вызвано технологическими особенно­стями выполнения швов, оказывающими влияние на качество швов и их прочность. Наиболее просто выполняются швы в нижнем по­ложении и наиболее трудно - в потолочном. Поэтому при конструи­ровании сварных соединений необходимо стремиться обеспечивать возможность выполнения сварных швов в нижнем положении, осо­бенно в условиях монтажа.

По назначению сварные швы делят на рабочие, предназначенные для восприятия или передачи расчетных усилий, и связующие, предназначенные для соединения частей элементов конструкций в одно целое.

По протяженности швы бывают сплошные и прерывистые. Пре­рывистые швы применяют в тех случаях, когда сплошные швы яв­ляются слабо нагруженными или в соединениях не требуется созда­ние герметичности.

Конструктивные требования к сварным соединениям

Надежная работа сварных соединений обеспечивается не только правильным выбором сварочных материалов и качественным вы­полнением проекта, но и обеспечением высокого качества исполне­ния сварных соединений. Чтобы сварной шов был выполнен с вы­соким качеством, необходимо обеспечить удобные условия произ­водства сварочных работ. Наиболее удобно выполнять сварные швы в нижнем положении. Удобство доступа к месту сварки электродом или держателем электродной проволоки определяет качество сварного шва. Поэтому разработаны специаль­ные габаритные схемы выполнения сварочных работ при ручной и механизированной видах сварки. При конструировании сварных со­единений необходимо учитывать эти схемы, так как в противном случае сварные швы не могут быть выполнены. На рис. 4.21, а представлена габаритная схема при выполнении автоматической сварки трактором ТС-17М, а на рис.4.21, 6 - ручной сварки.

Необходимо также предусматривать такое расположение сварных швов, чтобы максимально сокращалась необходимость кантовки конструкции при ее изготовлении.

Чтобы уменьшить сварочные деформации конструкции при ее изготовлении, необходимо стремиться к наименьшему объему на­плавленного металла. Швы должны иметь толщину, соответствую­щую расчету. Следует избегать пересечения швов, близкого их рас­положения друг к другу.

Толщину стыковых швов принимают равной меньшей из толщин соединяемых элементов. При выполнении стыковых швов на дета­лях больших толщин для обеспечения их качества необходимо пре­дусматривать разделку кромок соединяемых элементов. При сварке листов разной толщины или ширины следует делать односторонний или двусторонний скос кромок с уклоном не более 1:5, что обеспе­чивает плавное распределение силового потока. Устройство стыков без скосов по толщине разрешается при разнице толщин листов не более 4 мм и не более 1/8 толщины тонкого листа

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 шва или сварка на остающейся сталь­ной подкладке. В последнем случае в расчетах следует принимать толщину шва, равную 0,7 t , где t - наименьшая толщина сваривае­мых деталей.

Катеты угловых швов k_f должны приниматься по расчету, но быть не менее значений, представленных в табл. 4.5. Это вызвано необходимостью обеспечить расчетную глубину проплавления угло­вого шва, что предусмотрено методикой расчета сварных соедине­ний с угловыми швами.

Минимальные катеты угловых швов необходимо назначать при выполнении связующих (не расчетных) швов.

Максимальный катет угловых швов k_f = 1,2 t, где t - наименьшая толщина соединяемых элементов.

При сварке вдоль кромок прокатных профилей, имеющих скругления, наибольшую толщину углового шва k_f при статической и ди­намической нагрузках рекомендуется принимать не более указанных ниже:

Швы различной толщины выполняют сварочным током разной силы, поэтому для упрощения сварочных работ в одной отправочной марке следует иметь не более двух-трех типоразмеров швов.

В нахлесточных соединениях длина нахлестки должна быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов. При этом наименьшая расчетная длина углового шва l_f должна быть не менее 4k_f и не менее 40 мм. Это конструктивное требование вы­звано тем, что в начале и конце шва имеют место дефекты - непро­вар и кратер.

В конструкциях, воспринимающих статические нагрузки, соот­ношения размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило, 1:1. При разных толщинах свариваемых элементов допуска­ется принимать швы с разными катетами. При этом катет, примы­кающий к более тонкому элементу, должен быть не более 1,2 t, где t - толщина этого элемента, а катет, примыкающий к более толстому элементу, - не менее указанного в табл.4.5.

В конструкциях, работающих на динамические и вибрационные нагрузки, а также в конструкциях так называемого северного испол­нения (климатические районы I₁, I₂, II₂ и II₃), угловые швы следует выполнять вогнутыми с соотношением катетов 1:1,5, причем боль­ший катет должен быть направлен вдоль действующего усилия. Вогнутые швы должны специально оговариваться в проекте.

Примечания: 1. В конструкциях из стали с пределом текучести более 53 кН/см², а также из всех сталей при толщине элементов свыше 80 мм минимальные катеты угловых швов принимаются по специальным техническим условиям.

2 В конструкциях группы 4 минимальные катеты односторонних угловых швов следует уменьшать на 1 мм при толщине свариваемых элементов до 40 мм включи­тельно и на 2 мм - при толщине элементов более 40 мм.

3. К механизированным видам сварки относятся автоматическая и полуавтома­тическая.

При проектировании сварных соединений необходимо назначить катеты угловых швов такими, чтобы их можно было заварить за один проход, так как устройство многослойного шва тре­бует значительных затрат на зачистку поверхности уже выполнен­ных сварных швов от шлака и брызг.

Рис. 4.4. Типы сварных соединений

Рис. 4.6. Соединения контактной сваркой

Рис. 4.5. Форма подготовки кромок свариваемых элементов

Рис. 4.7. Классификация сварных швов по положению в пространстве

Рис. 4.21. Ограничение габаритов сечений по условиям сварки