649 ПССиК 20.04.2020

20.04.2020 Выбор рационального способа сборки и сварки конструкции.

 Выбор способа сварки определяется свариваемостью материала конструкции, величиной погонной энергии сварки и режимом сварки. Режим сварки должен быть выбран таким, чтобы ширина активной зоны сварки была возможно меньше. Для этого следует повышать скорость сварки, увеличивая тепловую мощность. Для равномерного нагрева металла по толщине целесообразно повышать плотность тока, чтобы провар металла был глубоким. Глубокий провар поясных швов тавровых и стыковых соединений ведет к выравниванию поперечной усадки по толщине шва и уменьшению  угловой деформации (рис. 1).

    Чтобы уменьшить остаточные деформации и напряжения конструкций и изделий при сборке следует придерживаться следующих требований:

1) по возможности не допускать скрепления узлов и деталей прихватками, которые создают жесткое закрепление;

2) для обеспечения подвижного состояния закрепленных деталей необходимо использовать зажимы, клиновые центровочные и другие сборочные приспособления (прил. 1). Причем характер их действия должен обеспечивать свободное перемещение деталей в их плоскости по направлению поперечной усадки и задерживать повороты деталей, т. е. препятствовать угловой деформации;

3) для уменьшения деформаций в стыковых швах можно заготовки перед сваркой располагать так, чтобы при сварке и последующем охлаждении создать деформацию, обратную по знаку по отношению к той, которая может возникнуть при сварке (рис. 4, а).

4) Для уменьшения перегрева металла и величины термических напряжений применять предварительный подогрев всего свариваемого изделия.

При выборе технологии сварки необходимо учитывать,

что величина остаточных деформаций и напряжений зависит и от порядка и способа наложения швов по длине и сечению, при этом увеличение сечения шва, как правило, способствует росту деформаций.

Рис. 4. Методы уменьшения сварочных напряжений и деформаций: 

а – сборка деталей с учетом возможных деформаций; б и в – рациональная последовательность наложения швов

после поворота

Рис. 5. Сварка в поворотном стыке труб корневого шва в два поворота двумя сварщиками: 1– 4 – последовательность выполнения шва

Для уменьшения остаточных деформаций и напряжений в сварных конструкциях необходимо использовать следующие приёмы:

1) устанавливать такую последовательность наложения швов, при которой происходит уравновешивание напряжений и деформаций (рис. 4 и 5);

2) применять такие способы и последовательность наложения сварных швов, которые не приводили бы к значительному перегреву и усадке металла и уравновешивали внутренние напряжения относительно центра тяжести сва-риваемой конструкции (рис. 6–8). Например, сварка «напроход» рекомендуется только для короткихшвов длиной до 250 мм. Для швов длиной более 250 мм рекомендуются швы от середины к краям, обратноступенчатым способом либо их сочетанием. При этом сварка параллельных швов в конструкции должна осуществляться в одном направлении, а стыковые швы должны выполняться в первую очередь, а угловые – во вторую. При сварке длинных и многослойных швов (рис. 6) рекомендуется применение способов сварки двойным слоем, блоками, горкой либо каскадом (рис. 8). Каждый последующий валик при многослойной сварке рекомендуется выполнять в направлении, обратном предыдущему;

3) укладывать швы так, чтобы обеспечивалась возможно большая свобода перемещения свариваемых элементов в процессе сварки. Например, при сварке двутавровых балок вначале выполняют сварку стенок и полок, а затем сварку поясов угловыми швами (рис. 4, в);

4) для уменьшения деформации возможно применение проковки в процессе сварки. Проковка деформирует шов путем расплющивания остывающего слоя наплавки и в результате уменьшает действие усадки шва. Последний облицовочный слой шва проковывать не рекомендуется, чтобы не вызвать появления трещин на поверхности шва.

Рис. 6. Способы выполнения швов:

а – сварка «напроход»; б – от середины к краям; в–д – сварка длинных швов обратноступенчатым способом; 1–10 –порядок и направление сварки участ-ков шва; А – общее направление сварки; I, II – слои шва

Рис. 7. Многослойный

сварной шов: 1–7 – последова-

тельность выполнения перехо-

дов; I–IV – слои; 1 – корневой

шов; 7 – облицовочный шов

Рис. 8. Сварка металла большой толщины:

а – двойным слоем; б – блоками; в – горкой; г – каскадом; I–III – участки; 1–8 – последовательность сварки

Она основана на развитии пластического деформирования сжатием растянутых участков конструкции. При правке этим методом обычно нагревают растянутую часть деформированной детали. Нагрев производят в отдельных участках (рис. 12). При этом расширению металла препятствуют окружающие его холодные части детали. В этих участках металл испытывает пластическую деформацию сжатия и укорочения растянутых волокон металла. При последующем охлаждении эти участки, сокращаясь, выпрямляют изделие. Термическую правку применяют в основном для устранения деформаций коробления листовых конструкций и ликвидации изгиба балочных конструкций. При правке выпучин листовых деталей нагревают выпуклую часть в отдельных точках в шахматном порядке. Каждый нагретый участок стремится расшириться, но за счет противодействия со стороны окружающего холодного металла в нем возникают пластические деформации сжатия.

а                                 б

Рис. 12. Правка местным нагревом: а – по ребру, б – по плоскости

После охлаждения диаметр нагреваемой окружности уменьшается, что и приводит к исчезновению выпучины. Нагрев можно производить газовой горелкой, электрической дугой, угольным электродом, на машинах для точечной сварки.

Правка убыстряется при сочетании местного нагрева с приложением статических нагрузок при использовании специальных правочных приспособлений.

Расчет сварных соединений из низкоуглеродистой стали стыковым однопроходным швом в нижнем положении

Сварка стыковых швов. Односторонние стыковые швы без скоса кромок выполняют покрытыми электродами диаметром, равным толщине свариваемых листов, если она не превышает 4 мм. Сила тока подбирается в зависимости от диаметра электрода, вида и толщины покрытия (табл. 10). Листы без скоса кромок толщиной от 4 до 10 мм сваривают двусторонним швом. Положение и поперечные движения электрода при сварке приведены на рис. 51.

10. Ориентировочные режимы сварки соединений встык без скоса кромок

Примечание. Максимальные значения силы тока должны уточняться по данным паспорта электродов.

Стыковые соединения со скосом двух кромок (V-образные) в зависимости от толщины металла выполняют однослойными, многослойными или многопроходными швами (см. рис. 48).

Оптимальный угол раскрытия шва определяется следующими соображениями. Большой угол разделки (80 - 90°) обеспечивает большие удобства сварщику, уменьшает опасность непровара корня, но увеличивает объем наплавленного металла, следовательно, уменьшает производительность и увеличивает деформации изделия. Для нормального процесса ручной дуговой сварки принят угол разделки 60°. Он может быть увеличен на 65° для тонких листов и уменьшен до 55° для листов толщиной более 15 мм.

Зазор между стыкуемыми элементами и притупление кромок составляет от 1,5 до 4,0 мм в зависимости от толщины листов, режима сварки и характера свариваемой конструкции.

Наиболее трудным при сварке является получение полного (надежного) провара корня шва. Здесь чаще всего бывают различные дефекты, например непровар, газовые и шлаковые включения. Поэтому, если это возможно, следует подваривать корень шва с обратной стороны.

Металл толщиной от 4 до 8 мм проваривается однослойным (однопроходным) швом. Однослойные швы с V-образным скосом кромок выполняют поперечными колебательными движениями электрода в виде треугольников без задержки в корне шва (листы толщиной 4 мм) и с задержкой в корне шва (толщиной 8 мм, рис. 51).

Рис. 51. Положение (а) и движения электрода (б) при сварке стыковых швов со скосом кромок

Листы толщиной 12 мм и более соединяются встык с двумя симметричными скосами двух кромок (с Х-образным скосом кромок) многослойным или многопроходным швом. Многослойный шов выполняется быстрее многопроходного. Выбор многослойного или многопроходного шва зависит от химического состава и толщины свариваемой стали.

Многопроходной шов выполняется тонкими и узкими валиками, без поперечных колебательных движений электрода. Сварку рекомендуется выполнять электродами, предназначенными для опирания. В этом случае применяют электроды диаметром от 1,6 до 3 мм (редко 4 мм). Весь многопроходной шов может выполняться электродами одного и того же диаметра (см. гл. XX).

Каждый слой многослойного шва имеет увеличенное в несколько раз сечение по сравнению с сечением каждого валика при многопроходной сварке; поэтому многослойный шов обеспечивает повышенную производительность.

Режимы дуговой сварки покрытыми электродами нижних V-образных стыковых многослойных швов даны в табл. 11.

11. Ориентировочные режимы сварки V-образных стыковых многослойных швов

Примечание. Максимальные значения силы тока должны уточняться по данным паспорта электродов.

Иногда для обеспечения провара по всей толщине металла сварка ведется на медной подкладке толщиной 4 - 6 мм. В этом случае сварочный ток можно повысить на 20 - 30%, не опасаясь сквозного проплавления. Если конструкция и назначение сварного изделия допускают сквозное проплавление, сварка может вестись на остающейся стальной подкладке.

В особо ответственных конструкциях перед подваркой шва с обратной стороны его предварительно зачищают резаком для поверхностной резки или резцом для удаления возможных дефектов (непровара, трещин, газовых и шлаковых включений).

Стыковые Х-образные швы применяют для стали толщиной от 12 до 40 мм. Подготовка кромок, угол скоса, величина зазора и притупления, техника выполнения швов при этом такие же, как и при сварке листов с V-образной разделкой. Чтобы достаточно прогревался и отжигался металл каждого нижележащего слоя, толщина слоев должна быть не более 4 - 5 мм и не менее 2 мм. Например, для выполнения Х-образных швов при сварке листов толщиной 12 мм нужно положить 4 - 6 слоев, а для толщины 40 мм - 10 - 16 слоев (отжигающий и декоративный слои не учитываются).

Стыковые швы листов большой толщины (более 20 мм) целесообразно сваривать с криволинейным скосом двух кромок. Такая подготовка позволяет применять электроды повышенного диаметра, обеспечивает надежный провар и равномерную усадку металла шва.

Швы с двусторонним симметричным скосом двух кромок (Х-образные) имеют следующие преимущества перед швами с односторонним скосом двух кромок (V-образные):

1. Уменьшение объема наплавленного металла в 1,6 - 1,7 раза и, следовательно, увеличение производительности сварки.

2. Уменьшение деформаций от сварки.

3. Возможный непровар в корне шва расположен в нейтральном сечении и поэтому менее опасен.

Для уменьшения коробления сварного изделия рекомендуется выполнять швы попеременно с одной и с другой стороны листа. При сварке в нижнем положении для этого требуется частая кантовка изделия. Поэтому целесообразно устанавливать изделие вертикально и сваривать его одновременно с двух сторон. Работу в этом случае выполняют два сварщика.

Сварка угловых швов. При выполнении угловых швов наклонным электродом (рис. 52, а) жидкий металл под действием силы тяжести стремится стекать на нижнюю плоскость. Поэтому выполнение этих швов лучше производить "в лодочку" (рис. 52, б), в частности электродами, которые позволяют вести сварку опиранием покрытия на свариваемые кромки изделия.

Сварка "в лодочку" угловых швов для листов толщиной до 14 мм возможна без скоса кромок (двусторонняя сварка) или с частичной разделкой кромок и увеличенным размером притупления. Зазор между свариваемыми элементами не должен превышать 10% толщины листа.

12. Режимы сварки угловых швов 'в лодочку' с опиранием электрода

Примечание. Максимальные значения силы тока должны уточняться по данным паспорта электродов.

Режимы сварки "в лодочку" с опиранием электрода даны в табл. 12.

Однако не всегда можно установить сварное изделие для сварки "в лодочку"; тогда угловые швы выполняют наклонным электродом. В этом случае возможен непровар корня шва и кромки нижнего листа. Тщательный прогрев кромок свариваемых частей достигается правильным движением электрода, который следует держать под углом 45° к поверхности листов и производить поперечные движения треугольником без задержек или с задержками в корне шва. В процессе сварки электрод следует наклонять то к одной, то к другой плоскости листов.

Угловые швы в нижнем положении с катетами до 10 мм выполняют сваркой в один слой электродами диаметром до 5 мм, иногда без поперечных движений.

Угловые швы без скоса кромок с катетами более 10 мм могут выполняться в один слой, но с поперечными движениями электрода треугольником, причем лучший провар корня шва обеспечивается задержкой электрода в корне шва (см. рис. 52).

Рис. 52. Положение и движения электрода при сварке угловых швов: а - наклонным электродом, б - 'в лодочку'

Угловые швы с односторонним или двусторонним скосом кромок применяют при изготовлении особо ответственных изделий.

Скос кромок у стенки тавра делают под углом 50+5°. При толщине стенки до 4 мм шов со скосом кромки выполняют в один слой; при большей толщине сварка ведется в несколько слоев и проходов. При выполнении многослойных тавровых швов наклонным электродом швы обычно получаются с неравными катетами на полке и стенке. Поэтому при проектировании сварных изделий допускаются угловые швы с неравными катетами.

Примерные режимы сварки тавровых соединений со скосом кромок даны в табл. 13.

13. Примерные режимы ручной дуговой сварки угловых швов со скосом кромок