Способы соединения деталей под сварку

Подготовка и сборка деталей под сварку

Сообщение об ошибке

Подготовка и сборка деталей под сварку

Точность подготовки деталей к сварке, их чисгота и качество сборки оказывают весьма существенное влияние на несущую способность и экономичность сварной конструкции. Недостаточно тщательное выполнение заготовительных и сборочных операций приводит к резкому возрастанию вероятности появления дефектов в сварных соединениях,и в конструкции в целом. Анализ дефектов, возникающих при сварке, однозначно показывает, что значительную долю брака следует отнести за счет плохого качества подготовки и сборки. Исправление брака в готовом изделии не всегда приводит к полному восстановлению заданных свойств сварного соединения и является трудоемкой и технически сложновыполнимой операцией.

Отсюда очевидно, что значительно рациональнее устранять дефекты, появившиеся при заготовке и сборке, до проведения операции сварки. Однако не следует предъявлять излишние и подчас трудновыполнимые требования к точности заготовок и их сборке под сварку, значительно удорожающие изготовление конструкции. Применяемые на практике способы сварки позволяют получать качественные сварные соединения при некоторых допустимых колебаниях точности заготовки деталей и сборки. Это возможно, безусловно, следует использовать.

Для получения заготовки, подлежащей сборке, необходимо выполнять ряд операций. Предварительно прокат, из которого будет изготовлена деталь, подвергают правке и зачистке с целью устранения загрязнений и неровностей, образовавшихся при прокатке, транспортировке и хранении металла. Правку листового материала осуществляют в правильных станах, зачистку- в дробеметной установке или в специальных ваннах для травления и пассивирования.

Затем выполняют разметку или наметку деталей: разметку- путем перенесения размеров заготовки с чертежа непосредственно на металл, кернения металла по линии будущего реза и маркировки детали; наметку — путем перенесения на металл необходимых для изготовления заготовки размеров с шаблона, специально изготовленного из тонколистового металла, фанеры или картона. Чертилкой обводят контуры шаблона, после чего его удаляют, вдоль всей линии реза наносят керны и деталь маркируют. Вырезку заготовок производят на ножницах, автоматическими газопламенными машинами или ручными резаками.

В некоторых случаях для удаления наклепанного металла, образовавшегося по кромкам при резке на ножницах, устранения неровностей, характерных для ручной газовой резки, кромки подвергают механической обработке на кромкострогальных станках. В случае необходимости используют холодную гибку металла или гибку в нагретом состоянии. Выбор того или иного способа определяется толщиной металла и радиусом кривизны неровности.

В зависимости от толщины свариваемого металла и формы разделки кромки подготовляют обрезкой на ножницах, строганием или газовой резкой. Наибольшее применение находит механизированная (машинная) кислородная резка, обеспечивающая высокую производительность и достаточную в большинстве случаев точность подготовки кромок. Последующая механическая обработка при качественном резе для сталей большинства марок не требуется. Необходимая точность подготовки кромок определяется типом шва, способом и режимом сварки. Отклонения от заданных размеров могут привести к снижению качества шва или повышению трудоемкости работ.

Основной металл до сборки в местах сварки должен быть очищен от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины и других загрязнений, могущих привести к образованию пор и других дефектов в швах. Особое внимание должно быть уделено зачистке металла при механизированных способах сварки. На рис. 1 показаны места, подлежащие зачистке перед дуговой сваркой для соединений различных типов. Особо тщательно следует зачищать торцы соединяемых элементов.

Рис. 1. Участки металла, зачищаемые перед сваркой (указаны жирной линией)

Зачистку производят до сборки узла механически (пескоструйным или дробеструйным способами, металлическими щетками, абразивом) или химически (травлением, газопламенной очисткой). Следует удалять с поверхности металла рыхлый слой ржавчины и окалины, а также грязь и лед даже в том случае, если загрязнение расположено вне места сварки. Это необходимо для того, чтобы при транспортировке и кантовке конструкции загрязнения не попали в место расположения будущего шва. Зачистка собранного узла в большинстве случаев безрезультатна, так как не достигается основная цель — очистка свариваемых кромок, а иногда даже и вредна в связи с тем, что продукты зачистки, попадая в зазор (особенно после сварки первого шва таврового соединения), задерживаются там.

Имеет смысл только прожигание места сварки газовым пламенем или продувка сухим сжатым воздухом непосредственно перед сваркой. При этом удаляются попавшие в зазор уже после сборки влага и грязь. Эта операция достигает цели при прожигании металла толщиной 10 — 12 мм с одной стороны и 18 — 20 мм с двух сторон. При электрошлаковой сварке в большинстве случаев зачистки кромок не требуется.

Сварке всегда предшествует сборка конструкции, т. е. установление и фиксация деталей в предусмотренном проектом положении. Сборка под сварку является одной из трудоемких и наименее механизированных операций. Она должна обеспечивать возможность качественной сварки конструкции. Для этого необходимо выдержать заданный зазор между соединяемыми деталями, установить детали в проектное положение и закрепить между собой так, чтобы взаиморасположение деталей не нарушилось в процессе сварки и кантовки, а если необходимо,- и транспортировки. Должен быть обеспечен свободный доступ к месту сварки. При электрошлаковой сварке детали, как правило, собирают с расширяющимся к концу шва зазором, что позволяет компенсировать усадку металла шва.

В подавляющем большинстве случаев взаимное расположение деталей перед дуговой сваркой фиксируется при помощи коротких отрезков швов, называемых прихватками (рис. 2, а). Сечение прихваток не должно превышать 1/2 сечения шва. Их максимальное сечение не более 25 — 30 мм 2 , длина 20 — 120 мм, расстояние между ними 300 — 800 мм. Прихватки выполняют покрытыми электродами, в защитных газах или под флюсом. В ряде случаев, особенно при сварке жестких узлов, прихватки заменяют сплошным швом небольшого сечения (беглым швом), что значительно повышает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и уменьшает вероятность нарушения заданного взаимного расположения деталей в процессе сварки вследствие растрескивания прихваток Беглый шов сваривают вручную или механизированным способом.

Рис. 2. Способы закрепления деталей перед сваркой: а — прихватки, б — гребенки, в — концевые планки

Прихватки и беглый шов рекомендуется выполнять со стороны, обратной наложению первого рабочего шва или слоя. Беглый шов кроме скрепления деталей служит для удержания флюса и металла сварочной ванны в зазоре. При сварке ответственных конструкций вручную или в защитных газах на режимах, обеспечивающих малую глубину провара основного металла, прихватки и беглый шов следует удалять при наложении рабочего шва путем расчистки корня шва. При сварке под флюсом и в защитных газах на режимах, обеспечивающих достаточное проплавление основного металла, эта операция излишняя.

Для скрепления деталей перед сваркой и в процессе нее применяют специальные планки-гребенки, удаляемые по мере формирования шва (рис. 2, б). Недостатками гребенок являются затраты металла на их изготовление и необходимость сварки и последующей зачистки остатков прихваток, расположенных на основном металле.

Для закрепления деталей широко применяют струбцины, клинья, стяжные уголки и другие механические приспособления. В некоторых случаях при массовом характере производства используют специальные кондукторы, в которых осуществляется сборка и сварка.

По концам детали обычно устанавливают специальные планки для вывода начала и конца шва за его пределы (рис. 2, в). Эти же планки служат и для скрепления деталей. При сварке с обязательным зазором в верхнюю часть зазора вводят короткие прокладки, которые соединяют с листами при помощи прихваток. При электрошлаковой сварке для фиксации деталей применяют скобы (рис. 3), устанавливаемые на расстоянии 500–1000 мм друг от друга. Иногда применяют вставки, удаляемые при подходе сварочного аппарата. Для вывода начала шва за пределы соединения при электрошлаковом процессе применяют выводные планки, имеющие ту же толщину, что и основной металл. Они также служат элементом, скрепляющим детали между собой.

Рис 3. Сборка стыковых соединений при электрошлаковой сварке

Источник

Соединения деталей сваркой

Соединение сваркой – неразъемное соединение, полученное в результате того, что в месте соединения деталей металл расплавляют и заполняют образовавшееся пространство присадочным расплавленным металлом. Полученная смесь металлов при застывании образует сварочный шов, который по механическим свойствам (на разрыв) может выдерживать большие нагрузки, чем свариваемые металлы.

Сварка может быть (рис. 1) электродуговой, газопламенной, электроконтактной и др.

Рис. 1. Виды сварки: а – дуговая; б – газовая; в – в среде защитных газов: 1 – электрическая дуга, 2 – плавящийся электрод, 3 – электрододержатель, 4 – присадочный материал, 5 – сварочная горелка, 6 – пламя, 7 – электрод, 8 – защитный газ, 9 – сопло горелки

1. Электроконтактная сварка

Видами контактной сварки являются точечная, шовная и стыковая. При точечной и шовной электросварке электрический ток пропускают через электроды, сжимающие листы, положенные внахлестку, а при стыковой – через листы, положенные встык. В процессе сварки электрод перемещается по поверхности соединяемых листов. Под электродом, в месте его прохождения, ток, проходя через металл, нагревает его, и листы свариваются.

Эти виды сварки очень экономичны и производительны, их применяют для соединения листовых изделий (рис. 2).

Рис. 2. Схемы электроконтактной сварки: а – точечной, б – шовной

2. Электродуговая сварка

При соединении деталей электродуговой сваркой (рис. 1, а) металл плавится под действием теплоты электрического тока, выделяемой вольтовой дугой. Для получения вольтовой дуги применяют аппараты постоянного и переменного тока.

Сварку деталей обычно выполняют на сварочном столе, поверхность которого выполнена из стального листа.

Процесс электросварки осуществляется следующим образом. В электрическую цепь к сварочной установке подключают к отрицательному полюсу поверхность стола со свариваемыми деталями; противоположным положительным полюсом является присадочный материал (электрод), который изготовляют из мягкой стальной проволоки диаметром 2-12 мм с содержанием углерода до 0,25 % и покрывают специальным флюсом для снижения окисляемости сварочного шва. При сварке электрод плавится под действием теплоты вольтовой дуги; расплавленный металл электрода заполняет кратер, образуемый вольтовой дугой. Температура дуги в момент сварки достигает 6700° С. Дуговая сварка дает возможность получить различные соединения и швы (рис. 3, табл. 1).

Рис. 3. Детали и сварные соединения: а – детали, подготовленные под сварку; б – соединение деталей после сварки; соединения: в – стыковое; г – угловое; д – с одной накладкой; е – с двумя накладками; ж, з – тавровое

Максимальная толщина деталей, свариваемых вручную без скоса кромок, равна 4 мм при односторонней и 6 мм при двухсторонней сварке стали.

Таблица 1. Типы швов сварных соединений

Гост	Вид сварки	Вид соединения	Пределы толщины деталей, мм	Условные швов
5264-80	Ручная дуговая	Стыковое Угловое	1…100 1…50	С1…С25 У1…У10
8713-79*	Механическая и автоматическая под флюсом	Стыковое Угловое	1,5…160 1,5…40	С1…С34 У1…У10
14771-76*	В защитных газах	Стыковое Угловое	0,5…120 0,5…100	С1…С28 Способы подготовки кромок определяются толщиной и маркой свариваемого металла, типом соединения, его пространственным положением при сварке и технологическим процессом сварки (одноили двусторонняя сварка) (табл. 2). Таблица 2. Способы подготовки кромок под электросварку Вид сварного соединения Свариваемые кромки и метод сварки в зависимости от толщины металла δ Стыковое соединение – С Нахлесточное соединение – Н (лобовое, фланговое, комбинированное) Угловое соединение – У δ ≥ 4; φ = 40÷90º Тавровое соединение – Т δ ≥ 10; φ = 40÷90º Подготовка кромок монтажных стыков по возможности должна предусматривать их сварку в нижнем или вертикальном положении. При определении значения катета шва k принимают меньший катет вписанного в сечение шва равнобедренного треугольника. Минимальный катет kmln валиковых швов, обесточивающий удовлетворительный провар, определяют в зависимости от толщины свариваемых элементов δ, а именно: (табл. 3). Таблица 3. Минимальный катет kmln валиковых швов, мм δ kmln δ kmln 10 9-15 6 Конструктивные элементы. При сварке профильной стали производят подготовку присоединяемой детали по размерам в соответствии с табл. 4, 5. Таблица 4. Соединение с уголком равнобоким № профиля Толщина полки d a b t № профиля Толщина полки d a b t № профиля Толщина полки d a b t 3 4 14 4 4 12 5 5 14 6,5 6 8 10 8 12 15 12 14 7,5 6 Таблица 5. Соединение с двутавром и швеллером № профилей и типы а с l l1 Фаска t № профилей и типы а с l l1 Фаска t 14 38 4 127 111 4 8 38 6 66 58 5 16 42 4 146 130 5 10 43 6 86 77 7 18 44 5 165 148 5 12 47 7 106 90 7 20а 47 5 184 167 6 14а 52 7 125 114 7 24а 55 6 220 203 6 16а 56 8 145 133 7 30а 59 6 280 260 7 20а 65 9 182 171 8 36а 63 7 338 315 7 24а 70 9 222 207 8 40а 66 7 376 352 8 30а 78 9 278 264 8 36а 85 10 336 319 10 40а 90 12 372 352 10 В случае сварки встык кромок листов разной толщины (δ и δ1) разница должна быть выдержана в соответствии с рекомендациями табл. 6. Таблица 6. Рекомендации по сварке встык кромок листов разной толщины δ, мм ∆ = δ1 — δ , мм 25 7 Рис. 4. Сварка листов разной толщины При сварке встык, если разность толщин кромок листов превышает указанную величину Δ = δ1–δ при одностороннем превышении кромок или величину Δ = 2(δ1–δ) при двустороннем, то на листе с большей толщиной выполняют скос до толщины тонкого листа с одной стороны длиной l = 5(δ1–δ) – при одностороннем превышении толщины кромок или с двух сторон длиной l = 2,5(δ1–δ) – при двустороннем превышении толщины кромок согласно рис. 4. Допускается смещение свариваемых кромок относительно друг друга до 10%, но не более 3 мм. Сварка алюминия и его сплавов встык толщиной до 25 мм обычно производится без скоса кромок с зазором 1-1,5 мм. 3. Газовая сварка деталей При газовой сварке производят местный нагрев свариваемых металлов до температуры плавления и сваривают их с помощью присадочного материала. Металлы нагревают газовой горелкой. Температура при горении газовой смеси достигает 3100-3200°С. В качестве присадочного материала при сварке низкоуглеродистой стали применяют проволоку с содержанием (%): 0,06-0,1 углерода, 0,1-0,25 кремния и 0,2-0,4 марганца. Газовую сварку применяют для соединения тонкой листовой стали, чугуна, цветных металлов и сплавов, а также для разъединения сваренных деталей и для резки металла на заготовки для деталей. Известны два основных способа ручной газовой сварки: правый и левый. В первом случае пламя сварочной горелки направлено на выполненный шов, горелка перемещается впереди прутка присадочного металла, процесс сварки ведется слева направо; во втором пламя направлено в сторону еще не заваренного соединения, впереди находится пруток присадочного металла, а за ним – пламя горелки, процесс сварки ведется справа налево. Левый способ, получивший наибольшее распространение, более пригоден для сварки стальных деталей толщиной до 3 мм. Он обеспечивает получение шва с равномерными шириной и высотой валика и с лучшим внешним видом. При этом способе уменьшается вероятность прожога металла при сварке листов малой толщины. Правый способ рекомендуется для сварки стальных деталей, особенно из легированных сталей и сталей с повышенным содержанием углерода, деталей толщиной более 5 мм и только в нижнем положении, отличается большей производительностью, чем левый при сварке сталей толщиной более 5 мм, обеспечивает некоторую термическую обработку сварного соединения. Подготовка кромок монтажных стыков по возможности должна предусматривать их сварку в горизонтальном нижнем положении (табл. 7). Таблица 7. Виды подготовки кромок под газовую сварку стальных деталей 4. Расчет на прочность сварных соединений При расчетах на прочность сварных соединений предполагается, что напряжения в сечениях распределены равномерно. Обычно сварные соединения нагружены силами, действующими параллельно плоскости контакта соединяемых деталей. Расчет стыковых сварных соединений на прочность производят по номинальному сечению без учета утолщения швов в зависимости от вида действующих нагрузок (рис. 5). Рис. 5. Сварные швы Прямой сварной стыковой шов (рис. 5, а) растягивается (сжимается) постоянной силой F. Допускаемое усилие на шов определяют по формуле где Lδ – площадь поперечного сечения шва, где высоту шва принимают равной толщине листа – δ, h ≈ δ[σ’p] – допускаемое напряжение на растяжение в самом шве. При расчете на сжатие берут допускаемое напряжение на сжатие [σ’сж], которое обычно превышает допускаемое напряжение на растяжение (табл. 8). Таблица 8. Допускаемое напряжение для основного металла Метод сварки При растяжении [σ ’ p ] При сжатии [σ ’ сж ] При срезе [τ ’ ср] Автоматическая, ручная электродами Э42А, Э50А [σp] [σp] 0,65[σp] Электродами обыкновенного качества Э42, Э50 0,9[σp] [σp] 0,6[σp] Электродами Э34 с ионизирующим покрытием 0,6[σp] 0,75[σp] 0,5[σp] Нахлесточное соединение (рис. 5, б) может быть лобовым при перпендикулярном расположении силы F относительно шва, фланговым при параллельном расположении валика шва и комбинированным при наличии косых швов. Угловое соединение двух деталей, свариваемые кромки которых расположены под любым углом (чаще 90°). Тавровое соединение – соединение торцов одной детали с плоскостями других деталей. Нахлесточное, угловое и тавровое соединения образуются угловым швом (рис. 5). Соединение угловым швом сопровождается действием статической растягивающей силы F (рис. 5, б). Рис. 6. Угловые соединения Расчет угловых швов всех типов (выпуклых и вогнутых) производят на срез в опасном сечении 1–1, проходящем через биссектрису прямого угла (рис. 6; а, б) равнобедренного треугольника без учета выпуклости шва: со стороной К = δ. В этом сечении кроме касательных возникают и нормальные напряжения. Площадь среза при длине шва, равной ширине полосы где b1-1 = δcos45° ≈ 0,7δ. Полагая, что усилие F распределяется равномерно по всей длине шва, допускаемое усилие для одностороннего шва где δ – толщина листа, мм (или величина катета К); b – ширина листа (или длина шва), мм; [τ’ср] – допускаемое напряжение на срез шва (табл. 2). При расчете на сжатие следует подставлять в формулу допускаемое напряжение на сжатие [σ’сж]. При расчетах на прочность (растяжение-сжатие) других сварных угловых соединений применяют ту же расчетную формулу, только вместо b подставляют суммарную длину всех швов L, и получаем: где К = δ, мм; LΣ – суммарная длина всех швов; [τ’ср] – допускаемое напряжение на срез шва. Суммарная длина шва LΣ = Σli – сумма всех отрезков сварного шва. Так, на рис. 5, а LΣ = L = b; на рис. 5, б суммарная длина шва LΣ = 2lф + la; на рис. 7, а – LΣ = 2l1 + 2l2 + 2B. Рис. 7. Схема определения суммарной длины сварных швов Учитывая возможные дефекты швов (непровары в начале и по длине, кратеры в конце шва), иногда наращивают фактическую длину отдельных швов на 5…10 мм для обеспечения прочности соединения. При соединении конструкций фланговыми швами с деталями несимметричного профиля (уголки, швеллеры), привариваемых посредством косынок (рис. 7, б), общую длину швов l1 и l2 принимают равными произведению суммарной длины шва LΣ на размер, обратно пропорциональный расстояниям от фланговых швов до линии центров тяжести несимметричного профиля сечения детали: 5. Допускаемое напряжение для сварных швов При расчете машиностроительных конструкций из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей допускаемые напряжения для сварных швов при статических нагрузках принимают в зависимости от допускаемого напряжения на растяжение основного металла [σp] (табл. 2). Значение [σp] получают из зависимости где σт – предел текучести для основного металла (свариваемых деталей), МПа; [n] – коэффициент запаса прочности, [n] = 1,3…1,6 для низкоуглеродистых сталей, [n] = 1,5…1,7 для низколегированных сталей. Меньшие значения [n] рекомендуются для малоответственных соединений и при легких режимах работы, а большие – в ответственных соединениях и при тяжелых условиях работы (табл. 9). Таблица 9. Предел текучести для основного металла (σт) (выборка) Марка стали Ст3 Ст4 Ст5 Сталь 30 Сталь 35 Сталь 45 σт, МПа 235…216 255…235 255 294 250 280 Пример. Определить длину фланговых швов, обеспечивающих прочность соединения равнополочного (равнобокого) уголка и косынки (рис. 7, б), если размеры поперечного сечения уголка (его профиль): а) 70х70х6, б) 50х50х4; материал – сталь СтЗ. Сварка ручная электродом Э42. По таблице справочника для равнополочного (равнобокого) уголка профиля 70х70х6 принимаем b = 70 мм, t = 6 мм, SL = 813 мм 2 , Вычисляем допускаемое напряжение при растяжении основного материала, принимая по табл. 5 для стали СтЗ σт = 225 МПа и [n] = 1,45: Исходя из уравнения прочности уголка на растяжение σр = F/SL≤[σр], определяем допускаемое значение растягивающей силы: По этой силе производим вычисление условий равнопрочности уголка на растяжение и шва на срез. С помощью табл. 4 вычисляем допускаемое напряжение шва при срезе: Из уравнения прочности швов определяем их суммарную длину, принимая k = t = 6 мм: при b = 70 мм и Cx = 19,3 мм определяем l1 и l2: Учитывая возможность технологических дефектов сварки, окончательно принимаем l1 = 240 мм, l2 = 100 мм. 6. Стержневые конструкции В сварных конструкциях чаще всего встречаются следующие виды деталей: фермы из стержней, работающих на растяжение или сжатие (на продольный изгиб), балки и стойки. Для каждого из этих видов деталей применяют определенные проверенные опытом методы расчета и конструкции сварных соединений. Стержни соединяются в узловых точках посредством косынок. Стержни, работающие на сжатие, изготовляются из профилей с малой площадью сечения и большим моментом инерции, т. е. из угольников, двутавров, швеллеров. В зависимости от расположения применяют стержни цельные, состоящие из таврового, двутаврового или швеллерного профиля. Могут быть применены составные стержни из двух профилей (углового, двутаврового, таврового или швеллерного), соединенных сплошным или прерывистым швом, а также сложносоставные (рис. 8), изготовленные из двух или нескольких цельных стержней, взаимно связанных накладками или косынками. Стержни ферм должны быть соединены таким образом, чтобы линии центров тяжести стержней пересекались в одной точке косынки (рис. 9). Рис. 8. Составные стержни для фермы Рис. 9. Соединение профилей в узел с помощью косынки с учетом их центров тяжести Если угольник присоединен только одной своей полкой, то длина угольника, привариваемого к косынке, должна быть трехкратна или двукратна ширине полки. Источник Читайте также:  Как делятся супы по способу приготовления Оцените статью Вам также может понравиться Ясень семена способ распространения Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической Ярлыки способы создания ярлыков ос windows Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки Японское удобрение фуджима способ применения Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка Японский чай способ заварки Технология заваривания японского чая Известно, что Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты