5.2. Основные типы сварных соединений и подготовки кромок под сварку
При конструировании сварных соединений исходят из двух принципов: 1) если известны величины нагрузок, которые должно выдерживать сварное соединение при эксплуатации изделия, то соединение проектируют таким образом, чтобы обеспечить прочность с учётом этих нагрузок; 2) если величины эксплуатационных нагрузок неизвестны, то сварное соединение проектируют, исходя из его равнопрочности основному материалу.
Тип сварного соединения определяется взаимным расположением свариваемых элементов и формой подготовки (разделки) их кромок под сварку.
По первому признаку различают пять основных типов наиболее распространённых сварных соединений: стыковые, тавровые, нахлёсточные, угловые и прорезные (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Основные типы сварных соединений:
а – стыковое; б – тавровое; в – нахлёсточное; г – угловое;
д –прорезное; е – замкнутое прорезное
Стыковые соединения(рис. 5.1-а) наиболее распространены, поскольку имеют бόльшие прочность и простоту изготовления по сравнению с другими типами сварных соединений. Стыковые соединения выполняют всеми видами сварки плавлением и многими видами сварки давлением. Но при использовании способов сварки плавлением повышенной тепловой мощности (например, рассматриваемых далее автоматической сварки под флюсом или плазменной) следует учитывать возможность прожога основания (корня) шва.Прожог– это сквозное расплавление основного материала, приводящее к вытеканию или капанию жидкого металла и образованию наплывов в зоне соединения со стороны, противоположной стороне наложения сварного шва, для предотвращения чего нужно использовать удаляемые затем или остающиеся подкладки (рис. 5.2). Другой путь – применение двусторонней сварки, однако при этом необходимы конструкция изделия, обеспечивающая свободный доступ к корню шва, и кантовка изделия. Например, для сварного изделия, показанного на рис. 5.3, двусторонняя сварка шва невозможна. Третьим путём является уменьшение используемой для сварки тепловой мощности.
Рис. 5.2. Предотвращение прожога с помощью
двусторонней сварки шва
Тавровые соединения(рис. 5.1-б) широко применяют при изготовлении пространственных конструкций. Эти соединения отличаются высокой прочностью при любых видах нагрузок.
Нахлёсточные соединения(рис. 5.1-в) часто используют для соединения листовых заготовок. Эти соединения менее прочны по сравнению со стыковыми и неэкономичны вследствие перерасхода основного и присадочного материалов, обусловленного наличием перекрытия свариваемых элементов (обычно равного 3–5 толщинам) и выполнением двух угловых швов. Но зато нахлёсточные соединения более просты при сборке и не требуют точной обработки кромок и пригонки зазоров.
Угловые соединения(рис. 5.1-г) выполняют, как правило, в качестве связующих. Они не предназначены для передачи рабочих сил.
Прорезные соединения(рис. 5.1-д, е) выполняют для усиления соединений внахлёстку. В зависимости от ширины (обычно 2–3 толщины свариваемых элементов) и назначения прорези либо заваривают полностью, либо обваривают по периметру.
Сравнительно тонкие стыки (толщиной до 6 мм) обычно сваривают без разделки кромок (рис. 5.4-а), которые стыкуют друг с другом с зазором от нуля до 2 мм (зазор оставляют с цель улучшения провара по высоте шва). Однако перед свариванием достаточно толстых заготовок с целью повышения качества соединяемые кромки следует разделывать для обеспечения полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочности сварного соединения с основным металлом. Выбор формы и размеров разделки зависит от толщины металла, его теплофизических свойств и вида сварки (рис. 5.4-б–е). При толщине свариваемых элементов от 6 до 20 мм обычно используютV-образную разделку (рис. 5.4-в) с центральным углом 60и зазоромbпорядка 2–4 мм. Притуплениеhугла разделки кромки необходимо для предупреждения прожога и выполняется величиной порядка 2–3 мм. При толщине основного металла более 20 мм применяют двустороннюю Х-образную разделку (рис. 5.4-г), которая по сравнению сV-образной разделкой (рис. 5.4-в) экономит присадочный металл и уменьшает сварочные деформации изделий (подробно рассматриваемые далее в подразделе 5.19) благодаря симметрии расположения швов. В ряде случаев (например, при затруднении конструкцией изделия доступа ко шву с нижней стороны) с теми же целями вместо Х-образной применяютU-образную разделку (рис. 5.4-д). При сварке элементов различных толщин следует выполнять скос кромки более толстого элемента для выравнивания толщин (рис. 5.4-е), что обеспечивает одинаковый нагрев кромок и уменьшает вероятность прожога более тонкого элемента за время, требующееся для достаточного нагрева и проплавления более толстого элемента. Кроме того, такая форма соединения работоспособнее при дальнейшей эксплуатации вследствие уменьшения концентрации напряжений, обуславливаемой именно резким изменением размеров и формы элементов изделия.
Источник
Разделка кромок под сварку
Содержание:
Одним из этапов подготовки металлических деталей для их сваривания в неразъемное соединение является работа с их кромками. Придание им определенной формы называется разделкой. С какой целью выполняют разделку кромок свариваемых деталей? Это необходимо для повышения качества будущей сварной конструкции. Скос кромок обеспечивает хороший провар по всей ширине шва. Кроме того, это гарантирует доступ инструмента сварщика к корню сварного шва. Это главные причины, для чего выполняется разделка кромок при сварке.
Размеры скосов относятся к конструктивным значениям, регламентируемым нормативными документами. Они разделяются в зависимости от формы соединений и способа сварки. Так, например, ГОСТ 5264, в котором содержатся требования к ручной дуговой сварке, не распространяется на соединения трубопроводов, описания которых изложены в ГОСТе 16037. При автоматической сварке и с применением полуавтомата следует обратиться к ГОСТу 11533. Суть разделки кромок под сварку заключается в удалении части металла на торце под определенным углом, называемым скосом.
Нюансы разделки кромок
Разделка под сварку имеет свои особенности. При разделке увеличивается ширина сварного шва. Это приводит к дополнительному расходу материалов. При некоторых ситуациях разделка кромок отсутствует, и сварка производится без этого подготовительного этапа. Если свариваются тонкие детали, то прибегают к отбортовке.
Отбортовкой называется загиб кромок соединяемых деталей. Выполняют отбортовку ручным или машинным способом. Вручную она может выполняться на наковальне с применением молотка или кувалды. Механическая обработка также может проводиться строганием, фрезерованием, долблением, применением абразивов, что требует соответствующего оборудования, например, строгальных или фрезеровальных станков.
Устройство строгальных станков достаточно простое. Высокопрочный резец, проходя вдоль торца под установленным углом, снимает за каждый проход слой металла. Затем механизм станка изменяет его положение и операции повторяются. Фрезеровальные станки находят применение, когда поверхность деталей имеет криволинейную форму. Фаска образуется с помощью фрезы, совершающей перемещение вдоль линии шва.
Для больших конструкций и трубопроводов используют кромкоскалыватели, работающие методом долбления. Абразивную обработку применяют для заготовок маленького размера и для окончательной доводки после строгания и фрезерования. Снимать кромку можно с помощью газового резака. Для машинного способа используют зигмашину.
Фаски на кромках делают с одной стороны или с обеих. Односторонние скосы на прямых деталях способствуют легкости протекания процесса сварки. При двухсторонних фасках необходимо обеспечить сварщику доступ к обеим сторонам соединения.
Конструктивные параметры
Типы разделки кромок под сварку различаются в зависимости от выбранных конструктивных параметров:
- Угол скоса. Обозначается буквой «β». Это острый угол между двумя плоскостями: торца и скошенной поверхностью. Находится в диапазоне от 10 до 30 градусов. Если скашивается только одна кромка, то угол составляет 45 градусов.
- Угол разделки. Обозначается буквой «α». Под этим термином подразумевается угол между скошенными поверхностями. Когда угол скоса обеих деталей одинаков, то угол разделки равняется его двойному значению. Соответственно, находится в диапазоне от 20 до 60 градусов. Правильный выбор угла раскрытия обеспечивает проникновение электрода вглубь, достаточного для хорошей проварки корня шва.
- Величина притупления. Обозначается буквой «С». Часть торца кромки, оставшаяся нескошенной, может иметь острую форму. Это может помешать процессу сварки и вызвать в этой тонкой части прожоги металла. Чтобы этого избежать прибегают к затуплению кромок. Размер притупления составляет порядка 2 мм.
- Зазор. Обозначается буквой «b». Является расстоянием между кромками в зоне корня шва. Зазор оставляют для лучшего провара в этой области. Его значение обычно составляет около 1,5 мм. Эта величина может быть уменьшена или увеличена в зависимости от технологии процесса сварки.
- Длина скоса. Обозначается буквой «L». Регулирует плавность перехода от минимального размера скошенной части до толщины детали. Правильно выбранное значение устранит дополнительные напряжения в этой области.
- Высота и ширина обозначаются как «h» и «в» соответственно.
- Катет шва. Обозначается буквой «К». Это наименьшее расстояние от плоскости одной детали до границы треугольного шва на другой.
Элементы геометрической подготовки формы кромок под сварку имеют свое обозначение, которое используется на чертежах, в технологической и конструкторской документации.
Виды разделок
Классификация предлагает различные виды разделки кромок под сварку. Они находят применение в зависимости от толщины элементов, применяемой технологии, типа шва. Каждый вид получил название по латинской букве, которую он напоминает. Три вида имеют прямолинейный скос, а один — криволинейный.
V-образная
Является наиболее часто применяемой. Это объясняется простотой выполнения и возможностью использования для различных толщин свариваемых деталей. Диапазон толщин — от 3 до 26 мм.
Представляет собой разделку обеих кромок с одной стороны. Угол разделки — 60 градусов. Применяется для стыковых, угловых и тавровых соединений.
X-образная
Используется также достаточно часто. Скосы выполняют с обеих сторон. Способ применяется для соединения деталей, имеющих толщину от 12 до 60 мм. Угол разделки такой же, как в предыдущем варианте. С каждой стороны осуществляется несколько проходов. При таком способе значительно снижается расход электродов при сварке. Остаточные деформации при нагреве являются незначительными.
U-образная
Единственный вид криволинейного скоса. Иногда называется «рюмочным». Разделка кромок для сварки таким способом является наиболее трудной. Применение оправдано, когда необходимо получит высокое качество шва. Обе кромки скашиваются одинаково с одной стороны. Подходящая толщина деталей — от 20 до 60 мм. При сварке кромок таким способом происходит уменьшенный расход электродов. Вручную выполнять трудно, поэтому применяются кромкорезы.
К-образная
Наиболее редко применяемый способ. Скос кромок под сварку в соединении делается только для одной детали. Одна из кромок односторонняя, а вторая имеет сразу два скоса. Если возникли затруднения, какая подходит разделка кромок под сварку таблица поможет сделать правильный выбор.
Из нее видно, что форма кромок зависит от типа соединения, характера шва и толщины свариваемых деталей.
Смещение деталей
Кромки не обязаны отличаться симметричностью и быть параллельными между собой. Однако, смещение кромок сварных стыковых соединений имеет ограничение. Все допуски указаны в нормативных документах. Величина допускаемого смещения зависит от толщины соединяемых деталей.
Свои нюансы имеет сварка трубопроводов и других различных труб. Это потребует повышенной точности. Допустимое смещение кромок при сварке труб будет гораздо меньшем, чем у деталей, имеющих плоскую форму. Способом предупреждения появления значительного смещения является надежная фиксация соединяемых элементов. Оправдавшим себя методом фиксации является выполнение прихваток — коротких поперечных швов.
Кромки для труб
К соединениям из труб, в частности к трубопроводам, предъявляются повышенные требования. Они являются наиболее трудными при сварке, требуют прочности, надежности и долговечности. Разделка кромок под сварку трубопроводов из стали определена требованиями ГОСТа 16037.
Большое значение придается перпендикулярности оси трубы к ее торцевой поверхности. Чтобы выдержать это требование, перед началом разделки кромок следует совершить обрезку торцов и проконтролировать получение требуемого прямого угла. Угол раскрытия должен составлять 60-70 градусов. Величина притупления кромок составляет 2-2,5 мм. Кромки под сварку труб могут обрабатываться различными способами: с помощью механической обработки, газовой резкой и другими.
При сборке соединения необходимо отслеживать, чтобы совпадали оси и поверхности стыков. Жесткое требование предъявляется к величине зазора. Его значение находится в диапазоне 2-3 мм. Чтобы не произошло перекоса соединения, зазор должен быть одинаковым по всей окружности.
Интересное видео
Источник
