Конструктивные размеры сварных швов и соединений. Конструктивные элементы швов сварных соединений

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основных конструктивных элемента: зазор, притупление кромок и угол скоса кромки (рис. 11).

Тип и угол разделки кромок; определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. Х-образная разделка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6-1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При Х-образной и V-образной разделке кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов.

Рис. 11. Конструктивные элементы разделки

кромок под сварку: а – угол разделки кромок; в -зазор; с – притупление; р – угол скоса кромок; 1 – без разделки кромок; 2-е разделкой кромок одной детали; β – V-образная разделка; 4 – Х-образная разделка; 5 – U-образная разделка

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых-сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0-5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому противлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии со существующими стандартами (рис. 12).

Рис. 12. Основные геометрические параметры сварных швов:

е – ширина; q – выпуклость; h – глубина провара; b – зазор; k – катет; S – толщина детали

Контрольные вопросы:

1. Какие конструктивные элементы характеризуют форму разделки кромок?

2. Какие формы разделки кромок вы знаете? Что обозначают V-, Х– и U-образные виды разделки кромок? Какую роль выполняет зазор при сборке под сварку? Что такое притупление кромок и для чего оно делается? Расскажите о конструктивных элементах сварного шва.

Глава 3

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАЛЯХ И ИХ СВАРИВАЕМОСТИ

Углеродистые стали

Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные.

Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

группа А – по механическим свойствам;

группа Б – по химическому составу;

группа В – по механическим свойствам и химическому составу.

Изготавливают стали следующих марок:

группа А – Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4, Ст 5, Ст 6;

группа Б – БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСт 3, БСт 4, БСт 5, БСт 6;

группа В – ВСт 0, ВСт 1, ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5.

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная. Кипящая сталь, содержащая кремния (Si) не более 0,07 %, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения вредных примесей (серы и фосфора) по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержит кремния (Si) не менее 0,12 %; сера и фосфор распределены в ней более равномерно, чем в кипящей стали. Эта сталь менее склонна к старению и отличается меньшей реакцией на сварочный нагрев.

Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью. Полуспокойные стали с номерами марок 1-5 выплавляют с нормальным и повышенным содержанием марганца, примерно до 1 %. В последнем случае после номера марки ставят букву Г (например, БСтЗГпс).

Стали группы А не применяются для изготовления сварных конструкций. Стали группы Б делятся на две категории. Для сталей первой категории регламентировано содержание углерода, кремния марганца и ограничено максимальное содержание серы, фосфора, азота и мышьяка; для сталей второй категории ограничено также максимальное содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Полное обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории. Например, ВСтЗГпс5 обозначает следующее: сталь группы В, марка СтЗГ, полуспокойная, 5-й категории. Состав сталей группы В такой же, как сталей соответствующих марок группы Б, 2-й категории. Стали

ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степени раскисления выпускают с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ поставляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика.

Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с существующими стандартами. Сталь имеет пониженное содержание серы. Допустимое отклонение по углероду (0,03-0,04 %). Стали с содержанием углерода до 0,20 % включительно могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Остальные стали – только спокойные. Для последующих спокойных сталей после цифр буквы «сп» не ставят. Углеродистые качественные стали для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации и закалки с отпуском.

Углеродистые стали в соответствии с существующими стандартами подразделяются на три подкласса: низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25 %; среднеуглеродистые с содержанием углерода (0,25-0,60 %) и высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60 %.

В сварных конструкциях в основном применяют низкоуглеродистые стали.

В сварочном производстве очень важным является понятие о свариваемости различных металлов.

Свариваемостью называется способность металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

По свариваемости углеродистые стали условно подразделяются на четыре группы: I – хорошо сваривающиеся, с содержанием углерода до 0,25 %; II – удовлетворительно сваривающиеся, с содержанием углерода от 0,25 до 0,35 %, т. е. для получения качественных сварных соединений деталей из этих сталей необходимо строгое соблюдение режимов сварки, специальные присадочные материалы, определенные температурные условия, а в некоторых случаях – подогрев, термообработка; III – ограниченно сваривающиеся, с содержанием углерода от 0,35 до 0,45 %, для получения качественных сварных соединений которых дополнительно необходим подогрев, предварительная или последующая термообработка; IV – плохо сваривающиеся, с содержанием углерода свыше 0,45 %, т. е. сварные швы склонны к образованию трещин, свойства сварных соединений пониженные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций.

Все низкоуглеродистые стали хорошо свариваются существующими способами сварки плавлением. Обеспечение равнопрочности сварного соединения не вызывает затруднений. Швы имеют удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием углерода. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу, вероятность возникновения холодных трещин повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях предупреждают появление трещин путем предварительного подогрева до 120-200 °С.

Легированные стали

Легированные стали подразделяют на подклассы: низко-, средне-и высоколегированные. Низколегированная сталь – это сталь, легированная одним элементом при содержании его не более 2 % (по верхнему пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержании 3,5 % (по верхнему пределу). Среднелегированная сталь – легированная одним элементом, при содержании его не более 8 % (по верхнему пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержании, как правило, не более 12 % (по верхнему пределу). Высоколегированная – это сталь с суммарным содержанием легирующих элементов не менее 10 % (по верхнему пределу), при содержании одного из них не менее 8 % (по нижнему пределу), при содержании железа более 45 %.

Маркировка всех легированных конструкционных сталей однотипная (табл. 1). Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы являются условным обозначением легирующих элементов, цифра после буквы обозначает содержание легирующего элемента в процентах, причем содержание, равное 1 % и меньше, не ставится, буква «А» в конце марки показывает, что сталь высококачественная и имеет пониженное содержание серы и фосфора.

Основными элементами, влияющими на свойства стали, являются углерод, марганец и кремний.

Углерод при повышении его содержания в стали ведет к повышению прочности и твердости и уменьшению пластичности. Окисление углерода во время сварки вызывает появление большого количества газовых пор.

Конструктивные элементы швов приведены на черт.13. В соответствием с заданием по условному обозначению сварного соединения выполнено исполнение С17. Конструктивные элементы содержат вид подготовленных кромок свариваемых деталей и выполнение самого сварного шва.

Сварные швы подразделяются по положению в пространстве, номенклатура которых изложена в стандарте ГОСТ11969 – 79 и подразделяется: - нижнее – Ни; в лодочку – Л; полугоризонтальные – Пг; горизонтальные - Г; полувертикальные – Пв; полупотолочные – Пл; потолочные П.

По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными.

По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются: продольные, поперечные, комбинированные и косые (спиральные).

По форме наружной поверхности стыковые швы бывают: нормальными (плоскими), выпуклыми и вогнутыми. Сварные соединения, образованные выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Следует заметить, что в авиационной отрасли они определены конструктивными особенностями, где неэкономичность отходит на второй план. Плоские и вогнутые швы работают лучше при динамических и знакопеременных нагрузках.

Конструктивным элементом является отсутствие резкого перехода от основного металла к сварному шву. По возможности необходимым является избегать нахлесточных сварных швов на выпуклых тонкостенных сосудах, работающих под давлением. Такие сварные швы являются концентраторами напряжений, которые могут быть источником разрушения конструкции в целом.

По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузку, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей и деталей изделия. Связующие швы иногда называют нерабочими швами.

В особых случаях при изготовлении ответственных изделий присутствует технологическая операция в виде обработки шва сварного соединения заподлицо с основным материалом механическим путем (бормашинками или специальными фрезами) или пламенем аргонодуговой горелки (выглаживание), например, для дуговой сварки в защитном газе ГОСТ 14771-76, для дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах ГОСТ 14806 – 80.

Конструктивными элементами сварных соединений является форма разделки кромок и их сборка, которая характеризуется тремя конструктивными элементами: зазор – в, притупление кромок – с, угол скоса кромки – р. Форма разделки кромок и их конструктивные элементы приведены во второй части стандарта.

Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, следовательно, для определения производительности процесса сварки. Форма разделки кромок по С17 по сравнению с разделкой кромок по С25 требует большего объема наплавленного металла в 1,6 - 1,7 раза. Кроме того, считается, что разделка кромок по технологии С25 обеспечивает меньшую величину деформации после сварки.

При формах разделок кромок по С17 и С25 кромки притупляют для правильного формирования шва сварного соединения и для предотвращения образования прожогов.

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов деталей, способом сварки, формой подготовки кромок и др. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0 – 5мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601 – 84: ширина – e, выпуклость шва – q, вогнутость шва – m, h - глубина проплавления (для стыкового шва), катет углового шва – k, толщина детали - s.

Выпуклость шва, определяемая расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости

Расчетная высота углового шва. Длина перпендикуляра, опущенного из точки максимального проплавления в месте сопряжения свариваемых частей на гипотенузу наибольшего вписанного во внешнюю часть углового шва прямоугольного треугольника

Вогнутость углового шва. Вогнутость, определяемая расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы углового шва с основным металлом и поверхностью шва, измеренным в месте наибольшей вогнутости

Катет углового шва.Кратчайшее расстояние от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части