Сварка. Виды сварных соединений, сварные швы

Сварка – это процесс получения неразъёмных соединений заготовок или деталей. От других способов получения неразъёмных соединений (клёпки, пайки, склеивания) сварка отличается удачным сочетанием производительности, прочности соединений, экономии материалов, а также богатым набором технологических приёмов. Поэтому сварка широко применяется во всех отраслях машиностроения и строительстве.

Свариваемость – способность материала к образованию сварного соединения. Свариваемость оценивается соответствием свойств соединения свойствам основного материала свариваемых деталей, склонностью к образованию различных дефектов: пор, трещин, шлаковых включений и др. По свариваемости материалы разделяют на хорошо, удовлетворительно и плохо сваривающиеся. Свариваемость зависит от вида материала, его химического состава, способа и режима сварки. Хорошо свариваются металлы с небольшим содержанием примесей, например, малоуглеродистые стали. А чугун, содержащий значительно больше углерода, плохо сваривается. Чаще всего сваривают детали из одного металла, но сваривают и детали из разных металлов, например, коррозионностойкую сталь с цирконием. Сваривают и неметаллы, и металлы с неметаллами. Дальнейшее изложение акцентируется на сварке металлов, как наиболее характерной для разных отраслей экономики.

Общие вопросы сварки

Неразъёмное соединение при сварке получают за счёт образования межатомных связей между атомами соединяемых деталей. Для этого атомы, принадлежащие разным деталям, необходимо сблизить на такие же расстояния, какие существуют между соседними атомами внутри металла, т.е. на десятые доли нанометра. Причём для получения прочного соединения подобное сближение должно произойти со всеми атомами (или большей частью атомов) на поверхностях, по которым соединяются детали.

Для образования такого соединения существуют препятствия. Из-за шероховатости поверхностей деталей при их соприкосновении контакт возникает только в отдельных точках, занимающих незначительную часть поверхности. Кроме этого на поверхностях деталей находятся адсорбированные атомы и молекулы газов и жидкостей, масляные и другие загрязнения, толщина которых на несколько порядков больше параметров кристаллической решётки. Преодоление этих препятствий для проявления сил междуатомного взаимодействия требует определённых затрат энергии.

В зависимости от того, какая энергия используется при образовании сварного соединения, различают три класса способов сварки:

  • термический (сварка плавлением)
  • механический
  • термомеханический (сварка давлением)

При сварке способами, относимыми к термическому классу, происходит нагрев кромок соединяемых деталей до их оплавления, образуется общая ванна расплава (сварочная), поверхностные плёнки и загрязнения разрушаются или всплывают на поверхность сварочной ванны, металл ванны смачивает оплавленные кромки, устанавливаются межатомные связи между атомами жидкого и твёрдого металла, при последующем охлаждении происходит кристаллизация.

Способы, относимые к механическому классу, сближают поверхностные атомы за счёт местной пластической деформации сжатия в месте соединения. При этом неровности сминаются, плёнки разрушаются, дробятся, вытесняются из стыка деталей. Таким образом достигается необходимое сближение чистых поверхностей.

Способы термомеханического класса сочетают одновременное тепловое и механическое воздействие. Нагрев позволяет существенно снизить усилия, необходимые для образования сварного соединения.

В настоящее время используются десятки способов сварки, различающиеся источниками энергии, степенью участия человека в процессе, технологическими признаками и др. Далее рассматриваются наиболее распространённые способы.

Рис.1. Виды сварных соединений.

Соединяемые элементы конструкций могут по-разному располагаться относительно друг друга. В связи с этим различают следующие основные виды сварных соединений: стыковые (рис. 1а, б), нахлёсточные (рис.1в, е, з), угловые (рис. 1г), тавровые (рис. 1д), торцевые (рис. 1ж).

Элементы толщиной от 3 до 8 мм обычно сваривают без подготовки кромок (рис. 2а). При малой толщине свариваемых элементов может использоваться отбортовка кромок (рис. 1б) для увеличения массы металла в месте шва, что уменьшает перегрев и образование сквозного проплавления вместо шва.

Рис.2. Разделка кромок перед сваркой.

Перед сваркой элементов больших толщин производится так называемая разделка кромок, заключающаяся в снятии фаски. Это обеспечивает доступ сварочного инструмента к нижней части стыка и провар корня шва.

Разделка бывает односторонняя или V-образная (рис. 2б) и для больших толщин двусторонняя или X-образная (рис. 2г). Более сложна в исполнении U-образная разделка (рис. 2в), которая может быть и односторонней, и двусторонней. Зато при U-образной разделке меньше расход материалов на образование шва.

Рис.3. Сечения сварных швов.

Для заполнения зазора между соединяемыми элементами и образования сварного шва в зависимости от их толщины может потребоваться один или несколько проходов сварочного инструмента вдоль кромок (рис. 3а). Также могут быть вариации по соотношению размеров сечения шва и толщины сваренных элементов (рис. 3б).

Для способов сварки плавлением важно пространственное положение швов во время их исполнения (рис. 4).

Рис.4. Положения сварных швов в пространстве.

Наиболее просто выполнять сварку в нижнем положении. Сложнее сваривать в вертикальном и, тем более, в потолочном положениях из-за возможности вытекания металла сварочной ванны под действием силы тяжести. Возможность выполнения таких швов обеспечивается правильным выбором режима сварки и его соблюдением.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *