Принципы классификаций сварных конструкций

Большое разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Сварные конструкции можно классифицировать:
по способу получения заготовок (листовые, литосварные, кованосварные, штампосварные);
целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и др.);
характерным особенностям их работы (балки, рамы, фермы, емкости, сосуды, работающие под давлением, трубы и трубопроводы, корпусные конструкции и т. п.).
При рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварных конструкций последние целесообразно классифицировать в зависимости от характерных особенностей работы. В этом случае можно выделить следующие типы сварных конструкций.
Балки - конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб; жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.
Колонны - элементы, работающие преимущественно на сжатие или сжатие с продольным изгибом.

Решетчатые конструкции - система стержней, соединенных в узлах таким образом, что они испытывают главным образом растяжение или сжатие; к решетчатым конструкциям относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы.
Конструкции, испытывающие избыточное давление - конструкции, к которым предъявляют требование герметичности соединений; к этому типу конструкций относятся различные емкости, сосуды и трубопроводы.
Корпусные транспортные конструкции - конструкции, подвергающиеся динамическим нагрузкам, поэтому к ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе (основные конструкции данного типа - корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей).
Детали машин и аппаратов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках, поэтому характерным требованием для них является получение точных размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей (примерами таких конструкций являются станины, валы, колеса).
При изготовлении сварных конструкций выполняют сварные соединения различных видов: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые (рис. 1).
Стыковые соединения (рис. 1, а, б) элементов плоских и пространственных конструкций наиболее распространены. Такие соединения имеют высокую прочность при статических и динамических нагрузках и могут быть выполнены практически всеми видами сварки плавлением. При сварке элементов различной толщины кромку более толстого элемента выполняют со скосом для обеспечения равномерности нагрева кромок и исключения прожогов в более тонком элементе.
Тавровые соединения (рис. 1, д) элементов широко распространены при изготовлении пространственных конструкций. Их выполняют как без разделки, так и с односторонней или двусторонней разделкой кромок. При выполнении сварки в разделку должен быть обеспечен провар и высокая прочность соединений при любых нагрузках. Тавровые соединения могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением.
Нахлесточные соединения (рис. 1, в) часто применяют при сварке листовых заготовок при необходимости простой подготовки и сборки изделий под сварку. Такие соединения менее прочны, чем стыковые. Кроме того, выполнение нахлесточных соединений связано с перерасходом основного материала, обусловленного наличием перекрытия свариваемых элементов. Нахлесточные соединения, как правило, несут рабочие нагрузки, но их прочность ниже, чем у стыковых соединений, что связано с дополнительным изгибом соединения при осевом нагружении и концентрацией напряжений вследствие зазора между свариваемыми элементами.
Угловые соединения (рис. 1, г) обычно являются связующими и не предназначены для передачи рабочих нагрузок. Угловые соединения могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением.
Иногда выполняют прорезные, торцовые и другие соединения.

 

Рис. 1. Виды сварных соединений:
а - стыковые; б - стыковые с отбортовкой; в - нахлесточные; г - угловые; д - тавровые; е - прорезные; ж - торцевые; з - точечные; S - толщина свариваемых изделий

Типы швов сварных соединений и их условные обозначения представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

Типы швов сварных соединений и их условные обозначения

 

Сварочные материалы.

Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки и наплавки, изготавливается по ГОСТ 2246-70. В легированной проволоке содержится от 2,5 до 10% легирующих компонентов, в высоколегированной — свыше 10%.

Буквы и цифры в наименовании марок проволоки оз­начают:

Св — проволока сварочная;

08 — 0,8% углерода (среднее содержание);

А — нормальное, АА — еще более низкое содержание вредных примесей серы и фосфора;

Г — проволока, легированная марганцем.

Таким образом, например, марка сварочной проволо­ки Св-08ГС расшифровывается следующим образом: Св — сварочная проволока, содержащая 0,8% углерода, до 1% марганца и до 1% кремния.

Сварочная проволока выпускается следующих диамет­ров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм.

Проволока диаметром до 3 мм применяется для шлан­говой сварки, диаметром от 1,6 до 6 мм — для ручной дуговой сварки штучными электродами; от 2 до 5 мм — для автоматической сварки под флюсом; проволока боль­ших диаметров применяется для наплавочных работ.

Порошковая проволока

Порошковая проволока представляет собой стальную обо­лочку с запрессованным в ней порошком. Порошковая проволока применяется как для сварки, так и для наплавки.

Современная порошковая проволока изготавливается в основном пяти типов (рис. 17): трубчатая, трубчатая с на­хлестом, с загибом в оболочке (двух типов) и двухслойная.

Рисунок 17 - Конструкция оболочек порошковых проволок

 

Порошковая проволока выпускается диаметром от 1,6 до 3,6 мм. Для оболочки используется лента из низко­углеродистой стали марки 08КП холодного проката в со­стоянии «мягкая» или «особо мягкая».

Проволока выпускается с пятью видами порошков (шихты):

— рутило-целлюлозная;

— корбонатно-флюоритная (флюорит — плавиковый шпат CaF₂);

— флюоритная;

— рутило-флюоритная;

— рутиловая.

Покрытия электродов

Покрытия электродов выполняют сразу много функ­ций: стабилизируют горение дуги, защищают расплав­ленный металл от кислорода и азота воздуха, способству­ют удалению средних примесей, легируют металл шва для улучшения его свойств и т. д.

Электродные покрытия состоят из шлакообразующих, раскисляющих, газообразующих, легирующих, стабили­зирующих и связующих компонентов.

Шлакообразующие компоненты защищают расплавлен­ный металл от воздействия кислорода и азота воздуха, а также частично очищают его. Шлакообразующие компо­ненты уменьшают скорость охлаждения металла и спо­собствуют удалению неметаллических включений. Шлакообразующие компоненты могут включать в себя марганцевую руду, титановый концентрат, каолин, мел, полевой шпат, мрамор, кварцевый песок, доломит, а так­же некоторые вещества, стабилизирующие горение дуги.

 

 

Раскисляющие компоненты обеспечивают раскисле­ние расплавленного металла сварочной ванны. К таким веществам относятся элементы, обладающие большим средством к кислороду, чем железо, например, марга­нец, алюминий, кремний, титан и др.

Газообразующие компоненты создают при сгорании защитную газовую среду, которая предохраняет расплав­ленный металл от кислорода и азота воздуха. В качестве газообразующих используют такие вещества, как декст­рин, древесная мука, целлюлоза, крахмал.

Легирующие компоненты вводятся в состав электро­дных покрытий для придания металлу шва специальных свойств: высокая механическая прочность, жаростойкость, износостойкость, повышение сопротивляемости коррозии. В качестве легирующих компонентов служат хром, ти­тан, марганец, молибден, ванадий, никель и некоторые другие элементы.

Стабилизирующие компоненты. В качестве стаби­лизирующих вводятся элементы, имеющие небольшой потенциал ионизации, — такие как натрий, калий и кальций.

Связующие компоненты применяются для связывания составляющих компонентов покрытия между собой и со стержнем электрода. Для этого используют декстрин, желатин, натриевое или калиевое жидкое стекло и дру­гие вещества. Основным связующим веществом служит, как правило, жидкое стекло.

Классификация электродов

Электроды для дуговой сварки бывают двух основных типов: плавящиеся и неплавящиеся.

Все типы электродов должны удовлетворить перечню основных требований к ним. По качеству (и точности) изготовления, состояния по­верхности покрытия и содержанию вредных примесей серы и фосфора электроды делятся на группы, обознача­емые цифрами 1, 2, 3.

Электроды для ручной дуговой сварки и наплавки под­разделяются по назначению следующим образом (ГОСТ 9466-74):

— для сварки углеродистых и низколегированных кон­струкционных сталей с временным сопротивлением раз­рыву до 600 Н/мм² (обозначаются - У);

— для сварки легированных сталей с временным со­противлением разрыву свыше 60 кгс/мм² (Л);

— для сварки легированных теплоустойчивых сталей (Т);

— для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (В);

— для наплавки поверхностных слоев с особыми свой­ствами (Н).

Электроды подразделяются также по толщине покры­тия на электроды с тонким, средним, толстым и особо толстым покрытиями (обозначаются буквами М, С, Д, Г соответственно).

По виду покрытия электроды подразделяются следую­щим образом:

— с кислым покрытием (обозначаются буквой А);

— с основным покрытием (Б);

— с рутиловым покрытием (Р); — с целлюлозным покрытием (Ц);

— с покрытием смешанного типа (обозначаются двумя буквами);

— с покрытием прочего вида (П).

По виду пространственного положения электроды под­разделяются:

— для сварки во всех пространственных положениях (обозначение — цифра 1);

— для сварки во всех пространственных положениях, кроме вертикальной, сверху вниз (обозначение — 2);

—для положений нижнего, горизонтального на вер­тикальной плоскости и вертикального снизу вверх (3);

— для нижнего положения и нижнего в «лодочку» (4).

Типы электродов для сварки конструкционных сталей

В обозначение типа электрода входят буква Э (элект­род) и цифра, указывающая минимальное временное со­противление разрыву металла шва или наплавленного металла или сварного соединения (в кгс/мм²).

Например, обозначение Э50 означает, что электроды этого типа обеспечивают минимальное временное сопро­тивление.

Если в обозначении после цифр присутствует буква А (например, Э42А, Э46А), это означает, что данный тип электрода обеспечивает более высокие пластические свой­ства наплавленного металла.

Выбор типа электрода и его марки зависит от многих условий: марки свариваемой стали, толщины листа, жес­ткости изделий, температуры окружающего воздуха при сварке, пространственного положения и т. д.

Условные обозначения электродов

В технических документах (чертежах, технологичес­ких картах и т. п.) условное обозначение электродов со­стоит из обозначения марки, диаметра и группы электро­да (ГОСТ 0466-75).

На этикетке упаковочной тары (пачке, ящике) приво­дятся аналогичные, но более подробные сведения.

Например, этикетка может иметь следующую надпись:

Э46А-УОНИ-13/45-3,0-УД Е43 2 (5) — Б10

Эта надпись означает:

— электроды типа Э46А (прочностная характеристи­ка = 460 МПА, улучшенная пластичность и вязкость металла шва);

— марка электрода УОНИ-13/45;

— диаметр электрода — 3,0 мм;

— назначение электрода — У (для сварки углеродис­тых и низколегированных сталей);

— толщина покрытия — (с толстым покрытием);

— номер группы — 2 (вторая);

— группа индексов Е43 2(5) указывает характеристи­ки металла шва по ГОСТУ 9467-75;

— Б — вид покрытия (основной);

— 1 — допустимые пространственные положения (1 — для всех положений);

— 0 — род тока (0 — постоянный ток обратной по­лярности).

В технической документации эти электроды будут обо­значены так: УОНИ-13/45-3,0-2 ГОСТ 9466-75.

Неплавящиеся электроды

Неплавящиеся электроды бывают угольные, графито­вые и вольфрамовые. Угольные элёктроды (ГОСТ 4425-72) изготавливаются из электротехнического угля, графитовые — из синтети­ческого прессованного графита (ГОСТ 4426-71). Эти элек­троды имеют форму цилиндрических стержней диамет­ром от 5 до 25 мм и длиной 200-300 мм. Конец электро­дов затачивается на конус под углом 60—70° (для сварки цветных металлов — под углом 20—40°).

Наиболее широкое применение имеют вольфрамовые неплавящиеся электроды, которые изготавливаются из чистого вольфрама или вольфрама с различными присад­ками (окислы тория, лантана, иттрия). Наличие приса­док (1—2%) облегчает зажигание дуги, увеличивает стой­кость электрода при повышенной плотности тока. Диаметр вольфрамовых электродов составляет 2—10 мм в зависимости от величины сварочного тока.

Флюсы для дуговой сварки

Флюсы для дуговой сварки подразделяются на флюсы общего назначения и специальные. К первым относятся флюсы для сварки низкоуглеродистых и некоторых низ­колегированных сталей. Флюсы специального назначе­ния в зависимости от их марки предназначены для свар­ки некоторых легированных сталей, цветных металлов, наплавочных работ и т. д.

По содержанию кремния флюсы делят на две группы: высококремнистые и низкокремнистые. Высококремнистые флюсы содержат от 35 до 50% кремния (Si) и применяются в основном при сварке низкоуглеродистых сталей. Низко­кремнистые флюсы, содержащие менее 35% кремния, ис­пользуют обычно для сваривания легированных сталей.

По содержанию марганца флюсы делят на марганцевые, содержащие боле 1% Мn, и безмарганцевые (менее 1% Мn).

Флюсы различают также по степени легирования ме­талла шва:

— пассивные флюсы (т. е. флюсы, не вступающие во взаимодействие с расплавленным металлом);

— активные флюсы (две подгруппы — слабо легирую­щие металл и сильно легирующие, к которым относится большинство керамических флюсов).