Соединения деталей и узлов конструкции, образуемые с помощью сварки, называют сварными соединениями, а часть сварного соединения, образуемую
расплавленным в процессе сварки и затем затвердевшим металлом, — сварным швом. Металл, из которого изготовлены свариваемые детали, принято называть основным металлом. В большинстве случаев недостаточно расплавить только один основной металл для заполнения зазора между соединяемыми деталями. Поэтому одновременно с расплавлением основного металла в пламя горелки водят присадочную проволоку, конец которой расплавляется и дает дополнительный жидкий металл, образующий шов. Расплавленный металл присадочной проволоки или прутка, смешиваясь с расплавленной частью основного металла, образует металл шва.
Металл шва по своему составу и строению отличается от основного и присадочного металлов. Металл шва имеет структуру литого металла и поэтому, как правило, обладает несколько меньшей прочностью и вязкостью, чем основной прокатный металл. Для того чтобы при сварке деталей получить сварное соединение равнопрочным основному металлу, толщину шва несколько увеличивают по сравнению с толщиной основного металла. Это утолщение часто называют усилением. Однако излишнее утолщение шва является вредным, так как при вибрационных и ударных нагрузках такой шов может начать разрушаться в месте резкого перехода от наплавленного металла к основному, вследствие возможных концентраций в этих местах собственных внутренних напряжений.
Рис. 1. Сварные швы и соединения.
а — виды сварных швов в зависимости от их положения в пространстве; б — виды сварных соединений в зависимости от взаимного расположения свариваемых деталей.
В зависимости от положения в пространстве сварные швы бывают нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные (рис. 1, а). Самый простой для выполнения нижний шов, так как при сварке этим швом капли расплавленного металла стекают вниз, в сварочную ванну. Наиболее трудным для выполнения является потолочный шов.
Р и с. 2. Стыковые швы.
а — шов без скоса кромок, односторонний; б — У-образный шов со скосом кромок, односторонний; в — Х-образный с двумя симметричными скосами двух кромок; г — U-образный с криволинейными скосами двух кромок, двусторонний; д — К-образный с двумя симметричными скосами одной кромки.
В зависимости от взаимного расположения свариваемых деталей различают следующие наиболее распространенные виды сварных соединений: стыковое, внахлест, тавровое, угловое, торцовое и отбортованное (рис. 1,б). В зависимости от протяженности различают прерывистые и непрерывистые (сплошные) швы. Соединения, где не требуется герметичность сварных швов, выполняют прерывистым швом, получаемым при полуавтоматической или ручной сварке. Наименьшая по сравнению с другими типами швов концентрация внутренних напряжений наблюдается у соединения встык. Стыковые швы применяются при сварке металлических деталей толщиной от 3 до 80 мм. При толщине листов более 5 мм в случае ручной сварки и 12 мм при автоматической сварке стыковые швы нуждаются в предварительной обработке кромок листов в месте предполагаемого стыка. Операция подготовки кромок называется разделкой стыка, размеры и форма стыка определяют название шва (рис. 2).
Элементы подготовки кромок под сварку и размеры сварных швов указываются в стандартах и разделяются по видам сварки: сварка под флюсом, полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа и ручная дуговая сварка.
Перед сваркой осуществляют сборку узлов. Узлы сложной конфигурации собирают по шаблонам из тонколистовой стали. Размеры шаблонов определяют с учетом припусков на механическую обработку. Более простые узлы собирают в приспособлениях с механическими, гидравлическими или пневматическими зажимами. Собранные под сварку узлы соединяют с помощью прихваток (коротких швов), ширина которых должна быть не более 2/3 ширины или катета будущего шва. Длину прихваток устанавливают в 4—5 раз больше толщины свариваемого металла, но не менее 10 и не более 100 мм. Расстояние между прихватками выбирают в 30—40 раз больше толщины свариваемых деталей, но не более 500 мм. Общие размеры прихваток должны быть такими, чтобы при сварке они перекрывались наложенным швом. Собранные и прихваченные конструкции попадают на участок сварки, где проваривают все швы.
Рис. 3. Схема наложения сварных швов:
а — обратноступенчатый способ; б — метод уравновешивания деформаций. Цифры обозначают порядок нанесения швов.
При сварке почти всегда возникают остаточные сварочные напряжении, как правило, растягивающие напряжения в шве и сжимающие в основном металле. Для уменьшения остаточных сварочных напряжений прн создании сварных конструкций и разработке рабочей технологии сборки и сварки узлов необходимо избегать применения пересекающихся швов, располагать швы симметрично, не применять швов с излишними размерами катетов и усилений, применять, где это возможно, прерывистые швы, при наложении длинных швов (свыше 1 м) использовать обратноступенчатый способ наложения швов от середины к концам (рис. 3,а), сварку конструкций с симметричным расположением швов веста по методу уравновешивания деформаций (рис. 3,б).
В готовых узлах уменьшение сварочных напряжений достигается высоким отпуском (при температуре 550— 680 °С) в течение нескольких часов, прокаткой, проковкой сварных швов и околошовной зоны.
Технологический процесс изготовления сварных металлоконструкций машин и трансформаторов состоит из следующих основных операций: резки заготовок из листового и профильного проката, изготовления из заготовок деталей, подготовки поверхности в зоне шва, сборки узлов с предварительной прихваткой, сварки, зачистки швов и поверхностей от шлака и грата, снятия внутренних напряжений, испытания на прочность и плотность сварных швов, отделки и окраски изготовленных металлоконструкций.
Для изготовления металлоконструкций применяются различные виды малоуглеродистых сталей из профильносортового проката.
Материалы для изготовления сварных стальных конструкций необходимо выбирать не только по эксплуатационным требованиям, но и с учетом возможности высококачественной сварки. Например, малоуглеродистые стали лучше свариваются (не образуют трещин и т. п.), чем высокоуглеродистые и легированные. Поэтому одним из основных критериев качества сталей для сварки является их свариваемость.
