Выбор типа сварного' соединения

Практическая работа № 2

Цель работы:изучить методику конструктивно-технологического анализа изготовления сварных конструкций.

Краткие теоретические сведения.

1 ПОНЯТИЕ «ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ»

При проектировании сварных заготовок следует учитывать требования к технологичности их изготовления.

Оптимальными являются конструктивные формы, которые отвечают служебному назначению изделия, обеспечивают надежную работу в пределах заданного ресурса, позволяют изготовить изделие при минимальных затратах материалов, труда и времени — эти признаки определяют понятие технологичности конструкции. Кроме того, необходимо, чтобы конструкция отвечала требованиям технической эстетики, которые должны соблюдаться на всех стадиях проектирования и изготовления конструкций.

Технологичность конструкции — выбор такого ее конструктивного оформления, которое обеспечивает удобство и простоту изготовления сварного изделия любыми видами сварки и при раз­личных режимах; автоматизацию и механизацию максимального числа операций технологического процес­са; низкую себестоимость процесса свар­ки, достигаемую путем экономии свароч­ных материалов, повышения производи­тельности и высокого уровня механиза­ции, сведения к минимуму искажений формы, вызываемых тепловым и механи­ческим воздействиями при сварке.

Технологичность конкретной конструкции оценивают качественно и количественно. Качественная оценка характеризует технологичность обобщенно на основании опыта исполнителя. Она предшествует количественной оценке и выражается численным показателем, характеризующим степень удовлетворения требованиям технологичности конструкции. Необходимость количественной оценки, номенклатура показателей и методика их определения устанавливаются отраслевыми стандартами и стандартами предприятий.

Технологичность конструкции обеспечивается выбором металла, формы свариваемых элементов и типов соединений, видов (способов) сварки и мероприятий по уменьшению сварочных деформаций и напряжений.

ВЫБОР МЕТАЛЛА

При выборе металла для сварных за­готовок необходимо учитывать не только его эксплуатационные свойства, но и его свариваемость или возможность примене­ния технологических мер, обеспечиваю­щих хорошую свариваемость.

Для получения сварных соединений, равноценных по работоспособности ос­новному металлу, при конструировании сварных заготовок следует по возможно­сти выбирать хорошо свариваемые метал­лы. К таким металлам относятся спокой­ные низкоуглеродистые и многие низко­легированные стали, ряд сплавов цветных металлов, применение которых не огра­ничивается какими-либо требованиями к виду и режимам сварки.

При применении в связи с эксплуа­тационной необходимостью металлов с пониженной свариваемостью проектиро­вать конструкции следует с учетом этого свойства. Для сведения к минимуму не­благоприятных изменений свойств метал­ла сварного соединения и исключения в нем дефектов необходимо применять ви­ды и режимы сварки, оказывающие ми­нимальное термическое и другие воздей­ствия на металл, и проводить технологи­ческие мероприятия (подогрев, искусст­венное охлаждение и др.), снижающие влияние на него сварочных воздействий.

Термическая обработка после сварки (нормализация, закалка с отпуском и др.) может в значительной степени устранять неоднородность свойств в сварных заго­товках. Прочность зоны сварного соеди­нения может быть повышена механиче­ской обработкой после сварки: прокаткой, проковкой и др.

Проведение этих мероприятий во многом зависит от габаритных размеров и конструктивного оформления сварных заготовок. Для сложных заготовок с эле­ментами больших толщин и размеров при наличии криволинейных швов в различ­ных пространственных положениях мож­но применять только хорошо свариваемые металлы.

Для простых малогабаритных узлов возможно применение металлов с пониженной свариваемостью, поскольку при их изготовлении используют самые оптимальные по свариваемости виды сварки,например электроннолучевую или диффузионную в вакууме. При этом легко осуществить все необходимые технологические мероприятия и требуемую термическую или механическую обработку после сварки.

ВЫБОР ТИПА СВАРНОГО' СОЕДИНЕНИЯ

Тип сварного соединения определя­ют взаимным расположением сваривае­мых элементов и формой подготовки (разделки) их кромок под сварку (рис.1). По первому признаку различают четыре основных типа сварных соедине­ний: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые. Кромки разделывают в целях полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочности сварного соединения с основ­ным металлом. Форму и размеры элемен­тов разделки (угол, притупление и зазоры) назначают, исходя из условий проплавления, обеспечения формирования корня шва (без непроваров и прожогов) и минимального объема наплавленного металла (см. рис. 1).

Тип сварного соединения наряду с общими конструктивными соображениями выбирают с учетом обеспечения равнопрочности соединения с основным ме­таллом и технологичности. Выбор разделки кромок зависит от толщины металла, его теплофизических свойств и вида сварки.

Стыковые соединения элементов плоских и пространственных заготовок наиболее распространены. Соединения отличаются высокой прочностью при ста­тических и динамических нагрузках. Их выполняют практически всеми видами сварки плавлением и многими видами сварки давлением. Некоторая сложность применения сварки с повышенной тепло­вой мощностью (автоматической под флюсом, плазменной) связана с формиро­ванием корня шва. В этом случае для уст­ранения сквозного прожога при конструи­ровании соединений необходимо преду­сматривать съемные или остающиеся подкладки.

Другой путь - применение двусто­ронней сварки, однако при этом необхо­димы кантовка заготовки и свободный подход к корню щва.

Рис. 1. Типы сварных соединений, применяемых при основных способах сварки плавлением и давлением

При сварке элементов различных толщин кромку более толстого элемента выполняют со скосом для уравновешива­ния толщин, что обеспечивает одинако­вый нагрев кромок и исключает прожоги в более тонком элементе. Кроме того, та­кая форма соединения работоспособнее вследствие равномерного распределения деформаций и напряжений.

Тавровые соединения широко при­меняют при изготовлении пространствен­ных заготовок. Соединения с одно- и дву­сторонней разделками кромок, выполнен­ные с полным проваром, отличаются вы­сокой прочностью при любых нагрузках. Тавровые соединения выполняют всеми видами сварки плавлением. Сварку давле­нием для тавровых соединений применя­ют редко (приварка стержня к пластине стыковой контактной сваркой оплавлени­ем и сваркой трением и т.п.).

Нахлесточные соединения часто применяют для сварки листовых загото­вок при необходимости простой подго­товки и сборки под сварку. Эти соедине­ния, выполненные сваркой плавлением, менее прочны по сравнению со стыковы­ми соединениями. Они неэкономичны вследствие перерасхода основного метал­ла, обусловленного наличием перекрытия свариваемых элементов и наплавленного металла в связи с выполнением двух уг­ловых швов. В то же время нахлесточное соединение - основное соединение тонко­листовых элементов при сварке давлени­ем, особенно при контактной точечной и шовной сварке. В данном случае оно наи­более технологично, так как удобно для дву- и одностороннего подводов электро­дов перпендикулярно к поверхности ме­талла.

Точечные соединения часто играют роль связующих соединений и рабочих сил не передают (точечные соединения сварных профилей при нагружении про­дольной силой, соединения обшивок с каркасами и т.д.). Шовные соединения, как правило, несут рабочие нагрузки, но их прочность меньше, чем стыковых, вы­полненных сваркой плавлением. Это обу­словлено дополнительным изгибом при осевом нагружении и концентрацией на­пряжений вследствие зазора между эле­ментами.

Угловые соединения, как правило, выполняют в качестве связующих. Они не предназначены для передачи рабочих сил. Их выполняют всеми видами сварки плавлением.