5 Изготовление сварных конструкций

5.1 Классификация сварных конструкций

Сварные металлические конструкции находят применение практически во всех отраслях хозяйства страны. Экономичность их изготовления является основополагающим фактором, обеспечивающим их приоритетное применение по сравнению с литыми, коваными и штампованными конструкциями.

Большое разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Сварные конструкции можно классифицировать:

по способу получения заготовок (листовые, литосварные, кованосварные, штампосварные);

целевому назначению (авиационные, автомобильные, судовые и др.);

характерным особенностям их работы (балки, рамы, фермы, емкости, сосуды, работающие под давлением, трубы и трубопроводы, корпусные конструкции и т.п.).

В соответствии с последним признаком выделяют 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 растяжения или сжатие; к решетчатым конструкциям относятся фермы, мачты, каркасы, арматурные сетки.

Конструкции, испытывающие избыточное давление– конструкции, к которым предъявляются требования герметичности соединений; к этому типу конструкций относятся различные емкости, сосуды, трубопроводы.

Корпусные транспортные конструкции– конструкции, подвергающиеся динамическим нагрузкам, поэтому к ним предъявляются требования высокой жесткости при минимальной массе (основанные конструкции данного типа – кузова автомобилей, корпуса судов, вагонов и др.).

Детали машин и аппаратовработают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках, поэтому характерным требованиям для них является получение точных размеров за счет главным образом механической обработки заготовок или готовых деталей (примеры таких конструкций – станины, валы, колеса).

Сварные металлические конструкции находят применение практически во всех отраслях хозяйства страны. Экономичность их изготовления является основополагающим фактором, обеспечивающим их приоритетное применение по сравнению с литыми, коваными и штампованными конструкциями.

5.2 Конструктивно-технологические характеристики сварных соединений

При изготовлении сварных конструкций выполняют сварные соединения различных видов (рис. 5.1).

Стыковое соединение- это сварное соединение двух элементов, расположенных на одной поверхности или в одной плоскости (рис. 5.1, а). Соединение встыкявляется наиболее распространенным типом соединения. Такие соединение имеет высокую прочность при статиче­ских и динамических нагрузках и могут быть выполнены практически всеми видами сварки плавлением. Рациональная область его применения - соединение листового металла, а также уголковых профилей, швеллеров и двутавровых балок.

Угловое соединение- это сварное соединение двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис.5.1, б). Угловые соединения обычно являются связующими и не предназначены для передачи расчетных нагрузок.

Рис.5.1 Типы сварных соединений

Тавровое соединение- это сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под прямым углом и приварен торцом другой элемент (рис. 5.1, в). Соединение в тавр применяют, например, при производстве балок, стоек, колонн, каркасов зданий и других пространственных конструкций. Тавровые соединения могут быть без подготовки кромок и с подготовкой кромок (т.е. с разделкой или, иначе, с притуплением кромок). В соединениях без подготовки кромок возможен непровар корня шва. Поэтому такие соединения плохо работают при переменных и ударных нагрузках. Односторонний и двусторонний скосы кромок обеспечивают полный провар соединяемых элементов. Эти соединения имеют хорошую прочность при любых нагрузках. Тавровые соединения могут быть выполнены практически всеми видами сварки плавлением.

Нахлесточное соединение– это соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 5.1, г). Соединение внахлестку применяют при сварке листовых конструк­ций, разного рода обшивок, строительных и крановых ферм и т.д. Такие соединения менее прочны по сравнению со стыковыми при пере­менных и ударных нагрузках, не экономичны, так как наличие пере­крытия приводит к перерасходу основного металла. Соединения вна­хлестку не рациональны при толщине металла свыше 20 мм. Достоин­ством нахлесточных соединений является сравнительно простая под­готовка и сборка под сварку.

При соединении деталей большой толщины перед сваркой производится механическая обработка их кромок – т.н. разделка (иначе, притупление, или снятие фасок) - для того, чтобы обеспечить проплавление металла на всю толщину. С этой же целью сварка деталей выполняется с определеннымизазорами, величина которых выбирается с учетом толщины деталей. К конструктивным элементам, подготовленных и собранных под сварку деталей, например, стыкового соединения, относятся (рис.5.2, а): притупление кромок (с), зазор (b) и угол скоса кромок (β) (значения этих параметров заданы в нормативных документах).

К конструктивным элементам сварного шва стыкового соединения (рис. 5.2, б) относятся: ширина шва (е), усиление шва (g), усиление корня шва (g1) (усиление шва - часть металла шва, расположенная выше поверхностей свариваемых деталей). К конструктивным элементам угловых швов в тавровых и нахлесточных соединениях относится катет шва - К (рис. 5.2, в, г).

Рис.5.2 Стыковое сварное соединение:

а- подготовленное под сварку кромки соединяемых деталей,

б- вид соединения после сварки

В зависимости от положения в пространстве (рис. 5.2) швы подразделяют на нижние (а), горизонтальные (б), вертикальные (в) и потолочные (г) (верхние).

По протяженности различают непрерывные и прерывистые швы. Непрерывный шов - это сварной шов без промежутков по его длине, прерывистый - с промежутками по длине. Прерывистые швы, например, тавровых соединений подразделяют на цепные и шахматные. Цепной прерывистый шов - это двусторонний прерывистый шов, у которого промежутки расположены по обеим сторонам стенки один против другого. Шахматный прерывистый шов - это двусторонний прерывистый шов, у которого промежутки на одной стороне стенки расположены против сваренных участков шва с другой стороны.

По числу слоев сварные швы могут быть однослойными и многослойными. Слой - это часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик - это металл, наплавленный или переплавленный за один рабочий ход.

Рис.5.3 Положение шва в пространстве

а- нижний шов, б- горизонтальный шов, в- вертикальный шов,

г- потолочный шов