Проектирование сварных изделий Общие сведения о сварочном производстве

Сварка как метод получения неразъемных соединений широко используется в машиностроении, строительстве, энергетическом машиностроении, химической и нефтегазовой промышленности и других отраслях. Основная продукция - металлоконструкции, ста­нины и корпуса металлообрабатывающего оборудования, энергети­ческих, электрических машин и агрегатов, кузова автомобилей и т. п. Сварные изделия могут быть как окончательной продукцией, так и заготовками для последующей обработки.

Для успешного применения сварки инженер-конструктор должен знать основы технологии сварки, ее основные виды и тех­нологические возможности, уметь правильно выбирать материалы свариваемых изделий, тип сварного соединения, сварочные мате­риалы, иметь четкое представление о процессе сварки проектируе­мого изделия, определить тип и форму исходных заготовок и тех­нически грамотно оформить чертежи сварных конструкций.

В машиностроении наибольшее распространение получила дуговая сварка: ручная металлическими электродами с обмазкой, под слоем флюса, в защитном газе. Сварка под слоем флюса и в защитном газе может быть ручной, полуавтоматической и автома­тической, сущность которых изложена в литературе [4,7].

3.2. Виды сварных соединений

Пред сваркой соединяемые детали взаимно ориентируют в со­ответствии с чертежом сварного изделия, фиксируют при необхо­димости в приспособлениях. Для получения сквозного сварного шва соединяемые детали должны быть подготовлены, например, кромки их должны иметь скос под определенным углом. Основные виды наиболее часто применяемых сварных соединений и способов подготовки кромок приведены в табл,3.1.

На виды сварки, конструктивные элементы сварных швов и подготовки кромок для них действуют государственные стандарты:

ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. ГОСТ 8713-79. Сварка под флюсом.

ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Сварные соеди­нения.

ГОСТ 16037-80. Соединения стальных сварных трубопроводов.

ГОСТ 14806-80. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные.

Кроме стандартов на соединения стыковые и под прямыми уг­лами, существуют стандарты на сварные соединения под острыми и тупыми углами (ГОСТ 11534-75, ГОСТ 11533-75, ГОСТ 23518-79).

Как видно из табл. 3.1, по взаимному расположению деталей соединения бывают стыковые (С1— ,С26), угловые (У1 У10), тав­ровые (Т1 —15) и внахлестку (Н1, Н2). По форме подготовленных кромок соединения могут быть без скоса (С2, С7, У4, Т1, Н1, Н2, и др.), с отбортовкой кромок (С1, У1), с прямолинейным скосом од­ной кромки (С8-гС12, У6, Т6, Т7), с прямолинейными скосами двух кромок (С17, У9 и др.), с криволинейными скосами (С13, С23, С26, Т2, Т5 и др.), а также с двумя скосами кромки (С 15, С16, С25, С26, У8, Т8, Т5 и др.). Характер выполнения шва может быть одно­сторонним (С1, С2, С8, С11, С17, У1, У4 и др.) и двусторонним (С7, С12.С13, С15идр.).

Чтобы обеспечить сквозное проплавление и получение свар­ного шва по всей толщине соединяемых деталей, их кромки долж­ны быть подготовлены под сварку. Основные виды подготовки кромок под сварку и обозначение их конструктивных элементов изображены на рис, 3.1.

Отбортовку кромок (рис3.1, а) применяют для деталей малой толщины 5 и обычно для сварки неплавящимся электродом без присадочного материала.Формирование шва происходит за сёт оплавление кромок.

Если толщина деталей более 3 мм, применяют прямолинейные односторонние скосы одной (в) или двух (г) кромок, двусторонние-одной или двух (д) кромок, а также криволинейные скосы (е). Ско­сы выполняют механической обработкой (точением, фрезеровани­ем, строганием), скалыванием под углом на специальных ножни­цах, кислородной, плазменной резкой и др. способами.

При сравнительно малой толщине детали (до 4 — 12 мм в зави­симости от типа соединения и вида сварки) ее можно осуществить без скоса кромок (б).

Чертежи деталей проектируют так, чтобы обеспечить требуе­мые зазоры Ъ между деталями, величину притупления I и угол скоса а. Зазор Ъ составляет 0⁺⁰'⁵, 0±1 и 2 ±'₂ мм при толщине деталей со­ответственно до 2; 4 и более мм.

Притупление I кромок назначают от 1±1 до 2±'₂ мм (большее притупление соответствует большей толщине 5)

Угол а скоса кромок зависит от способа сварки, вида скоса кромок и типа сварного соединения:

при ручной дуговой сварке для всех типов соединений с пря­молинейным скосом кромки одной детали а = 45°±2°, двух - 25°±2°;

для автоматической сварки под слоем флюса углы скоса такие же, что и при ручной, за исключением соединений С9, С12, когда о=40°±5° , СЮ, СИ, С25 - сг=30°+5° Т6₅ Т7, Т8 - о=50°±5°;

для сварки в среде инертных защитных газов при прямоли­нейном скосе одой кромки сс=50 °±2 °, двух «=30°±2 °, а для сварки в среде углекислого газа «=40 °±2 ° и о=30 °±2 ° соответственно; при всех соединениях кроме Г6, Т7 и Т8, у которых а на 5 ° больше;

криволинейные скосы предпочтительней при большой толщи­не изделий, скос может выполняться на одной из деталей с углом а=20 °±2 ° или на двух с а=12 °±2 ° для всех видов сварки и типов соединений.

Детали при стыковом соединении должны иметь одинаковую толщину. Допустимая разность толщины при сварке составляет не более 1, 2, 3 и 4 мм при толщине деталей соответственно до 4, 20, 30 и более мм. Если разность толщины больше, то на детали с большей толщиной делают скос под углом 15 ° с одной или двух сторон (рис.3.1, л).

При угловом соединении допускается не делать скос кромок, а формирование шва производить за счет смещения деталей на вели­чину /г (рис.3.1, и, к). Смещение может быть менее 0,55 или более 0,55 при толщине деталей до 6 и 30 мм соответственно.

Выбор типа соединения и способа подготовки кромок зависит от условий работы, толщины соединяемых деталей, конфигурации изделия и условий сварки. Так, наиболее дешевые соединения без подготовки кромок, но их сквозное проплавление ограничено тол­щиной детали. Скосы двух кромок, особенно криволинейные, наи­более трудоемки, но позволяют сократить массу наплавляемого ма­териала и время сварки.

Зазоры между соединяемыми деталями обычно невелики, в противном случае возможны вытекание расплавленного металла и прожог кромок. Это обстоятельство чаще всего проявляется при ав­томатической сварке.

Для защиты обратной стороны шва от вытекания металла мо­гут быть использованы ниже перечисленные приемы.

Замок, т.е. перекрытие одной детали другой (рис. 3.1, з). Пере­крытие деталей Ъ₂ составляет 3-20 мм, а зазор в замке 7=0⁺⁰⁵ мм. Способ эффективен, но дорогой.

Остающаяся стальная подкладка (рис. 3. I, ж), толщина ко­торой ^_I достигает 0,5 толщины детали, но не менее 3 мм, ширина 6/= 10—30 мм, а зазор между подкладкой и деталями г не должен быть более 0,5-1 мм. Этот способ применяют, в частности, при сварке шаровых резервуаров, сосудов малого диаметра. Такие под­кладки соответствуют соединениям СЮ, С19 (см. табл.3.1).

Съемная технологическая подкладка из меди для стали, из графита для меди и т. п., которая не приваривается и ее удаляют после сварки (С9, С18).

Предварительная ручная подварка корня шва (С 12, С13, С21, С23, У5, У10, Т2) является трудоемкой, ее применяют, когда свари­ваемое изделие невозможно кантовать или точно собрать перед сваркой.

Сварные соединения можно выполнять автоматической, полу­автоматической или ручной сваркой. Способ сварки выбирают в за­висимости от геометрических размеров изделий, свойств материа­лов, формы сварного шва и серийности производства.

Наиболее распространенные автоматы способны сваривать прямо­линейные горизонтальные швы или соединять цилиндрические де­тали типа тел вращения. Способы сварки более подробно рассмот­рены в 3.6.

Форма сварных швов после сварки показана в табл. 3.1. Так, ширина зоны расплавленного металла несколько больше, чем ис­ходный зазор между кромками. По высоте сварной шов больше толщины детали, т. е. имеет место так называемое усиление шва. Конструктивные элементы швов также регламентированы перечис­ленными ранее стандартами.

Усиление шва при необходимости снимают строганием, точе­нием или шлифовальными кругами до требуемой шероховатости поверхности.

При проектировании сварных изделий на чертеже конструктор указывает способ сварки, тип сварного соединения, конструктив­ные элементы швов и разделки кромок, марку электрода или про­волоки, способ контроля, допустимые дефекты.

Чертежи сварных изделий оформляют как чертежи сборочных единиц, т. е. выполняют сборочный чертеж и спецификацию в со­ответствии с ЕСКД. Условные обозначения швов сварных соедине­ний выполняют по ГОСТ 2.312-72. Так, шов сварного соединения изображают: видимый — сплошной основной линией, невидимый — штриховой линией. От изображения сварного шва проводят, ли­нию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой (рис.3.2). Линию-выноску предпочтительно проводить от изображения види­мого шва, с его лицевой стороны, с которой производят сварку ос­новного шва.

Условное обозначение шва производят на полке линии-выноски, а если линия-выноска проведена от оборотной стороны основного шва - под полкой. Вспомогательные знаки, входящие в обозначение шва, выполняют сплошными тонкими линиями, а вы­сота знаков равна высоте цифр и букв, входящих в обозначение.

а-сварной шов по замкнутому контуру. Соединение стыковое С8 с односторонней разделкой кромки по ГОСТ 14771-76, сварка дуговая в углекислом газе плавящим­ся электродом с последующим снятием усиления шва до шероховатости R_а не более 12,5 мкм. Обозначение указано от лицевой стороны;

б-свароой шов, выполняемый при монтаже. Соединение тавровое Т1 без скоса кромок по ГОСТ 5264-80. Сварка ручная дуговая. Высота катета шва 5 прерывистый с шагом 100 мм, при длине проваренного участка 50 мм. Обозначение казано от оборотной стороны шва.

в -сварное соединение С9 по ГОСТ 5264-80, выполняемое ручной дуговой сваркой с последующей зачисткой наплывов и неровностей до плавного перехода к ному металлу.

Элементы условного обозначения и вспомогательные знаки располагают в следующей последовательности (см. рис. 3.2).

1. Сварной шов, выполняемый при монтаже, обозначают зна­ком 1 в точке пересечения линии-выноски и полки (рис.здесь же может быть обозначен окружностью диаметром сварной шов по замкнутой линии (см. рис. 3.2, а).

2. Номер ГОСТа на способ сварки и вид сварного соединения. 3.Условное буквенно-цифровое обозначение сварного соеди­нения по стандарту.

4 Условное буквенное обозначение способа сварки по соот­ветствующему стандарту (на чертежах допускается не указывать).

Приняты следующие обозначения способов сварки: Р - ручная, АФ - автоматическая под флюсом на весу, АФф - автоматическая под флюсом на флюсовой подушке, АФо - автоматическая под флюсом на остающейся подкладке, АФм - автоматическая под флюсом на медной подкладке, АФк - автоматическая под флюсом с предвари­тельной подваркой корня шва, АФш - автоматическая под флюсом с предварительной подваркой шва; ПФ, ПФо, ПФш - то же, что и выше, но полуавтоматическая сварка; ИН - дуговая сварка в инерт­ных газах без присадочного металла, ИНп - в инертных газах с при­садочным металлом; ИП - в инертных газах и их смесях с углекис­лым газом плавящимся электродом; УП - в углекислом газе плавя­щимся электродом; ШЭ - электрошлаковая проволочным электро­дом.

5. Знак в виде прямоугольного треугольника и размер катета шва для угловых, тавровых и соединений в нахлестку (см. рис. 3.2,6).

6. Для прерывистого шва указывают в мм длину проваривае­мого участка и шаг. Их значения разделяют наклонной линией под углом 60° в случае цепного расположения швов или специальным знаком 2 для шахматного расположения (см. рис. 3.2, б).

7. Вспомогательные знаки, которые могут обозначать: усиле­ние шва снять (см. рис. 3.2, а), наплывы и неровности шва обрабо­тать с плавным переходом к основному металлу (см. рис. 3.2, в). Здесь же указывают требуемую шероховатость (Более подробно см. ГОСТ 2.312-72).

При наличии одинаковых швов им присваивают порядковый номер, условное обозначение выполняют только для одного шва, с указанием порядкового номера и количества швов на линии-выноске. Для остальных швов на полке вместо обозначения указы­вают только порядковый номер данной группы одинаковых швов.

Если на чертеже все швы одинаковы, допускается их обозна­чать только линиями-выносками, а в технические требования чер­тежа записывать все сведения о способе сварки и элементах свар­ных соединений.

Марку электрода или присадочного материала с указанием стандарта указывают в технических требованиях чертежа.