27. Види зварених з'єднань деталей і типи зварених швів

Зварювання – це технологічний процес з'єднання металевих деталей, заснований на використанні сил молекулярного зчеплення і який відбувається при сильному місцевому нагріванні їх до розплавленого (зварювання плавленням) чи пластичного стану із застосуванням механічного зусилля (зварювання тиском). Вона є одним з найпоширеніших сучасних прогресивних способів одержання різних машинобудівних, будівельних і інших конструкцій. Зварюванням виготовляють станини, рами і підстави машин, корпуси редукторів, зубчасті колеса, шківи, зірочки, маховики, барабани, ферми, балки, колони, парові котли, цистерни, різні резервуари, труби, корпуси річкових і морських судів і т.п.

Затверділий після зварювання метал, що з'єднує зварювальні деталі, називається звареним швом.

В наш час освоєне зварювання всіх конструкційних сталей (включаючи високолеговані), чавуна, мідних, алюмінієвих і інших сплавів кольорових металів, а також деяких пластмас.

У порівнянні з клепаними і литими зварені конструкції забезпечують істотну економію металу і значно знижують трудомісткість процесу виготовлення. Тому зварені конструкції в більшості випадків набагато дешевше клепаних і литих. При заміні клепаної конструкції звареною економія металу в основному досягається внаслідок часткового чи повного усунення додаткових деталей (накладок, косинок і т.п.) і кращого використання металу через відсутність отворів, що послабляють робочі перетини. Застосування зварювання замість клепки знижує масу конструкції до 10...20%. При заміні литих конструкцій звареними економія металу досягається завдяки можливості застосування менших перетинів елементів конструкції, тому що товщина стінок литих деталей, обумовлена з урахуванням технології лиття, значно більше, ніж у зварених деталей (іноді в 2...3 рази і більш); більш конструктивного розміщення елементів, що неможливо здійснити в литих конструкціях через небезпеку виникнення великих залишкових напружень; зменшення припусків на механічну обробку. Маса зварених конструкцій у порівнянні з чавунними литими знижується до 50%, а в порівнянні зі сталевими литими – до 30%. Автоматичне зварювання є самим продуктивним для зварювання сталевих листів товщиною 40...50 мм. Ефективність зварювання зростає зі збільшенням товщини листів, що зварюються. Електрошлаковим способом зварюють сталеві і чавунні вироби товщиною до 1 м і вище, як, наприклад, станини прокатних станів, пресів, молотів і т.п.

С тикове контактне зварювання засноване на нагріванні стикуємих торців деталей теплотою, що виділяється при проходженні електричного струму. Нагрівання торців деталей проводиться або до оплавлення їх (зварювання плавленням), або до пластичного стану з наступним здавлюванням деталей (зварювання тиском). Цей спосіб зварювання самий продуктивний і рентабельний при масовому і крупносерійному виробництві. Шовне контактне зварювання, при якому з'єднання елементів виконуються внахлест обертовими дисковими електродами у вигляді неперервного чи перервного шва, застосовується для одержання герметичних швів у тонколистових конструкціях (різні посудини). Точкове контактне зварювання, при якому з'єднання елементів відбуваються на ділянках, обмежених площею торців електродів, застосовується для тонколистових конструкцій, у яких не потрібно герметичність швів.

Види зварених з'єднань і типи зварених швів

У залежності від розташування частин, що з'єднуються, розрізняють наступні види зварених з'єднань: стикові (рисунок 27.1, а...е), внахлест (рисунок 27.2, а...г), з накладками (рисунок 27.3), кутові (рисунок 27.4, а...с), таврові (рисунок 27.5, а...г). Стикові з'єднання – найпоширеніші, тому що зварені встик деталі майже цілком заміняють цільні. З'єднання з накладками застосовуються тільки в тих випадках, коли стикове з'єднання не забезпечує необхідної рівноміцності з цільним металом. Зварені шви стикових з'єднань (див. рисунок 27.1) називають стиковими. Зварені шви внахлест (див. рисунок 27.2), кутові (див. рисунок 27.4) і таврові (див. рисунок 27.5) називають кутовими. З'єднання з накладками здійснюють стиковими і кутовими швами (див. рисунок 27.3).

Якщо у з'єднанні внахлест кутові шви не забезпечують необхідної міцності, то іноді додатково до кутового застосовують пробочні (рисунок 27.6, a), прорізні (рисунок 27.6, б) чи проплавлені (рисунок 27.6, в) шви. Пробочний шов отримують шляхом заповнення розплавленим металом отворів круглої форми в одній чи в обох деталях, що з'єднуються. Прорізи прорізних швів можуть бути закритими чи відкритими. Проплавлений шов здійснюють проплавленням однієї деталі, накладеної на іншу.

У залежності від виду з'єднання, форми підготовлених країв зварених деталей і характеру виконання шва розрізняють стикові в кутові зварені шви декількох типів.

Стикові шви за формою підготовлених країв деталей розрізняють: без скосу країв (див. рисунок 27.1, а, б), V-образні (див. рисунок 27.1, в, г), Х-образні (див. рисунок 27.1, д), U-образні (див. рисунок 27.1, е) і ін.

За характером виконання вони можуть бути: однобічними з підварюванням з іншої сторони (див. рисунок 27.1, a, в, е); однобічними зі сталевими приварними чи мідними від’ємними підкладками з іншої сторони (див. рисунок 27.1, б, г) і двосторонніми (див. рисунок 27.1, д).

К утові шви за формою підготовлених країв деталей розрізняють: без скосу країв (див. рисунок 27.2; 27.4, a, б; 27.5, a), зі скосом одного краю (див. рисунок 27.4, в; 27.5, б, в) і зі скосом двох країв (див. рисунок 27.5, г). За характером виконання вони бувають: однобічні (див. рисунок 27.4, a, в; 27.5, в) і двосторонні (див. рисунок 27.2,a; 27.4,6; 27.5, a, б, г).

За формою перетину кутові шви підрозділяють на нормальні, виконувані з перетином у вигляді рівнобедреного прямокутного трикутника (див. рисунок 27.2, a); спеціальні з перетином у вигляді прямокутного нерівнобедреного трикутника з великою основою.