Виды сварных швов и соединений

Виды сварных  швов и соединений

Сварным швом (в дуговой  сварке) называется конструктивный элемент  сварного соединения на линии перемещения  источника сварочного нагрева (дуги), образованный затвердевшим после расплавления металлом.

Сварные швы классифицируются по конструктивному признаку, назначению, положению, протяженности и внешней  форме. 
По конструктивному признаку швы разделяют на стыковые и угловые (валиковые). Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительной разделки кромок швы бывают V-, U-, X- и K-образные. Для V- и U-образных швов, свариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных не проваров, являющихся источником концентрации напряжений.

При автоматической сварке принимаются меньшие размеры  разделки кромок швов вследствие большего проплавления соединяемых элементов (см. таблицу). Чтобы обеспечить полный провар шва, односторонняя автоматическая сварка часто выполняется на флюсовой подушке, медной подкладке или стальной остающейся подкладке.

При электрошлаковой сварке разделка кромок листов не требуется, но зазор в стыке принимают  не менее 14 мм.

Угловыми швами, весьма часто  применяемыми в конструкциях, являются поясные швы в балках и колоннах. Такими швами привариваются элементы конструктивного оформления (ребра, накладки), а также элементы в  углах решетчатых конструкций и  т.п. Угловые (валиковые) швы наваривают в угол, образованный элементами, расположенными в разных плоскостях. Применяющаяся при этом разделка кромок изделий показана на схеме:

 
Виды швов 
а – стыковой шов в однопроходном стыковом соединении; б –стыковой шов с подваркой корня в однопролетном стыковом соединении; в – фланговый и лобовой швы в нахлесточном соединении; г – угловые швы в тавровом соединении; д – прерывистые (шпоночные) швы в нахлесточном соединении; 1 – подварка корня шва; 2 – лобовой шов; 3 – фланговый шов; 4- угловые швы; 5 - прерывистые или шпоночные швы

Угловые швы, расположенные  параллельно действующему осевому  усилию, называются фланговыми, а расположенные  перпендикулярно – лобовыми.

Швы могут быть рабочими или связующими (конструктивными), сплошными  или прерывистыми (шпоночными). По положению  в пространстве во время их выполнения они бывают нижними, вертикальными, горизонтальными и потолочными.

 
Положение швов в  пространстве 
I – нижнее; II – вертикальное; III – потолочное; IV – горизонтальное на вертикальной поверхности

Сварка нижних швов наиболее удобна, легко поддается механизации, дает лучшее качество шва, поэтому при  проектировании следует рассматривать  возможность выполнения большинства  швов в нижнем положении. Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы  в большинстве своем выполняются  при монтаже. Они плохо поддаются  механизации, выполнить их вручную  трудно, качество шва хуже, поэтому  применение их в конструкциях ограничено.

Различают следующие сварные  соединения: стыковые, внахлестку, угловые  и тавровые.

 
Виды сварных  соединений 
а – стыковые; б – внахлестку; в – комбинированные; г –угловые; д – тавровые; 1 – лобовые; 2 – фланцевые швы; 3 – косой шов

Стыковыми называются соединения, в которых элементы соединяются  торцами и один элемент является продолжением другого. Такие соединения наиболее рациональны, так как имеет  наименьшую концентрацию напряжений при  передаче усилий, экономичны и удобны для контроля. 
 
Стыковые соединения листового металла выполняют прямым или косым швом.

Соединения внахлестку называют такие, в которых свариваемые  элементы, частично находят друг на друга (схема выше, б). Эти соединения широко применяют для сварки листовых конструкций небольшой толщины (2-5 мм), в решетчатых и других видах  конструкций. Разновидностью соединений внахлестку являются соединения с накладками с целью усиления стыков.

Соединения внахлестку с  накладками просты, но менее экономичны по расходу металла и вызывают резкую концентрацию напряжений, поэтому  их редко используют при переменных и динамических нагрузках, а так  же при низкой температуре.

Угловыми называются соединения, в которых свариваемые элементы расположены под углом (схема  выше, г).

Тавровые соединения отличаются от угловых тем, что в них торец  одного элемента приваривается к  поверхности другого (схема выше, д).

Во всех видах сварных  соединений применяются угловые  швы (валиковые). Только стыковые соединения выполняются с помощью стыковых швов. 
Работоспособность сварного соединения зависит от его качества, т.е. минимального числа дефектов. Наиболее часто встречающимися дефектами 
сварного соединения являются:

а) подрезы, представляющие собой углубления (канавки) в металле, идущими вдоль границы шва; 
б) непровары - отсутствие оплавления между металлом шва и основным металлом. При этом в местах непроваров обнаруживаются тонкие пленки оксидов и шланговые включения; 
в) шлаковые (неметаллические) включения – частицы шлака, не успевшие всплыть на поверхность шва до затвердения металла шва; 
г) поры – области, заполненные газом, выделяющимся в процессе сварки; 
д) горячие трещины – разрушение металла шва при температурах близких 
к температурам солидуса. Горячие трещины представляют собой 
межкристаллитное или межзеренное разрушение. При попадании в трещину воздуха, поверхность ее покрывается темными оксидами коричнево-синеватого цвета. Горячие трещины появляются тогда, когда металл шва не набрал еще способности сопротивляться развитию деформаций. 
е) холодные трещины наблюдаются после охлаждения сварного соединения. Характерной особенностью этих трещин является блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления. Образованию холодных трещин способствует изменение структуры металла в результате сварки, насыщения металла шва водородом из атмосферы сварочной дуги, а в некоторых случаях, основного металла в результате процесса термодиффузии, а также наличие напряжений, включая сварочные напряжения. Сварочные напряжения приводят к образованию холодных трещин после сварки до нагружения конструкции эксплуатационными нагрузками и даже до монтажа.