Галина Серикова - Сварочные работы. Практический справочник

3. Стараются симметрично располагать ребра жесткости в конструкциях и сводят их количество к минимуму. Симметричность необходима и при расположении сварных швов, так как это уравновешивает возникающие деформации (рис. 7), т. е. последующий слой должен вызывать деформации, противоположные тем, которые развились в предыдущем слое.

Рис. 7. Последовательность наложения сварных швов для уравновешивания деформаций

Эффективен и способ обратных деформаций (рис. 8). Перед сваркой в конструкции (как правило, швы в ней должны располагаться с одной стороны относительно оси либо на различных расстояниях от нее) вызывают деформацию, обратную той, что возникнет в ней при сварке.

Рис. 8. Сваривание гнутых профилей как пример применения обратной деформации

4. Ограничивают применение таких способов соединения, как косынки, накладки и др.

5. По возможности отдают предпочтение стыковым швам, для которых концентрация напряжений не столь характерна.

6. Предполагают минимальные зазоры на разных участках сварки.

7. В сопряжениях деталей предусматривают возможность свободной усадки металла шва при охлаждении в отсутствие жестких заделок.

8. Практикуют изготовление конструкций по секциям, чтобы потом сваривать готовые узлы. Если последние имеют сложную конфигурацию, то заготавливают литые и штампованные детали, чтобы снизить неблагоприятное воздействие жестких связей, которые дают сварные швы.

9. Выбирают технологически обоснованную последовательность (рис. 9) выполнения сварных швов, при которой допускается свободная деформация свариваемых деталей. Если, например, требуется соединить листы, то в первую очередь выполняют поперечные швы, в результате чего получают полосы, которые потом сваривают продольными швами. Такая очередность исключает жесткую фиксацию соединяемых частей листов и позволяет им свободно деформироваться при сварке.

Рис. 9. Оптимальная последовательность выполнения сварных швов при сварке листов: а – настила; б – двутавровой балки

Направление ведения сварного шва также имеет значение. Если вести его на проход либо от центра к концам, то в середине шва разовьются поперечные напряжения сжатия; если двигаться от краев к центру, то в середине шва не избежать появления поперечных напряжений растяжения, следствием которых будут трещины в околошовной зоне или самом шве (рис. 10).

Рис. 10. Напряжение в продольном сечении шва при сварке (– – напряжение сжатия; + – напряжение растяжения): а – на проход; б – от концов к центру

10. При соединении частей из металла значительной толщины (более 20–25 мм) применяют многослойную дуговую сварку, выполняя швы горкой или каскадом (рис. 11). Шов горкой накладывается следующим образом: первый слой имеет длину примерно 200–300 мм, второй длиннее первого в 2 раза, третий длиннее второго на 200–300 мм и т. д. Достигнув «горки», сварку продолжают в обе стороны от нее короткими валиками. Такой способ способствует поддержанию участка сварки в нагретом состоянии. В результате тепло распространяется по металлу более равномерно, что снижает напряжения.

Рис. 11. Очередность наложения швов при многослойной дуговой сварке (размеры указаны в миллиметрах): а – горкой; 1 – ось «горки»; 2 – толщина металла; б – каскадом

11. Помогает снизить коробление швов соединяемых конструкций и деталей выполнение швов в обратноступенчатом порядке (рис. 12). Для этого протяженные швы делят на части длиной 150–200 мм и сваривают их, ведя каждый последующий слой в направлении, обратном предыдущему слою, причем стыки следует размещать вразбежку. Причина таких действий заключается в том, что деформации в соседних участках будут противоположно направленными по отношению друг к другу и равномерными, поскольку металл будет прогреваться равномерно.

Рис. 12. Последовательность наложения обратнопоступательного шва

12. Рассчитывают адекватный тепловой режим сварки. Если при работе есть возможность перемещать изделие (деталь) или если основной металл предрасположен к закалке, тогда используют более сильный тепловой режим, благодаря чему объем разогреваемого материала возрастает, а сам он остывает медленнее. В определенных ситуациях (если сварка проводится при пониженной температуре воздуха, металл имеет большую толщину или является сталью, склонной к закалке, и др.) помогают предварительный или сопровождающий подогрев либо околошовной зоны, либо всего изделия. Температура, до которой следует довести металл, зависит от его свойств и составляет 300–400 °C для бронзы, 250-270 °C для алюминия, 500–600 °C для стали, 700–800 °C для чугуна и т. д.

Если сваривают жестко зафиксированные детали или конструкции, тогда применяют менее интенсивный тепловой режим и варят электродами, способными давать пластичный металл шва.

13. Осуществляют отжиг и нормализацию изделия или конструкции после окончания сварки (последнее полностью ликвидирует напряжения). При отжиге температуру стального изделия доводят до 820–930 °C, выдерживают (общее время составляет примерно 30 минут, длительная выдержка нежелательна, поскольку приводит к росту зерен) и постепенно охлаждают (на 50–75 °C в час), доводя температуру до 300 °C. Это дает ряд преимуществ: во-первых, шов приобретает мелкозернистую структуру с улучшенным сцеплением зерен, благодаря которой металл шва и околошовной зоны становится более пластичным, во-вторых, металл шва получается менее твердым, что имеет большое значение для последующей обработки резанием или давлением; в-третьих, это полностью снимает внутренние напряжения в изделии.

Основные отличия нормализации от полного отжига – более высокая скорость охлаждения, для чего температура, до которой нагревают изделие, на 20–30 °C превышает критическую, и то, что выдержка и охлаждение проводятся на воздухе.

14. Избегают планировать в изделиях и конструкциях сварные швы, неудобные для выполнения, например вертикальные, потолочные.

15. Обеспечивают минимальную погонную энергию, достижимую при высокой скорости сварки в сочетании с наименьшими поперечными сечениями швов.

16. Уменьшают число прихваток и их сечения.

17. Проковывают швы в холодном или горячем состоянии, что уменьшает внутренние напряжения и увеличивает прочность конструкции.

Сварочные материалы и оборудование для дуговой сварки

Сварочная проволока

Чтобы заполнить зазор между свариваемыми частями, применяют присадочный материал, который имеет вид прутка или проволоки и вводится в зону сварочной дуги.

Если осуществляется ручная дуговая сварка, то используют плавящиеся электроды, которые представляют собой прутки или стержни с нанесенным на них специальным покрытием (обмазкой). При механизированном процессе электрод имеет вид проволоки, которая намотана на кассету (катушку). Для плавящихся электродов и наплавочных работ применяются различные марки проволоки (табл. 2).

Таблица 2. МАРКИ ПРОВОЛОКИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМИСЯ ЭЛЕКТРОДАМИ И НАПЛАВОЧНЫХ РАБОТ

Для маркировки сварочной проволоки существует специальное обозначение – индекс «Св», после которого идут цифры и буквы. За каждой из них стоит определенное значение:

– индекс «Св» обозначает «сварочная»;

– две цифры после индекса – среднее содержание в материале углерода, составляющее сотые доли процента;

– буквы – легирующие химические элементы: азот (А), который встречается исключительно в высоколегированной проволоке, марганец (Г), кремний (С), хром (Х), никель (Н), титан (Т), алюминий (Ю), молибден (М), ниобий (Б), цирконий (Ц), бор (Р), вольфрам (В), ванадий (Ф), медь (Д), кобальт (К);

– цифры после букв – содержание указанного элемента, составляющее проценты; отсутствие цифры после букв показывает, что содержание данного элемента составляет менее 1 %;

– буква А, завершающая маркировку низкоуглеродистой и легированной проволоки, свидетельствует о повышенной чистоте материала по содержанию серы и фосфора; удвоенная буква А в проволоке марки Св-08 АА – о пониженном содержании серы и фосфора относительно проволоки марки Св-08 А.

Например, проволока, имеющая маркировку Св-08 ХГ2 С, расшифровывается так: в состав сварочной проволоки входят углерод (0,08 %), хром (менее 1 %), марганец (до 2 %), кремний (менее 1 %); Св-02 Х19 Н9 – углерод (не более 0,02 %), хром (19 %), никель (9 %).

При всех видах сварки плавлением и для электродов используется стальная сварочная проволока различного диаметра – 0,3, 0,5, 0,8, 1, 1,2, 1,6 2, 2,5, 3, 4, 5, 6, 8, 10 или 12 мм, причем для изготовления электродов для ручной дуговой сварки применяется проволока диаметром 2–6 мм; для автоматизированной и механизированной сварки в среде защитных газов и под флюсом – 0,8–5 мм; для наплавочных работ – от 5 мм.