Часть I Сварные соединения

1.1. Общие сведения

Сварные соединения представляют собой основной тип неразъемных соединений. Они образуются путем местного нагрева деталей в зоне их соединения. В современном машиностроении применяют различные виды сварки. Наибольшее распространение получили электрические виды, основными из которых являются дуговая и контактная сварка. Различают три разновидности дуговой сварки:

1) автоматическая сварка под флюсом. Этот вид сварки высокопроизводителен и экономичен, дает хорошее качество шва. Применяется в крупносерийном и массовом производстве для конструкций с длинными швами;

2) полуавтоматическая сварка под флюсом. Применяется для конструкций с короткими прерывистыми швами;

3) ручная сварка. Применяется в тех случаях, когда другие виды дуговой сварки нерациональны. Этот вид сварки малопроизводителен. Качество шва зависит от квалификации сварщика.

Для дуговой сварки применяют электроды с различной обмазкой. По ГОСТ 9467-75 для ручной дуговой сварки конструкционных сталей изготовляют покрытые металлические электроды следующих типов:

Э42, Э46 и Э50  для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением _в до 500 МПа;

Э42А, Э46А и Э50А  для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с _в до 500 МПа, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;

Э55 и Э60  для сварки углеродистых и низколегированных сталей с 500  _в  600 МПа;

Э70, Э85, Э100, Э125, Э150  для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с _в  600 МПа.

Буква Э обозначает электрод, число после буквы Э обозначает минимальный гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/мм²; буква А обозначает гарантируемое получение повышенных пластических свойств металла шва.

Контактная сварка применяется в серийном и массовом производстве для нахлесточных соединений тонкого листового металла (точечная, шовная контактная сварки) или для стыковых соединений круглого и полосового металла (стыковая сварка).

1.2. Применение сварных соединений

В современном машиностроении, в строительстве и других отраслях промышленности сварные соединения вытеснили заклепочные, за исключением особых случаев. В настоящее время сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле. Сварными выполняют станины, рамы, корпуса редукторов, зубчатые колеса, шкивы, коленчатые валы и другие детали.

В массовом производстве применяют штампосварные детали, полученные дуговой автоматической или контактной сваркой.

1.3. Конструктивные разновидности сварных соединений и типы швов

В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов применяют следующие виды сварных соединений:

1) стыковые соединения, когда соединяемые детали расположены в одной плоскости и являются продолжением одна другой (рис. 1.1, а, б, в);

2) нахлесточные соединения, когда часть боковой поверхности одной детали перекрыта частью боковой поверхности другой детали (рис. 1.1, г, д, е);

3) тавровые соединения, когда к боковой поверхности одной детали торцом приварена другая деталь (рис. 1.1 , ж, з);

4) угловые соединения, когда сварные элементы расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 1.1, и, к).

Угловые соединения в силовых конструкциях не применяются.

Наиболее простыми, наиболее совершенными и надежными являются стыковые соединения, их рекомендуют в конструкциях, подверженных вибрационным нагрузкам.

Основные типы и конструктивные элементы сварных швов регламентируются ГОСТ 5264-80.

Основные виды стыковых швов и характер подготовки кромок для сварки (рис. 1.2) зависит от толщины соединяемых элементов.

При толщине их до 8 мм кромки свариваемых листов можно не разделывать; расстояние b между свариваемыми элементами перед сваркой (рис. 1.2, а, б) пропорционально толщине листов и колеблется в пределах 0  b  3 мм. При большой толщине свариваемых элементов применяют V-образные (рис. 1.2, б, г, е, ж) и U-образные (рис. 1.2, в) швы: симметричные (рис. 1.1, б, в), несимметричные (рис. 1.1, г, е), односторонние при 8    25 мм (рис. 1.1, б, в, г) и двусторонние при   25 мм (рис. 1.1, е, ж).

а	д
б в	е
г	ж	з
	и	к

Рис. 1.1. Виды сварных соединений

а	б	в
г	д	е
	ж

Рис. 1.2. Типы сварных стыковых швов

При стыковой сварке листов неодинаковой толщины наибольшую предельную разность толщины ₁ выбирают в зависимости от толщины  тонкого листа:

, мм	.............	4…8	9…11	12…25	 25
 1, мм	.............	0,6	4	5	7

При разности ₁ толщины листов, свариваемых встык, превышающей указанные пределы, на листе, имеющем большую толщину, должен быть сделан скос с одной или с двух сторон длиной l=5(₁) и l₁=2,5(₁).

Швы, предназначенные для соединения элементов, расположенных в разных (параллельных или пересекающихся) плоскостях, называются угловыми. В зависимости от формы сечения различают швы с сечением в виде равнобедренного (рис. 1.3, а) треугольника, неравнобедренного треугольника (рис. 1.3, б), основание которого больше высоты; треугольника с криволинейными сторонами (рис. 1.3, в).

Рис. 1.3. Угловые швы

За катет шва принимают меньший катет вписанного в сечение шва равнобедренного или неравнобедренного прямоугольного треугольника. Высота q выпуклости (усиления) шва допускается не более 2 мм для швов, выполненных в нижнем положении, и не более 3 мм для швов, выполненных в остальных положениях. Размер  (вогнутость сварного шва) допускается не более 3 мм. Угловые швы применяют для сварных соединений нахлесточных или с накладками (см. рис. 1.1, б, в) и тавровых (см. рис. 1.1, ж). Катет шва выбирают из условия K  , но не менее 3 мм.

В зависимости от расположения угловые швы бывают:

а) лобовые, расположенные перпендикулярно линии действия силы (рис. 1.4, а);

б) фланговые, расположенные параллельно линии действия силы (рис. 1.4, б);

в) комбинированные, состоящие из сочетания лобовых и фланговых швов (рис. 1.4, в).

а б в

Рис. 1.4. Нахлесточные соединения угловыми швами

Из-за дефектов сварки на концах шва (непровар в начале и кратер в конце шва) принимают минимальную длину шва не менее 30 мм. В нахлесточных соединениях принимают длину нахлестки l  4, где   минимальная толщина свариваемых деталей. Длина лобовых швов не ограничена. Длина фланговых швов не должна превышать 50K для ограничения неравномерности распределения напряжений по длине флангового шва. Сварные швы должны образовывать равнопрочную (равномерно нагруженную) конструкцию. Например, при выполнении соединения уголков с косынками (рис. 1.5) лобовой шов выполняют от вершины угла длиной l_л = 2Z₀ (Z₀  расстояние от угла до оси инерции уголка), а длина фланговых швов l_ф обратно пропорциональна расстоянию до этой оси:

; ;

;

здесь  суммарная длина фланговых швов; , - длина флангового шва по обушку уголка; - длина флангового шва по перу уголка.

Рис. 1.5. Сварное соединение уголка с косынкой