Какие зоны включает в себя сварные соединения

Структура зоны термического влияния при сварке – Осварке.Нет

Разные части сварного соединения имеют разную микроструктуру. Условно его можно поделить на три части:

1. основной металл;
2. зона термического влияния;
3. сварной шов.

Зона термического влияния — часть основного металла прилегающая к сварочному шву, которая не расплавлялась, но ее структура и свойства меняются под влиянием нагрева при сварке.

Рис. 1. Структура и участки зоны термического влияния

По степени воздействия высоких температур на металл зона термического влияния делится на участки: участок неполного расплавления, участок перегрева, участок нормализации, участок неполной кристаллизации, участок рекристаллизации и участок синеломкости.

Участок неполного расплавления является переходным от металла шва до основного металла. Этот участок нагревается выше температуры плавления и находится в твердо-жидком состоянии. В этой области происходит сплавление кристаллов металла шва с основным металлом, поэтому от свойств этого участка зависит во многом качество сварного соединения. Для соединений выполненных дуговой сваркой эта зона составляет 0,1-0,5 мм.

Участок перегрева является зоной значительно перегретого основного металла (1100-1500 °C) крупнозернистой структурой. Для этого участка характерно понижение физических свойств пластичности и ударной вязкости. В соединениях с повышенным содержанием углерода в этой зоне могут образовываться закалочные структуры. Размер участка может достигать 3-4 мм. Чтобы уменьшить этот размер, следует увеличить скорость сварки или выполнять соединение за несколько проходов.

Участок нормализации является нагретым  от 930 до 1100 °C основным металлом. Находится металл нагретым до такой температуры недолго и в процессе перекристаллизации формирует мелкозернистую структуру металла. Механические свойства участка повышаются в сравнении с состоянием до сварки.Длина участка от 0,2 до 4-5 мм

Участок неполной перекристаллизации является областью нагретой до 720-850 °С. Для этого участка характерна неполное изменение структуры металла. Вокруг зерен феррита в данном участке находятся мелкие зерна феррита и перлита, образовавшиеся в процессе перекристаллизации. Как следует из названия в этом участке металл не прошел полную перекристаллизацию. Размер участка от 0,1 до 0,5 мм в зависимости от режимов и вида сварки.

Участок рекристаллизации является область металла нагретого до 450-720 °С. Этот участок можно наблюдать при сварке сталей подвергавшихся пластическим деформациям (при сварке проката). На этом участке наблюдается восстановление зерен разрушенных при деформации. Размер участка от 0,1 до 1,5 мм.

Последний участок синеломкости лежит в промежутку температур от 200 до 450 °С. На участке можно увидеть синие цвета побежалости. На этом участке не проходит структурных изменений, но для него свойственно снижение пластических деформаций.

Размеры зоны термического влияния

Ширина зоны термического влияния зависит от выбранного способа и параметров режима сварки:

• при ручной дуговой сварке — 3-6 мм;
• при сварке под флюсом — 2-4 мм;
• при сварке в защитных газах — 1-3 мм;
• при газовой сварке — 8-28 мм;
• при электрошлаковой сварке — 11-14 мм.

Увеличение скорости сварки и уменьшение силы тока приводит к снижению размеров зоны термического влияния.

Улучшение свойств и структуры зоны термического влияния

Для улучшения структуры и свойств металла шва и зоны термического влияния используют горячую проковку шва, общую термообработку и медленное охлаждение.

Для предотвращения образования закалочных структур при сварке средне- и высокоуглеродистых сталей используют предварительный и сопутствующий подогрев, а после сварке медленно охлаждают.

Сохранить:

Источник: http://osvarke.net/soedineniya/zona-termicheskogo-vliyaniya/

Классификация сварочных соединений

Сваркой металлов пользуются в тех случаях, когда необходимо получить наиболее прочные, герметичные и надежные неразъемные соединения. Сварочные технологии послужили толчком для бурного развития технического прогресса.

Многие конструкции просто не могли быть созданы без их использования. Существуют различные сварочные технологии, основанные на применении процессов электрической или газовой сварки, а также типы сварочных соединений, классификация которых довольно проста.

Типы сварки

Практически все многообразие применяемых сварочных технологий можно отнести к одному из следующих типов:

Электродуговая сварка заключается в том, что между соединяемой заготовкой и сварочным электродом подается напряжение, вызывающее зажигание электрической дуги.

Высокая температура, возникающая при горении дуги, приводит к расплавлению участков соединяемых деталей, непосредственно прилегающих к месту будущего сопряжения.

В месте будущего шва образуется так называемая сварочная ванна, то есть, расплавленный металл, после кристаллизации которого, образуется надежный и прочный сварной шов.

По уровню использования автоматизации процесса, электродуговая сварка может быть ручной, с применением штучного сменяемого сварочного электрода, полуавтоматической, с бесконечным, непрерывно подаваемым проволочным электродом, и автоматической, осуществляемой без участия сварщика.

Кроме перечисленного, электродуговой сварочный процесс может быть атмосферным, либо в среде защитных газов, препятствующих окислению расплавленного металла и способствующих образованию более качественного сварного шва.

В случае электрической контактной сварки соединяемые элементы сжимаются с большим усилием, и через место контакта пропускается значительный электрический ток.

В результате, соединяемые металлические детали разогреваются до пластичного состояния, и под воздействием сжимающего усилия свариваются между собой.

Газовый сварочный процесс происходит благодаря плавлению соединяемых металлов, а также присадочного материала при горении газа с применением специального газопламенного оборудования.

Как соединяют детали

Технологию производства сварочных соединений, включая их виды, размеры основных элементов и их условные обозначения на чертежах, устанавливает ГОСТ 5264-80. Чтобы правильно прочитать чертеж, предназначенный для сварки конструкции, надо ознакомиться с данным стандартом.

В соответствии с ГОСТом, при выполнении сварочных работ, могут применяться следующие виды соединений:

• стыковые;
• угловые;
• тавровые;
• нахлесточные.

О каждом из них стоит поговорить отдельно, поскольку выбор сварочного соединения и подготовка кромок заготовок напрямую влияют на качества шва.

Стыковые

Такое сварочное соединение характеризуется примыканием боковых поверхностей свариваемых деталей, находящихся в одной плоскости.

Существуют разновидности выполнения данной сварочной операции. Работа может выполняться без подготовки соединяемых поверхностей. При сваривании сравнительно тонкого листового материала, его края могут быть предварительно отбортованы, то есть, загнуты под углом 90 °C.

У более толстых заготовок для осуществления полного провара материала по толщине применяется скашивание кромок с одной или с двух сторон. Форма скоса кромок может быть прямолинейной или криволинейной.

Для удержания сварочной ванны в зоне шва, под свариваемые листовые заготовки иногда помещается плоская подкладка, которая после выполнения работ удаляется.

Сам шов при выполнении стыкового соединения может быть односторонним или двухсторонним.

Угловые

Это соединение применяют к деталям, не находящимся в одной плоскости, кромки которых расположены под некоторым углом друг относительно друга. Такие соединения также выполняются с предварительной подготовкой поверхностей, или без нее.

Подготовка заключается в скашивании соединяемых кромок разными способами, одна из плоскостей может быть отбортована. Сварные швы, в зависимости от конструктивных требований, односторонние или двухсторонние.

Тавровые

При тавровом соединении, кромка одной из свариваемых деталей присоединяется к поверхности другой детали под углом 90 °. Таким образом, поперечный разрез соединения имеет форму буквы «Т».

Для улучшения качества соединения применяются односторонние или двухсторонние скосы кромок присоединяемого элемента. Обработке подвергаются те детали, торцы которых привариваются к плоскостям других деталей.

Для лучшей проварки металла обычно при закреплении деталей обеспечивают наличие небольшого зазора между ними. Величина зазора составляет 2 – 3 мм.

Вообще, для каждой конкретной процедуры должна быть составлена технологическая карта операции, учитывающая все требования проекта собираемой конструкции.

Внахлест

Детали, соединяемые внахлест, накладываются одна на другую, находясь при этом в параллельных плоскостях. Швы выполняются с одной или с обеих сторон.

Производить скос кромок в этом случае не имеет смысла, так как торцевые участки и плоскости соединяемых деталей образуют вогнутый угол, хорошо удерживающий сварочную ванну и позволяющий выполнить прочный шов.

Другие классификации

В зависимости от протяженности шва сварочные соединения могут быть прерывистыми (стежками) и непрерывными. Последние используют для получения герметичной конструкции (трубы, различные емкости).

Меняя длину дуги, скорость сварки, глубину разделки, можно получать выпуклые и вогнутые сварочные соединения. Существует также нормальный вариант, когда соединение практически ровное, и шов не выступает над поверхностью, но и не образуем выемки.

Сварочные швы получают при различных положениях заготовки. В зависимости от этого они могут быть нижними (самое простое соединение), горизонтальными, вертикальными и потолочными (самый сложный вариант сварочных работ).

Расчеты

При проектировании различных конструкций, все технические параметры, включая применение определенного вида сварки, а также выбор способа соединения деталей, осуществляется на основании предварительного расчета. В первую очередь, производится расчет конструкции на прочность.

Исходными данными для этого служит моделирование нагрузок, которым будет подвергаться конструкция в процессе эксплуатации. Исходя из этого, выбирается материал и способ соединения отдельных элементов. Методы расчета каждого вида сварного соединения стандартизованы и унифицированы.

При проведении расчетов на прочность сварных швов определяют характер, направления и величины нагрузок на участки соединения. Полученные величины сравнивают с максимально допустимыми значениями для применяемых материалов.

На основании их сравнения делают заключение о запасе прочности конструкции. Такой расчет производится многократно, отдельно для каждого варианта соединения, вида применяемой сварки и конструкционного материала. Только в случае правильного расчета можно получить надежное соединение.

Источник: https://svaring.com/welding/teorija/svarochnye-soedinenija

Сварные соединения — типы и элементы | Веб-Механик

Добрый день, дорогие друзья. Сегодня мы рассмотрим тему «Сварные соединения — основные типы и элементы». Сварные соединения, в отличии от резьбовых,  являются неразъемными соединениями участков конструкций или изделий.

Сварные соединения включают в себя три зоны, которые образуются при сварке:

• зона сварного шва,
• зона сплавления,
• зона термического влияния

К тому же, к сварным соединениям относится и та часть металла, которая прилегает к зоне термического влияния.

Это краткое отступление :), а теперь:

Сварные соединения — основные типы и элементы

В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов применяют следующие типы сварных соединений.

Стыковые сварные соединения

Простые и наиболее надежные из всех сварных соединений, их рекомендуют в конструкциях, подверженных воздействию переменных напряжений. На рис. 1. а-г показаны различные варианты стыковых швов, выполненных ручной дуговой сваркой при различной толщине соединяемых элементов. При автоматической сварке происходит более глубокое проплавление металла, шов образуется в основном за счет основного металла, а не металла электрода как при ручной сварке.

Рис. 1 Стыковые сварные соединения: а — односторонний без скоса кромок: б — односторонний со скосом кромок: в — двусторонний с двумя симметричными скосами одной кромки; г — двусторонний с двумя симметричными скосами двух кромок

https://www.youtube.com/watch?v=qBf24cIxYuU

Возвышение стыкового шва над основным металлом является концентратором напряжений. Поэтому в ответственных соединениях его удаляют механическим способом.

Нахлесточные сварные соединения

Нахлесточные сварные соединения изображены на рис.2.1 а-в.

Рис. 2.1 Нахлесточные сварные соединения угловыми швами

Их выполняют угловыми швами с различной формой сечения:

• нормальные (рис. 2.2. а), профиль которых представляет собой равнобедренный треугольник;
• вогнутые (рис. 2.2. б) применяют в ответственных конструкциях при переменных нагрузках, так как вогнутость обеспечивает плавный переход, вследствие чего снижается концентрация напряжений. Вогнутый профиль получают последующей механической обработкой шва, что повышает стоимость соединения;
• выпуклые (рис. 2.2. в) — нерациональны, так как вызывают повышенную концентрацию напряжений;
• специальные (рис.2.2. г), профиль которых представляет неравнобедренный прямоугольный треугольник, применяют при переменных нагрузках. За катет шва k- принимают катет вписанного в сечение шва равнобедренного треугольника (см. рис. 2.2 б). В большинстве случаев значение к принимают равным толщине 5 свариваемых деталей, но не менее 3 мм.

Рис. 2.2 Угловые швы

Угловые швы бывают:

• лобовые, расположенные перпендикулярно линии действия силы F (см. рис. 2.1. а):
• фланговые, расположенные параллельно линии действия силы F (см. рис. 2.1. б);
•  комбинированные, состоящие из сочетания лобовых и фланговых швов (см. рис. 2.1. в).

В нахлесточных соединениях возникает изгибающий монет М = Fδ (см. рис. 2.1. a) от внецентрового действия растягивающих или сжимающих сил, что является недостатком соединений.

Тавровые сварные соединения

В них свариваемые элементы располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Соединение может быть выполнено угловыми (рис. 3. а) или стыковыми (рис. 3. б) швами.

Рис. 3. Тавровые сварные соединения

Источник: http://web-mechanic.ru/tehnich-svedeniya/konstruktivnye-elementy/svarnye-soedineniya-tipy-elementy.html

Виды и классификации сварных соединений и швов

Сварочный шов – это участок соединения двух частей в единое целое, благодаря расплавлению металла под воздействием высокой температуры и дальнейшей его кристаллизации. На сегодняшний день различают более 100 типов соединений. Они все разделяются по особым параметрам и делятся на различные группы и подгруппы, в связи с чем и существует множество классификаций сварных швов.

По виду сварного соединения

Классификация сварных швов по виду сварного соединения делится на стыковые и угловые. Какое именно произвести соединение в той или иной ситуации, решает мастер, отталкиваясь от положения деталей в пространстве.

• Швы угловые производятся тогда, когда заготовки находятся по отношению друг к другу под углом.
• Сварка стыковых соединений образуется в результате прилегания двух частей или деталей торцами друг к другу, которые располагаются на одной плоскости. Сама дорожка при этом может быть трех видов – вогнутая, выпуклая или плоская. Последняя применяется чаше всего, так как она не имеет особо выраженного перехода на стыке деталей, что выглядит более естественно, в сравнении с остальными двумя типами. Такой метод чаще всего используется при электродуговой сварке на низких токах, чтобы не пропалить заготовку. Например, тонколистовая сталь – идеальный материал для применения сварки стыковых соединений.
• Прорезной (электрозаклепочный) производится в отверстии, которое имеется на детали и выполняется в виде точечных заклепок. То есть, при этом не образуется сварная ванна и шов результате, а детали спаиваются небольшими участками через пазы в заготовке.

По месту выполнения сварки

Классификация сварных соединений и швов данной категории зависит от положения свариваемых деталей в пространстве. Например, если нужно починить деталь какой-то конструкции, которую нельзя снять и положить, но она при этом находится на некотором расстоянии от пола, то работу мастер будет производить потолочным,нижним, горизонтальным или вертикальным соединением, отталкиваясь от размещения этой детали.

• Горизонтальные – это сварные швы, которые тянутся слева направо (или наоборот) на вертикальной детали. Чтобы при этом масса металла не стекала вниз, необходимо правильно подобрать скорость движения электродом или горелкой и силу тока (это подбирается для каждого случая в индивидуальном порядке, отталкиваясь от типа сварки, характеристик деталей и мастерства специалиста).
• Вертикальный метод производства стыковых швов ведется на вертикально расположенных заготовках, при этом швы ведутся сверху вниз (или наоборот). Сложность данного процесса заключается в том, что срабатывает сила притяжения Земли и расплавленная металлическая масса все время стекает вниз, что портит и качество и внешних вид детали. Такое соединения рекомендуется проводить в крайних случаях и только тем мастерам, у которых уже есть определенный теоретический и практических багаж знаний для работы такими дорожками. Подробнее с технологией вертикального шва можно ознакомиться тут.
• Потолочным называется положение, при котором деталь находится выше головы мастера, что намного усложняет процесс. При осуществлении потолочных сварочных швов нужно строго соблюдать правила безопасности и технологию выполнения сварки, потому что в данном случае опасность заключается в стекании массы расплавленного металла.
• Нижние способы сварки выполняются тогда, когда деталь располагается внизу по отношению к мастеру. Это самый удобный метод соединения, так как металл не растекается по сторонам или вниз, а стекает в кратер. Кроме этого, свободно выходят газы и шлаки на поверхность. Стыковое сварное соединение в нижнем положении выполняется формированием валиков на протяжении всего стыка деталей. При этом технология сварки простая – достаточно вести электрод или горелку прямо или зигзагом для создания надежной и эстетически привлекательной дорожки.

По конфигурации

Данная категория стыковых швов используется при ручной дуговой сварке электродом. Сюда относятся три типа сварочных швов – прямолинейные, криволинейные и кольцевые (спиральные).  Они производятся вне зависимости от положения рабочего изделия. Все типы швов данной классификации предполагают, как стыковое, так и нахлесточное сварное соединение.

По протяженности

Классификация сварных швов по протяженности бывает двух видов: сплошные или прерывистые.

• Прерывистый – это такой шов, который производится определенной длины с синхронным интервалом. Он, в свою очередь, делится на два типа – цепная дорожка и шов в шахматном порядке. Например, двусторонние прерывистые соединения на одной стороне стенки расположены против сваренных участков шва с другой ее стороны. Такие типы сцепления могут быть как односторонними, так и двусторонними. То есть, деталь спаивается с двух сторон. Расстояние между этими сварными отрезками называется «сварочный шаг».
• Сплошные способы сварки также делятся на короткие и длинные дорожки, и совершаются вдоль всей заготовки.
• Точечный способ стыковых швов значительно отличается от других, за счет того, что здесь нет сварочной ванны и дорожки. В этом случае заготовки соединяются точками, за счет нахлесточного сварного соединения. Такой способ зачастую применяется для пайки тонкого металла или аккумуляторов.

Способы протяженных швов: а) сплошной б) прерывистый, в) точечный, г) прерывистый шахматный, д) прерывистый сплошной (цепной)

По технологии выполнения

В зависимости от технологии, по которой производится скрепление, выделяют основные четыре вида:

• Подварочный, где — меньшая часть двухстороннего шва, выполняется предварительно для предотвращения прожогов при последующей сварке;
• шов-прихватка позволяет фиксировать детали, которые уже расположены для сварки;
• временный шов необходим, чтобы скрепить заготовки на некоторое время, а по окончанию работ он удаляется.
• монтажный сварной шов, используется во время монтажа различных конструкций.

По отношению к направлению действующих усилий

Сварка стыковых соединений содержит еще одну важную классификацию, в зависимости от отношения к направлению усилий:

• Продольный способ создания стыка (фланговый), при котором усилие действует параллельно оси дорожки;
• Поперечный метод (лобовой) сварного шва, при котором его ось находится перпендикулярно (90 градусов) к оси усилия;
• Комбинированное соединение сваркой включает в себя одновременно и фланговый и поперечный тип;
• Косой, при котором ось шва располагается под углом к направлению действующих усилий.

По форме наружной поверхности

По форме поверхности сцепления делятся на три основных типа:

• Выпуклые (усиленные)- это многослойные швы, применяемый в сцеплениях при статических нагрузках, но усиленный наплыв приводит к чрезмерному расходу электродного металла и в связи с этим для его использования нужно экономическое обоснование.
• Вогнутые (ослабленные) способы используются для скрепления тонкого металла.
• Нормальные или плоские актуальны при динамических нагрузках, так как они не имеют особого перепада между дорожкой и основным металлом.

По виду сварки

Классификация сварных швов по виду сварки разделяется в зависимости от типа воздействия сварочного аппарата. Например, при работе в среде аргона или другого защитного газа, соединение будет не иначе, как «газовым», при работе с электродом – «электродуговым». Самыми основными видами являются следующие швы:

• ручной дуговой сварки – стыковое или нахлесточное соединение реализуется вручную с помощью электрода. Таким образом, можно скрепить практически любой металл, толщиной от 0,1 до 100 мм в любом положении;
• автоматической сварки, которые осуществляются при работе с аппаратом – трансформатором, выпрямителем или инвертором;
• сварки в инертном газе. Такие стыковые, угловые и нахлесточные соединения считаются самые прочные, так как сварка происходит в среде инертных газов, которые защищают его от окисления. Большим плюсом такого скрепления является эстетический вид и отсутствие отходов и шлаков;
• газовой сварки – дорожка формируется под воздействием температуры, которая создается за счет горения рабочего газа, исходящего из горелки;
• паяных соединений, которые совершаются с помощью паяльника.

Кроме описанных, существует еще множество способов для соединения деталей, как обычных, так и нестандартных, которые применяются для заваривания деталей в труднодоступных местах. Например, швы могут быть однослойными (а) или многослойными(б, в), при которых накладывается несколько валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва.

Источник: https://svarkaed.ru/svarka/shvy-i-soedineniya/vidy-i-klassifikatsii-svarnyh-soedinenij-i-shvov.html

Зона термического влияния

Зоной термического влияния (ЗТВ) называют участки в области шва. В процессе сварки металл в этом месте испытывает различную термонагрузку, она влияет на изменение структуры сплава.

В околошовной области влияние нагрева проявляется внутренними напряжениями, трещинами. Прочность соединения снижается. Хотя металл в ЗТВ полностью не расплавляется, он нагревается до критических температур.

Структура и физические свойства сплава в области нагрева изменяются. Это сказывается на прочности сварного соединения.

Свойства

На протяжении зоны термического влияния у металла свойства меняются. Они определяются термопластическим циклом, зависят от локальности нагрева. Под воздействием температуры образуется зернистость. Чем дольше сплав прогревается до температуры фазового перехода, тем крупнее зерна. Меняются показатели ударной вязкости, пластичности. Это основные физические свойства металлоизделий.

Как же изменяется ширина зоны термического влияния с увеличением скорости сварки?

Чем быстрее нагревается и остывает деталь, тем меньше ЗТВ. При снижении силы тока сокращается влияние температуры, уменьшается размер ЗТВ.

Структура и размеры зоны термического влияния

Исходя из понятия зоны термического влияния (это нагреваемая область), нетрудно предположить, что на разном удалении от шва деталь нагревается. Для наглядности представим участок околошовной зоны сварки низкоуглеродистой стали.

Строение зоны термического влияния

Схема структурных изменений в зоне термического влияния делится на несколько участков:

1 – неполного расплава. Он является переходным, металл находится в состоянии диффузии наплавки и основного сплава, соединяются две фазы – жидкая и твердая. Протяженность участка небольшая, от 100 до 500 микрон. При температуре 1500°С начинается образование крупных зерен.

2 – перегрева (длина 3–4 мм), в сплаве образуются крупные зерна, характерные для закалочного процесса, сс-железо переходит в у-железо. Ударная вязкость и пластичность стали снижаются. Температура постепенно падает с 1500 °С до 1100°С.

Источник: https://svarkaprosto.ru/tehnologii/zona-termicheskogo-vliyaniya

Сварные соединения: все разновидности, подробное описание

Чтобы произвести грамотное и хорошее соединение металлов, необходимо применять сварочные работы. Это может делать только обученный профессионал, который знает обо всех нюансах варки. Благодаря сварочному шву можно соединить не только металлы, но и другие материалы. Все элементы, которые были состыкованы в неразъемный узел, представляют собой соединение, которое можно разграничивать на несколько зон.

Это такие соединения, которые получаются в процессе сварочной работы. Их разделяют на несколько зон:

1. Сплавочное место. Так называют границу между основным материалом и металлом полученного шва. Именно в этом месте будут находиться зёрна, которые будут отличаться своей структурой от состояния основного вида материала. Это происходит из-за того, что имеется частичное расплавление материала во время сварной работы.
2. Область термического влияния. Так называется зона основного материала, которая не подвергается оплавлению, хотя процесс нагрева произошёл, и структура изменилась.
3. Сварочный шов. Это такой участок, который будет образовываться во время процесса кристаллизации. Всё это происходит, когда металл начинает остывать.

Разновидности сварных швов и соединений

Различия сварных соединений объясняются тем, что рабочий применяет неидентичные расположения стыкуемых частей относительно друг друга.

По расположению

1. Встык. Стыковка элементов будет осуществляться на одной плоскости торцами друг к другу. Материалы могут иметь разную толщину, а потому соединяемые торцы относительно друг друга могут вертикально сместиться.
2. Соединение угловое. В таком варианте торцы будут смещаться под определённым углом. Процесс сварки осуществляется на всех краях деталей, которые будут примыкать друг к другу.
3. Соединение внахлёст.

   Детали под сварку располагаются параллельно и частично перекрывают друг друга.

4. Соединение торцевое. Несколько частей элементов, которые необходимо сварить, будут совмещаться параллельно друг другу, а после их состыкуют по торцам.
5. Тавровое соединение. При таком варианте торец детали примыкает к боку другого элемента под определённым углом.

   Виды сварочного соединения будут зависеть ещё и от вида сварочных швов, которые квалифицируются по некоторым основным признакам.

По способу выполнения

1. Односторонний шов. Его можно выполнять, полностью проплавляя металл по всей длине конструкции.
2. Двусторонний. Для начала нужно выполнить одностороннюю сварку, удалить корень, а уже после переходить к выполнению сварочных работ с другой стороны обрабатываемого материала.
3. Однослойный.

   Такой вид обычно выполняют с помощью сварки в один проход, получается один наплавленный валик.

4. Многослойный. Применение такого вида обычно обуславливается большой толщиной металла, когда выполнять сварку одним проходом невозможно по различным причинам. Слой шва состоит из нескольких валиков или проходов.

   Таким образом, есть возможность ограничить распространение термического воздействия. В результате получится очень качественное и прочное сварное соединение.

По пространственному положению

Различается несколько положений сварки:

1. Нижнее положение. Шов будет находиться в нижней горизонтальной плоскости, это угол в 0 градусов относительно земной поверхности. Горизонтальное положение. Валик будет вестись горизонтально, а деталь может располагаться под углом от 0 до 60 градусов.
2. Вертикальное. В такой ситуации поверхность, которая подвергается сварке, будет располагаться в плоскости от 60 до 120 градусов, а сама сварка будет проводиться по вертикальному направлению.
3. Потолочное положение. Вся работа будет проходить под углом в 120 или 180 градусов. Это означает, что сварной шов расположен над сварщиком.
4. Положение «в лодочку». Такое положение объясняется тем, что сваривать необходимо угловую или тавровую поверхность. Детали будут выставляться под определённым наклоном, а сварка проходить в угол.

По протяжённости

Можно производить непрерывный шов. Обычно такие применяются на производстве, когда нужно качественное и крепкое соединение. Но бывают и исключения.

Вторым вариантом считается прерывистый шов, который обычно применяется в угловом соединении. Такой вид шва может применяться в том случае, если необходимо шахматно закрепить некоторые детали друг с другом. Ещё такой вид соединения делается, если требуется цепной порядок сварки

Показатель сварного шва

Имеется несколько основных параметров, которыми характеризуются все полученные швы:

1. Ширина. Это размер, который устанавливается между границами шва, которые прорисовывают видимыми линиями сплавления.
2. Корень. Это будет вторая сторона, находящаяся в отдалении от лицевой части конструкции.
3. Выпуклость. Заметить можно в самой выпуклой части шва. Этим параметром обозначается расстояние от границы самого большого выступа до плоскости основного металла.
4. Катет. Такой параметр наблюдается только в тавровом или угловом соединении. Этот показатель можно измерить самым маленьким расстоянием от поверхности сбоку одной из деталей до ограничительных линий, которые находятся на поверхности второй детали.

Эту конструктивную особенность будут применять в таких ситуациях, когда толщина металла составляет более 7 мм. Разделка кромок означает снятие частей металла с кромки в определённой форме. Такой процесс необходимо выполнять при однопроходной сварке стыковых швов.

Это нужно для того, чтобы получилось правильное соединение. Если имеется толстый материал, то разделку нужно проводить для того, чтобы расплавить корневой проход, а после направляющими валиками равномерно заполнить полость. Таким образом будет провариваться металл по всей толщине.

Разделку кромок также выполняют, если толщина металла составляет больше 3 мм. Если значение более низкое, то можно прожечь металл.

Разделка характеризуется несколькими конструктивными параметрами:

• зазор;
• угол разделки кромок;
• притупление.

Чтобы посмотреть все эти параметры, необходимо изучить чертёж. Если производить разделку кромок, то увеличится количество расходного материала. Именно поэтому такую величину стараются как можно эффективнее минимизировать.

Она будет подразделяться по нескольким видам конструктивного исполнения:

1. V-образная.
2. Х-образная.
3. Y-образная.
4. U-образная.
5. Щелевая.

Особенности

1. Если имеется малая толщина материала, которая составляет от 3 до 25 мм, то необходимо применять одностороннюю V-образную разделку. Скос можно выполнить на 2 торцах или только на одном.
2. Если металл имеет толщину в 12−60 мм, то лучше всего сваривать с двухсторонней X-образной разделкой.
3. Для толщины в 20−60 мм желательно использовать расход металла при U -образной разделке.

   Так будет намного экономнее. Скос можно выполнить по двум или одному торцам. Тогда притупление составит 1 или 2 мм, а значение зазора равняется двум миллиметры.

4. Если имеется большая толщина металла, то наиболее эффективным способом является щелевая разделка.

Чтобы произвести качественное сварное соединение необходимо правильно выбрать процедуру, поскольку всё это будет влиять на несколько факторов шва:

1. Работоспособность.
2. Прочность и качество соединения.
3. Экономичность.

1. Дуговая сварка. Швы сварные и соединения по ГОСТу 5264−80 будут включать типы, конструктивные размеры для сварки, которые покрыты электродами в любых пространственных положениях. Сюда не будут входить трубопроводы, выполненные из стали.
2. Соединение стальных трубопроводов. Используется ГОСТ 16037–80 , который будет определять основной тип, разделку кромок, конструктивный размер при механизированном способе соединения.
3. Соединение трубопровода из меди и медно-никелевого сплава. Предусмотрен ГОСТ 16038–80 .
4. Дуговая сварка алюминия. Применяется ГОСТ 14806–80 . Формы, размеры, подготовка кромок для варки алюминия и сплавов, процесс происходит исключительно в защитной среде.
5. Флюс. ГОСТ 8713–19 . Все швы будут выполняться при помощи автоматической или механизированной сварки на весу при помощи флюсовой подушки. Применяется для металлов от 1,5 до 160 мм.
6. Алюминий в инертных газах. ГОСТ 27580–88 . Это стандарт на полуавтоматическую, ручную или автоматическую сварку. Выполнять необходимо неплавящимся электродом в инертных газах, где имеется присадочный материал и распространяется всё это, если алюминий имеет толщину от 0,8 до 60 мм.

Обозначение сварочных швов

Имеются специальные нормативные документы, которые обозначают название сварочных швов на чертежах или в общем виде.

Если швы видимые, то их обозначают сплошной линией. А если их не видно, то штрихованной линией. От линии будет отводиться специальные выноски со стрелками.

Обозначение сварного шва будет производиться на специальной полке для выноски. Надпись нужно сделать точно над полкой, если соединение будет находиться с лицевой стороны детали. Если имеется обратный вариант, то обозначение располагается под полочкой. Сюда нужно будет включить информацию о шве в определённой последовательности:

1. Вспомогательные символы.
2. Обозначение шва, конструктивного элемента и ГОСТ соединения.
3. Название шва по определённому стандарту.
4. Способ соединения деталей.
5. Если имеется угловое соединение, то в этом месте указывается катет.
6. Прерывистость шва, если имеется. Здесь необходимо указать расположение отрезка в сварке, а также шаг.
7. Дополнительные знаки, которые имеют вспомогательное значение.

Вспомогательные знаки

Такие знаки необходимо наносить сверху полочки, в том случае, если шов на чертеже будет видимым, и под ней, если он невидимый:

1. Снятие усиления шва.
2. Обработка деталей, которые обеспечивают плавный переход к основному виду материала, необходимо исключить наплывы и неровности.
3. Шов надо выполнять по незамкнутой линии, такой знак будет применяться, если он виден на чертеже.
4. Чистота обработки поверхности соединения.

Если каждое соединение будет выполнено только по одному ГОСТу, иметь идентичные разделки, а также конструктивные размеры, обозначения, то стандарты на сварку будут оказываться в техническом требовании.

В конструкции необязательно указывать все одинаковые швы, но их необходимо разбить по группам и присвоить порядковый номер. На одном шве нужно указать полное обозначение. На остальные же можно поставить только порядковый номер.

В нормативном документе необязательно указывать нужно точное количество групп, а также число швов.

https://www.youtube.com/watch?v=ZbnEIr5ITFc

Как видно, имеется очень много нюансов в сварной работе. Настоящий профессионал должен чётко разбираться во всех особенностях сварных соединений, а также знать все нюансы сварки, чтобы грамотно произвести свою работу. Вся необходимая информация будет указываться на чертеже, который также нужно уметь читать сварщику.

Источник: https://tokar.guru/svarka/raznovidnosti-svarnyh-soedineniy.html

Ответственное сварное соединение: требуется расчет

Андрей Алехин, Вадим Шелофаст

О сварных соединениях

Основные типы сварных соединений

Модель сварного соединения

Выбор допускаемых напряжений при расчете статической прочности сварных соединений

Расчет сварных соединений при переменных во времени нагрузках

Концентрация напряжений в сварных швах

Выводы

О сварных соединениях

По сравнению с другими типами неразъемных соединений сварные соединения в настоящее время являются наиболее распространенными — это объясняется тем, что они наиболее прочные, технологичные и экономичные. Применение сварных конструкций, например, взамен литейных позволяет снизить их массу более чем на 30%.

Тем не менее сварные соединения обладают целым рядом существенных недостатков:

• нагрев места шва при сварке изменяет механические свойства основного металла в сторону их ухудшения;
• неоднородный нагрев приводит к возникновению остаточных напряжений и, как следствие, к остаточным деформациям;
• в сварном шве имеет место существенная анизотропия свойств металла;
• в области сварного шва возникают местные напряжения, существенно влияющие на его прочность, особенно в условиях переменного нагружения;
• высокая концентрация напряжений и другие неблагоприятные факторы делают сварные соединения недолговечными при переменной внешней нагрузке, особенно в условиях ударного нагружения;
• контроль качества сварного шва довольно сложен и не всегда экономически оправдан.

Основные типы сварных соединений

По виду взаимного расположения свариваемых деталей сварные соединения бывают стыковыми, нахлесточными, тавровыми, угловыми и точечными. В данной статье речь пойдет о расчете шовных сварных соединений.

Традиционные методы расчета и проектирования сварного соединения при постоянной внешней нагрузке зависят от типа соединения, способа сварки и вида шва и реализованы в модуле расчета и проектирования соединений АРМ Joint системы APM WinMachine. Кроме общих предположений, характерных для расчета прочности вообще, при построении моделей сварных соединений для выполнения приближенных инженерных расчетов делаются некоторые дополнительные допущения, свойственные именно этому типу соединений:

• свариваемые детали считаются недеформируемыми, а сварные швы — напротив, податливыми;
• не учитываются концентрации напряжений, наличие которых характерно для мест резкого изменения формы, а расчет выполняется только по номинальным напряжениям;
• материал шва считается однородным и изотропным;
• деформации считаются малыми и пропорциональными напряжениям;
• сечения, которые до начала деформирования были плоскими, сохраняют форму.

Более подробно расчет соединений в системе APM Joint уже рассматривался на страницах журнала «САПР и графика».

Определение распределения напряжения по сварному шву основывается на принципе суперпозиции, или независимого действия сил. Погрешности, возникающие в рамках используемых моделей, следует учитывать путем введения коэффициентов запаса прочности.

Существенная доля погрешности вносится предположением об абсолютной жесткости соединяемых деталей и податливости сварных швов. Особенно это сказывается на проектировании сварных швов при сварке тонких деталей.

От отдельных допущений можно отказаться, если в качестве инструмента для выполнения расчета использовать МКЭ.

Система автоматизированного проектирования APM WinMachine включает все необходимые программные средства для анализа прочности сварного соединения методом конечных элементов: графический 3D-редактор APM Studio и систему конечно-элементного анализа APM Structure3D.

Модель сварного соединения

Подготовка модели осуществляется в графическом 3D-редакторе APM Studio. Создание твердотельных деталей и сборок возможно как непосредственно в APM Studio, так и путем импорта из сторонних графических редакторов через формат STEP.

Сварной шов моделируется как отдельная твердотельная деталь в составе сборки. Такой подход позволяет учитывать подготовку кромок для анализа их влияния на напряженно-деформированное состояние соединения.

Примеры сборок сварных узлов основных типов представлены на рис. 1-3.

Рис. 1. Модель сборки сварного узла нахлесточного соединения проушины с плоской пластиной

Рис. 2. Модель сборки таврового соединения трубы с плоской поверхностью

Рис. 3. Модель сварного узла, выполненного угловым швом

Для конечно-элементного анализа сборки прежде всего необходимо задать все совпадающие грани. Впоследствии при расчете будет учтены совместные перемещения совпадающих граней сварного шва и соответствующих сопрягающих поверхностей. Подготовка сборочной модели к расчету включает также задание закрепления и нагрузок.

Режим конечно-элементного анализа APM Studio позволяет непосредственно в редакторе задавать как закрепления, так и нагрузки. Для задания основных видов нагрузки: равномерно распределенная нагрузка по поверхности (давление), равномерно распределенная нагрузка по ребру, переменная нагрузка по грани — в APM Studio имеются необходимые инструменты.

Исходные значения нагрузок могут быть получены на основании прочностного расчета в целом стержневой или пластинчатой модели конструкции в системе APM Structure3D.

После подготовки сборочной модели к расчету необходимо осуществить генерацию конечно-элементной сетки. В генератор конечно-элементной сетки встроен автоматический «улучшатель», следящий за тем, чтобы в качестве конечных элементов преимущественно применялись равносторонние тетраэдры, которые считаются наиболее оптимальными в плане минимизации погрешности расчета напряженно-деформированного состояния.

Выбирать шаг разбиения (сторона тетраэдра) необходимо так, чтобы он был меньше катета сварного шва примерно в 3-5 раз. Такое разбиение позволяет учесть концентраторы напряжений в сварном шве. Следует отметить, что максимальная размерность решаемой в APM Structure3D задачи определяется главным образом аппаратными возможностями компьютера и составляет примерно 1350 тыс. узлов, что вполне достаточно для моделирования практически всех возможных узловых соединений.

После генерации конечно-элементной сетки модель может быть передана в систему конечно-элементного анализа APM Structure3D.

APM Structure3D позволяет проводить анализ сопрягаемых деталей как с учетом взаимного проникновения деталей (контактная задача), так и без учета таковых. Для расчета сварного соединения решение контактной задачи не требуется, поскольку сварная конструкция воспринимает нагрузку как единое целое.

Рассмотрим, как вышеописанные допущения традиционных методов расчета могут быть сняты при использовании МКЭ:

• учитывается податливость как сварных швов, так и свариваемых деталей, что позволяет производить совместный расчет тонкостенных сварных деталей;
• на основании карты напряжений можно определить зоны концентрации напряжений в местах резкого изменения формы, а также численные значения максимальных напряжений в этих зонах. Сложное несимметричное нагружение существенно влияет на концентраторы напряжений. Внесением изменений в форму сопрягаемых деталей и сварного шва можно снизить концентрации напряжений и получить конструкцию, близкую к равнопрочной;
• возможно задание различных физико-механических свойств для разных участков сварного шва (учет неоднородности);
• деформационный расчет позволяет учитывать как перемещение элементов конструкции, так и изменение формы под действием нагружения.

Выбор допускаемых напряжений при расчете статической прочности сварных соединений

Расчет статической прочности сварных соединений мало чем отличается от расчета прочности деталей вообще. К его особенностям следует отнести то, что величины допускаемых напряжений при расчете сварных соединений традиционными методами занижены по сравнению с аналогичными значениями, принятыми при расчете монолитных деталей.

Использование МКЭ позволяет получить более точное решение и применять более высокие допускаемые напряжения для прочностного расчета с учетом лишь технологических дефектов. Такой подход обеспечивает снижение металлоемкости и стоимости конструкции. Традиционно допускаемые напряжения для угловых швов рассчитываются исходя из гипотезы наибольших касательных напряжений и составляют примерно половину от нормальных.

Поскольку в системе APM Structure3D предусмотрен просмотр компонентов напряжений, то такие возможности визуализатора в данном контексте весьма важны.

Расчет сварных соединений при переменных во времени нагрузках

Переменный характер нагружения сварного шва и наличие большого количества всевозможных дефектов, неизбежно возникающих при сварке, снижают долговечность этого соединения. В основе расчета прочности при переменном характере внешнего нагружения лежат методы расчета статической прочности.

Причем такие расчеты ведутся как по номинальным напряжениям, так и с учетом местных концентраций, возникающих на границах сварных зон. В большинстве случаев единственным методом расчета местных напряжений остается МКЭ.

Аналитическими методами найти величины воспринимаемых напряжений можно только для простейших сварных соединений.

Концентрация напряжений в сварных швах

Главными причинами концентрации являются резкая перемена геометрической формы и неравномерные температурные деформации, которые вызывают появление остаточных напряжений.

Как уже было отмечено, сварные швы являются серьезным источником местных напряжений, поскольку для них характерна неоднородность материала шва, его свойств, наличие дефектов и напряжений, обусловленных температурными деформациями, и т.д.

Статическая прочность шва мало зависит от наличия местной концентрации, но последняя оказывает значительное влияние при переменном режиме нагружения, так как в месте расположения концентратора может появиться усталостная трещина, что приведет к разрушению.

Рис. 4. Карта эквивалентных напряжений (для модели с рис. 1)

Рассмотрим несколько конкретных примеров концентрации для различных типов сварных соединений. На рис. 4 приведена карта эквивалентных напряжений, действующих в нахлесточном соединении проушины с пластиной. На рисунке виден сложный характер эквивалентных напряжений в соединяемых деталях и сварном шве. Такая картина позволяет сделать вывод относительно прочности сварного шва как при постоянном внешнем нагружении, так и при условии переменного характера изменения внешней нагрузки.

Сложным представляется распределение напряжений в тавровом соединении трубы с плоской поверхностью, изображенной на рис. 5.

Рис. 5. Карта эквивалентных напряжений (для модели с рис. 2)

Зачастую в металлоконструкциях используются сложные сварные профили (рис. 6), при применении которых необходимо учитывать наличие концентраторов напряжений в сварных швах. Анализ напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов дает возможность получать карты напряжений, позволяющие определить теоретическое значение коэффициента концентрации, чтобы затем использовать его в расчетах усталостной прочности.

Рис. 6. Карта эквивалентных напряжений, действующих в угловом соединении модели с рис. 3

Выводы

МКЭ используется при выполнении проверочного расчета, для проведения которого необходимо знать геометрию соединения и хотя бы приблизительные линейные размеры. С этой целью в качестве первого приближения для выполнения расчета можно использовать традиционные методы расчета, реализованные в системе АРМ Joint, а в дальнейшем перейти к МКЭ. Такой подход позволяет существенно снизить время реализации комплексного расчета сварного соединения.

Применение на втором этапе для прочностного анализа метода конечных элементов позволяет повысить надежность ответственных соединений, снизить металлоемкость и повысить технологичность сварной конструкции.

САПР и графика 4`2007

Источник: https://sapr.ru/article/17556

Характерные зоны сварных соединений

СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Рис 5 1 Характерные зоны сварных со­единений / — шов, 2 — зона термического влияния, 3 — основной металл, 4 — околошовный участок зоны термического влияния, 5 — зона сплавления, Тл, Гс и Гп —темпе ратуры ліиквндуса солидуса и начала фа­зовых н структурных превращений

Сварные соединения, выполненные сваркой плавлением, можно разделить на несколько зон, отличающихся макро — и микро­структурой, химическим составом, механическими свойствами и другими признаками: сварной шов, зону сплавления, зону термического влияния и ос­новной металл (рис. 5.1). Ха­рактерные признаки зон свя­заны с фазовыми и структур­ными превращениями, кото­рые претерпевают при сварке металл в каждой зоне.

Сварной шов характеризу­ется литой макроструктурой металла. Ему присуща пер­вичная микроструктура кри­сталлизации, тип которой за­висит от состава шва и усло­вий фазового перехода из жидкого состояния в твер­дое.

Зона термического влияния (ЗТВ) — участок основного металла, примыкающий к сварному шву, в пределах ко­торого вследствие теплового воздействия сварочного источ­ника нагрева протекают фазовые и структурные превращения в твердом металле. В результате этого ЗТВ имеет отличные от основного металла величину зерна и вторичную микрострук­туру. Часто выделяют околошовный участок ЗТВ или около — шовную зону (ОШЗ).

Она располагается непосредственно у сварного шва и включает несколько рядов крупных зерен. Металл шва, имеющий литую макроструктуру, и ЗТВ в основ­ном металле, имеющая макроструктуру проката или рекри — сталлизованную макроструктуру литой или кованой заготовки, разделяются друг от друга поверхностью сплавления.

На по­верхности шлифов, вырезанных из сварного соединения и под­вергнутых травлению реактивами, она при небольших увеличе­ниях наблюдается как линия или граница сплавления.

Зона сплавления (ЗС) —это зона сварного соединения, где происходит сплавление наплавленного и основного металла.

В нее входит узкий участок шва, расположенный у линии сплав­ления, а также оплавленный участок ОШЗ. Первый участок образуется вследствие недостаточно эффективного переноса, расплавленного основного металла в центральные части свароч­ной ванны. Здесь имеет место перемешивание наплавленного и основного металлов в соизмеримых долях. На оплавленном участке ОШЗ возможно появление между оплавленными зер­нами жидких прослоек, имеющих аналогичный состав.

В слу­чае применения разнородных наплавленного и основного ме­таллов (например, аустенитного и перлитного) ЗС отчетливо наблюдается в виде переходной прослойки. Она имеет часто су­щественно отличающиеся от металла шва и ЗТВ химический состав, вторичную микроструктуру и свойства.

Распределение элементов по ширине ЗС имеет сложный характер, который определяется процессами перемешивания направленного и ос­новного металла, диффузионного перераспределения элементов между твердой и жидкой фазами и в твердой фазе на этапе охлаждения.

Основной металл располагается, за пределами ЗТВ и не пре­терпевает изменений при сварке. Может влиять на превращения в ЗТВ в зависимости от его макро — и микроструктуры, опреде­ляемых способом первичной обработки металла (прокат, литье, ковка, деформирование в холодном состоянии) и последующей термообработкой (отжиг, нормализация, закалка с отпуском, закалка со старением и т. п.).

39.1. Классификация пористых материалов Пористые материалы (ПМ) на металлической основе применяются в каче­стве фильтроэлемеитов, смесителей, газовых линз, глушителей шума и др ПМ классифицируются по назначению, химическому составу и типу струк­турообразующих 

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ (Чернышова Т. А.)

38.1. Классификация Композиционные материалы — это материалы, армированные наполнителями, определенным образом расположенными в матрице Наполнителями чаще всего являются вещества с высокой энергией межатомных связей, высо­копрочные и высокомодульиые, однако в сочетании 

ПЛАСТМАССЫ (Зайцев К. И.)

37.1. Состав и свойства 37.1.1. Получение пластмасс Пластмассы — это материалы, полученные на основе синтетических нли ес­тественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимериза­ции или поликондеисацни мономеров в присутствии катализаторов при 

Источник: https://msd.com.ua/svarka-i-svarivaemye-materialy/xarakternye-zony-svarnyx-soedinenij/