 |
8.2. Требования к сварным соединениям
|
|
|
|
8. 2. Требования к сварным соединениям
Любому сварному соединению должна быть обеспечена достаточная работоспособность при минимальной трудоёмкости его изготовления. Под достаточной работоспособностью сварного соединения в большинстве случаев подразумевают сохраняемую в течение всего срока эксплуатации необходимую и достаточную прочность, выносливость и устойчивость при заданных видах нагружения и рабочей среде. Прочность сварного соединения определяется механическими свойствами металла шва и околошовной зоны, стойкостью против перехода в хрупкое состояние, конфигурацией шва и его размерами, наличием и характером дефектов.
Требования к пластическим и прочностным характеристикам металла шва задают равным аналогичным свойствам основного металла.
Тот же подход (т. е. равноценность соответствующим характеристикам основного металла) сохраняется и в отношении стойкости металлов шва и околошовной зоны против перехода в хрупкое состояние. В большинстве случаев регламентируют или величину ударной вязкости при заданной температуре испытания, или значение критической температуры перехода в хрупкое состояние.
Для стыковых швов в подавляющем большинстве случаев должны быть обеспечены полный провар соединяемых элементов и форма усиления с плавным переходом от основного металла к металлу шва.
Для угловых швов необходимо выдерживать определённые расчётом размеры шва или минимальные размеры, назначаемые по технологическим соображениям.
Если сечение шва, определяемое по расчёту, меньше сечения шва, назначаемого по технологическим соображениям, то оно должно быть доведено до величины последнего. Оптимальной считается вогнутая или нормальная форма поверхности углового шва с плавным переходом к основному металлу.
|
|
|
Плавное очертание поверхности шва предопределяет снижение концентрации напряжений, в результате чего существенно повышается выносливость при вибрационных нагрузках. Выпуклая форма поверхности шва нежелательна из соображений прочности, а также и по экономическим соображениям. При выпуклом шве нерационально расходуется дополнительный металл.
Большое влияние на прочность сварного соединения оказывают трещины, непровары, охрупчивание металла околошовной зоны и другие, возникающие при сварке дефекты. Поэтому при разработке технологического процесса сварки особое внимание должно быть уделено выбору таких приспособлений, материалов, способов и режимов сварки, при которых минимальна вероятность образования дефектов. В процессе формирования сварного соединения возникают деформации, и создаётся поле остаточных напряжений, которые могут снизить прочность конструкции в целом.
Нарушения размеров и формы сварного соединения, вызванные возникшей в результате сварки деформацией, могут существенно изменить условия его работы и привести к резкому увеличению напряжений. Правка покоробленных при сварке элементов является весьма трудоёмкой операцией, резко повышающей стоимость изготовления изделия. Поэтому при разработке технологического процесса сборки и сварки следует стремиться к максимально возможному, исходя из требования сохранения высокого качества, уменьшению сечения швов и ширины околошовной зоны. Надлежащее качество сварного соединения может быть достигнуто только при свободном доступе к месту сварки.
8. 3. Подготовка и сборка сталей под сварку
Подготовка металла и конструкций к сборке и сварке заключается в дополнительном, при необходимости, входном контроле с целью выявления факторов, способных спровоцировать образование дефектов при сварке заданного соединения. Все операции должны проводиться в соответствии с указаниями проектно-конструкторской и нормативной документации.
|
|
|
Разделку свариваемых кромок металла производят в соответствии с требованиями ГОСТ 5264-80 (при сварке конструкций из сталей, сплавов на железно-никелевой и никелевой основе), ГОСТ 15037-80 (при сварке стальных трубопроводов), ГОСТ 11534-80 (при сварке конструкций из углеродистых и низколегированных сталей).
ГОСТ 5264 80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные» устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железно-никелевой и никелевой основе, выполняемых ручной дуговой сваркой покрытыми электродами толщиной от 1 до 175 мм во всех пространственных положениях.
ГОСТ 8713-79 «Сварка под флюсом. Соединения сварные» распространяется на соединение из сталей, а также сплавов на железно-никелевой и никелевой основе, выполняемых сваркой под флюсом, и устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений.
ГОСТ 15164-78 «Электрошлаковая сварка. Соединения сварные» устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей (кроме коррозионно-стойких) при сварке проволочным электродом, плавящимся мундштуком и электродом, сечение которого соответствует по форме поперечному сечению сварочного пространства, для толщины 30…800 мм при длине прямолинейных и кольцевых швов до 10000 мм.
Стандарт рекомендует расчётный зазор bp – условный зазор между двумя собранными под сварку деталями без учёта сближения или расхождения свариваемых деталей при усадке сварного шва, на основании которого рассчитывают размеры свариваемых деталей.
ГОСТ 14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные» устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из стали, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых дуговой сваркой плавящимся электродом в углекислом газе и его смесях с кислородом, в инертных газах и их смесях с углекислым газом и кислородом, а также неплавящимся электродом в инертных газах с присадочным и без присадочного металла.
|
|
|
ГОСТ 14806-80 «Швы сварных соединений. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов» устанавливает основные типы, форму и размеры подготовки кромок и выполненных сварных швов при ручной и механизированной сварке в защитных газах конструкций из алюминия и его сплавов.
ГОСТ 16098-80 «Соединения сварные из двухслойной коррозионностойкой стали», устанавливает основные типы, форму и размеры подготовки кромок и выполненных сварных швов, выполняемых ручной дуговой сваркой, автоматической сваркой под флюсом на весу и на флюсовой подушке, дуговой сваркой в защитных газах и электрошлаковой сваркой.
ГОСТ 11533-75 «Автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами» устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры разделки кромок и шва соединений конструкций из углеродистых и низколегированных сталей с расположением свариваемых деталей под острыми и тупыми углами.
ГОСТ27580-88 «Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами» распространяется на сварку деталей толщиной от 0, 8 до 60 мм (включительно) ручной, полуавтоматической и автоматической дуговой сваркой неплавящимся электродом в инертных газах с присадочным металлом, полуавтоматической и автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом, а также автоматической сваркой неплавящимися электродами трёхфазной дугой с присадочным металлом.
ГОСТ 16038-80 «Швы сварных соединений трубопроводов из меди медно-никелевых сплавов» определяет форму и размеры разделки кромок и сварного шва при механизированной сварке.
Государственные стандарты не регламентируют технологию сборки и сварки конкретных изделий. Последовательность операций, сборочное и сварочное оборудование, количество и размеры прихваток, количество и последовательность наложения слоёв, режимы сварки каждого слоя для различных способов сварки определяют отраслевые стандарты на сварку изделий конкретного типа: ведомственные строительные нормы (ВСНы), строительные нормы и правила (СНиПы), руководящие документы (РД), отраслевые стандарты (ОСТы) и другие нормативные документы.
|
|
|
Эти документы определяют также технологию очистки кромок и прилегающей к ним поверхности основного металла, вырезку деталей и способы подготовки кромок (механической обработкой на прессножницах, кромкострогальных или фрезерных станках; газокислородной или плазменной резкой), точность подготовки кромок. В них указывается также необходимость и виды обработки кромок после резки (химическим травлением, шлифовальными кругами, металлическими щётками или другими инструментами и способами). Только обязательное выполнение всех указанных в нормативных документах операций и режимов определяет требуемое качество сварных соединений.
При выборе формы кромок кроме пространственного положения шва, толщины свариваемого металла и ряда других факторов следует принимать во внимание влияние геометрии кромок на массу наплавленного металла и, как следствие, на расход электродов и электроэнергии.
 |  | ||
Рис. 8. 11. Формы подготовленных к сварке кромок и поперечные сечения швов при ручной дуговой сварке (ГОСТ 5264-80):
а – без скоса кромок; б – со скосом одной кромки; в – со скосом кромок (V-образная разделка); г – со скосом кромок на съёмной подкладке; д – с двумя симметричными скосами одной кромки (К-образная разделка); е – с двумя симметричными скосами кромок (Х-образная разделка); ж – с криволинейным скосом кромок; и – со скосом одной кромки; к – без скоса кромок; л – со скосом одной кромки; м – с двумя симметричными скосами одной кромки; н – без скоса кромок; цифрами показана толщина свариваемого металла, мм.
Очистка металла для сварки – это удаление с его поверхности окалины и оксидных плёнок, жиров, ржавчины, краски, влаги и других загрязнений, которые, оказываясь в зоне сварки, способны вызвать возникновение в сварных соединениях недопустимых дефектов – трещин, пор, несплавлений. Очистке подлежат подготовленные к сварке кромки и прилегающие к ним участки металла на ширину не менее 20 мм, места приварки сборочных, монтажных и других вспомогательных приспособлений.
Подготовленные к сварке и очищенные от загрязнений кромки подлежат визуальному контролю и, при необходимости, цветной дефектоскопии или другим методам контроля на предмет выявления трещин, расслоений и других недопустимых дефектов.
|
|
|
Приварку временных приспособлений, предусмотренных проектно-технологической документацией и обеспечивающих сборку, монтаж и транспортирование сварных конструкций, выполняют по технологии, принятой для сварки штатных соединений с учётом материала и проектных особенностей приспособлений.
Приспособления удаляют механическим способом. Допускается использование кислородной, плазменной и другой резки без углубления в основной металл, но с обязательным последующим шлифованием до ликвидации следов резки.
Сборку конструкций под сварку необходимо выполнять в соответствии с требованиями нормативной и проектно-технологической документации. Процесс сборки состоит из трёх последовательно выполняемых операций:
- временного закрепления свариваемых конструкций;
- подгонки кромок соединяемых элементов;
- постановки прихваток на подогнанные кромки (при соответствующем указании в технологии).
Первые две операции выполняются с помощью инвентарных сборочных устройств (стендов, кондукторов, центраторов, струбцин) и/или привариваемых временных сборочных приспособлений (фиксаторов, стяжных планок и тавров, прижимных и стяжных устройств). Правильным расположением считается такое, при котором выдерживаются в требуемых пределах как минимум два главных параметра сборки: зазор между кромками и линейное смещение кромок относительно друг друга.
Сборку конструкций из тонколистового металла (3…5 мм), а также нахлёсточных соединений практически всегда выполняют с применением прихваток. При этом указывают их размеры, условия выполнения и схему расположения.
Прихватки надлежит размещать только в местах расположения штатных сварных швов за исключением мест их пересечения, причём прихватки в стыковых соединениях на остающейся подкладке рекомендуют выполнять со стороны разделки кромок. В стыковых соединениях без разделки кромок и остающихся подкладок прихватки следует ставить со стороны, противоположной первым валикам шва.
В среднем длина прихваток в зависимости от класса металла, его толщины, типа соединения и вида конструкции составляет от 20 до 120 мм, высота прихваточного шва – 3…8 мм, расстояние между прихватками 300…600 мм.
К качеству прихваток предъявляют такие же требования, как к штатным швам.
|
|
|
