Тема: Изображение схемы «Последовательность наложения сварных швов для уменьшения сварочных деформаций»

Тема: Изображение схемы «Последовательность наложения сварных швов для уменьшения сварочных деформаций»

Время выполнения работы – 6 часов

Цель работы:

1. Изучить основные типы сварных соединений для ручной дуговой сварки.

2. Изучить способы и методы наложения сварных швов

3. Освоить приемы уменьшения сварных швов

Ход работы:

Изучить теоретический материал

Разработать алгоритм сварки сварных швов

Выполнить упражнение на тренажере сварку шва

4. Ответить на контрольные вопросы

Техника наложения сварных швов (ручная электродуговая сварка)

ВЫПОЛНЕНИЕ ШВОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Выполнение стыковых швов

При сварке односторонних стыковых швов в нижнем пространственном положении основной сложностью является получение полного проплавления свариваемых элементов без образования прожогов, а также формирование обратной стороны шва (корня шва).

Способы выполнения односторонних стыковых швов в нижнем пространственном положении приведены на рис. 25С

а Сварка на весу (рис. 25С, а) - односторонняя сварка со сквозным проплавлением кромок без использования подкладок. Возможно образование прожогов (см. Дефекты сварных соединений). Для предотвращения образования прожогов глубина проплавления «h» должна быть меньше толщины свариваемого листа S (h =2/3 S). Однако, это приводит к появлению непровара (см. Дефекты сварных соединений). б Сварка замкового соединения (рис. 25С, б) Предотвращает образование прожогов, однако возможен непровар. Замковое соединение используется, как правило, в круговых швах толстостенных труб и сосудов и требует точной подготовки стыкуемых кромок. в Предварительная ручная подварка корня шва (рис. 25С, в) (корневой проход) предотвращает образование прожогов и непроваров. Ручной шов необходимо проварить на глубину 1/3 толщины стыкуемых кромок. Этот способ применяется при условии доступа сварочного инструмента к обратной стороне сварного шва.

Сварка на подкладках

Подкладка - деталь, устанавливаемая при сварке для предотвращения вытекания жидкой ванны (прожога). Подкладка может также улучшать формирования корневого прохода.

г д е Сварка на неостающейся подкладке(рис. 25С, г, д, е) Неостающаяся подкладка - подкладка, которая удаляется после сварки. Сварка на неостающейся медной подкладке 1 с канавкой (рис. 25С, г) предотвращает образование прожогов и непроваров. Кроме того, обеспечивается формирование обратной стороны сварного шва с выпуклостью в результате наличия канавки. Сварка может выполняться без зазора и с зазором между кромками свариваемых элементов 2. Для получения плоской поверхности (без выпуклости) обратной стороны шва используется гладкая подкладка 1 без канавки (рис. 25С, д). Гладкая медная подкладка позволяет производить одностороннюю сварку только при условии плотного поджатия подкладки к кромкам свариваемых элементов 2. При сварке кольцевыми швами тел вращения диаметром до 800 мм часто применяют кольцевые неостающиеся медные подкладки 1, представленные на рис. 25С, е. Эти подкладки могут быть с канавкой, а также гладкими. Поджатие подкладки (усилие Рп) к свариваемым кромкам 2 обеспечивается прижимным приспособлением 3. При использовании гладкой подкладки сварка выполняется без зазора, а кольцевой подкладки с канавкой – как без зазора, так и с зазором. Неостающаяся подкладка применяется в тех случаях, когда существует возможность ее установки перед сваркой и удаления после сварки. ж Сварка на флюсо-медной подкладке (рис. 25С, ж) Флюсо-медная подкладка - подкладка из медной пластины, покрытой тонким слоем флюса, обеспечивающая формирование шва, удержание расплавляемого металла и отвод тепла. Флюс - материал, используемый при сварке для химической очистки соединяемых поверхностей и улучшении качества шва. Сварка на флюсо-медной съемной подкладке 1 с канавкой треугольной формы для флюса предотвращает образование прожогов и непроваров. Кроме того, обеспечивается формирование обратной стороны сварного шва в треугольной канавке. Качество шва обеспечивается при плотном поджатии флюса к поверхности кромок свариваемых элементов 2. Шов хорошо формируется при наличии зазора между кромками. Применяется в тех случаях, когда существует возможность установки подкладки до сварки и ее удаления после сварки. з Сварка на флюсовой подушке (рис. 25С, з) Флюсовая подушка - подкладка в виде приспособления, удерживающего расплавленный металл ванны при помощи флюса. Сварка на флюсовой подушке предотвращает образованиеи прожогов и непроваров. Кроме того, обеспечивается формирование обратной стороны сварного шва. Листы 2 укладываются на стенд 4 так, чтобы стык располагался над флюсовой подушкой, представляющей гибкий короб 1, закрепленный между балками стенда и заполненный флюсом с толщиной слоя 30-70 мм. Свариваемые листы прижимаются к стенду усилием Рпр. Подачей сжатого воздуха в шланг 3 создается равномерное поджатие флюса по всей длине стыка. Часто используют флюсомагнитные подушки, в которых листы к стенду прижимаются магнитами. Качество шва обеспечивается при плотном поджатии флюса к поверхности свариваемых элементов. и Сварка на флюсовой подушке сосудов малого диаметра (рис. 25С, и) При сварке кольцевыми швами сосудов малого диаметра (до 300 мм) флюсовая подушка может быть образована плотным заполнением всей внутренней полости изделия мелким флюсом. 1; 2 – свариваемые элементы; 3 – заглушка; 4 – трехкулачковый патрон; 5 – сварной шов. Рп – усилие прижима заглушки. к Сварка на расплавляемой подкладке (рис. 25С, к) Расплавляемая подкладка – подкладка, которая расплавляется в процессе сварки. Сварка на расплавляемой подкладке предотвращает образование прожогов, непроваров и обеспечивает повышенную прочность сварного шва. В зазор между свариваемыми кромками 2, которые, как правило, являются телами вращения, устанавливается расплавляемая подкладка 1. Подкладка изготавливается из того же материала, что и свариваемое изделие. При сварке подкладка полностью расплавляется, заполняя зазор между кромками. л Сварка на остающейся подкладке (рис. 25С, л) Остающаяся подкладка - подкладка, которая остается после сварки постоянно соединенной с изделием. Способ является менее предпочтительным, чем сварка на неостающейся подкладке. Применяется в тех случаях, когда установка неостающейся подкладки до сварки и (или) ее удаление после сварки затруднено или невозможно. Основным условием использования способа является обеспечения доступа сварочного инструмента обратной стороне сварного шва. Сварка на остающейся стальной подкладке предотвращает образование прожогов и непроваров. Кроме того, обеспечивается формирование обратной стороны сварного шва. Остающаяся стальная подкладка 1 приваривается к одному из свариваемых элементов 2 швом 3. Приварка подкладки с двух сторон не производится, т.к. в этом случае увеличивается жесткость сварного соединения, и затрудненная усадка сварного шва после сварки может привести к образованию трещин. Основное условие получения качественного сварного соединения — точная подгонка подкладки. Зазор между подкладкой и свариваемыми элементами не должен превышать 0,5—1,0 мм. Ширина стальной подкладки принимается (4/5)S. а толщина: - 0,5S при толщине листов 2—6 мм; - (0,3—0,4)S при толщине листов более 6 мм.

Рис. 25 С. Способы выполнения односторонних стыковых швов в нижнем пространственном положении

а – сварка на весу; б – сварка замкового соединения; в - укладка корневого шва; г; д; е - сварка на неостающейся медной подкладке; ж – сварка на флюсо-медной подкладке; з; и - сварка на флюсовой подушке; к - сварка на расплавляемой подкладке; л - сварка на остающейся стальной подкладке; ИТ – источник теплоты (например: сварочная дуга)

 

2. Выполнение угловых швов (рис. 26С) Формирование углового шва происходит в худших, чем стыкового, условиях. Сварку угловых швов в нижнем пространственном положении можно выполнять следующими способами: вертикальным электродом (рис. 26С, а), наклонным электродом и при повороте изделия на угол от 30° до 45° - так называемое положение «в лодочку» (рис. 26С, б, в, г). Сварка «в лодочку» более предпочтительна, так как при сварке наклонным электродом из-за стекания расплавленного металла трудно предупредить подрез по вертикальной плоскости и обеспечить провар по нижней плоскости. Провар - сплошная металлическая связь между свариваемыми поверхностями основного металла, слоями и валиками сварного шва.
а	Сварка вертикальным электродом (рис. 26С, а). При сварке вертикальным электродом затруднено проплавление вертикального листа.
б	Сварка наклонным электродом (рис. 26С, б). При сварке наклонным электродом из-за стекания расплавленного металла трудно предупредить подрез по вертикальной плоскости и наплыв на нижнюю плоскость (см. «Дефекты сварных соединений»).
в	Сварка в симметричную «лодочку» (рис. 26С, в). «е» - ширина углового шва
г	Сварка в несимметричную «лодочку» (рис. 26С, г).. «е» - ширина углового шва
При сварке в «лодочку» ширина углового шва «е» должна быть равна расстоянию по горизонтали между свариваемыми заготовками. Если «е» будет больше этого расстояния - неизбежны подрезы, меньше – непровары (см. «Дефекты сварных соединений»)
Рис. 26С Сварка угловых швов в нижнем пространственном положении а – сварка вертикальным электродом; б – сварка наклонным электродом; в - сварка в симметричную «лодочку»; г - сварка в несимметричную «лодочку».

 

3. Выполнение вертикальных швов (рис. 27С) Сварку швов в вертикальном положении выполняют снизу вверх и сверху вниз.
а	Сварка снизу вверх (рис. 27С, а) - сварка плавлением в вертикальном положении, при которой сварочная ванна перемещается снизу вверх. Дугу возбуждают в нижней точке сварного шва. Стекание расплавленного металла предотвращают наклоном электрода. Наиболее удобный, распространенный и производительный способ. Используются электроды диаметром до 4 мм. Сварка выполняется с поперечными колебаниями электрода.
б	Сварка сверху вниз (рис. 27С, б) - сварка плавлением в вертикальном положении, при которой сварочная ванна перемещается сверху вниз. Дугу возбуждают в верхней точке сварного шва. После образования капли жидкого металла электрод наклоняют так, чтобы дуга была направлена на жидкий металл. Рекомендуется в основном для сварки тонких (до 5 мм) листов с разделкой кромок.
Рис. 27С. Способы сварки вертикальных швов. а – сварка снизу вверх; б – сварка сверху вниз

Предварительный и сопутствующий подогрев

Подогрев способствует уменьшению степени неравномерности распределения температур при сварке и снижению жесткости металла свариваемых элементов.

Термический способ

Отпуск после сварки является наиболее эффективным способом уменьшения остаточных напряжений, т.к. позволяет снизить остаточные напряжения на 85-90% от исходных значений и одновременно улучшить пластические свойства сварных соединений. Отпуск может быть общим, при котором нагревается все изделие, и местным, когда нагреву подвергают лишь его часть в зоне сварного шва. Преимущество общего отпуска состоит в том, что снижение напряжений происходит во всей сварной конструкции независимо от ее сложности.

Наиболее часто применяют высокий отпуск при температуре нагрева 550 - 680°С. Операция отпуска выполняется в три стадии: нагрев, выдержка при температуре отпуска и охлаждение. Выдержка обычно составляет 2 - 4 ч, после чего производится естественное охлаждение на воздухе.

Механические способы

Механические способы основаны на создании пластической деформации металла сварных соединений, вследствие чего происходит снижение остаточных напряжений.

Проковка

Металл проковывают непосредственно после сварки по горячему металлу или после его остывания. Основное преимущество этого способа – простота применяемого оборудования, универсальность и оперативность.

Прокатка

Рис. 43С. Прокатка сварного изделия с целью уменьшения остаточных напряжений 1 – сварной шов; 2 – накладка; 3 – стальные правящие ролики; Р – усилие прокатки. Для уменьшения остаточных напряжений применяется прокатка сварных швов по принципу протяжки (рис. 43С). В этом случае шов, стремящийся сжаться, будет принудительно деформирован в направлении увеличения длины, что, соответственно, приведёт к уменьшению растягивающих его остаточных напряжений.

Приложение нагрузки к сварным соединениям

Приложение нагрузки к сварным соединениям осуществляется растяжением или изгибом. Суммирование остаточных и приложенных напряжений вызывает пластические деформации удлинения и после снятия нагрузки снижение максимальных остаточных напряжений.

 

Рис. 44С. Конструктивные мероприятия по уменьшению остаточных деформаций				В процессе конструирования сварных изделий необходимо стремиться: - к уменьшению общего количества наплавляемого электродного и расплавляемого основного металлов; - к снижению тепловложения при сварке в результате уменьшения сечений сварных швов, их длины и количества в сварной конструкции; Кроме того, следует: - не допускать в конструкциях чрезмерных скоплений и пересечений сварных швов (рис. 44С, а); - избегать назначения сварных швов в местах, претерпевших предварительную пластическую деформацию (рис. 44С, б); - использовать симметричное расположение сварных швов относительно общего центра тяжести изделия с целью взаимного уравновешивания возникающих изгибающих моментов; - рационально выбирать тип сварных соединений, отдавая преимущество стыковым соединениям, как наиболее прочным.
Рис. 45С. Конструктивные мероприятия по уменьшению угловых деформаций.			При проектировании сварной конструкции необходимо предусматривать конструктивные элементы, снижающие угловые деформации. Угловые деформации могу быть снижены: - уменьшением сечения шва в результате замены V-образной разделки (рис. 45С, а) на U - образную (рис. 45С, б); - симметричным размещением направленного металла относительно центра тяжести сечения шва в результате замены V-образной разделки (рис. 45С, а) на Х - образную (рис. 45С, в) - применением ребер жесткости (рис. 45С, г)
Рис. 46С. Технологические мероприятия по уменьшению влияния продольной и поперечной деформаций на размеры сварного соединения				Влияние деформаций поперечной (Dп)и продольной (Dпр) усадок на размеры сварного соединения можно уменьшить увеличением размеров заготовок под сварку на величину предполагаемой деформации (рис. 46С).
Рис. 47С. Уменьшение угловых деформаций				Угловая деформация может быть снижена предварительным обратным угловым изгибом α заготовок перед сваркой (рис. 47С).
Рис. 48С. Уменьшение деформаций изгиба 1 – свариваемые заготовки; 2 – сварной шов; 3 – источник теплоты; Рппр – усилие предварительного прогиба				Деформация изгиба может быть снижена в результате предварительного обратного изгиба заготовок перед сваркой усилием Рппр (усилие предварительного прогиба) (рис. 48С).
Рис. 50С. Уменьшение угловых деформаций Рпр – усилие прижима свариваемых заготовок				Угловая деформация может быть снижена жестким закреплением заготовок при сварке с усилием Рпр (усилие прижима) (рис. 50С). Заготовки закрепляются в специальных приспособлениях (кондукторах), в которых производят сварку. Сварное соединение извлекается из кондуктора только после полного охлаждения. Однако при этом способе могут возникнуть внутренние напряжения, для снятия которых сваренный узел подвергают последующей термообработке.
Рис. 52С. Уменьшение деформаций изгиба ЦТ – центр тяжести сварного изделия; 1…4 - рациональная последовательность укладки швов в процессе сварки двутавровой балки угловыми швами. При сварке пространственных конструкций необходима рациональная последовательность укладки швов относительно центра тяжести сварного изделия, что снижает деформации изгиба. После сварки шва №1 (Рис. 52С, а) в результате его продольной усадки возникает прогиб балки f1 (рис. 52С, б). После сварки шва №2 возникает обратная деформация, частично компенсирующая деформацию изгиба от сварки первого шва и т.д. В результате двутавровая балка после сварки будет иметь наименьшую деформацию изгиба.

 

 

Техническое задание

Изучить основные типы сварных соединений согласно схеме.

 

 

Контрольные вопросы:

1.Дайте определения основным сварным соединениям.

2.Как классифицируются основные типы швов сварных соединений по виду соединения

Тема: Изображение схемы «Последовательность наложения сварных швов для уменьшения сварочных деформаций»