Виды соединения металлических деталей

Обновлено: 05.07.2024

Автор видеоурока: к.пед.н., доцент кафедры ИГиСАПР Кайгородцева Н.В.

РАЗЪЕМНЫЕ И НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Все существующие соединения деталей можно разделить на разъемные и неразъемные.

Разборка неразъемных соединений может быть осуществлена только такими средствами, которые приводят к частичному разрушению деталей, входящих в соединение.

К неразъемным соединениям относятся: клепаные, сварные, полученные пайкой, склеиванием, сшиванием, а также соединения, полученные путем запрессовки деталей с натягом. На чертежах используют условные изображения швов сварных соединений по ГОСТ 2.312—73 и соединений, получаемых клепкой, пайкой, склеиванием, сшиванием и т. д., по ГОСТ 2.313—82 (СТ СЭВ 138—81).

Разъемное соединение позволяет многократно выполнять его разборку и последующую сборку, при этом целостность деталей, входящих в соединение, не нарушается.

К неразъемным соединениям относятся: резьбовые соединения с помощью штифтов, клиньев и шпонок, а также зубчатые (шлицевые) соединения.

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Помимо резьбовых соединений, осуществляемых при помощи стандартных крепежных деталей (болтов, шпилек и винтов), находят широкое применение резьбовые соединения, в которых резьба выполняется непосредственно на деталях, входящих в соединение. Это соединение получается навинчиванием одной детали на другую.

На рис. 379 представлено соединение трубы 1 со штуцером 2, осуществляемое при помощи накидной гайки 3 и втулки 4, прижимающей коническую развальцованную часть трубы к штуцеру.

СОЕДИНЕНИЕ КЛИНОМ

Соединение клином применяется в случаях необходимости быстрой разборки и сборки соединяемых деталей машин, а также для стягивания деталей с регулированием соответствующих зазоров между ними.

Изображенное на рис. 380 соединение клином служит для стягивания и регулирования зазоров вкладыша головки шатуна в его корпусе. Клин 1 совместно с пластиной 3 плотно вставляется в пазы корпуса и стяжного хомута 5 и затем закрепляется там при помощи упорного винта 2 с квадратной головкой. Для предупреждения самоотвинчивания винта ставится контргайка 4.

Клин 1, выполненный из стали, представляет собой брусок, имеющий с одной стороны скос с определенным уклоном. По краям и торцам клин скругляется.

СОЕДИНЕНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ШТИФТОВ

Одним из видов разъемного соединения деталей является соединение их с помощью штифтов. По форме штифты разделяются на цилиндрические и конические (рис. 381), имеются штифты и другой формы. Применяются штифты для взаимной установки деталей (установочные штифты), а также в качестве соединительных и предохранительных деталей.

Цилиндрические штифты выполняются по ГОСТ 3128—70 (СТ СЭВ 238—75, СТ СЭВ 239—75).

Размеры и параметры конических штифтов устанавливает ГОСТ 3129—70 (СТ СЭВ 238—75, СТ СЭВ 240—75).

Конические штифты выполняются с конусностью 1:50.

ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Шпоночное соединение бывает двух видов: неподвижное и подвижное. Наиболее распространено неподвижное соединение шпонками валов с насаженными на них деталями, например, маховиками, шкивами, зубчатыми колесами, муфтами, звездочками цепных передач, кулачками. Эти соединения просты по выполнению, компактны, легко разбираются и собираются.

В таком соединении часть шпонки входит в паз вала, а часть — в паз ступицы колеса (рис. 382).

Форма и размеры шпонок стандартизованы и зависят от диаметра вала и условий эксплуатации соединяемых деталей. Большинство стандартных шпонок представляют собой деталь призматической, сегментной или клиновидной формы с прямоугольным поперечным сечением. Шпонки в продольном разрезе показываются нерассеченными независимо от их формы и размеров

Наибольшее распространение имеют призматические шпонки (рис. 383, а), которые, располагаясь в пазу вала, несколько выступают из него и входят в паз, выполненный во втулке (ступице) детали, соединяемой с валом. Передача вращения от вала к втулке (или наоборот) производится рабочими боковыми гранями шпонки.

После сборки шпоночного соединения (рис. 383, а) между пазом втулки и верхней гранью шпонки должен быть небольшой зазор; размеры пазов на валу и во втул А выбирают по ГОСТ 23360—78 (СТ СЭВ 189— 79).

Призматические шпонки по ГОСТ 23360—78 изготовляют в трех исполнениях (рис. 384).

Размеры сечений призматических шпонок и соответствующих им пазов определяются диаметром вала, на котором устанавливается шпонка (табл. 37). Например, шпонка для вала диаметром d=45 мм должна иметь ширину сечения 6=14 мм и высоту 9 мм. Размеры пазов для выбранной шпонки (см. табл. 37) характеризуются величинами t₁=5,5 мм — для вала и t₂= 3,8 мм — для втулки (см. рис. 384). На чертеже вала обычно наносят размер а на чертеже втулки колеса всегда d+t₂ (см. рис. 384). Необходимая длина шпонки в зависимости от условий работы и действующих на шпоночное соединение сил выбирается по ГОСТ 23360—78.

Условное обозначение шпонки исполнения 1 с вышеуказанными размерами (b= 18, h = 11 и l=65 мм) имеет вид: Шпонка 18x11x65

При тех же размерах шпонка исполнения 2 имеет условное обозначение: Шпонка 2—8x7x45

Сегментные шпонки применяются для соединения с валом деталей, имеющих сравнительно короткие втулки (рис. 383, б). Размеры сегментных шпонок и пазов устанавливает ГОСТ 24071—80 (СТ СЭВ 647—77). Условное обозначение сегментной шпонки толщиной b=6 мм и высотой h=13 мм:

Шпонка 6x13 ГОСТ24071—80.

Значительно реже применяются клиновые шпонки, ГОСТ 24068—80 (СТ СЭВ 645—77) (см. рис. 383, г).

Условное обозначение: Шпонка 2—8x7x45

ЗУБЧАТОЕ (ШЛИЦЕВОЕ) СОЕДИНЕНИЕ

Зубчатое, или шлицевое, соединение какой-либо детали с валом образуется выступами, имеющимися на валу, и впадинами такого же профиля во втулке или ступице (рис. 385, а). Это соединение аналогично шпоночному, но так как выступов несколько, то это соединение по сравнению со шпоночным имеет значительное преимущество. Оно способно передавать большие крутящие моменты, легко осуществлять общее центрирование втулки и вала и их осевое перемещение. Поэтому его применяют в ответственных конструкциях машиностроения.

По форме поперечного сечения выступов зубчатые соединения делятся на: соединения прямобочного профиля — ГОСТ 1139—80 (СТ СЭВ 187—75, СТ СЭВ 188—75), (рис. 386, а) и эвольвентного профиля — ГОСТ 6033—80 (СТ СЭВ 259—76, СТ СЭВ 268—76, СТ СЭВ 269—76, СТ СЭВ 517—77) (рис. 386, б).

На рис. 387 представлены примеры условных изображений шлицевых соединений на чертежах. Эти условности преследуют цель сделать чертеж более простым, наглядным и легко выполнимым.

В машиностроении широко применяются зубчатые соединения прямобочного профиля, выполняемые по ГОСТ 1139—80, который устанавливает размеры элементов соединения, их предельные отклонения и условные обозначения.

Соединения прямобочного профиля характеризуются числом зубьев z, диаметрами d и D, шириной зуба b. ГОСТ 1139—80 предусматривает различные сочетания z, d и D, каждому из которых соответствует определенное значение b. Эти сочетания образуют три серии: легкую, среднюю и тяжелую.

Центрирование втулки (ступицы) на валу может осуществляться:

а) по окружности диаметра D (наиболее технологичное) (рис. 388, а), зазор по диаметру ;

б) по окружности диаметра d (рис. 388, б), зазор по диаметру D;

в) по размеру b (по боковым сторонам зубьев) (рис. 388, в), зазоры по диаметрам d и D.

В общем случае условное обозначение шлицевых валов, отверстий и их соединений содержит: поверхность центрирования (d, D или число зубьев, внутренний диаметр, наружный диаметр, ширину зуба, посадки.

Пример условного обозначения втулки с числом зубьев z=8, внутренним диаметром 36 мм, наружным диаметром D=40 мм, шириной зубьев b=1 мм с центрированием по внутреннему диаметру, с посадками по диаметру центрирования — H7, по диаметру D — Н12:

В курсе «Черчение» обычно применяется условное обозначение в упрощенном виде (без предельных отклонений размеров), например, d—8x36x40x8 (рис. 389).

ГОСТ 2.409—74 (СТ СЭВ 650—77) устанавливает условные изображения зубчатых (шлицевых) валов, отверстий и их соединений, а также правила выполнения элементов соединений на чертежах зубчатых валов и отверстий.

Окружности и образующие поверхностей впадин на изображениях зубчатого вала и отверстия показывают сплошными тонкими линиями (см. рис. 387, а), при этом сплошная тонкая линия поверхности впадин на проекции вала на плоскость, параллельную его оси, должна пересекать линию границы фаски. На разрезах образующие поверхности впадин и отверстия показывают сплошными основными линиями (см. рис. 387).

На продольных разрезах и сечениях зубья валов и впадины отверстия ступиц совмещают с плоскостью чертежа, при этом зубья показывают нерассеченными, а образующие, соответствующие диаметрам и D, показывают сплошными толстыми линиями (см. рис. 387, а и б).

На проекциях вала, перпендикулярных его оси, а также в поперечных разрезах и сечениях окружности впадин показывают сплошными тонкими линиями.

Делительные окружности и образующие делительных поверхностей показывают штрихпунктирной тонкой линией.

На изображениях перпендикулярных оси вала или отверстия изображают профиль одного зуба и двух впадин. Сплошной толстой — основной линией проводятся окружности, соответствующие диаметру D (для вала) и диаметру d (для отверстия ступицы). Сплошной тонкой линией проводятся окружности, соответствующие диаметру d (для вала) и диаметру D (для отверстия).

На рабочих чертежах зубчатых валов указывают длину зубьев полного профиля l₁ до сбега (рис. 389, а), а на полке линии-выноски, заканчивающейся стрелкой, условное обозначение соединения.

Допускается указывать полную длину зубьев наибольший радиус инструмента (фрезы) R_max и длину сбега l₂. Остальные размеры назначаются конструктивно.

На рис. 390 показаны примеры условного изображения шлицевых соединений прямобочного профиля.

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Сварные соединения широко применяются в технике, особенно в машиностроении.

При помощи сварки соединяются детали машин, металлоконструкции мостов и т. п.

На рис. 391 показано соединение деталей, выполненное при помощи сварки. На чертеже при изображении разреза сварной конструкции свариваемые детали должны быть заштрихованы тонкими линиями в разных направлениях (рис. 391, б).

Заклепочное соединение применяется в соединениях деталей из металлов, в основом плохо поддающихся сварке, при соединениях металлических изделий с неметаллическими. Эти соединения применяются в конструкциях, работающих под действием ударных и вибрационных нагрузок. Например, при изготовлении металлоконструкций мостов кроме сварного соединения в некоторых случаях применяют заклепочное соединение (рис. 392).

Заклепка представляет собой стержень круглого сечения, имеющий с одного конца головку, форма головки бывает различной.

На рис. 393, а показано соединение двух деталей при помощи заклепок с полукруглой (сферической) головкой. В соединяемых деталях выполняются отверстия, диаметр которых несколько больше диаметра непоставленной заклепки.. Заклепка вставляется в отверстия в деталях, и ее свободный конец расклепывается обжимками клепального молотка или машины. Длина стержня заклепки L выбирается так, чтобы выступающая из детали часть была достаточной для придания ей в процессе расклепки необходимой формы. При расклепке происходит осаживание стержня, который заполняет отверстия, выполненные в соединяемых деталях. В зависимости от диаметра заклепки она расклепывается в холодном или предварительно нагретом состоянии. Заклепки со сплошным стержнем в продольном разрезе изображаются нерассеченными (рис. 393, б и в). Заклепочные швы выполняются внахлестку (рис. 393, б) или встык с накладками (рис. 393,в).

По расположению заклепок в соединениях различают однорядные (рис. 393, б) и многорядные (рис. 393, в) заклепочные швы. Расположение заклепок в рядах может быть шахматное и параллельное.

Шагом размещения заклепок называется расстояние между осями двух соседних заклепок, измеренное параллельно кромке шва (рис. 393, в).

Заклепки нормальной точности с полукруглой (сферической) головкой, получившие широкое распространение, выполняются по ГОСТ 10299—80 (СТ СЭВ 1019—78).

Условное обозначение заклепки диаметра стержня d=6 мм и длиной L= 24 мм: Заклепка 6x24 ГОСТ 10299—80

Помимо заклепок с полукруглой головкой находят применение заклепки с потайной [ГОСТ 10300—80 (СТ СЭВ 1020—78)], полупотайной [ГОСТ 10301—80 (СТ СЭВ 1022—78)] и с плоской головкой (ГОСТ 10303— 80).

Соединения деталей из мягких материалов (кожи, картона, полимеров — пластмасс и т. п.), не требующие повышенной точности, могут выполняться с помощью пустотелых (трубчатых) заклепок, изображенных на рис. 393, г. Размеры и параметры таких заклепок приведены в ГОСТ 12638—-80 — ГОСТ 12644—80.

При выполнении рабочих чертежей клапанного соединения ГОСТ 2.313—82 (СТ СЭВ 138—81) допускает применять упрощения. Размещение заклепок указывают на чертеже условным знаком «+». Все конструктивные элементы и размеры шва клепаного соединения указывают на чертеже, как показано на рис. 394, а.

В проекции на плоскость, перпендикулярную оси, заклепки должны изображаться небольшими крестиками, нанесенными тонкими линиями.

Если изделие, изображенное на сборочном чертеже, имеет многорядное клепаное соединение, то одну или две заклепки в сечении или на виде надо показывать условным символом, остальные — центровыми или осевыми линиями (рис. 394, а).

Когда на чертеже имеется несколько групп заклепок, различных по типам и размерам, рекомендуется одинаковые заклепки обозначать условными знаками (рис. 394, б) или одинаковыми буквами (рис. 394, в).

СОЕДИНЕНИЯ ПАЙКОЙ И СКЛЕИВАНИЕМ

При соединении пайкой в отличие от сварки место спайки нагревается лишь до температуры плавления припоя, которая намного ниже температуры плавления материала соединяемых деталей. Соединение деталей получается благодаря заполнению зазора между ними расплавленным припоем (рис. 395).

Швы неразъемных соединений, получаемые пайкой и склеиванием, изображают условно по ГОСТ 2.313— 82 (СТ СЭВ 138—81).

Припой или клей в разрезах и на видах изображают линией в два раза толще основной сплошной линии (рис. 396). Для обозначения пайки (рис. 396, или склеивания (рис. 396, г, д и е) применяют условные знаки, которые наносят на линии-выноске от сплошной основной линии. Швы, выполненные пайкой или склеиванием по периметру, обозначаются линией-выноской, заканчивающейся окружностью диаметром 3. 5 мм (рис. 396, б и в). Швы, ограниченные определенным участком, следует обозначать, как показано на рис. 396, в и е. На изображении паяного соединения при необходимости указывают требования к качеству шва в технических требованиях. Ссылку на номер пункта помещают на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва.

На полке линии-выноски ставится номер пункта технических требований, где указана марка припоя или клея.

СОЕДИНЕНИЕ ЗАФОРМОВКОЙ И ОПРЕССОВКОЙ

Изделия, изготовляемые путем опрессовки и заформовки (рис. 397), широко применяются в машиностроении. Армированные изделия повышают качество изделия. Методом прессования из пластмасс можно получить в массовом производстве изделия с высокими параметрами шероховатости.

При изготовлении деталей применяют наплавки и заливки металлом, полимером (пластмассой), резиной и т. п. Это защищает соединяемые элементы от коррозии и химического воздействия, а иногда является изоляцией одних токонесущих деталей от других.

Типы сварных швов

Различные типы сварных швов используются в определенных условиях для специфического соединения деталей. Пренебрежение к выбору наиболее подходящего варианта влечет за собой неизбежную потерю качества соединения вплоть до его полной отбраковки. Чтобы этого не произошло, нужно понимать отличия между сварными швами.

Не менее важным будет знание о том, чем отличается сварной шов от сварного соединения. В нашей статье мы расскажем об этом, приведем типологию соединений и швов и обозначим требования к качеству, которые обеспечиваются нормативными актами.

Требования к сварным швам

Сварка сегодня признается как самый популярный метод для производства различных металлических конструкций. Ее популярность объясняется в первую очередь надежностью и прочностью итогового соединения. Вполне очевидно, что сварка широко применяется в производстве таких металлических изделий, которые будут нести серьезную нагрузку.

Но стоит отметить, что не все типы сварных швов обладают долговечностью, обещанную стойкость могут гарантировать лишь соединения, при изготовлении которых были соблюдены все требования, указанные в ГОСТе.

СП 105-34-96 – сводные правила, которые прописывают критерии качества для сварных швов, а также диктуют алгоритм проведения сварочных мероприятий;
ВСН 006-89, ВБН А.3.1.-36-3-96 – инструкции по технологии проведения сварочных работ;
ВСН 012-88 – инструкция, в содержании которой последовательно указаны все мероприятия по контролю качества выполненных работ.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Вышеперечисленные нормативные документы относятся к различным способам сварки и к различным типам швов сварных соединений.

Отличия сварных швов от соединений

Сварной шов и сварное соединение – понятия разные, но новички в сварке обычно путают эти термины. Шов – это место, где происходит стык заготовок, которые заблаговременно плавятся, а затем охлаждаются. Сварное соединение – это три участка, которые были подвержены воздействию высокой температуры. К последним принято относить:

Швы, которые появляются в результате плавления основного материала. Также в ходе работы может добавляться присадочный металл.
Зону сплавления. Территориально она располагается между сварным швом и материалом, из которого выполнены детали. Зона сплавления не подвержена нагреванию до высокой температуры. Здесь важно отметить, что она имеет свойство насыщаться элементами, которые участвуют в процессе присоединения, электродами или флюсом. По этой причине в составе будут присутствовать отличия от основного металла.
Зону термического воздействия. Это полоса, которая соединяется с зоной сплавления. В месте соединения под воздействием высокой температуры происходит изменение первоначальных свойств.

Типы сварных соединений

Сварные соединения имеют некоторые различия, поэтому они классифицируются на следующие виды:

Стыковые. Особенностью соединения является расположение деталей в одной плоскости.
Угловые. Элементы, которые необходимо соединить, располагают под определенным углом. Чаще всего этот угол равен 90°.
Тавровые. При таком соединении торец одного из элементов располагается под углом не более 90°.
Нахлесточные. Элементы располагаются параллельно по отношению друг к другу.
Торцевые. В этом случае два торца свариваются в один целый элемент.

Остановимся немного подробнее на этих типах швов сварных соединений.

Стыковой шов получил свое распространение в сварке таких конструкций, как трубопроводы, металлические листы и трубы различного назначения. В данном случае свариванию подвергаются поверхности торцов. Перед тем как начать сварку, необходимо выполнить подготовительные действия: подогнать поверхности друг к другу. Чтобы добиться максимальной точности, можно предварительно использовать подварочный шов.

Среди достоинств этого вида следует отметить, что необходимость использования дополнительных материалов является минимальной. Также важно, что все элементы не должны иметь одинаковую толщину.

Важно: во время сварки электроды нужно направлять к той детали, толщина которой больше. Таким образом, нагрев будет более значительным, а детали с наименьшей толщиной будут защищены от прожогов.

Угловые швы применяются для соединения составляющих разнообразных емкостей, а также резервуаров. Чтобы угловое соединение имело наиболее высокое качество, детали следует устанавливать «лодочкой».

Тавровый вид получил свое широкое распространение в сварке несущих конструкций. Отметим, что к тавровой сварке необходимо основательно подготовиться. Основные преимущества таврового вида: высокая прочная и возможность применения в трудных местах – там, где сварку другими способами применить крайне сложно.

Нахлесточный метод используют для сварки металлических листов. Применение этого способа возможно, если толщина листов не будет превышать 1,2 см и между поверхностями элементов будут отсутствовать зазоры. Преимуществом способа является его простота. Чтобы выполнить работу, сварщику необязательно иметь высокий уровень квалификации.

Также среди достоинств следует отметить, что швы находятся на расстоянии друг от друга, за счет чего значительно повышается прочность соединения.

Торцевые соединения, как это понятно из названия, служат для соединения торцов. Преимуществом метода является возможность качественной сварки элементов независимо от их толщины. Также здесь следует отметить, что деформация деталей при использовании этого способа является минимальной.

Основные типы сварных швов

Типы сварных швов имеют несколько классификаций:

По положению в пространстве

Здесь принята следующая классификация:

Нижние сварные швы располагаются внизу по отношению к специалисту. В этом случае расплавленный материал не может вытечь из сварочной ванны. При этом подъем шлаков и газов происходит без препятствий. При нижней сварке проведение электрода или пламени происходит вдоль стыка, сварщик выполняет поперечные движения.
Горизонтальные швы производятся в том случае, если сварке подлежат вертикальные элементы. Сварка выполняется по горизонтальной траектории: справа налево и слева направо. Для того чтобы расплавленный металл не стекал, необходимо обеспечить смещение горизонтальной заготовки на уровень 1 мм. На скорость сварки необходимо обратить особенное внимание. Если сварка происходит в медленном темпе, есть риск появления потеков, если в быстром – могут появиться непровары.
Вертикальные сварные швы. Для этого типа характерно соединение элементов сверху вниз и снизу вверх. Чтобы минимизировать потеки, необходимо использовать малый ток и выполнять сварку прерывисто.
Потолочные сварные швы применяются, когда стык находится над головой сварщика. Для удержания расплавленного материала применяется поверхностное натяжение.

По конфигурации

Типы сварных швов по конфигурации классифицируются как прямолинейные, криволинейные и кольцевые. Последние также именуются спиральными. Отметим, что конфигурация швов не имеет взаимосвязи с положением элементов в пространстве.

По степени выпуклости

По степени выпуклости швы бывают:

Выпуклыми (усиленными). Они часто применяются, чтобы собрать узлы, которые будут нести высокую статическую нагрузку.
Вогнутыми (ослабленными). Применяются для сварки металла, имеющего минимальную толщину.
Нормальными (плоскими). Преимуществом нормальных швов является противостояние воздействиям, которые могут нести разрушительную силу.
Специальными. Эти типы сварных швов имеют форму неравнобедренных треугольников. Чаще всего они используются в угловых и тавровых типах соединений.

По протяженности

В этом случае сварные швы классифицируются как сплошные и прерывистые. Последние типы выполняются отрезками, длина которых колеблется от 10 до 30 см. При расчете длины отрезка учитывается общая протяженность сварного соединения.

Сварные швы по протяженности бывают:

Цепными. Они имеют одну или две стороны. Разрывы при таком соединении должны быть расположены равномерно.
Шахматными. В данном случае отрезки с разных сторон сдвигают аналогично шахматному порядку.
Точечными. Эти швы применяются при контактной сварке.

Сварные швы классифицируют и по их длине:

короткие – до 25 см;
средние – от 25 до 100 см;
длинные – длина превышает 1 м.

По количеству проходов

Все типы сварных швов выполняются одним или несколькими проходами. Количество проходов рассчитывается в зависимости от толщины материала и характеристики необходимой прочности. Для любого прохода характерно наплавление одного валика. При одноуровневом расположении происходит образование слоя шва.

Если металл имеет толщину до 5 мм, соединение происходит с использованием одного прохода. Также один проход используется, если создаются угловые соединения, два прохода – для создания стыковых швов.

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

Тут сварные швы классифицируются как:

продольные (фланговые) – усилие делается параллельно стыку;
поперечные (лобовые) – направление вектора происходит под прямым углом;
комбинированные – используются оба вышеперечисленных способа;
косые – усилие имеет острый угол.

По виду сварки

Вид сварки имеет прямую взаимосвязь с использованием сварочного аппарата. Вот основные типы сварных швов по категории сварки:

ручная;
автоматическая;
в среде инертных газов;
плазменная;
лазерная;
газопламенная.

Контроль качества сварных швов

Государственный стандарт регламентирует механические свойства сварного соединения, его отдельно взятых участков, а также получившегося в итоге материала. Для того чтобы определить, насколько качественным является изделие, необходимо произвести его испытания.

ГОСТ прописывает следующие способы определения качества:

Статический. В рамках этого метода происходит плавное увеличение нагрузки. На определение качества требуется длительное время, так как необходимо создать постоянное продолжительное напряжение.
Динамический. В этом случае используются маятниковые копры. Здесь нет необходимости в длительном наблюдении. В короткий промежуток времени создается нагрузка максимальной силы.
Усталостный. Нагрузка создается многократно. Ее сила имеет разное значение, количество циклов может достигать нескольких миллионов.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Сварные соединения металлоконструкций

Сварные соединения металлоконструкций должны отвечать строгим нормам качества, чтобы итоговое изделие было прочным и надежным. В зависимости от назначения и материала конструкции используются различные соединения, к каждому из которых предъявляются свои требования.

Не менее важны способы контроля качества сварных швов. Только после необходимых процедур и заполнения документации изделие можно эксплуатировать. В нашей статье мы расскажем, какие бывают сварные соединения и как проверить их на прочность и соответствие нормам и требованиям.

Виды сварных соединений металлоконструкций

Различается несколько классификаций сварных соединений металлоконструкций:

По типу примыкания двух заготовок.
По виду сварного шва.
В зависимости от технологии сварки.
С учетом обстоятельств, при которых проводится сварка.
В зависимости от толщины заготовок.
С учетом марки стали, из которой сделаны детали.

В зависимости от типа размещения деталей выделяют четыре разновидности стыковых соединений:

Вплотную, где две заготовки в одной плоскости присоединены друг к другу.
С наложением, когда детали заходят краями одна на другую.
Соединение углом. В этом случае две детали находятся под углом друг к другу.
Соединение в виде буквы Т. Здесь одна заготовка торцом примыкает к другой.

Самыми распространенными сварными соединениями металлоконструкций являются швы вплотную и угловые. Рассмотрим далее, как их получают.

Для стыкового соединения либо применяют выводные планки, либо проваривают шов во всю толщину заготовки. При выполнении работы за пределами цеха можно проводить одностороннюю сварку, в дальнейшем подваривая корень сварного шва. Таким образом, весь зазор заполняется по одной из кромок.

Следующая технология – с выводными прокладками – имеет много отличий от предыдущей. В первую очередь, прокладки расположены со стороны кромок свариваемых частей. Между кромками должно быть расстояние до 7 мм – при ручной сварке, а при механизированной – 16 мм. Толщина подкладки выбирается с учетом недопущения образования прожога во время сварки, а ток выставляется с учетом режима сварки.

В стыковках металлоконструкций часто можно встретить заготовки разной толщины. При этом с помощью фрезеровки или строжки устанавливается угол наклона более толстой кромки, равный уклону 1:8 для растянутых элементов металлоконструкции (таких, как подвески и консоли), и 1:5 – для сжатых элементов (опоры, стойки).

Сварные узлы играют роль основных стыковых соединений, несущих всю металлоконструкцию. Исходя из этого, уже во время проектирования стараются разработать благоприятные условия для сварки стыков. Для этого надо:

Проводить в сварных узлах стыковочное соединение или угловое.
Делать сварки в нижнем положении.
Использовать механизированную или автоматическую сварку, а не ручную.

К множеству видов сварных узлов предъявляют различные требования. Например, при выполнении балочного узла большую роль играет расположение сварочных швов относительно друг друга. Расстояние между ними должно быть не меньше десятикратной толщины самого толстого металлопрофиля, входящего в состав этого узла.

Есть и другой момент, не влияющий на качество сварных соединений металлоконструкций. Существует два понятия: местная прочность и непрочность. Первое – это сварочные участки с приваренными косынками, ребра жесткости, накладки и пр. Ко второй относят все имеющиеся вырезы на элементах металлических конструкций, отверстия, непровары швов, зазоры и щели в стыках.

Когда оба участка есть в конструкции, то ее саму по себе нельзя считать прочной. Так как:

В местах с большей жесткостью и прочностью соединения возникает большая концентрация сил, оказывающих действие на всю конструкцию в целом.
Где меньше жесткости, там и меньшее количество действующих сил.

Таким образом, при наличии в металлической конструкции местной непрочности даже самый надежно проваренный стык может представлять опасность. Поэтому надо не допускать местных непрочностей. Плохая сварка даже в самых незначительных участках может привести в негодность всю конструкцию.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Правильная сварка является важнейшим фактором обеспечения надежности и безопасности металлоконструкции.

Требования и виды качества сварных соединений

При сварке швов используемый металл должен отвечать ряду требований. Вот главные из них:

величина относительного удлинения материала – от 16 % и выше;
ударная вязкость металла – выше 24 Дж/см 2 , это значение замеряется при среднесуточной температуре воздуха в самый холодный пятидневный период;
способность металла сварных соединений и швов металлических конструкций к временному сопротивлению разрыву должна быть такой же (или более высокой), как и у главного металла, из которого сделаны свариваемые изделия;
при сварке металлических изделий на заводе важно, чтобы коэффициент твердости металла шовного соединения был до 350 HV у металлоконструкций 1-й группы и менее 400 HV у изделий иных групп, описанных в СНиП II-23-81;
при сварке во время монтажа и сборки конструкций коэффициент твердости шовного металла должен быть не выше 400 HV.

Выполнение необходимых правил и осуществление контроля сварных швов металлических конструкций поможет сохранить целостность и сохранность сварных соединений, избежать ранней потери прочности и аварийного разрушения металлоизделий.

По качеству шовные соединения разделяют на три категории:

В первую категорию входят шовные соединения, имеющие самые высокие эксплуатационные характеристики (прочность, долговечность, стойкость к разрывам и т. д.). К ним относятся следующие типы швов:

поперечные стыковые соединения, подверженные сильным растягивающим напряжениям;
нахлесточные, тавровые и угловые шовные соединения, работающие на отрыв при растягивающих напряжениях;
швы в металлоизделиях, отнесенных согласно СНиП II-23-81 к 1-й группе (или ко 2-й группе, если температура воздуха, где возведена металлоконструкция, опускается ниже отметки -45 °С).

Во вторую категорию входят швы среднего качества. К ним относятся:

продольные стыковые элементы, подверженные напряжению сдвига;
связующие угловые швы в металлических изделиях 2-й и 3-й группы, на которые действуют растягивающие напряжения;
швы в углах и стыках, соединяющие фасонки со сжатыми элементами металлических изделий.

В третью категорию входят швы низкого качества, среди которых:

поперечные швы в стыках, на которые действуют сжимающие напряжения;
продольные соединения в стыках, а также связующие швы в углах, которые применяются в сжатых частях конструкций;
соединения в стыках и углах, использующиеся во вспомогательных деталях металлических изделий.

6 методов контроля качества сварных соединений металлоконструкций

Этот способ является самым простым и наиболее быстрым, не требует никакой специальной техники, нужна только внимательность. Посмотрите: шов должен быть одинаковой ширины и высоты на всех участках без видимых трещин и повреждений. Внешний контроль соединений металлоконструкций выявляет, есть или нет непроваров, наплывов, неравномерных складок шва. Наличие этих дефектов указывает на низкое качество соединения.

Разумеется, данный способ не гарантирует полного контроля сварных швов трубопроводов, сварных соединений газопроводов или иных ответственных конструкций, но может стать первой операцией перед применением остальных методов контроля.

Этот метод служит для испытания сварного шва. При его применении используют специальные жидкости, которые могут проникнуть в «капилляры» – поры и трещины шва.

Этот способ хорошо подходит для проверки металла с любой формой и составом. Он помогает раскрыть дефекты, невидимые для глаз, и при этом экономичен, так как не требует дорогого оборудования.

Для капиллярного контроля швов используются жидкости – пенетранты (от англ.«penetrant», означающее «проникающая жидкость»). За счет незначительного поверхностного натяжения такие жидкости беспрепятственно попадают в мелкие капилляры, оставаясь видимыми для глаз. Попадая в полости, пенетранты маркируют дефекты.

Очень важно проверить швы на герметичность. У данного способа проверки на герметичность много названий: течеискание, пузырьковый метод контроля, пневмоиспытание, гидроиспытание и др. Однако суть всегда одна и та же: выявление сквозных дефектов, ухудшающих герметичные показатели сварного шва.

Для проверки сварных соединений на герметичность применяются газы (кислород или азот), разные жидкости (например, вода). При всей схожести данного метода с капиллярным газ или жидкость под давлением попадают в дефектные проемы. Этот метод разделяют на пневматический и гидравлический контроль, кроме того, соединения могут быть проверены посредством вакуума или обдувом воздухом – это подкатегории пневматического контроля.

В его основе лежат главные принципы электромагнетизма. Контролер со сварщиком, используя специальный прибор, окружают сварное соединение магнитным полем, использующим поток электромагнитных линий. Их искажение указывает на наличие дефектов.

Этот очень интересный способ основан на свойствах ультразвука. Края трещин и сколов, имея разные акустические способности, очень хорошо отражают звуковые волны. Проще говоря, если при подаче на шов ультразвука он искажается и отражается в другом направлении, значит, есть дефект. Различные виды изъянов по-разному искажают звуковую волну, что помогает легко их определить.

Иначе его называют радиографический контроль и гаммаграфический контроль сварных соединений. Он представляет собой мини-рентген. Гамма-лучи, проходя сквозь металл, на специальной пленке отображают все выявленные незамеченные дефекты. Данный способ контроля является самым современным и дорогостоящим, требует высокого профессионализма контролера и сварщика. Долгая работа с таким устройством может быть вредна для здоровья.

Оформление документации на сварные соединения металлоконструкций

По результатам испытаний составляется акт дефектов сварных соединений. Фиксируют каждый изъян и дают его краткое описание. Результаты вносят в журнал сварки. Такая документация ведется бригадой на всех объектах. Спецжурнал – это первичный документ, который ведется в соответствии со СНиП по каждому узлу конструкции.

По завершении работ журнал вместе с остальной документацией передается заказчику.

Кроме спецжурнала, во время сварных работ делают схему стыков с полным описанием технологии. Их дополняют сертификатами на используемые материалы (электроды, флюс или присадочную проволоку). Акты исследований сварных швов (контроля качества швов с внешней стороны изделия), время приборной диагностики, ее результаты, заключения контролеров пишут индивидуально под каждого отдельного сварщика.

Эти документы нужны для предоставления в суд в случае аварии. Работа с ответственными конструкциями обременена серьезными требованиями. Объект не примут в готовом виде, если не будет предоставлен акт проверки швов.

В случае обнаружения дефекта соединение переваривается, даже если виноват не сварщик, а некачественный материал. Лишь после прохождения контроля производятся остальные действия по приему металлической конструкции объекта.

Способы соединения металлических изделий

Сегодня строительная область предоставляет широкий выбор всевозможных крепежей и методов совмещения различных материалов. Но какие есть способы соединения металлических изделий, знают далеко не все, хотя эта информация может очень пригодиться, ведь сферы, где это актуально, многочисленны и разнообразны.

В нашей статье мы представили обзор основных способов, с помощью которых соединяют детали из металла, указав их ключевые особенности. Также перечислили главные крепежные изделия, которые применяются для этой цели, поэтому информация вас ожидает крайне полезная.

Разновидности крепежных изделий для соединения металла

Для соединения изделий друг с другом используется металлический крепеж, представленный на рынке в широком ассортименте. Крепежные элементы имеют разные размеры, форму и назначение. Чаще всего детали соединяют винтами, болтами, гайками, саморезами, шурупами, анкерами, заклепками, шпильками, шайбами и т. п.

1. Болт.

Одним из способов соединения металлических изделий является посредством болтов – стержней с наружной резьбой и четырех- или шестигранной головкой. Для соединения требуется гайка или отверстие с внутренней резьбой. Болт внешне напоминает винт, оба крепежных элемента широко применяются в машиностроении, строительстве и пр.

Различаются они по способу работы:

болт проходит через соединяемые элементы насквозь, фиксируется гайкой или гаечным ключом;
винт вкручивается в деталь с резьбой с помощью отвертки или торцевого ключа.

В отличие от второго, первый не прокручивается внутрь соединяемых элементов.

2. Саморезы.

Для соединения деревянных деталей часто используются саморезы:

крепежными элементами с мелкой резьбой соединяют металлические заготовки небольшой толщины с деревянными или пластмассовыми деталями;
саморезы с крупной резьбой предназначены для фиксации деревянных деталей.

Острый наконечник, выполненный в форме сверла, самостоятельно проделывает отверстия в соединяемых заготовках.

3. Гайка.

Еще одним способом соединения деталей из металла является с помощью гаек – крепежных элементов с отверстием и внутренней резьбой. Используются в паре с болтами. Гайки различаются по форме (шестигранные, круглые с насечками, квадратные, T-образные, с выступами для пальцев и т. п.), а также по прочности.

4. Шуруп.

Этот крепежный элемент представляет собой стержень с наружной резьбой, острием конической формы и головкой. Способ соединения металла между собой с помощью шурупов заключается во вкручивании крепежа в готовое отверстие или мягкий материал (пластмассу, дерево). В этом заключается разница между ними и саморезами. Они менее универсальны по сравнению с последними, так как имеют меньшую высоту и шаг резьбы. Востребован этот вид крепежных изделий в строительных и отделочных работах.

5. Анкер.

Анкер крепится к опорному основанию и удерживает нужный элемент. Крепеж имеет две части:

нераспорную, которая не участвует непосредственно в фиксации конструкций;
распорную (рабочую), с изменяемыми размерами.

Помимо основных частей, может иметь манжету – кайму, препятствующую проникновению внутрь основания или фиксируемой конструкции. Анкеры используют для соединения металлических изделий из листовых материалов, а также для крепления тяжеловесных конструкций и фундамента.

6. Заклепки.

Делятся на два основных вида:

Вытяжные, состоящие из алюминиевой головки и стержня из оцинкованной стали. Они предназначены для неразрывной фиксации двух или более металлических элементов. При работе с ними используются механические инструменты.
Резьбовые заклепки широко применяются в машиностроении и электронике. На стержень этого крепежного изделия нанесена резьба, поэтому соединяемые с его помощью детали можно при необходимости разобрать.

7. Шпилька.

Это цилиндрический стержень без головки с резьбой по всей длине или только на концах. К такому способу соединения металлических изделий прибегают при отсутствии резьбы у фиксируемых деталей. Используется в паре с гайкой, может быть дополнен шайбой. Последняя представляет собой круглую пластинку, подкладываемую под гайку и повышающую прочность крепления, предотвращающую деформацию соединяемых заготовок. Это достигается за счет увеличения прижимной поверхности скрепляемых деталей.

С помощью шпилек скрепляют любые изделия и конструкции, включая высоконагруженные. Преимущество этого способа крепления металлических элементов заключается в том, что для его применения не требуются особые навыки.

В зависимости от наличия резьбы крепежные элементы делятся на:

метрические, представленные винтами, болтами, гайками и шпильками;
неметрические (приспособленные), представленные гвоздями, анкерами и т. п.

В зависимости от области использования они делятся на:

высокопрочные резьбовые крепежи;
элементы массового использования;
изделия для безударной и/или односторонней фиксации;
крепежи, предназначенные для герметизации изделий;
детали, предназначенные для соединения полимерных композитных материалов и т. п.

Это условная классификация, поскольку крепежные изделия могут одновременно относиться к нескольким группам.

6 способов соединения металлических изделий

Разные способы соединения металлических изделий имеют свои достоинства и недостатки. При выборе того или иного варианта необходимо, в первую очередь, исходить из предполагаемых условий эксплуатации будущей конструкции, а во вторую – из характеристик крепежных элементов.

1. Спайка.

Технологически этот способ соединения деталей из металла схож со сваркой, разница заключается в плавящемся материале:

при спайке плавится присадочная проволока;
при сварке – сам материал заготовки.

Спайка отличается меньшей надежностью по сравнению со сваркой.

Для соединения алюминиевых деталей, к примеру, велосипедных рам, больше подходит сварка, поскольку в данном случае требуются прочные сварные соединения.

Учитывая, что большая часть элементов велосипедной рамы изготовлена из алюминия, то сложностей при сварке не возникнет, главное, правильно выбрать технологию сваривания. Шов должен быть качественным и высокопрочным, устойчивым к деформациям и механическому воздействию.

Производители выпускают трековые велосипеды для скоростных гонок и шоссе, используемые на ровной поверхности. Для них важно, чтобы масса велосипеда была меньше, это достигается за счет использования при изготовлении рам трубок меньшего диаметра.

Такое решение приводит к сложностям при применении сварки как способа соединения металлических деталей. Высокая температура может стать причиной появлений трещин и деформации стальных элементов рамы. Вместо сварки в таком случае использовали спайку.

Хотя шов и получается более прочным, он все равно уступает по качеству сварным соединениям. Современные велосипедные рамы изготавливают из карбона, поэтому необходимость использования того или иного способа крепления металлических элементов либо полностью отсутствует, либо сводится к минимуму.

2. Склеивание.

Склеивание как способ соединения металлических изделий подходит для материалов, которые плохо поддаются сварке. Речь идет о таких металлах, как титан или магний. Во время склеивания мастера сталкиваются со следующими сложностями:

склеиваемые поверхности должны быть точечно подготовлены к обработке;
при склеивании внахлест требуется подгонка;
для соединения характерна невысокая прочность;
нельзя выполнять работу в несколько приемов.

Для повышения прочности крепления заготовок используют комбинированные способы, такие как заклепочно-клееные и сварочно-клееные.

3. Сварка.

Наиболее надежным способом соединения металлических изделий друг с другом считается сварка. Для фиксации элементов используют следующие ее виды:

газовую ацетиленокислородную;
контактную;
электродуговую;
электроннолучевую;
лазерную;
холодную.

При газовой сварке края соединяемых заготовок расплавляют в пламени кислородно-ацетиленовой смеси. Таким образом сваривают малоуглеродистые и низколегированные стали. Недостаток способа заключается в том, что сварной шов получается пористым, во время обработки из-за воздействия кислорода подвергается окислению, что отрицательно сказывается на его качестве.

Во время контактной сварки края соединяемых заготовок плотно прижимаются друг к другу и нагреваются за счет прохождения через них тока большой силы. Используется для соединения небольших по площади изделий, делится на шовную и точечную.

Электроды для электровакуумных изделий изготавливают при помощи точечной сварки. Крепление элементов друг к другу производится за счет импульсного тока, при этом изменяются такие параметры обработки, как продолжительность и сила воздействия, а также давление в точке сварки. Правильный подбор параметров позволяет соединять различные по типу и форме металлические заготовки, к примеру, вольфрамовую нить и никелевую фольгу.

4. Заклепывание.

Несмотря на широкое распространение сварки, заклепывание по-прежнему продолжает применяться как один из способов соединения металлических изделий. Его основной недостаток заключается в том, что шов может быть выполнен только внахлест. Однако он менее прочный, поскольку со временем заклепки расшатываются, а сверление отверстий может привести к дополнительной деформации материала заготовки.

Тем не менее, этот способ фиксации металлических деталей применяется в самолето- и мостостроении. Он долговечен и безопасен для конструкции, зачастую к заклепыванию прибегают при невозможности использования сварки.

Этот способ соединения деталей из металла также используется в производстве техники, автомобилестроении, при ремонте транспортных средств, однако он вытесняется технологией точечной сварки.

По мере развития технологий сварка все больше заменяет другие способы крепления металлических деталей. Уже сегодня она используется при возведении мостов, в строительстве авиатехники.

5. Шпоночное соединение.

Шпонки используют как способ соединения таких металлических изделий, как вал с деталями, передающими вращение и колебание. Элементы могут иметь различную конструкцию: призматическую, клиновую, сегментную, тангенциальную. Крепежные детали образует два основных вида соединений:

Ненапряженные, для создания которых используются призматические сегментные шпонки. Во время сборки не возникает предварительное напряжение.
Напряженные, для создания которых используются тангенциальные и сегментные шпонки. Подходят для соединения деталей сложных конструкций, во время сборки возникает монтажное напряжение.

6. Зубчатое (шлицевое).

Этот способ соединения металлических изделий предполагает фиксацию элементов путем попадания выступающих зубьев на валу в специальные углубления в ступице.

Размеры крепежных элементов устанавливаются отраслевыми стандартами. Способ подходит для создания подвижных и неподвижных соединений.

В зависимости от жесткости фиксации выделяют три варианта: легкая, средняя, высокая. Отличаются друг от друга высотой и количеством зубцов, варьирующимся от 6 до 20 штук. Зубцы могут иметь различную форму:

Треугольные подходят для соединения небольших валов неподвижных или с небольшим крутящим моментом. Этот вид крепежных элементов используется редко.
Прямобочные. Этот вид изделий для соединения металлических деталей центрируют по внутреннему и наружному диаметру боковых граней.
Эвольвентные – используют для крепления больших валов.

Назначение зубчатых соединений – передача крутящего момента. В основном, их используют в производстве электроинструментов.

Области применения различных способов соединения металлических изделий

Различные способы фиксации металлических элементов применяются в разных сферах промышленности, а также в быту. Их используют при производстве мебели, в строительстве, тяжелой промышленности и т. п.

Шпоночные и шлицевые крепления распространены в сферах создания электроинструментов, оборудования, в машиностроении. Без соединений с натягом невозможно изготовить валы зубчатых колец, червячные колеса. Пайка необходима для работы над электронным оборудованием, требующем высокой точности. С помощью заклепок соединяют тонколистовые металлы.

По мере развития технического прогресса появляются и новые способы соединения металлических изделий. Современная жизнь невозможна без различных машин и механизмов. Для того чтобы они служили дольше, необходимы надежные крепежные элементы. От качества крепежа зависят также форма готового изделия, качество его работы, риски возникновения аварийных и нештатных ситуаций на производствах и т. п.

В статье мы поговорили о видах и способах соединения металлических изделий и деталей. Прежде чем купить тот или иной крепежный элемент, следует его осмотреть на наличие дефектов. Деформированные в процессе работы детали можно использовать для наружных контуров металлических заготовок. Таким образом, возможна экономия на расходных материалах, но при этом без ущерба для качества готовой продукции.

Читайте также: