Какие швы должны выполняться в первую очередь при сварке конструкции

Обновлено: 20.09.2024

Деформацией называется изменение формы и размеров твердого тела под действием усилия. Если форма тела восстанавливается после прекращения действия силы, то деформация является упругой. Если тело не принимает первоначальной формы, то оно получило остаточную, или пластическую деформацию.

Напряжением называется сила, отнесенная к единице поверхности или к единице площади поперечного сечения тела. В зависимости от направления действующих усилий могут возникать напряжения растяжения, сжатия, изгиба, среза и кручения. Напряжение, при котором происходит разрушение, называется пределом усталости. Главной причиной пониженной усталостной прочности сварных соединений является сосредоточение напряжений. Причинами концентрации напряжений являются:

1.Дефекты швов – острый надрез, непровар, трещина и другие, расположенные поперек действия растягивающих напряжений.

2.Неправильные очертания сварного шва, например, швы с большой выпуклостью и неплавным переходом от наплавленного металла к основному.

3.Нерациональная конструкция сварных соединений

Меры борьбы с деформациями

Мероприятия, выполняемые до сварки

Рациональное конструирование сварных изделий. В процессе конструирования необходимо: ограничивать количество наплавленного металла уменьшением катетов швов или угла скоса кромок; не допускать пересечения большого количества швов; не располагать сварные швы там, где действуют максимальные напряжения от внешних нагрузок, и размещать их симметрично; применять преимущественно стыковые швы и т. п.

Правильная сборка деталей с учетом возможных деформаций.

При этом наиболее часто применяют метод обратных деформаций (рис.29). Зная, что шов после охлаждения всегда сокращается в размерах, можно заранее предугадать характер возможных напряжений и деформаций и произвести предварительный выгиб свариваемых деталей и противоположную сторону. Величина обратного выгиба определяется расчетным или опытным путем

Рис. 29Обратные деформации и положения элементов изделия после сварки

А – стыковое соединение двух пластин, б- тавровая балка, в – полка таврового соединения

Мероприятия, выполняемые в процессе сварки

Рациональная последовательность наложения сварных швов

Сварные конструкции следует изготовлять так, чтобы замыкающие
швы, создающие жесткий контур, заваривались в последнюю очередь. Сварку нужно вести от середины конструкции к ее краям, как бы сгоняя при этом внутренние напряжения наружу. Каждый последующий шов при многослойной сварке рекомендуется накладыватьв направлении, обратном направлению предыдущего шва.

При сварке полотнищ из отдельных листов (рис.30а) в первую очередь нужно выполнять поперечные швы отдельных поясов, чтобы обеспечить их свободную усадку, а затем сваривать пояса между собой продольными швами. В противном случае возможно образование трещин в местах пересечения поперечных и продольных швов.

При сварке двутавровых балок (рис.30 б) в первую очередь выполняют стыковые соединения стенок и полок, а затем — угловые поясные швы.

При сварке цилиндрических сосудов из нескольких обечаек (рис.30в) сначала выполняют продольные швы обечаек, а затем обечайки сваривают между собой кольцевыми швами. При ручной и механизированной сварке швы большой протяженности рекомендуется накладывать в обратноступенчатом порядке.

Рис. 30 Последовательность наложения швов (1 -8) при сварке:

Сборка под сварку

Нормируемые параметры сборки деталей под сварку

Смещение кромок (Линейное смещение стыковых соединений);
Зазор;
Отклонение от прямолинейности (Угловое смещение);
Требования к прихваткам (количество, длина, высота, место установки);
Смещение продольных швов смежных сварных труб;
Требования к приспособлениям, установке и снятию технологических креплений.

Линейное смещение кромок

Линейным смещением свариваемых кромок соединяемых листов или труб называют смещение между двумя свариваемыми элементами, у которых поверхности параллельны, но расположены не в одной плоскости.

Смещение кромок

Допускаемое смещение кромок устанавливается нормативными документами (ПБ,ОСТ, СТО, РД).

Важно! Большое смещение кромок может привести к непровару в корне сварного шва.

Зазор

Необходим для проплавления корня шва и формирования обратного валика.

Устанавливается стандартом на конструктивные элементы сварных соединений для различных способов сварки или отраслевыми нормативно техническими документами (ГОСТ, СТО, РД).

Важно! При заниженном зазоре возможен непровар, при завышенном прожог.

Угловое смещение (перелом)

Угловым смещением листов (труб) — называют смещение между двумя свариваемыми элементами, поверхности которых не параллельны и не находятся под заданным углом.

Допускаемое угловое смещение (отклонение от прямолинейности трубопроводов) устанавливается нормативными документами (ПБ, ОСТ, СТО, РД)

Угловое смещение труб, как правило, измеряют на расстоянии 200 мм. от стыка прикладыванием линейки длиной не менее 400 мм и измерением зазора.

Требование к прихваткам

Прихватки должны обеспечивать жесткость конструкции в процессе сварки за счет:

количества;
размеров (длины, высоты);
равномерности расположения по длине шва.

Расположение прихваток при сборке

Прихватки не должны снижать качество сварного шва, поэтому:

должны выполняться аттестованными сварщиками;
должны располагаться на свариваемых кромках ( за исключением мест пересечения сварных швов);
должны выполняться теми же сварочными материалами, что и корневой слой шва;
должны зачищаться (или удаляться) для обеспечения формирования корневого слоя;
не должны иметь дефектов. При появлении дефектов в прихватке (пор, трещин) необходимо работы приостановить до выяснения причин;

При недостаточной длине прихваток возможно их разрушение, при завышенной их длине будет большая поперечная усадка и уменьшение требуемого зазора, что приведет к непровару.

Смещение продольных швов сварных труб

Необходимо для исключения концентратора напряжений в месте перекрестия продольных и кольцевых швов.

Для магистральных и промысловых газопроводов смещение преграждает лавинообразное разрушение по сварному шву на переходе с одной трубы на другую.

Требования к сборке технологических трубопроводов

Смещение кромок по наружному диаметру разнотолщинных труб не должно превышать 30% от толщины тонкостенного элемента, но не более 5 мм.

Смещение кромок по внутреннему диаметру не должно превышать значений:

0,10 S, но не более 1мм — для трубопроводов Рy свыше 10 МПа (100 кгс/см2) и трубопроводов I категории, работающих при температуре ниже — 70°C ;
0,15 S,но не более 1мм — для трубопроводов II — V категорий.

Если смещение кромок превышает допустимое значение, то плавный переход в месте стыка должен быть обеспечен путем проточки конца трубы под углом не более 15°.

Для трубопроводов с Ру до 10 МПа (100 кгс/см2) допускается калибровка концов труб методом цилиндрической или конической раздачи.

Условное смещение. Отклонение от прямолинейности, замеренное линейкой длиной 400 мм в трех равномерно расположенных по периметру местах на расстоянии 200 мм от стыка, не должно превышать: 1,5 мм — для трубопроводов Рy свыше 10 МПа (100 кгс/см2) и трубопроводов I категории; 2,5 мм — для трубопроводов II — V категорий.

Требования к прихваткам. Количество прихваток для трубопроводов диаметром до 100мм-2шт.; 100-600мм.-3-4шт.; свыше 600мм.-через каждые 300-400мм.

Длина прихватки для трубопроводов диаметром до 600мм. 2,0 — 2,5 толщины стенки, но не менее 15 и не более 60мм. Свыше 600 мм.-50-70мм.

Высота прихватки для трубопроводов диаметром до 600мм. 0,4 — 0,5 толщины стенки при толщине стенки до 10 мм и 5 мм при толщине стенки от 10 мм и выше. Свыше 600 мм. 4-5мм.

Требования к приспособлениям и технологическим креплениям

Сборка осуществляется с помощью центраторов или привариваемых на расстоянии 50 — 70 мм. от торца труб временных технологических креплений. Технологические крепления изготовливаются из стали того же класса, что и свариваемые трубы. Для закаливающихся теплоустойчивых сталей технологические крепления могут быть изготовлены из углеродистых сталей.

При сборке стыков из аустенитных сталей с толщиной стенки трубы менее 8 мм, к сварным соединениям которых предъявляются требования стойкости к межкристаллитной коррозии, приварка технологических креплений не допускается.

Требования к смещению продольных швов

При сборке труб и других элементов с продольными швами последние должны быть смещены относительно друг друга. Смещение должно быть не менее трехкратной толщины стенки свариваемых труб (элементов), но не менее 100 мм. При сборке труб и других элементов с условным диаметром 100 мм и менее продольные швы должны быть смещены относительно друг друга на величину, равную 1/4 окружности трубы (элемента).

Требования к сборке трубопроводов газового оборудования

Смещение кромок. Допускаемое смещение кромок свариваемых труб не должно превышать величины 0,15S + 0,5 мм, где S — наименьшая из толщин стенок свариваемых труб.

Сварка стыков разнотолщинных труб или труб с соединительными деталями и патрубками арматуры допускается без специальной обработки кромок при толщине стенок менее 12,5 мм (если разность толщин не превышает 2,0 мм).

на надземных и внутренних газопроводах низкого давления допускается производить нахлесточные соединения «труба в трубу» размеров d 50×40, 40×32, 32×25, 25×20 мм.при условии:

— просвет между трубами, соединяемыми внахлест, не более 1—2 мм и равновелик по периметру;

— величина нахлеста по длине соединяемых труб не менее 3 см;

— на конце трубы меньшего диаметра выполняется фаска вовнутрь под углом не менее 45° на всю толщину стенки трубы;

Требования к смещению продольных швов

Сборку под сварку труб с односторонним продольным или спиральным швом производят со смещением швов в местах стыковки труб не менее чем на:

15 мм — для труб диаметром до 50 мм; 50 мм —от 50 до 100 мм; 100 мм диаметром св. 100 мм.

При сборке под сварку труб, у которых швы сварены с двух сторон, допускается не производить смещение швов при условии проверки места пересечения швов физическими методами.

Требования к сборке трубопроводов котельного оборудования

Требования к прихваткам

Прихваточные швы должны быть равномерно расположены по периметру стыка. Не рекомендуется накладывать прихватки на потолочный участок стыка.

В стыках, собираемых без подкладных колец, число прихваток и их протяженность зависят от диаметра труб и должны соответствовать следующим нормам:

Общие указания по сварке

Свариваемые поверхности конструкции и рабочее место сварщика должны быть ограждены от дождя, снега, ветра и сквозняков.

При температуре окружающего воздуха ниже минус 10 °С необходимо иметь вблизи рабочего места сварщика инвентарное помещение для обогрева, а при температуре ниже минус 40 °С сварка должна производиться в обогреваемом тепляке, где температура должна быть выше 0 °С.

Сварку конструкций при укрупнении и в проектном положении следует проводить после проверки правильности сборки.

Швы длиной более 1 м, выполняемые ручной или механизированной сваркой, следует сваривать обратноступенчатым способом (рис. 6.1, а РД 34.15.132-96).

При толщине стали 15-20 мм и более рекомендуется применять сварку способом «двойного слоя» (рис. 6.1, б РД 34.15.132-96). Заваривают на участке I длиной 250-300 мм первый слой шва 1, быстро счищают (после потемнения) с него шлак и заваривают на этом же участке второй слой 2. Затем в таком же порядке заваривают участки II, III и т.д. Сварку второго слоя выполняют по горячему первому слою. Остальные слои (валики) выполняют обычным обратноступенчатым способом.

Сварка листовых объемных конструкций из стали толщиной более 20 мм, особенно из стали с пределом текучести 390 МПа и более, должна производиться способами, обеспечивающими уменьшение скорости охлаждения - каскадом или «горкой» (рис. 6.1, в, г РД 34.15.132-96).

При изготовлении металлоконструкций следует создавать условия для наиболее удобного выполнения сварных соединений: в нижнем положении, с поворотом изделия; тавровые соединения предпочтительно выполнять «в лодочку» с кантовкой или поворотом изделия.

Последовательность выполнения сварных швов должна быть такой, чтобы обеспечивались минимальные деформации конструкции и предотвращались появления трещин в сварных соединениях.

При сварке перекрещивающихся швов в первую очередь следует сваривать швы, выполнение которых не создает жесткого контура для остальных швов. Нельзя прерывать сварку в месте пересечения и сопряжения швов.

Стыковые швы должны выполняться в первую очередь, а угловые швы - во вторую.

Схемы сварки обратноступенчатым способом (а), способом «двойного слоя» (б), горкой (в) и каскадом (г)

При сварке сварные швы необходимо выполнять многослойным способом слоями высотой 4-6 мм; каждый слой шва перед наложением последующего слоя должен быть очищен сварщиком от шлака и брызг металла, после чего нужно провести визуальный контроль поверхности шва. Участки слоев шва с порами, раковинами и трещинами должны быть удалены механическим способом. Допускается выборка дефектного участка огневым способом с последующей механической зачисткой мест выборки.

При многослойной сварке разбивать шов на участки следует с таким расчетом, чтобы стыки участков («замки» швов) в соседних слоях не совпадали, а были смещены на величину не менее 20 мм.

При двусторонней сварке стыковых, угловых и тавровых соединений необходимо перед выполнением шва с обратной стороны удалить корень шва до чистого бездефектного места.

Придание угловым швам вогнутого профиля и плавного перехода к основному металлу, а также выполнение стыковых швов без усиления осуществляют подбором режимов сварки и соответствующим пространственным расположением свариваемых деталей или механизированной зачисткой абразивным инструментом. Механическая обработка швов производится способами, не оставляющими на их поверхности зарубок, надрезов и других дефектов.

При температуре окружающего воздуха ниже 0 °С ручную дуговую сварку металлоконструкций независимо от марки свариваемой стали следует выполнять электродами с основным (фтористо-кальциевым) типом покрытия.

Ручную и механизированную дуговую сварку стальных конструкций разрешается производить без подогрева при температуре окружающего воздуха, приведенной в табл. 6.1 РД 34.15.132-96, автоматическую сварку под флюсом - при температуре окружающего воздуха, приведенной в табл. 6.2 РД 34.15.132-96. При более низкой температуре окружающего воздуха сварку надлежит производить с предварительным местным подогревом металла до 120-160 °С в зоне шириной не менее 100 мм с каждой стороны соединения.

Места приварки монтажных приспособлений к элементам конструкций из стали толщиной более 25 мм с пределом текучести 390 МПа (40 кгс/мм 2 ) и более необходимо предварительно подогреть до 120-160°.

При температуре окружающего воздуха ниже минус 5 °С сварку шва следует производить без перерыва, за исключением времени, необходимого на смену электрода или электродной проволоки и зачистку шва в месте возобновления сварки.

Сварку деталей из низколегированных сталей следует выполнять без перерыва до заполнения хотя бы половины толщины шва или по всей его длине или на участке длиной не менее 800-1000 мм (при длине шва более 1 м). При вынужденных перерывах в работе необходимо обеспечить медленное и равномерное охлаждение стыка любыми доступными средствами (например обкладкой стыка листовым асбестом), а при возобновлении сварки стык должен быть подогрет до температуры 120-160 °С.

Не допускается никаких силовых воздействий на стык до окончания сварки.

Температура окружающего воздуха, при которой разрешается производить ручную и механизированную сварку стальных конструкций без подогрева

Толщи-на свариваемых элемен-тов, мм	Максимально допустимая температура окружающего воздуха, °С, при сварке конструкций
решетчатых	листовых объемных и сплошно-стенчатых	решетчатых	листовых объемных и сплошно-стенчатых	решетчатых и листовых
из стали
углеродистой	низколегированной с пределом текучести, МПа (кгс/мм 2 )
£ 390(40)	> 390(40)
До 16	-30	-30	-20	-20	-15
Св. 16 до
-30	-20	-10	При толщине более 25 мм предварительный местный подогрев следует производить независимо от температуры окружающего воздуха
Св. 25 до 30	-30	-20	-10
Св. 30 до 40	-10	-10	+5
Св. 40	+5	+10

После окончания сварки со шва и околошовной зоны должен быть удален шлак, наплывы и брызги металла. Удаление шлака должно производиться после остывания шва (через 1 - 2 минуты после потемнения). Приваренные сборочные приспособления надлежит удалять без применения ударных воздействий и повреждения основного металла, а места их приварки - зачистить до основного металла с удалением всех дефектов. Снятие усиления, зачистку корня шва, лицевой стороны шва и мест установки выводных планок рекомендуется осуществлять с помощью высокооборотных электрических шлифовальных машинок с абразивным кругом. При этом риски от абразивной обработки металла должны быть направлены вдоль кромок свариваемых деталей.

Виды сварочных швов и техника их выполнения

Сварочный шов – неразъемное соединение, получаемое в результате сварки. Задача каждого сварщика – получение качественного сварного шва, которое гарантирует надежное соединение элементов. Для выполнения поставленной задачи нужно знать виды сварочных швов и техники их выполнения.

Основные виды сварочных швов

В первую очередь все швы делят по способу соединения деталей. По данному признаку выделяют следующие виды швов:

стыковые – получаемые между заготовками, примыкающими торцевыми поверхностями друг к другу,
нахлесточные – получаемые за счет наложения деталей друг на друга с частичным перекрытием,
тавровые – получаемые за счет приваривания торцевой поверхности одной заготовки к плоскости другой заготовки,
угловые – получаемые между заготовками, расположенными под углом друг к другу, шов получается в месте примыкания деталей,
торцевые – получаемые за счет сваривания торцов заготовок.

Стыковые швы

Стыковые швы являются самыми распространенным видом швов. Они используются при сварке металлических листов или труб различной толщины. Для сварки заготовки должны быть надежно зафиксированы. Между деталями остается небольшой зазор – около 1-2мм. В процессе сварки он заполняется расплавленным металлом заготовок или присадочным материалом.

Различают односторонние и двухсторонние швы. При односторонней сварке шов формируется только на одной стороне деталей. В случае двухстороннего шва сварка проводится на обеих сторонах заготовок.

В зависимости от толщины свариваемых деталей для стыковых швов по-разному готовят сварочные кромки. Соответственно этому различают формы:

с отбортовкой – для деталей толщиной до 4мм,
без скоса – для деталей толщиной до 8мм,
с V-образным скосом – для деталей толщиной от 3 до 60мм,
с X-образным скосом – для деталей толщиной от 8 до 120мм,
с K-образным скосом – для деталей толщиной от 8 до 100мм,
с криволинейным скосом – для деталей толщиной от 15 до 100мм.

Для тонких деталей возможна стыковая сварка без обработки кромок или с обработкой только на одной стороне.

Нахлесточные швы

При выполнении швов внахлест поверхности свариваемых деталей параллельны друг другу и частично друг друга перекрывают. Такие швы считаются самыми простыми и удобными для практики неопытных сварщиков.

Сварка швами внахлест всегда выполняется с двух сторон. Кромка каждой заготовки должна быть приварена к поверхности другой. Кромки подготавливаются без скоса. Угол наклона электрода при выполнении сварки должен быть в пределах 15 o -45 o . Если угол наклона будет выходить за эти пределы, то шов «заползет» на одну и сторон стыка.

Тавровые швы

Тавровые швы выполняются привариванием торца одной заготовки к боковой поверхности другой заготовки и в разрезе напоминают букву Т. Чаще всего сварка проводится под прямым углом, но возможно и другие варианты. В процессе сварки заполняется угол, образованный между деталями. Поэтому важно обеспечить глубокое проплавление деталей. Обычно это достигается за счет использования методов автоматической сварки.

Тавровые швы всегда двухсторонние. Форма подготовленных кромок возможна без скоса и с одним или двумя скосами одной кромки. Обрабатывается только привариваемый торец. Как правило, без скоса свариваются детали небольшой толщины – от 2 до 40мм. Для деталей толщиной от 8 до 100мм производится обработка кромки.

При сваривании тавровых швов важно знать их особенность: получаемые швы в итоге прочнее основного металла. Поэтому перед сварочными работами нужно проводить расчеты по получаемому сопротивлению материалов. Это необходимо, чтобы избежать неравномерной прочности деталей, разной стойкости к нагреву и охлаждению и другим скрытым дефектам.

Угловые швы

Угловые швы часто относят к подвиду тавровых швов. Но при этом угловые швы больше распространены, чем тавровые. По форме угловые швы напоминают букву Г. Угол между деталями может быть любой, но чаще всего – прямой. В работе необходимо выполнять правила геометрии шва: ширину, изогнутость, выпуклость шва и корень стыка.

При работе с угловыми швами главной проблемой является стекание металла по углу или с вертикальной поверхности на горизонтальную. Поэтому важно контролировать ровное ведение электрода, соблюдая углы наклона. Так для сварки листов разной толщины нужно держать электрод под углом 60 o по отношению к более толстой заготовке. В результате основное тепло придется на более толстую деталь, а более тонкая не перегреется и не прогорит.

Угловые швы бывают односторонние и двухсторонние. Для двухстороннего шва сварка выполняется и на внутреннем, и на внешнем угле. Возможна сварка без обработки кромок или скосами. Скос может выполняться с одной или с двух сторон одной кромки. Вторая кромка при этом не обрабатывается.

Прочность угловых швов ниже прочности основного металла. Этот момент нужно учитывать при проектировании и проведении работ.

Торцевые швы

Торцевые швы используются для сваривания деталей разной формы, прилегающими друг к другу боковыми поверхностями. Угол прилегания может находиться в пределах от 0 o до 30 o . Такая сварка подходит для работы как с тонкими, так и с толстыми металлами, а также для сварки деталей разной толщины. Перед сваркой выполняется разделка кромок под односторонние скосы.

Торцевые швы отличаются высокой выносливостью к нагрузкам. Но при этом возможно попадание влаги или загрязнений между поверхностями деталей, что в будущем приведет к коррозии. Особенно это вероятно при наличии непроваров.

Другие критерии классификации сварных соединений

Кроме способа соединения деталей швы различаются по другим параметрам:

по форме шва различают выпуклые и плоские швы,
по протяженности бывают сплошные и прерывистые швы,
по положению свариваемых поверхностей в пространстве бывают горизонтальные, вертикальные, потолочные и нижние швы и другие классификации.

Перед началом работ важно определить вид сварочного шва по всем параметрам. Это поможет подобрать оптимальную технику выполнения сварки в каждом конкретном случае. Например, сварка углового соединения в вертикальном положении потребует более тщательной подготовки, чем сварка стыкового шва в нижнем положении.

Читайте также: