При каком различии толщин листов свариваемых точечной сваркой можно получить качественное соединение

Обновлено: 16.05.2024

Точечная сварка получила широкое распространение в промышленности, особенно при массовом производстве штампосварных конструкций в автомобиле- и авиастроении, космической технике, сельскохозяйственном и транспортном машиностроении, строительстве, а также в приборостроении при создании миниатюрных и прецизионных узлов и изделий электронной техники , средств связи и управления.

Другие страницы по теме

Точечная сварка

Большое значение и широкое применение контактной точечной сварки обусловлены следующими ее достоинствами:

высокой производительностью и степенью автоматизации вследствие кратковременности самого процесса сварки и возможностью использования высокопроизводительных многоточечных машин, сборочно-сварочных поточных машин, агрегатов и роботизированных комплексов контактной сварки;
возможностью получения сварных соединений высокого и стабильного качества для рациональной конструкции соединения при соблюдении оптимальных значений параметров режима и условий выполнения сварки;
практическим отсутствием необходимости использования присадочных материалов, флюсов и газов;
относительно высокими санитарногигиеническими условиями труда и культурой производства.

Перечисленные достоинства можно отнести ко всем видам контактной сварки.

Точечной сваркой можно сваривать детали из большинства известных конструкционных материалов: низко- и среднеуглеродистых, а также низколегированных, легированных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей, алюминиевых и магниевых сплавов, титана и его сплавов, некоторых медных сплавов и ряда других материалов.

Лучше всего свариваются между собой однородные металлы и сплавы, построенные на одной основе или имеющие разную основу, но образующие между собой ряд твердых растворов.

Например, аустенитные стали хорошо свариваются с конструкционными , коррозионно-стойкие стали - с жаропрочными. Никель сваривают с низколегированными и коррозионно-стойкими сталями. Однако в ряде случаев контактная точечная сварка деталей из разнородных металлов и сплавов затруднена или невозможна, что обусловлено следующими основными факторами:

различием теплофизических и механических свойств свариваемых пар металлов и зависимостью их от термического цикла сварки , что вызывает смещение электротеплового поля относительно плоскости свариваемого стыка;
существенной химической и структурной неоднородностью металла литого ядра вследствие несимметричного проплавления деталей и незавершенности процессов перемешивания металла в ядре;
образованием интерметаллических фаз и механических смесей, обладающих большой твердостью и хрупкостью, что приводит к низким механическим свойствам соединения.

Все чаще точечной сваркой соединяют металлы с антикоррозионными и декоративными покрытиями. Свариваемость таких металлов зависит от свойств покрытия и его толщины. Удовлетворительно свариваются металлы с электропроводными металлическими покрытиями толщиной 7. 30 мкм. В машиностроении используют стали, покрытые цинком, свинцом, алюминием, никелем и хромом, в приборостроении детали покрывают также оловом, оловянно-висмутовым сплавом, кадмием, золотом, серебром и никелем . Наибольшие трудности возникают при сварке металлов c неэлектропроводными фосфатными и оксидными покрытиями из-зa таких дефектов кaк выплески и непровары. Точечной сваркой обычно соединяют детали, собранные внахлестку, однако возможны и другие типы соединений.

Наиболее широко этим способом соединяют детали и заготовки, выштампованные из листового и вырезанные из профильного проката, а также детали, изготовленные резанием. Точечную сварку можно использовать для создания комбинированных конструкций, в которых заготовки из листового проката необходимо сваривать с деталями, изготовленными методами литья, ковки и высадки.

Как правило , точечной сваркой соединяют детали толшиной 0,5 . . .6,0 мм. На специальных машинах возможна сварка стали толщиной до 30,0 мм, при микросварке толщина привариваемых элементов составляет 20 . 50 мкм. Обычно в машиностроении сваривают детали равных толщин или с соотношением толщин не более 1 : 6 (при толщине тонкой детали 0,5 . . .1,5 мм) , в приборостроении соотношение толщин соединяемых элементов может быть более чем 1 : 100.

Точечная сварка может быть двусторонней и односторонней. Пpи сварке компактных деталей или узлов открытого типа c отбортовкой применяется двусторонняя сварка, а для крупногабаритных узлов и при ограниченном доступe к зоне сварки - односторонняя. Пpи сварке в массовом производствe для повышения производительности используется многоточечная сварка .

При проектировании сварной конструкции, выполняемой точечной сваркой на универсальном оборудовании с использованием простейших сборочных приспособлений, желательно обеспечить :

минимальную и неизменную массу деталей из ферромагнитного материала, вводимую в контур сварочной машины, так как наличие магнитной стали в сварочном контуре ведет к увеличению его сопротивления и снижению силы сварочного тока; конструкция а на рис. 1 более предпочтительна, чем конструкция б;
необходимые жесткость и прочность электродов и хоботов из сплавов с твердостью ≥120 НВ, передающих требуемую силу сжатия при сварке внутри узлов коробчатой формы, обечаек и труб (см . рис. 1, в), при этом размеры отверстия (в мм) свариваемых узлов прямоугольного или круглого сечения должны отвечать следующим зависимостям :

где F_сж - сила сжатия электродов, даН , определяемая толщиной и материалом , подлежащим сварке; L - длина детали (или вылет электрода), мм; при не возможности введения электрода внутрь полого тонкостенного профиля целесообразно использовать медные раздвижные вставки (см. рис. 1, г) или удаляемый после сварки легкоплавкий материал;

свободный доступ электродов к месту сварки с тем, чтобы использовать прямые электроды с внутренним охлаждением, поэтому конструкция узла на рис. 1, д предпочтительнее узла, показанного на рис. 1, е;
свободную деформацию деталей в зоне сварки, узел ж на рис. 1 полностью отвечает этому требованию, узел з на этом рисунке - частично;
минимально возможные зазоры между деталями за счет повышения точности заготовок, фиксируюших приспособлений и качества сборки деталей в местах их сопряжения под сварку.

Рис. 1. Примеры узлов, соединяемых точечной (шовной) сваркой .

Фактический диаметр сварной точки должен быть не менее указанного в таблицах ГОСТа. При отработке технологии сварки выбранные параметры режима должны обеспечивать диаметр ядра d_ном на 15.. .25 % больше табличного для компенсации технологических возмущений при сварке .

Величина проплавления h мало влияет на прочность точки и может изменяться в пределах 20 .. .80 % толщины каждой детали. При проплавлении 80 % наблюдается перегрев металла в околошовной зоне и в контакте электрод - деталь, что снижает коррозионную стойкость соединения, повышает изнашивание электродов и вероятность образования выплесков.

Обычно минимальное значение проплавления (20 %) достигается в тонкой детали при сварке деталей неравной толщины , максимальное проплавление (до 95 %) характерно для титановых сплавов ввиду их низкой теплопроводности.

Бесследная сварка , когда отсутствует заметная вмятина на поверхности одной из деталей, достигается при односторонней сварке на медной подкладке (см . п. 2 в таблице на странице Схема точечной сварки) или при сварке с холостым плоским электродом большого диаметра (см. п. 5 таблицы на той же странице).

При сварке деталей неодинаковой толщины (см. рис. 2, в) конструктивные элементы соединения выбирают по более тонкой детали. Если соотношение толщин свариваемых деталей S / S₁ > 2, величины В, t и с увеличивают на 20.. .30 %. При двусторонней сварке трех деталей (в исключительных случаях четырех) диаметр литого ядра, измеренный в плоскости сопряжений каждой пары деталей, должен соответствовать государственному стандарту (при односторонней сварке число одновременно свариваемых деталей не может быть более двух). Если при сварке пакета из трех деталей образуются два литых ядра (см. рис. 3, а) , то величина нахлестки В устанавливается по тонкой детали l, l'. В случае образования обшей литой зоны (см . рис. 3, б) нахлестка со стороны края средней детали должна быть увеличена на 20 .. .30 % с тем , чтобы предотвратить возможное раздавливание края детали 2.

Рисунок 2. Конструктивные элементы, графическое изображение и условное обозначение сварных соединений, выполненных точечной сваркой из однотолщинных и одноименных металлов (а), плакированного (6) и разноименного металла (г), деталей неравной толщины (в ).

Минимальный шаг точек при сварке пакета из трех стальных деталей увеличивают в - 1,5 раза по сравнению с шагом для пакета из двух деталей. Желательно, чтобы отношение толшин деталей в пакете не превышало трех.

Рис. 3. Точечная сварка трех деталей : а - раздельное формирование ядер; б - сквозное проплавление средней детали; 1, 1' - тонкие детали; 2 - толстая деталь .

Точечная сварка металлов

Точечная сварка является одним из наиболее широко применяемых видов контактной сварки. Она используется при изготовлении кузовов автомобилей и вагонов, в самолетостроении и ряде других отраслей промышленности и транспорта.

Широкое применение технологии точечной сварки объясняется сравнительной простотой способа, сочетающегося со значительной универсальностью его возможностей. Так, точечной сваркой можно соединять листы металла толщиной от 0,1 мм до суммарной толщины, равной 60 мм . При этом по сравнению с клепкой достигается экономия в массе до 20% .

Точечная сварка металлов

Обычно свариваются листы одинаковой толщины из одного и того же металла, причем для сварки конструкционных сталей используется двусторонняя сварка. Точечная сварка применяется в основном при соединении деталей из низкоуглеродистых сталей, однако она применяется и для сталей повышенной прочности, например, хорошо сваривается аустенитная, нержавеющая хромоникелевая сталь марки Х18Н8 .

После зажатия свариваемых деталей в электродах контактной точечной машины и включения сварочного тока он проходит от одного электрода к другому через свариваемое изделие. Ток расплавляет металл в зоне сварки, создавая ядро сварной точки, имеющей чечевицеобразную форму.

Точечная сварка, как правило, выполняется с расплавлением слоя металла в месте контакта свариваемых поверхностей изделия между электродами машины. Поскольку скорости нагрева и охлаждения при использовании современных машин и режимов сварки достигают нескольких тысяч градусов в секунду, то и прилегающий к ядру точки участок металла подвергается сложной термической обработке.

Сила давления электродов должна быть такой, чтобы преодолеть жесткость ввариваемого изделия и осуществить пластическую деформацию при сдавливании, необходимую для получения надежной прочности точки.

Обычно диаметр ядра сварной точки равен 4 – 12 мм , однако для прочности точки имеет значение и соотношение ее высоты с толщиной свариваемых изделий. Принято считать, что высота ядра должна составлять 30 – 80% суммарной толщины свариваемых листов и не меньше 30% малой толщины листа в случае сварки изделий с различной толщиной.

Твердость металла непосредственно ядра точки и зоны термического влияния в несколько раз выше, чем основного металла, что способствует повышенной хрупкости сварного соединения. Поэтому в ряде случаев в целях выравнивания твердости производится отпуск сварной точки непосредственно в электродах машины при помощи повторного нагрева. Однако даже после термообработки усталостная прочность сварного соединения уступает прочности исходного материала.

Непосредственно процесс точечной сварки состоит из операций сжатия свариваемых изделий, включения, затем выключения сварочного тока и снятия сжимающего давления.

В основные параметры режима точечной сварки входят: плотность тока (или сила тока), время сварки, величина давления электродов, определяющая пластическую деформацию, и диаметр электродов в месте контакта.

Поскольку сварка длится очень короткое время, то отклонение от оптимальных значений хотя бы одного из приведенных параметров может существенно повлиять на качество сварного соединения. Состояние современной сварочной техники в нашей стране и за рубежом дает возможность широкого программирования режимов точечной сварки, как по величине сварочного тока, так и по изменению давления электродов в процессе сварки.

Программирование может идти по пути прерывистого включения сварочного тока, применения повышенного начального или конечного давления (проковка в горячем состоянии), подачи импульсов тока в начальный или конечный момент сварки.

Например, при сварке незакаливающихся сталей при толщине изделий до 4 – 6 мм в основном применяется точечная одноимпульсная сварка с постоянным давлением. Для сварки изделий из легких сплавов толщиной до 1 – 1,5 мм и из сталей толщиной более 6 мм используется одноимпульсная сварка с «ковочным» давлением, т. е. после выключения сварочного тока усилие сжатия увеличивается.

Сварку изделий из закаливающихся углеродистых и легированных сталей толщиной до 4 – 6 мм рекомендуется вести при постоянном давлении с применением дополнительного импульса тока для последующей термообработки сварной точки. Для сварки горячекатаных и высоколегированных сталей используется многоимпульсная точечная сварка, как с постоянным, так и переменным давлением электродов.

В зависимости от материала, его толщины и характера свариваемой детали может применяться тот или иной цикл или составляться специальная программа из приведенных приемов ведения процесса сварки.

Описание технологии контактной точечной сварки

Точечная сварка

Точечная сварка чаще всего используется в бытовых условиях. С ее помощью можно надежно и быстро соединить металлические элементы. Для этого не нужно быть профессиональным сварщиком, а само оборудование можно сделать своими руками.

Описание технологии точечной сварки

Техника соединения деталей различается в зависимости от вида металла, толщины заготовок, но общий порядок выполнения работ одинаковый.

Основные этапы сварочного процесса:

Подготовительные мероприятия. Поверхности соединяемых элементов конструкции очищаются от лакокрасочных покрытий, которые не пропускают ток.
Сжимание деталей. Поверхности соединяемых заготовок берут клещами для образования участков проведения тока непосредственно между контактами.
Прогрев заготовок электрическим импульсом (постоянным или переменным). Дольше нагреваются более толстые элементы.
Ослабление давления на соединяемые детали (для автоматических сварочных агрегатов). Эта процедура предупреждает выдавливание расплавленного материала.
Отключение тока при покраснении материала на участке размещения электродов.
Завершающий этап – проковка (прижим) деталей в период остывания материала. Эта процедура выполняется для создания прочного шва.

Настройка оборудования осуществляется в зависимости от типа металла. Качество соединения деталей зависит от применяемой сварочной технологии, импульса и режимов сжимания элементов конструкции.

Обозначения по ГОСТу на чертежах

Сфера применения и как это работает

Основные отличия контактной точечной сварки:

кратковременное воздействие на соединяемые элементы;
малая площадь расплавления материала;
напряжение – 1-3 В;
ток – от 2000 А;
усилие в точке соединения – 10-100 кг.

Благодаря таким особенностям этот вид сварки применяют для спайки металлических изделий, толщина которых не превышает 3 см.

Трансформаторы для выполнения точечной сварки используются в автомастерских (устранение вмятин). По этой технологии также осуществляется пайка литиевых батарей ноутбуков.

Разновидности контактной сварки в общем

Контактные соединения подразделяют на 4 группы:

точечные;
стыковые;
шовные;
рельефные.

Каждый вид сварки имеет свои характеристики, область применения.

Точечный метод

Соединение деталей выполняется точками в одном или нескольких местах. Под воздействием импульсного тока и давлением электродов осуществляется нагревание поверхностей материалов, расплавление и соединение металла.

Сварка рельефная

Этот вариант спаивания напоминает предыдущий. В этом случае предварительно готовят выпуклые места для соединения. А форма точки зависит не от электрода, а от самой выпуклости.

Рельефная сварка используется при производстве электротехнического оборудования, автомобильной техники.

Создание шва

Шовные соединения получают нанесением в ряд одновременно двух и более точек. Если их наносить внахлест, получаются герметичные швы. Сварка выполняется с использованием одного или нескольких аппаратов.

Такая техника спаивания позволяет получать качественные швы при соединении изделий толщиной до 3 мм. Ее используют для производства стальных и алюминиевых емкостей (канистр, бочек и пр.).

Стык встык

Контактное сваривание встык осуществляется по всей площади соединяемых компонентов.

Работы выполняются одним из 3 способов:

сопротивлением;
непрерывным оплавлением места спайки;
оплавлением с параллельным нагреванием участка соединения.

Первый способ используется для сваривания элементов малого сечения – до 2 см², труб, изготовленных из металлов с малым процентом содержания углерода.

Техника оплавления применяется для деталей с площадью сечения до 10 тыс. см².

Какие плюсы и минусы имеет

Благодаря высокой производительности и простоте эксплуатации оборудования точечная технология сварки получила широкое применение.

при малом расходе электрической энергии агрегат обеспечивает более 100 спаиваний в минуту;
возможна автоматизация рабочего процесса;
отсутствует необходимость в применении флюсов, присадок и проволоки;
получаются прочные соединения без остаточных деформаций.

Недостаток: негерметичные швы. Агрегат работает прерывисто, спайка материалов осуществляется в нескольких отдельных точках.

Требуемое оборудование и электроды

Точечные сварочные агрегаты подразделяют на 2 группы:

Агрегаты переносного типа отличаются небольшими габаритами и малым весом. Их чаще используют для возведения крупногабаритных металлоконструкций и кузовного ремонта. С помощью такой сварки можно соединять детали толщиной до 5 мм.

Стационарное оборудование используется на производственных предприятиях для изготовления металлических изделий, которые мастер может держать в руках. При серийном производстве с их помощью быстро создаются однотипные соединения. Такие установки достаточно тяжелые и занимают много места, но наличие мощного источника питания позволяет спаивать заготовки толщиной до 8 мм.

Характеристика используемых электродов для сварных точечных соединений:

повышенная температурная стойкость – более 600º;
высокая плотность материала, позволяющая удерживать форму при сжатиях до 6 кг/мм²;
повышенная электро- и теплопроводность без потери импульсного тока.

Плоские электроды применяют для одно- и двухсторонней сварки. В остальных случаях используют элементы бочкообразной формы.

Техника безопасности при работах

При эксплуатации агрегатов точечного типа нужно соблюдать правила техники безопасности:

не должно быть повреждений изоляции электрических кабелей, оголенных контактов;
агрегат следует заземлить;
при подсоединении к электросети оборудования контакты должны соответствовать номинальным значениям;
необходимо использовать дифавтоматы;
настройка и обслуживание аппарата в процессе эксплуатации осуществляется только после отсоединения от электросети.

Сварщик должен быть в плотной робе, специальной маске или очках, диэлектрических перчатках. При этом надежно изолируется рукоять клещей. Работать в помещении нужно в респираторе, должна присутствовать вытяжка.

Типы используемых аппаратов

При контактной точечной сварке агрегат способен выдавать разный ток.

По этим признакам оборудование делится на категории:

с постоянным и переменным током;
низкочастотное;
конденсаторное.

Для сваривания стальных сеток на предприятиях используют многоточечные агрегаты, которые позволяют делать соединения одновременно в нескольких местах.

Но самыми востребованными являются одноточечные модели, для которых используется переменный ток.

По каким характеристикам выбирать устройство

При выборе оборудования нужно учитывать следующие параметры: рабочие режимы аппарата, мощность, толщину материла, потребление электричества.

Режимы работы аппарата

В зависимости от свойств тока режим функционирования агрегата может быть жестким или мягким.

В первом случае используют ток большой плотности, сварочный цикл меньше 1.5 с. В таком режиме увеличивается производительность, но соединяемые детали нужно сильно сдавливать. Для работы используют электроды, диаметр которых превышает суммарное сечение спаиваемых элементов в несколько раз.

Во втором случае применяют ток меньшей плотности, цикл сварки увеличивается до 5 с. Это позволяет снизить давление клещей на заготовки и работать электродами, диаметр которых равен толщине деталей.

Мощность напряжения

Сварочный аппарат можно подсоединять к однофазной линии на 220 В и трехфазной на 380 В. Мощность потребления в зависимости от модели может составлять от 3 до 12 кВт. К стандартной электросети не рекомендуется подключать оборудование, работающее с мощностью выше 5 кВт, т.к. проводка может расплавиться.

Толщина свариваемых листов

Этот параметр определяет максимальное сечение деталей, которые можно проварить агрегатом. При спаивании более толстых заготовок получаются некачественные швы.

Обозначение параметра может быть общим или раздельным. Например, в первом случае – «5 мм», во втором – «2,5+2,5 мм», но значение этих параметров одинаковое.

Промышленные модели, способные сваривать одновременно 3 стальных листа обозначают – «3+3+3 мм».

Экономичность потребления

Дешевые агрегаты предназначены для ручного управления. Некоторые модели работают только на максимальной силе тока, т.к. его регулировка не предусмотрена. Сварщик самостоятельно сжимает клещи, следит за периодом соприкосновения электродов, пока не будет выполнен нужный провар.

Чтобы шов получился качественным, предварительно трансформатор опробуется на черновых заготовках того же сечения, что и основные элементы. Это делается для определения времени прижима. После этого можно переходить к чистовой работе.

Выпускаются модели, на которых сила тока регулируется – синергетическое (микропроцессорное) управление. Это существенно упрощает выполнение сварочных работ. Оператор указывает на панели прибора тип соединения и толщину заготовок. Механизм управления самостоятельно выбирает оптимальные параметры для работы, включает/отключает подачу тока. Задача мастера – только подносить электроды к месту соединения деталей. Но это дорогое оборудование.

Какие дефекты возможны при точечной сварке

В производстве и бытовых условиях востребована многоточечная технология сваривания стальных изделий. Ее используют для соединения тонких деталей. Швы получаются качественными и прочными.

Но не исключены и дефекты:

Прожог. В изделиях в процессе перегрева материала и стекания стали образуются отверстия и легко отрываются сплавленные кромки. Это происходит при высокой силе тока, избыточной силе сжатия, продолжительном импульсе. Для предупреждения прожогов рекомендуется уменьшить прижим клещей и ток.
Стекание расплавленного металла. Расплавленный материал способен выйти из ядра из-за продолжительного применения слабого импульса или сильного сжимания клещей. При выполнении сварочных работ сталь выплескивается из точек в виде искр. А при таком продолжительном факторе прочность соединения существенно снижается.
Непровар. Причиной того, что слабо нагревается ядро, может быть недостаточная сила сжатия и слабый импульс. Непровар возникает при близких точках сварки, т.к. соседняя точка является шунтом, который пропускает через себя часть энергии.

Также из-за короткого импульса или плотного прилегания соединяемых деталей может получаться недостаточная площадь расплава. В подобных случаях в одной сварной точке образуется несколько микросплавов, которые суммарно дают более слабое соединение, чем цельная точка.

Исправление ошибок

Точечная бесконтактная или контактная сварка осуществляется согласно разработанной технологии. Но в этой методике есть сложности, способные вызвать различные дефекты. А достаточно сложная диагностика точную картину о виде и качестве шва не дает.

Для устранения дефектов рекомендуется выполнить следующие действия:

высверлить соединение, повторить спаивание полуавтоматом;
проварить точечный шов еще раз;
зачистить наружные выплески материала;
установить вытяжную или сварную заклепку;
проковку разогретой точки.

Чтобы не приходилось исправлять недочеты, рекомендуется перед выполнением работ потренироваться на черновых заготовках.

Самоделка или заводской аппарат

Станок для точечной сварки, сделанный своими руками, позволяет сэкономить на кузовном ремонте и спаивании металлических конструкций. Профессиональное оборудование достаточно дорогое. Оно окупается только при выполнении больших объемов работ, т.е. на производстве.

Но для сооружения аппарата своими руками нужно знать его конструкцию, последовательность сборки. Для этого предварительно придется изучать техническую документацию, схемы и инструкции по сборке.

Самодельный агрегат для сварки стальных деталей – это незаменимый инструмент в гараже. С его помощью при необходимости можно подварить собственный автомобиль, собирать металлические конструкции (например, стеллажи), ремонтировать радиотехническое оборудование и т.д.

Для частых работ рекомендуется приобретать заводские аппараты с регулировкой тока для соединения деталей разной толщины, из разных металлических сплавов.

Как рассчитать прочность сварного шва

Швы и соединения

В производстве металлоконструкций самым надежным методом соединения между собой отдельных деталей является сварка. Прочность сцепления при этом обеспечивается межмолекулярным взаимодействием, возникающим под влиянием высокой температуры. Чтобы стыки (дорожки, швы) готового изделия получились качественными, перед началом работы должны быть правильно выполнены расчеты сварного шва. Точные вычисления нужны для выбора основных и расходных материалов, для понимания того, насколько надежной и монолитной будет конструкция.

Какие параметры используются в расчете

В расчете на прочность сварных соединений необходим целый ряд показателей.

При этом учитывают следующие основные параметры:

Ry – сопротивление материала изделия с учетом предела текучести; это постоянная величина для каждого металла;
Ru – сопротивление материала в соответствии с временным сопротивлением; стандартный табличный показатель;
Rwy – сопротивление с учетом предела текучести;
N – предельно допустимая нагрузка, которую может выдержать сцепление;
t – минимальная толщина соединяемых деталей;
lw – максимальная длина сварного стыка, при вычислении ее уменьшают на 2t;
gс – коэффициент условий, которые преобладают на рабочем месте; стандартизированный параметр, присутствует в общепринятых таблицах, в частности, в методичках для сварщиков.

Процесс растяжения и сжатия металла вычисляют по формуле:

Если при изготовлении изделия свариваются детали из разных металлов, то в формулах используются Ry и Ru для материала с наименьшей прочностью. Аналогично поступают при включении параметров в расчете шва на срез.

Кроме названных числовых показателей на надежность соединения влияют:

качество материала изделия;
правильно подобранные расходные материалы (присадки, электроды);
режим сварки, в т. ч. полярность и сила тока;
тщательность обработки заготовок – на кромке стыков не должно быть никаких деформаций и посторонних вкраплений;
соответствие сварного аппарата требуемой технологии сварки и мощности.

Такие характеристики обязательно берутся во внимание, от каждой из них зависит точность расчета качества сцепления.

Коэффициент прочности шва

Это показатель φ, являющийся отношением между собой прочностей сварной дорожки и основного материала. Его значение нормировано и определяется способом сварки и конструкцией стыка. Он принимается на основании Правил Госгортехнадзора и отражается в приложениях ГОСТов Р52857.1-2007, 14249-89 и 34233.1-2017.

Таблица 1. Коэффициенты прочности сварочных швов

Тип сварного соединения	Значение φ
	Контролируемый участок от общей протяженности шва:
	100%	10-50 %
Стыковое одностороннее, выполненное ручной сваркой	0,9	0,65
Тавровое, с конструктивно предусмотренным зазором между деталями	0,8	0,65
Встык одностороннее, производимое с подкладкой из флюса или керамики, автоматической или полуавтоматической сваркой	0,9	0,8
Втавр или встык со сплошным двусторонним проваром, выполняемый автоматикой или полуавтоматикой	1,0	0,9
Стыковое с подвариванием корня шва или тавровый со сплошным проваром с 2 сторон, выполненные ручной сваркой	1,0	0,9
Одностороннее встык, во время сварки имеет со стороны корня шва металлическую подкладку, прилегающую к основному материалу по всей длине шва	0,9	0,8

Коэффициент прочности для дорожек, паянных мягкими и твердыми припоями с использованием аппаратов из цветных металлов, составляет 0,7 для композиционной пайки, 1 – для однородной.

Используемые формулы

Есть много формул, по которым производят расчеты для создания качественных сварных дорожек. В них используются показатели, определяемые не только типом шва, но и видом и толщиной основного материала, площадью и расположением стыкуемых деталей, предельными нагрузками, эксплуатационной температурой изделия и др. Уравнения для отдельных разновидностей сварных швов различаются.

Расчет прочности швов на выпуклых поверхностях

В производстве сосудов – труб различных емкостей – применяются стыковые сварные соединения. Сюда относятся швы на выпуклых днищах (меридиональные и хордовые) и на обечайках (продольные). Принятые стандарты и методы расчета на прочность таких изделий отражены в ГОСТ 34233.11-2017. Расчет сварного соединения выпуклой поверхности зависит от ряда показателей – марки и толщины стали, из которой изготавливается сосуд, внутреннего и внешнего давления на стенки, типа нагрузки и т. д.

Уравнение расчета допускаемого напряжения (измеряется в МПа) на примере цилиндрической обечайки для сосуда, работающего при однократных статических нагрузках и выполненного из низколегированной или углеродистой стали:

Данная формула применима только для сосудов из пластичных материалов в условиях использования металлов.

Зависимость от типа сварочного шва

Существует несколько вариантов сцепления металлических элементов в единую конструкцию. По расположению соединяемых деталей различают следующие виды сварных швов:

Стыковой – наиболее рациональный, т. к. концентрация напряжения в шве при таком методе минимальна. Свариваются торцы деталей, в результате одна часть изделия продолжает другую.
Угловой – соединяемые элементы располагаются перпендикулярно друг другу. Прочность здесь во многом зависит от верно рассчитанного предельного усилия.
Тавровый – похож на угловой с той лишь разницей, что детали свариваются торцами. Такая дорожка прочная, экономичная и простая в выполнении.
Нахлесточный – края сцепляемых деталей несколько находят друг на друга. Такой тип позволяет укрепить соединение и применяется там, где нужно сварить металл толщиной не более 5 мм.

Для каждого из названных типов расчет производится по индивидуальной формуле.

Прежде чем начинать вычисление прочности будущего сцепления, нужно рассчитать площадь его поперечного сечения. Для этого длину сварного соединения умножают на его толщину.

Соединение листов внахлест

Для расчета напряжения среза используют формулу:

Из выражения понятно, что полученное напряжение на срез должно получиться меньше максимально допустимого.

Значение нагрузки P таково:

При расчете учитывают минимальную площадь сечения сварной дорожки в поперечнике. Это связано с тем, что сварочные материалы по прочности могут превышать основной металл.

Угловые конструкции

Такие соединения рассчитываются на основании их поперечного сечения, причем наименьшего, т. е. в наиболее опасном месте дорожки. Показатель устойчивости простого углового шва на изгиб, когда он нагружен лишь моментом M, вычисляется так:

Wc – момент сопротивления опасного сечения дорожки (шва);
M – изгибающий момент.

А напряжение простого углового соединения на срез запишется таким образом:

M – нагружающий момент на срез;
Fc = 0,7kl – площадь сечения дорожки в опасном месте, мм²;
P – допустимая нагрузка на дорожку.

При расчете угловых сварных швов на срез применяется общепринятое выражение:

N – максимальная нагрузка, давящая на линию сцепления;
с – коэффициент условий рабочей среды, значение указано в стандартизированных таблицах;
ßf, ßz – постоянные величины, не зависящие от марки металла, ßz = 1, ßf = 0,7;
Rwf – сопротивление срезу, табличная величина для разных материалов;
Rwz – сопротивление на линии стыка; стандартные, постоянные табличные величины;
kf – толщина дорожки, измеряется по линии сплавления;
Ywf – для стыка материала с сопротивлением 4200 кгс/см² составляет 0,85;
Ywz – 0,85 для всех марок стали;
lw – общая длина стыка, уменьшенная на 10 мм.

В определении длины сварочного сцепления на отрыв обязательно учитывают силу, направленную к центру тяжести. При этом площадь сечения выбирают в самом опасном месте дорожки, т. е. наименьшую.

Тавровые швы

Условие прочности сцепления втавр, выполненного встык и работающего на растяжение Р и момент M, выглядит так:

Формула для такого же, но не стыкового, а углового шва:

Если тавровое соединение будет нагружено изгибом и крутящим моментом, то применяется уравнение:

Крутящая и изгибающая сила соответственно определяются следующими формулами:

Сварка на стыке

Расчет шва встык, который будет работать на сжатие либо на растяжение, выполняется по уравнению:

l – длина сварочной дорожки, мм;
P – нагрузка, действующая на стык, Н;
s – толщина соединяемых деталей, мм;
[σ]’ р1сж1 – допускаемое для сцепления напряжение на растяжение либо сжатие, Па.

Допустимая действующая нагрузка P составит:

Стыковое сцепление, работающее на изгиб, рассчитывается по формуле:

М – это изгибающий момент, Н/мм;
Wc – момент сопротивления расчетного сечения.

Если напряжение шва возникает и от изгиба М, и от сжатия либо растяжения Р, то оно определяется уравнением:

Читайте также: