Ручная дуговая сварка, электроды и оборудование

      Последнее обстоятельство особенно часто имеет место при сварке термически обработанных, а также нагартованных сталей и сплавов.

      Улучшение механических свойств сварных соединений достигается:

      выбором рациональной конструктивной формы соединения;

      применением рациональных методов сварки;

      термической и механической обработкой сварных  конструкций после сварки.

      Конструкции с равнопрочными сварными соединениями отвечают требованиям экономичности. Избыточная прочность сварного соединения по сравнению с целым элементом лишь удорожает конструкцию и не улучшает условий ее эксплуатации. Недостаточная прочность сварного соединения снижает несущую способность всей конструкции и не позволяет полностью использовать рабочие сечения ее элементов. Поэтому из условия равнопрочности расчетные усилия соединения определяют:

      при растяжении

      Р = [s]_РА;

      при   сжатии

      р = [s]_сжА;

      при  изгибе

      М = [s]_РW,

      где [s]_Р — допускаемое напряжение при растяжении; [s]_сж —допускаемое напряжение при сжатии; А — площадь поперечного сечения; W — момент сопротивления сечения.

      В конструкциях со сварными соединениями в металле швов могут возникать  напряжения двух родов: рабочие и  связующие. Чтобы установить различие между рабочими и связующими напряжениями, рассмотрим несколько примеров.

      На  рис. 3.1, а изображены две полосы, соединенные стыковым швом. Полосы подвергаются растяжению. Очевидно, что при разрушении шва разрушится и вся конструкция. То же самое произойдет и в соединении, изображенном на рис. 3.1, б.

      Сварные соединения, разрушение которых влечет за собой выход из строя конструкции, называются рабочими; напряжения, действующие в этих конструкциях,— рабочими напряжениями.

      Совершенно  иначе работает наплавленный металл в шве, соединяющем две полосы, показанные на рис. 3.1, в. Наплавленный металл, соединяющий полосы, деформируется вместе с основным, при этом в нем возникают напряжения. Если модуль упругости наплавленного металла незначительно отличается от модуля упругости основного, то в швах при их работе в пределах упругих деформаций образуются напряжения приблизительно той же величины, что и в растягиваемых полосах, Эти напряжения, возникающие в швах, вследствие их совместной работы с основным металлом во многих случаях не опасны для прочности конструкций и называются связующими. Пример связующих швов показан на рис. 3.1, г.

      Рис. 3.1.  Примеры рабочих (а, б) и связующих (в, г) швов

      Основными типами сварных соединений являются соединения стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые. В сварных конструкциях наиболее целесообразны стыковые соединения.

      Стыковые соединения. Подготовка кромок стыкового соединения определяется технологическим процессом сварки и толщиной соединяемых элементов. В табл. 6 приведены примеры подготовки кромок стыковых соединений при ручной дуговой сварке по ГОСТ 5264—80,

      Можно видеть, что обозначения С1, С2 и т. д, соответствуют определенному характеру выполнения шва (односторонний, двусторонний, на подкладке и т. д.) и форме подготовленных кромок. 

Таблица 6. Примеры стыковых соединений.

      Если  элемент работает на растяжение, то допускаемое усилие в сварном  соединении

      Р = [s']_рsl;

      при сжатии

      Р = [s']_сжsl;

      где s — толщина основного металла, так как усиление шва не учитывается; l — длина шва; [s '] _р — допускаемое напряжение растяжения сварного соединения; [s']_сж —допускаемое напряжение сжатия сварного соединения.

      При работе элементов из высокопрочных  сталей наиболее слабым участком в  сварном соединении оказывается  не металл шва, а прилегающая к  нему зона, которая в результате термического действия дуги или образования концентраторов напряжений может оказаться разупрочненной. В таких случаях необходимо заменить расчет прочности швов расчетом прочности соединений в ослабленных зонах с учетом особенностей механических свойств металла, его термической обработки и других факторов, зависящих от конкретных условий. Если стыковой шов направлен под углом а к усилию (как правило, a»45°), то его следует считать равнопрочным основному элементу.

      Нахлесточные  соединения. В нахлесточных соединениях  швы называются угловыми.

      При ручной сварке угловые швы имеют  различные очертания: нормальные, условно принимаемые очерченными в форме равнобедренного треугольника, выпуклые, вогнутые (рис. 3.2, а. . .в).

      Выпуклые  швы нецелесообразны ни с технической, ни с экономической стороны. Они требуют больше наплавленного металла, вызывают концентрацию напряжений.

      Целесообразны швы, имеющие очертания неравнобедренных треугольников с отношением основания к высей 1,5 : 1,2 : 1,0 (рис. 3.2, г, д). В швах этого типа иногда производят механическую обработку концов, чтобы обеспечить плавное сопряжение наплавленного металла с основным (рис. 3.2,е). Подобного рода швы, как будет показано ниже, целесообразно применять в конструкциях работающих при циклических нагружениях.

      Рис. 3.2. Очертания угловых швов:

а - нормальное;  б - выпуклое;   в - вогнутое;   г - с отношением катетов 1 : 1,5;

д - с отношением катетов 1 : 2; е - то же, с обработкой конца шва

      В широкой практике конструирования  распространение применение  угловых швов  с нормальными очертаниями (рис.  3.2, а).  Размер  катета  углового шва нормального очертания обозначают К.

      Наименьшая  толщина рабочих швов в машиностроительных конструкциях 3 мм. Исключение составляют конструкции, в которых толщина самого металла меньше 3 мм. Верхний предел толщины швов не ограничен, но применение швов, у которых К³20 мм, очень редко. В местах зажигания и обрыва дуги механические свойства швов ухудшаются, поэтому минимальную длину рабочих швов целесообразно ограничивать и принимать равной 30 мм. Швы меньших размеров применяют лишь в качестве нерабочих соединений. В зависимости от направления угловых швов по отношению к действующему усилию их разделяют на лобовые, косые, фланговые, комбинированные.

      Лобовые швы направлены перпендикулярно усилию. В соединении, показанном на рис. 3.4, а, усилие Р передается двумя лобовыми швами. Вследствие эксцентриситета элементы несколько искривляются. Расстояние между лобовыми швами следует принимать С>4s. На рис. 3.4, б усилие передается через один лобовой шов на накладку; далее это же усилие переходит с накладки на второй лист. Таким образом, в соединении этого рода имеется лишь один расчетный шов.

      Рассмотрим  несущую способность угловых  швов. В лобовом шве возникает несколько составляющих напряжений (рис. 3.4, в): нормальные напряжения, а на вертикальной плоскости шва в зоне сплавления и касательные напряжения t на горизонтальной плоскости.

      Фланговые   швы    направлены    параллельно    усилию (рис. 3.4, г). В них возникают два рода напряжений. В результате совместной деформации основного и наплавленного металла во фланговых швах образуются связующие  
напряжения. Как было указано выше, их не учитывают при определении прочности соединения. По плоскостям соприкосновения валика флангового шва с каждым из листов, а также в самом валике возникают напряжения среза, которые являются рабочими напряжениями соединения.

      Рис. 3.4. Соединения с лобовыми и фланговыми швами:

      а - с двумя расчетными лобовыми швами; б - с одним лобовым швом;

      в - схема усилия в лобовом шве; г - фланговые швы; д - косой шов;

      е - комбинированное соединение; ж - прикрепление уголка

      Косые швы направлены к усилию под некоторым  углом а (рис. 3.4, д). Их часто применяют  в сочетании с лобовыми и фланговыми.

      Пример  комбинированных швов приведен на рис. 3.4, е.

      Распределение усилий в отдельных швах, составляющих комбинированное соединение, не одинаково. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Газовая сварка, аппаратура и оборудование. 

1. Газовая сварка ее преимущества и недостатки

 

       Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.

       Газовая сварка обладает следующими преимуществами: способ сварки сравнительно прост, не требует сложного и дорогого оборудования, а также источника электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.

       К недостаткам газовой сварки относятся  меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке. При газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке. Однако при правильно выбранной мощности пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика газовая сварка обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.

       Благодаря сравнительно медленному нагреву металла  пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла. Например, при толщине стали 1мм, скорость газовой сварки составляет около 10м/ч, а при толщине 10мм – только 2м/ч. Поэтому газовая сварка стали толщиной свыше 6мм менее производительна по сравнению с дуговой сваркой и применяется значительно реже.

       Стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода  при газовой сварке выше стоимости  электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.

       Процесс газовой сварки труднее поддается  механизации и автоматизации, чем  процесс электрической сварки. Поэтому  автоматическая газовая сварка многопламенными линейными горелками находит применении только при сварке обечаек и труб из тонкого металла продольными швами газовую сварку применяют при:

• изготовлении и ремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке заплат и пр.);
• сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100мм) и фасонных частей к ним;
• ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;
• сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;
• наплавке латуни на детали из стали и чугуна;
• сварке кованого и высокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной сварке чугуна.

       При помощи газовой сварки можно сваривать  почти все металлы, применяемые  в технике. Такие металлы, как чугун, медь, латунь, свинец легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. Если учесть еще простоту оборудования то становится понятным широкое распространение газовой сварки в некоторых областях народного хозяйства (на некоторых заводах машиностроения, сельском хозяйстве, ремонтных, строительно-монтажных работах и др.). 

       Для газовой сварки необходимо:

1. газы – кислород и горючий газ (ацетилен  или его заменитель);
2. присадочная проволока (для сварки и наплавки);
3. соответствующее оборудование и аппаратура, в то числе: