Классификация сварных соединений. Какие бывают.

Сварные соединения разделяются:

• по способу сварки
• сварка плавлением
• электродуговая
• импульсно-дуговая
• лазерная
• электрошлаковая
• ванная
• плазменная
• электронно-лучевая в вакууме
• термитная
• газовая
• сварка давлением
• контактная
• газопрессовая
• ультразвуковая
• диффузионная в вакууме
• трением
• холодная сварка
• сварка индукционная (токами высокой частоты)
• по типу сварного соединения

o   При сварке металлоконструкций из фасонных и листовых материалов

§  стыковые

§  угловые

§  тавровые

§  нахлесточные (внахлестку)

·         на прорезных швах

o   на электрозаклепках

§  комбинированные

o   При сварке стержней арматуры железобетона

§  стыковые, на остающейся подкладке

§  стыковые с разделкой торцов

§  стыковые с накладками

§  нахлесточные

§  тавровые

§  крестообразные

• по протяженности шва
• сплошные
• прерывистые (шпоночные)
• по положению швов в пространстве во время сварки   
• нижние (выполняемые в нижнем положении)
• вертикальные (выполняемые в вертикальном положении)
• горизонтальные на вертикальной плоскости
• потолочные (выполняемые в потолочном положении)
• в лодочку
• сварка шва в угол
• наклонные (выполняемые в наклонном положении)
• по месту выполнения
• заводские
• монтажные
• по назначению
• на рабочие (предназначенные для восприятия и передачи расчетных усилий)
• на связующие (для соединения частей элементов в одно целое)
• по расположению швов относительно усилий
• фланговые

(расположенные параллельно действующему осевому усилию)

• лобовые

(расположенные перпендикулярно действующему осевому усилию)

• косые
• по технологическому исполнению
• односторонние
• двусторонние
• по количеству слоев (проходов)
• однослойные (однопроходные)
• многослойные (многопроходные)
• по степени проплавления
• с полным проплавлением
• с неполным (частичным) проплавлением
• по форме подготовки кромок под сварку
• без скоса кромок
• со скосом одной кромки
• с двумя симметричными скосами одной кромки
• с двумя несимметричными скосами одной кромки
• со скосами двух кромок
• с двумя симметричными скосами кромок
• с двумя несимметричными скосами кромок
• с криволинейными скосами двух кромок
• по конфигурации
• прямолинейные
• круговые
• спиральные
• др.
• др.

ПОДРОБНЕЕ:

Сварные соединения разделяются (классифицируются):

• по способу сварки

Выбор способа сварки определяется формой и габаритами изделия, стремлением увеличить производительность процесса, возможностью выполнения.

Способы сварки металлов разделяют на две группы – сварка плавлением и сварка давлением:

• сварка плавлением

Все виды сварки плавлением различаются способом получения тепла, необходимого для нагрева и плавления металла:

• электродуговая

Электродуговая сварка (ручная, полуавтоматическая, автоматическая) является наиболее распространенной; характеризуется использованием тепла электрической дуги для разогрева и плавления металла.

• импульсно-дуговая

Импульсно-дуговая сварка характеризуется тем, что сварочный ток подается кратковременными импульсами в «дежурную» сварочную дугу.

• лазерная

Лазерная сварка предусматривает использование фотоэлектронной энергии. Плавление металла осуществляется световым лучом, полученным с помощью специальных устройств (лазеров).

• электрошлаковая

Электрошлаковая сварка происходит в результате плавления основного и присадочного металла за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через расплавленный шлак.

Процесс сварки ведется голой электродной проволокой под слоем расплавленного шлака, сварочная ванна защищена с боков медными формирующими шов ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Качество шва  получается  очень  высокое.

Этот тип сварки удобен для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более.

• ванная

Разновидность электрошлаковой, применяется в некоторых  случаях при сварке арматуры большой толщины в железобетонных  конструкциях.

• плазменная

Плазменная сварка - процесс, в основе которого лежит плавление основного и присадочного металла плазменной струей, имеющей температуру до 30000 °С.

• электронно-лучевая в вакууме

Электронно-лучевая сварка в вакууме осуществляется в камерах, имеющих разряжение до 10^-4-10^-6 мм рт. столба. Металл плавится за счет тепла, выделяющегося в результате бомбардировки металла электронами, направленными специальной установкой.

• термитная

Термитная сварка состоит в следующем: место соединения формуют огнеупорным материалом, а над соединением устанавливают тигель с термитом (порошок алюминия и окиси железа), при горении которого восстанавливается окись железа и образуется жидкий металл. Заполняя форму, жидкий металл оплавляет кромки свариваемого металла и при остывании образует сварное соединение.

• газовая

Газовая сварка - процесс, который происходит при нагреве и плавлении основного и присадочного металла за счет тепла газокислородного пламени, имеющего температуру до 3200 °С.

• сварка давлением
• контактная

Контактная сварка - это расплавление или разогрев до пластического состояния кромок свариваемого металла теплом, полученным при прохождении электрического тока через контактирующие между собой кромки, и последующее сжатие под определенным давлением (стыковая, точечная, роликовая, импульсная или конденсаторная).

• газопрессовая

Газопрессовая сварка отличается от контактной в основном тем, что свариваемые кромки нагревают многопламенными горелками без использования электрического тока.

• ультразвуковая

Ультразвуковая сварка происходит за счет превращения электрических колебаний в механические высокой частоты. Это превращение сопровождается возникновением в местах соединения металлов высокой температуры и разогревом металла до пластического состояния, при котором возможно сплавление с применением усилий сжатия.

• диффузионная в вакууме

Диффузионная сварка в вакууме происходит без нагрева, за счет взаимной диффузии частиц металлов соединяемой пары при сжатии.

• трением

Сварка трением соединение металлов за счет тепла, возникающего при трении двух поверхностей свариваемого металла с применением последующего сжатия.

• холодная сварка

Холодная сварка основана на способности некоторых металлов создавать прочные соединения под высоким давлением, вызывающих пластическую деформацию.

• сварка индукционная (токами высокой частоты)

Индукционная сварка - нагрев деталей токами высокой частоты до пластического состояния с применением последующего сжатия.

• по типу

В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов различают следующие типы сварных соединений:

o   При сварке металлоконструкций из фасонных и листовых материалов  

-  стыковые

Стыковыми называются соединения, в которых элементы соединяются торцами и один элемент является продолжением другого. Такие соединения наиболее рациональны, так как имеет наименьшую концентрацию напряжений  при  передаче  усилий,  экономичны  и  удобны  для  контроля, но требуют дополнительной разделки кромок.

При электрошлаковой сварке разделка кромок листов не требуется, но зазор  в  стыке  принимают  не  менее  14 мм.

Стыковые соединения листового металла выполняют прямым или косым швом.

-  угловые

Угловыми называются соединения, в которых свариваемые элементы расположены  под  углом.

Угловыми  швами, являются поясные швы в балках и колоннах,такими швами привариваются элементы конструктивного оформления (ребра, накладки), а также элементы в углах решетчатых конструкций и т.п.

-  тавровые

Тавровые соединения отличаются от угловых тем, что в них торец одного элемента  приваривается  к  поверхности  другого.

-  нахлесточные (внахлестку)

Соединения внахлестку это соединения, в которых свариваемые элементы, частично находят друг на друга. Эти соединения широко применяют для сварки листовых конструкций небольшой толщины (2-5 мм), в решетчатых и других видах конструкций.

Такие соединения проваривают с двух сторон, чтобы между листами не попадала влага и не развивалась коррозия.

При нахлесточном соединении создаются неблагоприятные условия передачи усилий, так как в результате несоосности приложения нагрузки возникает изгибающий момент. Кроме того, увеличиваются расход металла и длина швов. Нахлесточное соединение имеет очень низкий предел выносливости. К преимуществам нахлесточного соединения относят более низкие требования к точности заготовки элементов, а при металле толщиной до 4 мм - также возможность сварки без обработки кромок путем соединения листов и стержней арматуры в состоянии после прокатки.

Разновидностью соединений внахлестку являются соединения с накладками с целью усиления стыков. Соединения внахлестку с накладками просты, но менее экономичны по расходу металла и вызывают резкую концентрацию напряжений, поэтому их редко используют при переменных и динамических нагрузках, а так же при низкой  температуре.

·         на прорезных швах

При нахлесточном соединении листовых конструкций применяют так называемый прорезной шов. Он может быть сплошным, шпоночным или состоять из отдельных точек - электрозаклепок. Сплошной прорезной шов характерен для электронно-лучевой сварки, а шпоночный и электрозаклепочный - для дуговой. При дуговой сварке шпоночный и электрозаклепочный швы можно выполнять с образованием отверстия перед сваркой или без него (в зависимости от толщины верхнего листа).

При сварке прорезных швов должно быть обеспечено плотное прижатие листов друг к другу. Если зазор превышает 1-2 мм, возможен прожог верхнего листа и вытекание сварочной ванны в зазор между соединяемыми элементами. Сложность сборки под сварку (необходимость обеспечить малый зазор между листами) и трудности контроля и исправления дефектных участков приводят к тому, что прорезные швы находят весьма ограниченное применение.

o   на электрозаклепках

При сварке электрозаклепками нахлесточных соединений зазор между сопрягаемыми листами не должен превышать 1 мм. Диаметр отверстия в верхнем листе должен превышать диаметр сварочной проволоки не менее чем на 4-5 мм. Возможна сварка электрозаклепками без образования отверстий в верхнем листе.

Диаметр электрозаклепки обычно принимают равным двум-четырем толщинам свариваемого металла.

-  комбинированные

 

Сварные соединения листовых конструкций:
а - стыковое;

б - нахлесточное;

в - тавровое;

г - угловое;

д - прорезное;

е – электрозаклепочное

o   При сварке стержней арматуры железобетона

-  стыковые, на остающейся подкладке

-  стыковые с разделкой торцов

-  стыковые с накладками

-  нахлесточные

-  тавровые

-  крестообразные

Крестообразное соединение конструкций из арматуры железобетона, считается нерасчетным, его сваривают дуговой сваркой прихватками или контактной сваркой.

• по протяженности шва
• сплошные

По протяженности швы разделяются на короткие (300-400 мм), средние (350-1000 мм) и длинные (свыше 1000 мм).

Короткие швы сваривают на проход, т.е. при неизменном направлении сварки, от одного конца шва к другому; средней длины от середины соединения к концам; длинные швы - обратноступенчатым способом, при котором сварной шов выполняется следующими один за другим участками в направлении, обратном приращению шва.

Длина ступени (участка) принимается в пределах от 100 до 350 мм, причем более короткие ступени назначаются при сварке тонкого металла, а более длинные - при сварке толстого металла.

 

Сварка швов различной протяженности:
а - короткий;

б - средний;

в-д - длинные;

1-10 - порядок и направление сварки участков шва;

А - общее направление сварки;

I-II - слои шва

Обратноступенчатая сварка ведется преимущественно при общем направлении А от середины к концам и может выполняться одним или двумя сварщиками (участки 1 и 1, а, 2 и 2, а и т.д.)

При многослойных швах также используется обратноступенчатый способ, при этом смежные участки вышележащих слоев выполняют в направлении, обратном сварке нижележащих швов. Концы смежных участков должны быть смещены между собой на 25-30 мм.

• прерывистые (шпоночные)

Применяются когда швы слабонагруженные и в соединениях не требуется герметичности.

Прерывистый шов выполняют отдельными отрезками (шпонками) или отдельными точками. Отрезки прерывистого шва могут быть расположены друг против друга или в шахматном порядке.

• по месту выполнения
• заводские
• монтажные
• по назначению
• на рабочие (предназначенные для восприятия и передачи расчетных усилий)
• на связующие (для соединения частей элементов в одно целое)
• по расположению швов относительно усилий
• фланговые

(расположенные параллельно действующему осевому усилию)

В соответствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва начинается с конца и происходит как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления, особенно  если  наплавленный  металл  прочнее  основного.

• лобовые

(расположенные перпендикулярно действующему осевому усилию)

Лобовые швы передают усилия достаточно равномерно по ширине элемента,  но  крайне  неравномерно  по  толщине  шва,  вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой,    особенно,    напряжения    велики    в    корне шва. Уменьшение концентрации напряжения можно достичь плавным примыканием привариваемой детали, механической обработкой (сглаживанием) поверхности шва и конца, увеличением полости шва (например, шов с соотношениями катетов 1:1,5), применением вогнутого шва и увеличением глубины проплавления. Эти приемы желательно применять в конструкциях, работающих  на  переменные  нагрузки  и  при  низкой  температуре.

Разрушение лобовых швов происходит так же как фланговых по одному из двух сечений (металлу  шва  или  по  металлу  сплавления).

• косые
• по технологическому исполнению

В зависимости от требований надежности и возможности исполнения швы назначают:

• односторонними

Если шов один, часто получается так, что изделие перекашивается – шов «тянет». Если их два эти силы компенсируются.

• двусторонними

При двусторонней сварке конструкция получается более надежной и лучше держит форму

• по количеству слоев (проходов)

В зависимости от толщины или диаметра свариваемых элементов металлоконструкций, предъявляемых к ним требований прочности, плотности, выносливости и т.п., могут выполняться как:

• однослойные (однопроходные)

При ручной сварке за один проход может быть выполнен шов толщиной до 8мм.

• многослойные (многопроходные)

Многопроходные швы более трудоемки, чем однопроходные.

Если проплавляющая способность источника теплоты не обеспечивает возможности провара основного металла с одной или двух сторон на всю толщину, то производят сварку в несколько слоев и для этого осуществляют специальную подготовку свариваемых кромок. В этом случае между соединяемыми элементами оставляют пространство, позволяющее приблизить источник теплоты (сварочный электрод) к самой отдаленной от поверхности точке основного металла. Достигается это за счет скоса кромок с оставлением небольшого не скошенного участка притупления, которое проплавляется в процессе сварки.

К многослойной сварке со скосом кромок, даже для толщин (диаметров), которые могут быть сварены в один слой, прибегают и в тех случаях, когда отсутствуют источники питания дуги достаточной мощности, когда необходимо уменьшить долю основного металла в сварном шве (например, при сварке специальных марок стали), создать благоприятный термический цикл или снизить вероятность образования дефектов и др.

• по степени проплавления
• с полным проплавлением
• с неполным (частичным) проплавлением
• по форме подготовки кромок под сварку

Недостатком сварки с разделкой кромок, по сравнению со сваркой с обязательным зазором, является большая стоимость работ по подготовке деталей к сварке. Ее преимущество заключается в улучшении условий формирования шва за счет равномерного отвода теплоты от его корня при сварке первого слоя двусторонних швов, что снижает вероятность образования кристаллизационных трещин и шлаковых каналов, наблюдаемых при сварке с обязательным зазором. Хорошее формирование шва обеспечивается при сечении разделки или зазора, равном 50-70 % сечения вводимого в шов электродного металла. При этом избыточный дополнительный металл образует небольшое усиление, обеспечивающее плавность перехода от шва к основному металлу.

Швы бывают V-, U-, X- и K-образные.  Для V- и U-образных швов, свариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных не проваров.

При автоматической сварке принимаются меньшие размеры разделки кромок швов вследствие большего проплавления соединяемых элементов. Чтобы обеспечить полный провар шва, односторонняя автоматическая сварка часто выполняется на флюсовой подушке, медной подкладке  или  стальной  остающейся  подкладке.

При электрошлаковой сварке разделка кромок листов не требуется, но зазор  в  стыке  принимают  не  менее  14 мм.

• без скоса кромок
• со скосом одной кромки
• с двумя симметричными скосами одной кромки
• с двумя несимметричными скосами одной кромки
• со скосами двух кромок
• с двумя симметричными скосами кромок
• с двумя несимметричными скосами кромок
• с криволинейными скосами двух кромок
• по конфигурации
• прямолинейные
• круговые
• спиральные
• др.
• по положению швов в пространстве во время сварки

В зависимости от положения шва в пространстве резко изменяются процесс образования валика шва, его внешний вид и качество, а также производительность сварки.

Наилучшее качество и наивысшая производительность достигаются при сварке в нижнем положении, наименьшая производительность будет при сварке в потолочном положении.

• нижние (выполняемые в нижнем положении)

При дуговой сварке стыкового шва в нижнем положении соединяемые детали располагают в горизонтальной плоскости.

Наиболее удобное положение. Капли электродного металла по мере его плавления переносятся в сварочную ванну сверху вниз под действием силы тяжести, при этом шлак и другие загрязнения всплывают на поверхность, и поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение. Сварку выполняют дугой нормальной длины. Шов имеет мелкочешуйчатую поверхность.

Сварка в нижнем положении наиболее удобна, её можно выполнять всеми способами сварки плавлением, поэтому при проектировании следует рассматривать возможность выполнения большинства швов в нижнем положении. Качество швов наилучшее, производительность наибольшая

• вертикальные (выполняемые в вертикальном положении)

При сварке в вертикальном положении кромки соединяемых элементов располагают вертикально на вертикальной плоскости. Перенос металла в сварочную ванну обычно осуществляется в направлении, перпендикулярном к силе тяжести. В связи с указанными особенностями удовлетворительное формирование шва достигается только при небольшом объеме сварочной ванны.

Процесс сварки затруднен, так как капли расплавленного металла стремятся стекать вниз. Сварку ведут короткой дугой. Используются два способа: 1) Сварку ведут, как правило, снизу вверх, что обеспечивает глубокое плавление кромок и получение швов значительного сечения. Поверхность швов крупночешуйчатая. Применяется при сварке металла средней и большой толщины; 2) сверху вниз, создающая неглубокое проплавление кромок. Используется при сварке первого слоя шва и при тонком металле (до 3 мм).

Сварку в вертикальном положении можно выполнять покрытыми электродами вручную или механизированными способами в защитных газах на режимах, обеспечивающих малый объем сварочной ванны.

• горизонтальные на вертикальной плоскости

При сварке горизонтальных стыковых швов их кромки расположены горизонтально на вертикально установленных свариваемых элементах металлоконструкции. Перенос металла в сварочную ванну осуществляется перпендикулярно к направлению силы тяжести.

• потолочные (выполняемые в потолочном положении)

Наиболее трудное для выполнения. Для уменьшения объема сварочной ванны и предотвращения вытекания из нее жидкого металла сварку выполняют максимально короткой дугой. Производительность процесса очень низкая.

Сварку в потолочном положении, как правило, применяют только в крайних случаях (при монтаже крупных конструкций, при сварке неповоротных стыков труб и при выполнении ремонтных работ, отсутствии возможности кантования конструкций и изделий и т.п.).

При сварке в потолочном положении свариваемые кромки расположены у сварщика над головой. Перенос металла с электрода в сварочную ванну осуществляется снизу вверх, то есть против силы тяжести, что препятствует нормальному формированию шва. Из-за сложности ведения сварки в потолочном положении и ухудшения условий дегазации ванны качество металла шва снижается.

Сварку в потолочном положении выполняют главным образом вручную покрытыми электродами, короткой дугой. Возможна сварка таких швов в защитных газах.

• в лодочку
• сварка шва в угол (наклонным электродом)

При сварке угловых швов тавровых и нахлесточных соединений перенос металла в сварочную ванну осуществляется под углом 45° к направлению силы тяжести. Такая техника выполнения сварного углового шва получила название сварки в угол или наклонным электродом.

Сварку угловых швов в положении не в «лодочку» производят при сечении шва (или слоя) не более 40 мм². При большем сечении наблюдается стекание металла на горизонтально расположенный элемент.

• наклонные (выполняемые в наклонном положении)

Кроме нижнего, горизонтального и вертикального положений возможно наклонное положение швов. В зависимости от расположения кромок наклонные швы могут быть полупотолочными, полувертикальными и полугоризонтальными. Наклонные швы всех видов сваривают вручную покрытыми электродами и механизированными способами в защитных газах.

 

Положение швов в пространстве:

I – нижнее;

II – вертикальное;

III – потолочное;

IV – горизонтальное на вертикальной поверхности