/
Author: Белов В.А. Парлашкевич В.С.
Tags: сварка строительные конструкции металлические конструкции учебное пособие металлообработка
Year: 2010
Text
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.А.Белов, В.С. Парлашкевич
Сварка строительных металлических
конструкций
Учебное пособие по разделу «Сварка»
для студентов факультета ТЭС
специализаций САПР, СЯУ, СТАЭ,
изучающих дисциплину
«Металлические конструкции, включая сварку»
Москва 2010
Рецензенты
mgsu.3dn.ru
Предисловие
Учебное пособие разработано в помощь студентам очного и
заочного отделений факультета ТЭС, а также экстерната при изу-
чении раздела «Сварка», предусмотренного дисциплиной «Ме-
таллические конструкции, включая сварку».
В пособие приводятся основные сведения о видах сварки, сва-
рочных материалах, сварных швах и сварных соединениях, при-
меняемых в строительстве. Рассматриваются технико- экономи-
ческие критерии оценки видов сварки, сварочных материалов и
сварочного оборудования при изготовлении и монтаже металли-
ческих конструкций.
Основные цели учебного пособия - формирование у студентов
обобщенной системы знаний об особенностях одного из наиболее
распространенных технологических процессов при изготовлении
строительных металлических конструкций - сварки. В том числе
ознакомить студентов с ниже перечисленными разделами свароч-
ной науки и техники:
- сущностью сварки, как процесса образования межатомной
связи металлов;
— основами технологических процессов сварки металлических
строительных конструкций, механизацией, автоматизацией и ро-
ботизацией сварочных работ в строительстве.
- сварочными материалами и оборудованием, видами сварных
швов и сварных соединений
- основными методами контроля качества сварных соедине-
ний, обеспечивающих эксплуатационную надежность и долго-
вечность строительных конструкций;
- расчетом сварных соединений и узлов металлических строи-
тельных конструкций;
- образованием и развитием сварочных напряжений и дефор-
маций в строительных металлических конструкциях и влиянием
их на работоспособность и точность конструкций, а также меро-
приятиями по их уменьшению;
- свариваемостью строительных сталей и причинами образо-
вания холодных и горячих трещин в сварных соединениях.
3
- технологическим процессом изготовления сварных строитель-
ных металлических конструкций.
Основные задачи изучения раздела:
- формирование и развитие инженерного мышления в области
сварки как основного технологического процесса при изготовле-
нии и монтаже строительных металлических конструкций;
- овладение принципами правильного выбора вида и режима
сварки, сварочных материалов, сварочного оборудования, сбо-
рочно-сварочной оснастки,
- овладение принципами правильного выбора методов кон-
троля качества сварных соединений, обеспечивающих эксплуата-
ционную надежность и долговечность строительных металличе-
ских конструкций;
- знание основ теории образования сварочных напряжений и
деформаций и овладение принципами правильного выбора меро-
приятий по их уменьшению;
- знание основ расчета сварных соединений металлических
конструкций;
- овладение принципами проектирования технологии сборки-
сварки строительных конструкций.
4
mgsu.3dn.ru
1 .Основные сведения о сварке
Сварка является ведущим технологическим процессом при из-
готовлении и монтаже строительных конструкций
Сварка-это технологический процесс получения неразъёмных
соединений металлических элементов конструкций при нагрева-
нии или пластическом деформировании. Соединения при сварке
осуществляются за счет установления межатомных связей между
свариваемыми частицами металла.
Сварка является высокопроизводительным технологическим
процессом, благодаря своей простате находит широкое примене-
ние в строительстве. Сварка является экономически выгодным
процессом, например, при замене клепаных или болтовых конст-
рукций на сварные соединения экономия металлов составляет 20-
25%, а при замене литых деталей сварными - около 50%.
1.1. Исторический очерк развития
сварочного производства
Возникновение первых простейших методов сварки относится
к началу освоения человеком металлов. Первоначально металл
ковали каменными орудиями, и путем проковки кусочков металла
удавалось соединить их в более крупные куски. Так возникла
кузнечная сварка. Для обеспечения соединения подогревали ме-
талл, зачищали соединяемые поверхности и наносили на них
флюсующие вещества.
В дальнейшем появилась литейная сварка, при которой соеди-
няемые детали помещали в форму, а место соединения заливали
жидким металлом.
Позднее стали добывать легкоплавкие металлы, при использо-
вании которых появился более удобный и производительный ме-
тод папки. Кузнечная сварка и пайка были ведущими процессами
вплоть до второй половины XIX в.
Большое значение для развития сварочной техники имело
изобретение новых источников нагрева. Они обеспечивали кон-
центрированный нагрев зоны сварки, что позволило модернизи-
ровать существующие способы.
5
Литейная сварка была заменена сваркой плавлением, при ко-
торой шов формируется из сварочной ванны, образуемой при
мгновенном местном расплавлении металла.
Мысль о возможности применения “электрических искр” для
плавления металлов впервые высказал в 1 753 г. академик Россий-
ской Академии наук Г.Р.Рихман, выполнивший ряд исследований
атмосферного электричества. На практике эта мысль была прове-
рена итальянским ученым А.Вольта с помощью гальванического
элемента (вольтова столба). В 1802 г. профессор Санкт Петер-
бургской военно-хирургической академии В.В.Петров, используя
мощный гальванический элемент, открыл явление электрической
дуги. Он также указал возможные области ее применения. Неза-
висимо от В.В.Петрова, но несколько позже (1809 г.), электриче-
скую дугу получил английский физик Г.Деви.
Для практического осуществления электрической сварки по-
требовались многие годы совместных усилий ученых и техников,
направленные на создание электрических генераторов.
Первые электромагнитные генераторы созданы лишь в 70-х
годах XIX в. До этого были отдельные попытки осуществления
электрической сварки металлов с помощью гальванических эле-
ментов. Так в 1849г. американец К Стет получил английский па-
тент на соединение металлов с помощью электричества. Однако
этот патент не был реализован на практике.
В 1882 г. русский изобретатель Н.Н.Бенардос предложил спо-
соб прочного соединения металлов непосредственным действием
электрического тока и практически осуществил сварку и резку
металлов электрической дугой с помощью угольного электрода.
Ему также принадлежит много других важных изобретений в об-
ласти сварки (спирально-шовные трубы, порошковая проволока и
др.).
Электрическая дуговая сварка получила дальнейшее развитие
в работах Н.Г.Славянова (1888г.), где в отличие от способа Н.Н.
Бенардоса, в качестве присадочного металла рассматривалось
применение металлического электрода. Н.Г.Славянов разработал
металлургические и технологические основы электродуговой
сварки, применил способы наплавки и горячей сварки чугуна, ор-
ганизовал первый в мире электросварочный цех.
6
mgsu.3dn.ru
Н.Н.Бенардос и Н.Г.Славянов положили начало автоматизации
сварочных процессов, создав первые устройства для механизиро-
ванной подачи электрода в дугу.
Дальнейшее развитие электрической дуговой сварки несколько
замедлилось в связи с появлением газовой сварки кислородно-
ацетиленовым пламенем. В начале XX в. Этот способ обеспечи-
вал более высокое качество сварочных швов, чем дуговая сварка
голым электродом. Положение изменилось, когда в 1907 г. швед-
ский инженер О.Квальберг применил металлические электроды с
нанесенным на их поверхность покрытием. Это покрытие предо-
храняло металл шва от вредного воздействия воздуха (окисление
и азонирование) и стабилизировало горение дуги. Применение
покрытых электродов обеспечило резкое повышение качества
сварных соединений. Ручная электродуговая сварка плавящимся
электродом начала широко применятся на заводах США, Англии
и других стран.
К началу XX в. в огромных масштабах возросло производство
металла, в особенности стали, увеличилось и количество спосо-
бов сварки. Особенно широкое применение имела электрическая
дуговая сварка. В конце первой четверти XX в. ручная дуговая
сварка плавящимся электродом стала основным способом сварки
в нашей стране и во всем мире.
Дуговая сварка в нашей стране начала развиваться на базе
простейшей аппаратуры, созданной собственными полукустар-
ными средствами, и небольшого количества импортных машин.
Но уже в 1932 г. в Ленинграде вступил в строй завод электросва-
рочного оборудования ‘Электрик”. Это был самый мощный в Ев-
ропе завод, выпускавший в год несколько тысяч комплектов
сложной аппаратуры для дуговой и контактной электросварки,
никогда ранее не изготовлявшейся в нашей стране.
Дуговая сварка была разработана для постоянного тока. Так
как силовые сети дают переменный ток частотой 50 Гц, то для
питания дуги создавали преобразователи переменного тока в по-
стоянный сварочный ток. Для решения этой задачи использовали
специальный сварочный генератор постоянного тока, вал которо-
го соединялся с валом стандартного приводного мотора трехфаз-
ного переменного тока.
7
Многочисленные исследования, проводимые в СССР, доказали
возможность качественного выполнения обычным переменным
током промышленной частоты, применяя дешевый, малогаба-
ритный сварочный трансформатор вместо двухмашинного преоб-
разователя.
Сварочный трансформатор стал в нашей стране основным ви-
дом оборудования для питания током дуговой сварки. Дуговая
сварка на переменном токе постепенно стала широко применять-
ся почти во всех странах мира.
Следующим шагом на пути совершенствования источников
питания стало создание в 60-х годах XX в. стационарных выпря-
мителей. Появились многочисленные конструкции простых в
эксплуатации сварочных выпрямителей, объединяющих свароч-
ный трансформатор с кремниевыми вентилями, обеспечивающи-
ми прохождение тока в одном направлении. Созданы универсаль-
ные установки, от которых можно получать как постоянный, так
и переменный ток. Сварочные выпрямители становятся основны-
ми источниками питания в дуговой сварке.
Несмотря на усовершенствование системы питания дуги, сама
дуговая сварка долгое время, как правило, проводилась вручную,
хотя еще изобретатели дуговой сварки Н.Н.Бенардос и
Н.Г.Славянов понимали необходимость механизации и автомати-
зации дуговой сварки.
Новый этап в развитии механизированной дуговой сварки в
нашей стране начался в конце 30-х годов, когда на основе идей,
выдвинутых еще Н.Г.Славяновым, коллективом Киевского ин-
ститута электросварки под руководством академика Е.О.Патона
был разработан новый способ сварки - автоматизированная свар-
ка под флюсом. Автоматическая сварка под флюсом позволяет
резко повысить производительность процесса, при этом достига-
ется высокое качество сварного соединения.
В конце 40-х годов получил промышленное применение спо-
соб дуговой сварки в защитных газах. Газ для защиты зоны свар-
ки впервые использовал американский ученый А.Александер еще
в 1928г., но из-за сложности получения защитных газов этот спо-
соб не нашел промышленного применения.
8
mgsu.3dn.ru
I Сложение изменилось лишь после того, как для защиты были
использованы пригодные для массового применения газы (гелий
и аргон в США, углекислый газ в нашей стране).
Сварку в углекислом газе впервые осуществил Н.Г.Остапенко.
Затем усилиями коллективов ЦНИИТМАШа. института электро-
сварки им. Е.И.Патона и ряда промышленных предприятий был
усовершенствован способ сварки в углекислом газе. Этот способ
в настоящее время широко используется во многих странах мира.
Использование дешевых защитных газов, повышение произво-
дительности процесса и улучшения качества сварки позволили
широко применять этот способ при механизированной и автома-
тизированной сварке. Объем механизированной сварки в защит-
ных газах значительно превышает объем ручной сварки покры-
тыми электродами.
Сотрудниками института электросварки им. Е.О.Патона в со-
дружестве с работниками заводов тяжелого машиностроения был
разработан принципиально новый вид электрической сварки
плавлением - электрошлаковая сварка. В процессе электрошлако-
вой сварки металл нагревается в результате пропускания тока че-
рез расплавленный шлак, что явилось значительным достижением
отечественной сварочной техники. Разработка этого вида сварки
позволила успешно решить важные для дальнейшего развития
промышленности вопросы качественной и производительной
сварки металла практически неограниченной толщины и механи-
зации сварки вертикальных швов.
На основе электрошлакового процесса был создан новый спо-
соб рафинирования металлов, получивший название электрошла-
кового переплава.
Все шире в строительстве применяется контактная сварка, за-
нимающая одно из ведущих мест в промышленности. Электриче-
ская контактная сварка использует нагревание соединяемых дета-
лей проходящим через них током, при этом особенно сильно ра-
зогревается зона контакта соединяемых деталей. После разогрева
контакта до высокой температуры, как правило, до оплавления,
производится осадка деталей приложенным давлением и проис-
ходит сварка.
9
Контактная сварка выполняется на специальных механизиро-
ванных и автоматизированных машинах высокой производитель-
ности.
Нагрев металла при сварке может производиться не только
электрическим током, но и за счет экзотермических химических
реакций, идущих с большим выделением тепла. Примером может
служить газовая сварка. Газовая или газопламенная сварка отно-
сится к группе сварки плавлением. Источником нагрева служит
пламя горючего газа (ацетилена), сжигаемого в смеси с техниче-
ски чистым кислородом в специальных сварочных горелках.
Для газопламенной обработки применяются специальные
формы горелок, например, многопламенные горелки, имеющие
несколько выходных сопел для газовой смеси и дающие несколь-
ко сварочных пламеней. Многопламенные горелки позволяют
нагревать сразу значительную поверхность металла и использу-
ются. например, в газопрессовой сварке. С варной стык нагревает-
ся по всей поверхности многопламенной горелкой до начала оп-
лавления, затем производится осадка соединяемых деталей гид-
равлическим устройством.
На экзотермической реакции окисления активных металлов,
таких как алюминий и магний, базируется термитная сварка, при
которой нагрев производится горючей смесью - термитом. Наи-
более распространенный вид термита - смесь порошков металли-
ческого алюминия и железной окалины. Смесь сгорает, достигая
температуры до 3000°С и образуя окись алюминия и расплавлен-
ное железо.
Развитие сварочной техники связано с изысканием новых ис-
точников теплоты для плавления металла. Одним из таких источ-
ников является концентрированный поток электронов в вакууме,
на основе которого в конце 50-х годов французским ученым был
создан новый вид сварки - электронно-лучевая. Электронно-
лучевая сварка широко применяется при соединении тугоплавких
химически активных металлов и сплавов и ряда специальных ста-
лей.
10
mgsu.3dn.ru
Достаточно перспективно применение плазменной сварки и
резки металлов. Газ, нагреваемый дуговым разрядом, продувается
через канал сопла малого диаметра в особой плазменной горелке,
или плазмотроне. Температура газа повышается до 20000-
30000°С. Выходящая из плазматрона тонкая струя горячей плаз-
мы позволяет получить очень концентрированный нагрев.
Находит широкое применение холодная сварка, производя-
щаяся за счет сдавливания соединяемых деталей, в результате
чего металл течет подобно жидкости, оставаясь от начала до кон-
ца сварки холодным. Как результат развития холодной сварки
можно отметить сварку взрывом, при которой необходимые вы-
сокие давления создаются зарядом взрывчатки, что позволяет со-
единить очень крупные детали.
К этому же способу можно отнести электрогидравлическую и
магнито-импульсную сварки, с использованием импульсов элек-
тромагнитного поля. Этими способами соединяют сравнительно
мелкие детали.
Диффузионная сварка производится достаточно продолжи-
тельным нагревом деталей под давлением в вакууме, без расплав-
ления металла.
При сварке тернием разогрев стыка осуществляется быстрым
вращением деталей, соприкасающихся торцами под некоторым
давлением.
Широкие перспективы открываются благодаря использованию
источника когерентного излучения - лазера, дающего импульсы
световой энергии большой мощности.
В таблице 1.1 представлена классификация способов сварки по
техническим признакам.
В результате развития и совершенствования техники и техно-
логии сварка является ведущим технологическим процессом при
изготовлении и монтаже строительных конструкций. Сварка име-
ет неоспоримые преимущества:
- экономия металла в соединениях конструкций;
-уменьшениетрудоёмкости изготовления конструкций:
- возможность изготовления конструкций сложной формы:
11
- герметичность и надежность получаемых сварных соедине-
ний.
Однако имеются серьезные недостатки:
- возникновение в конструкции остаточных сварочных напря-
жений и деформаций;
— возможность появления в соединении горячих и холодных
трещин.
Классификация основных способов сварки
Таблица 1.1.
Диффузионная сварка
Ультразвуковая сварка
Кузнечная сварка
Холодная сварка
Сварка взрывом
Магнитная
свар ка
Электрогидравлическая
Маг нит но-импульсная
Шовная сварка
Сварка оплавлением
Электро-
контактная
сварка
Точечная сварка
mgsu.3dn.ru
1.2. Сварка металлических строительных
конструкций
Как было отмечено выше, в настоящее время существует
большое количество видов и способов сварки (см. табл. 1.1). Од-
нако при изготовлении и монтаже строительных металлических
конструкций в основном применяется электроду го вая сварка пла-
вящимся электродом. Под сваркой плавящимся электродом под-
разумевают сварку, при которой заполнение шва происходит за
счет расплавления электрода или сварочной проволоки.
В некоторых случаях применяется электроконтактная сварка:
точечная сварка электрозаклёпками (в соединениях элементов
ферм); и сварка сплавлением стыков (при сварке арматуры).
При сварке листов больших толщин применяют электрошла-
ковую сварку или электрошлаковый переплав, а также сварку с
порошкообразным присадочным металлом (ППМ). Порошкооб-
разный присадочный металл засыпают в зазор между сваривае-
мыми элементами перед сваркой, а затем варят автоматической
сваркой при больших токах 1200 А и более. Порошкообразным
присадочным металлом служит мелко нарубленная сварочная
проволока (обычно низшего качества).
2. Основные виды сварки, применяемые в
металлических строительных конструкциях
2.1. Основы электродуговой сварки
плавящимся электродом
При электродуговой сварке плавящимся электродом ток от
сварочного трансформатора подводится к электроду (или к сва-
рочной проволоке) и к изделию. Между электродом и изделием
возбуждается электрическая дуга, расплавляющая и электрод и
изделие. Заполнение шва происходит за счет расплавления элек-
трода или сварочной проволоки.
13
Сварочной дугой называют устойчивый длительный разряд
электрического тока в газовой среде между электродом и издели-
ем. Дуга характеризуется выделением большого количества теп-
ловой энергии и сильным световым эффектом.
При сварке перенос металла всегда происходит от меньшего
тела к большему (от электрода к изделию). Процесс не зависит от
направления электрического тока и от положения свариваемого
изделия (например, при потолочной сварке).
Основные виды электродуговой сварки плавящимся электро-
дом, применяемые в строительстве при изготовлении металличе-
ских конструкций, различаются по степени механизации свароч-
ных процессов:
- ручная дуговая сварка штучными электродами - вид сварки,
при которой замена электрода и передвижение сварочной дуги
производят вручную;
- полуавтоматическая сварка (механизированная) в среде уг-
лекислого газа и полуавтоматическая сварка под флюсом - виды
сварки, при которых передвижение сварочной дуги производят
вручную, а продвижение сварочной проволоки - механизировано;
— автоматическая сварка под флюсом - вид сварки, при кото-
рой движение дуги и подача проволоки механизированы.
Проволока, применяемая при сварке, имеет различный хими-
ческий состав (табл. 2.1) и различные прочностные характеристи-
ки. В табл. 55 СНиП [1] приводятся сварочные материалы для
ручной, полуавтоматической и автоматической сварки, рекомен-
дуемые для сварки металлических конструкций из различных ма-
рок сталей (сталей различной прочности).
Из указанной выше и в тал.2.1 сварочной проволоки изготав-
ливаются стержни электродов для ручной дуговой сварки.
Для полуавтоматической и автоматической сварки в основном
применяют проволоку диаметром 1,4^6 мм. На изготовление
электродов идет проволока диаметром 1,6-И 2,0 мм.
14
mgsu.3dn.ru
Сварка может выполняться как на постоянном, так и на пере-
менном токе. Сила тока при сварке значительная:
- при ручной дуговой сварке -1=100 - 400 А;
- при полуавтоматической сварке -1=350 - 600 А
— при автоматической —1=600 - 1000 А и более.
Напряжение при сварке всегда небольшое U=20 - 60 В.
Химический состав стальной сварочной проволоки
по ГОСТ 2246-70*
Таблица 2.1.
Марка проволоки Углерод С (У) Кремний Si (С) Марганец Мп (Г) Хром Сг(х) Никель №• (/ )
Св-08 <0,1 < 0,03 0,35-0,6 <0,15 < 0,3
Св-08А < 0,1 < 0,03 0,35-0,6 <0,12 < 0,25
Св-08ГА < 0,1 < 0,03 0,8-1,1 < 0,1 < 0,25
Св-ЮГА < 0,12 < 0,03 1,1-1,4 < 0,2 < 0,3
Св-08Г2С 0,05- 0,11 0,7-0,95 1,8-2,1 < 0,2 < 0,25
СвЮНМА 0,07- 0,12 0,12-0,35 0,4-0.7 < 0,2 1-1,5
СвО8ХН2ГМЮ 0,06- 0,11 0,25-0,55 1,0-1,4 0,7-1,1 2-2,5
11роцесс сварки должен происходить при стабильном режиме.
Предельные отклонения принятых значений силы сварочного то-
ка и напряжения на дуге не должны превышать ±5 %.
Технология сварки должна обеспечить требуемые геометриче-
ские размеры швов и механические свойства сварных соединений
при минимальных внутренних напряжениях и деформациях сва-
риваемых элементов.
15
Преимущества и недостатки электродуговои сварки
плавящимся электродом
Преимуществами электро дуговой сварки плавящимся элек-
тродом являются:
— высокая технологичность процесса;
- возможность автоматизации и механизации процессов свар-
ки;
- меньшая по сравнению с газовой сваркой зона термического
влияния;
- простота регулирования процесса сварки;
- высокая скорость соединения деталей.
Недостатками электродуговой сварки плавящимся электродом
являются:
— энергозависимость (необходима электрическая сеть или ге-
нераторы);
- необходимость использования специальных сварочных
трансформаторов или инверторов (преобразователей);
- подготовка деталей под сварку (разделка кромок, фиксация
элементов)
2.2. Защита шва от атмосферных воздействий.
Главным условием получения наплавленного металла хороше-
го качества является защита его от окисления кислородом возду-
ха. Защитой является создание вокруг расплавленного металла
защитной среды из шлаков и газов.
При сварке “голым электродом” происходит интенсивное
окисление железа кислородом воздуха. Причём чем выше темпе-
ратура расплавленного металла, тем интенсивнее окисление. В
реакцию с кислородом воздуха вступают кремний, углерод, мар-
ганец и также образуют окислы. При этом качество (прочность)
металла ухудшается. Понижается предел текучести и прочность.
( нижается относительное удлинение и ударная вязкость.
mgsu.3dn.ru
Для того чтобы защитить металл шва от атмосферных воздей-
ствий применяют либо флюсы, либо электроды со специальными
обмазками, либо сварку производят в струе защитных газов. Уда-
ление кислорода из наплавленного металла осуществляется с по-
мощью химических элементов, которые быстрее вступают в ре-
акцию с кислородом или вытесняют кислород из закиси железа
или окиси железа.
Такими элементами являются - кремний, марганец, алюминий,
титан, углерод, хром и др. Раскисление протекает по реакции, на-
пример
2FeO + Si = 2Fe + SiO2;
FeO + Мп = Fe + MnO.
Эти элементы могут поступать в сварочную ванну либо из сва-
рочной проволоки, либо из покрытия электрода, либо из флюса.
Покрытие электрода (обмазка), а также флюс для автоматиче-
ской сварки имеют сложный состав, назначение которого:
- обеспечение устойчивое горение дуги;
— защита расплавленного металла от воздействий атмосферно-
го кислорода и азота;
- раскисление в металле шва окислов;
- удаление не восстановленных окислов в шлак;
— упрочнение шва, вводом в него легирующих добавок
— удаление серы и фосфора из расплавленного металла шва;
— образование шлаковой корки над металлом шва;
- замедление остывания шва.
В состав покрытий электродов (обмазки), а также флюса для
автоматической сварки входят:
- защитные компоненты:
— газообразующие вещества - выделяют при сварке боль-
шое количество газов, которые предохраняют шов от воз-
действия атмосферного кислорода и азота;
- шлакообразующие вещества - создают шлаковую защиту
расплавленного металла шва. Кроме того шлаки активно участ-
вуют в металлургических процессах сварки:
— легирующие компоненты — в процессе сварки переходят из
покрытия электрода в металл шва и легируют (упрочняют) его;
17
— раскисляющие элементы — вытесняющие кислород из оки-
слов;
- ионизирующие или стабилизирующие горение дуги — компо-
ненты, состоящие из веществ с низким потенциалом ионизации.
Они поддерживают горение дуги, облегчают ее возбуждение;
- связующие компоненты — служат для придания прочности
покрытия (корки) после высыхания.
Флюс - неметаллический гранулированный материал, расплав
которого необходим для улучшения процесса сварки и.качества
сварного шва.
Флюсы, применяемые в автоматической и полуавтоматической
сварке под флюсом, по способу изготовления разделяют на плав-
леные и неплавленные.
Плавленые флюсы получают сплавлением его составляющих в
печах и последующей грануляцией. Плавленые флюсы наиболее
часто применяют при сварке малоуглеродистых и низколегиро-
ванных строительных сталей.
Неплавленный флюс представляет собой механическую смесь
составляющих его компонентов.
При сварке различных марок сталей подбирают соответст-
вующую им марку флюса (см. табл.55 СНиП [4]).
2.3. Подготовка элементов под сварку
Работоспособность, надежность и долговечность сварного со-
единения в большой степени зависит от качественной подготовки
элементов под сварку. Некачественное выполнение заготовитель-
ных и сборочных операций приводит к резкому возрастанию ве-
роятности появления дефектов в сварных соединениях и в конст-
рукции в целом. Анализ дефектов, обнаруженных в сварных со-
единениях, показывает, что значительная часть брака появляется
из-за плохого качества подготовки и сборки.
Перед сваркой необходимо тщательно подготовить поверх-
ность свариваемых частей. В местах сварки металл зачищают от
ржавчины, масла, влаги, краски, рыхлого слоя окалины, льда и т.
д. до металлического блеска.
18
mgsu.3dn.ru
Продукты очистки необходимо удалить из зазора между
кромками соединения, иначе на продуктах загрязнения образуют-
ся газы, которые препятствуют сплавлению, образуют непровары
и поры в сварных швах.
Свариваемый металл до сборки должен быть также очищен от
загрязнений и неровностей, образовавшихся при прокатке, транс-
портировке и хранении металла. С поверхности металла необхо-
димо удалить рыхлый слой окалины, ржавчины и других загряз-
нений, даже если они расположены вне места сварки, так как при
кантовке и транспортировке загрязнения могут попасть в раздел-
ку шва.
Зачистка уже собранного узла в основном не может обеспе-
чить получение качественного сварного соединения из-за того,
что нельзя зачистить свариваемые кромки. Такое положение мо-
жет послужить даже причиной образования дефектов в результате
попадания продуктов зачистки в зазор.
Сборка конструкции, предшествуя сварке, должна обеспечи-
вать возможность качественной сварки. Для этого детали уста-
навливают в проектное положение, выдерживают между ними
заданный зазор и закрепляют между собой так, чтобы взаимное
расположение деталей не нарушалось в процессе сварки, кантов-
ки, а возможно и перевозки. При дуговой сварке положение дета-
лей в основном фиксируют короткими швами - прихватками се-
чением менее сечения шва, но не более 25-30 мм\ Длина прихва-
ток колеблется в пределах 20^120 мм. Расстояние между при-
хватками - 300^800 мм. Поверхность сборочных прихваток тща-
тельно очищают от шлака и подвергают внешнему осмотру.
Для фиксации заготовок применяют специальные планки- гре-
бенки, струбцины, клинья, стяжные уголки и ряд других приспо-
соблений. По концам сварного шва обычно устанавливают вы-
водные планки для вывода начала и конца сварного шва за его
пределы.
19
2.4. Ручная дуговая сварка
Ручной дуговой называют сварку штучными электродами с
обмазкой, при которой подача электрода и перемещение дуги
вдоль свариваемых кромок производится вручную (рис.2.1.). При
ручной дуговой сварке металлический стержень электрода, его
покрытие и основной металл расплавляются сварочной дугой
(рис.2.2).
При ручной дуговой сварке один полюс источника сварочного
тока присоединялся к свариваемому изделию, другой к электроду.
Между электродом и изделием зажигается сварочная дуга, рас-
плавляющая металл и образующая сварочную ванну. Сила сва-
рочного тока зависит от диаметра электрода и толщины свари-
ваемого металла. Обычно сила тока колеблется в пределах
10(h-300A, напряжение дуги - 20+40 В.
Рис. 2.1. Сварочный пост
mgsu.3dn.ru
Ручная дуговая сварка является одним из самых распростра-
ненных видов сварки, отличающихся простотой, мобильностью
применяемого оборудования.
Нап ла в ленный металл Сварочная ванна
Рис. 2.2. Схема процесса ручной дуговой сварки покрытым электродом
Ручной дуговой сваркой можно выполнить швы различного
вида, назначения и во всех пространственных положениях недос-
тупных для механизированной и автоматической сварки.
Оборудованием для ручной дуговой сварки служат источники
питания дуги, электрододержатели, щитки-маски, щетки для за-
чистки швов и т.д.
Электрододержатели используют для зажима электрода и под-
вода к нему тока (рис.2.3). Они должны быть легкими, удобными
в использовании, не стесняющими движение сварщика и не утом-
ляющими его руку. Современный электрододержатель представ-
лен на рис.2.4.
Рис. 2.3. Электрододержатели для ручной дуговой сварки:
а - вилочный; б - пассатижный
Рис. 2.4. Современный электрододержателъ
При ручной дуговой сварке штучными электродами металл
шва формируется в основном за счет электродного металла и
этим определяется производительность процесса.
Электроды изготавливают диаметрами 1,6+12,0 мм. На рисун-
ках таблицы 2.... представлены сварочные электроды для ручной
дуговой сварки производства завода сварочных электродов «СИ-
БЭС» в сотрудничестве со шведской фирмой «ESAB».
Основной объем работ при ручной дуговой сварке выполняют
электродами диаметром 3-6 мм.
Электроды для ручной дуговой сварки классифицируют:
mgsu.3dn.ru
Электроды для ручной дуговой сварки
23
Защита зрения и кожи лица
Ручной щиток-маска
Маска сварщика
Маска сварщика
Шлем-маска сварщика с ав-
томатическим затвором
- по назначению (для сварки стали, чугуна, алюминия);
- по виду покрытия (кислое, целлюлозное, рутиловое и др.);
- по требуемым физико-химическим, и механическим свойст-
вам металла шва.
- по допустимым пространственным положениям.
mgsu.3dn.ru
- по толщине покрытия (тонкое, среднее, толстое, особотол-
стое)
В обозначении марки электродов: АНО-6; ОМА-2 УОНИ-
13/55; У ОНИ 13/45; указывается назначение электрода, виды по-
крытия, толщина покрытия и др.
Согласно ГОСТ—9467-75 электроды делят на типы |табл.2.2).
Типы электродов для сварки строительных сталей
I аблица 2.2
Свариваемая сталь Малоуглероди- стая сталь Низколегиро- ванная сталь Высокопроч- ная сталь
Тип электрода 338; 342; Э42А; 346; Э46А 350; Э50А 360; 370
Цифры, стоящие в обозначении типа электрода, представляют
собой временное сопротивление разрыву, выраженное в кН/см2;
3 - электрод; А - когда к металлу шва предъявляются повышен-
ные требования по пластичности и ударной вязкости.
Есть электроды типов 370; 385; 3100; 3125, но они предна-
значены для ручной дуговой сварки конструкционных сталей у
которых нормативное сопротивление по пределу текучести
Ryn >60 кН/см2.
При ручной дуговой сварке покрытыми электродами защитой
металла шва от атмосферных воздействий является покрытие
(обмазка) электрода. При сварке покрытие расплавляется и обра-
зует на поверхности шва корку шлака, (рис. 2.5). Благодаря корке
шлака:
- металл медленнее остывает;
- потери тепла в окружающую среду значительно меньше;
- проплавление более глубокое;
- структура металла более однородная и плотная, т.к. при бо-
лее медленном остывании пузырьки газов имеют возможность
выйти на поверхность.
25
Назначение покрытия (обмазки) электрода и состав его под-
робно описан в.п. 2.2.
Требования к покрытиям устанавлены ГОСТ-9467-75 .
Самое широкое распространение получили фтористокальцие-
вые покрытия УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55, состав которых пред-
ставлен в табл. 2.3.
Состав покрытий электродов УОНИ-13
Таблица 2.3.
Состав покрытия электрода (в % по весу) УОНИ-13/45 УОНИ-13/55
Мрамор {СаСО2) 53 54
Плавиковый шпат \CaF2 ) 18 15
Кварц 9 9
Ферромарганец 2 5
Ферросилиций 75 % 3 5
Ферротитан 15 12
Жидкое стекло 30 30
Преимущества и недостатки ручной дуговой сварки
Основными преимуществами ручной дуговой сварки являются:
- простота и мобильность оборудования;
- возможность применения сварки на монтаже и в труднодос-
тупных местах, где механизированные и автоматизированные
способы сварки не могут быть применены;
- экономичность.
Существенными недостатками ручной дуговой сварки являются:
- низкая производительность процесса;
- малая глубина проплавления сварных швов;
- зависимость качества сварного шва от квалификации свар-
щика.
mgsu.3dn.ru
2.4. Полуавтоматическая сварка в среде
углекислого газа
При сварке полуавтоматом подача проволоки механизирована,
а перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производят вруч-
ную. Поэтому этот вид сварки называют полуавтоматической или
механизированной.
При полуавтоматической сварке в среде углекислого газа дуга
образуется между концом голой проволоки и свариваемым изде-
лием. Горение дуги происходит в среде углекислого газа СО2„
который подается в зону сварки. В процессе сварки вокруг дуги
создается оболочка из защитных газов, которая изолирует рас-
плавленный металл шва от кислорода и азота воздуха. Можно в
качестве защитного газа применять инертные газы аргон или ге-
лий, но они более дорогие.
При полуавтоматической сварке в СО2 для удаления кислоро-
да из наплавленного металла необходимо повышенное количест-
во кремния (С) и марганца (Г). Поэтому при сварке применяют
проволоку с повышенным их содержанием - свО8Г2С. Химиче-
ский состав проволоки представлен в табл. 2.1.
Комплект оборудования для полуавтоматической сварки в СО2
состоит из источника сварочного тока, механизма подачи прово-
локи, сварочной головки и газовой аппаратуры (подогревателя,
редуктора, осушителя расходомера и пр.) (рис.2.6.-2.11)
В процессе сварки проволока подаётся механизмом подачи
проволоки (рис.2.7) по гибкому шлангу в мундштук пистолета.
Углекислый газ подаётся из баллона через осушитель и редуктор
также в мундштук сварочного пистолета (рис.2.8)
Механизм подачи проволоки и горелка-держатель полуавтома-
та ПДГ-315 представлены на рис. 2.7 - 2.8. Новейшие разработки
сварочных держателей для полуавтоматической сварки представ-
лены на рис. 2.9.
27
Рис.2.7. Механизм подачи проволоки
полуавтомата ПДГ-315
Рис. 2.8. Держатель полуавтомата ПДГ-315
Рис.2.9. Сварочные держатели для полуавтоматической сварки
Широко применяют полуавтоматы серии ПДГ (ПДПГ-500:
ПДГ-503, ПДГ-315) (рис.2.10); А-547-р и А-547-у и др. (рис.), а
также зарубежные аналоги (рис.2.11).
mgsu.3dn.ru
Полуавтоматы для сварки в среде углекислого газа
Полуавтомат Урал-3
Полуавтомат Корд ПДГ-315
Полуавтомат Power Wawe
Полуавтомат Star weld
29
Преимущества полуавтоматической сварки
в среде углекислого газа
Основными преимуществами полуавтоматической сварки в
среде углекислого газа являются:
- высокая производительность труда (в 2-3 раза выше ручной
дуговой);
- отсутствую! необходимость иодачи флюса и использование
приспособлений для подачи и отсоса флюса, усложняющие сва-
рочное оборудование;
- хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие
чего обеспечивается высокая производительность и скорость
сварки
- возможность наблюдения за ходом сварки и горением дуги,
которая не закрыта флюсом;
- отпадает необходимость в зачистке швов от шлака и остат-
ков флюса, что особенно важно при многослойной сварке;
- низкая стоимость углекислого газа;
— высокое качество сварных швов и соединений;
— возможность сварки в различных пространственных положе-
ниях (рис.8) а также сварки на весу без подкладки;
- возможность выполнения швов в труднодоступных местах;
- малая зона термического влияния;
Недостатки полуавтоматической сварке в среде углекислого
газа:
- возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи
газа движением воздуха или при забрызгивании сопла;
- невозможност ь сварки под открытым воздухом;
- необходимость применения защитных мер против тепловой
и световой радиации дуги;
- потери металла на разбрызгивание;
mgsu.3dn.ru
Рис.2.12. Выполнение шва в вертикальном положении
— наличие газовой аппаратуры (баллоны, газовые редукторы,
водяное охлаждение);
— необходимость хорошей вентиляции помещений сварочного
цеха, т.к. углекислый газ, будучи тяжелее воздуха, скапливается в
рабочей зоне сварочного цеха.
31
2.5. Автоматическая и полуавтоматическая сварка
под
ЛЮСОМ
При сварке под флюсом дуга горит под слоем сварочного
флюса, защищающего сварочную ванну от контакта с воздухом.
При автоматической, а также полуавтоматической сварке под
флюсом, флюс засыпается впереди дуги из бункера или вручную.
В процессе сварки дуга горит в слое флюса между концом элек-
тродной проволоки и свариваемым металлом. Металл шва обра-
зуется в результате совместной кристаллизации флюса, электрода
и свариваемого металла, расплавленных электрической дугой.
Сварка производится голой проволокой.
Сварочный трактор А2 Vultitrac с блоком управления РЕН
Трактор используется для сварки под флюсом. Механизм по-
дачи проволоки обеспечивает равномерную и стабильную пода-
чи проволоки. Конструкция компактная и прочная. Это позволяет
свободно переносить ее и использовать в самых тяжелых услови-
ях.
mgsu.3dn.ru
Сварочные тракторы для автоматической дуговой сварки
Сварочный трактор ТС-16-2
Сварочный трактор АДФ-1000
Сварочный трактор АДФ-1250
Сварочный трактор ТС-16-2
33
Сварочный трактор А2
Vultitrac с блоком управле-
ния РЕН
Сварочный трактор-автомат
А6 Mastertrac
Сварочный трактор КА 1-UP
жрмы «Weber Comecanics»
Сварочный трактор М/С -
630К
mgsu.3dn.ru
Рис.2. Сварка балки сварочной головкой
Сварочная головка смонтирована на Г-образной раме. Пользу-
ясь изображенной установкой можно сваривать стержни балок и
колонн различных профилей,
В табл.2. представлены сварочные тракторы и сварочные го-
ловки шведской фирмы «ESAB», которая является одним из ми-
ровых лидеров в области сварочного оборудования и сварочных
материалов.
Сварочные головки фирмы «ESAB»
mgsu.3dn.ru
Высокие значения сварочного тока при автоматической сварке
(1000 А и более) определяют повышенную глубину проплавления
основного металла, поэтому при автоматической сварке под флю-
сом можно сваривать металл большой толщины без разделки
кромок.
Рис. 2. Сварочный трактор \ 1ZC-63OF и
схемы возможного применения:
а — сварочный трактор: б — сварка балок; в — сварка стыковых
соединений; г — сварка элементов конструкций.
37
Расплавленный флюс, затвердевая, создает на поверхности
шва шлаковую корку, надежно защищая наплавленный металл
шва от воздействия окружающего воздуха. Кроме того, флюс
способствует стабилизации дугового разряда, химически взаимо-
действует с жидким металлом, легирует сварочную ванну и фор-
мирует поверхность шва. Назначение основных компонентов,
входящих в состав флюса, также как и в покрытие электрода ука-
зано выше (см. п.2.2).
Рис. 2. Сварочный трактор Megatrac (а)
и механизм подачи проволоки (6)
Состав флюса может быть различным. В зависимости от со-
става флюса можно регулировать легирование и структуру метал-
ла шва. Марку флюса выбирают в зависимости от прочности сва-
риваемой стали и марки сварочной проволоки (см. СНиП [1] табл.
55). Химический состав флюсов, рекомендованных СНиП [1] для
автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, пред-
ставлен в табл. 2.4.
mgsu.3dn.ru
Химический состав сварочных плавленых флюсов
(в % по весу) по ГОСТ 9087-81*
Таблица 2.4
Марка флюса SiO, Л» Мп О СаО MgO Al,О, Ав» CaF,
АН-348А 41-44 34-38 <0,5 5-7,5 < 4,5 4-5,5
АН-60 42-47 36-41 3-11 0,5-3 < 5 5-8
ОСЦ-45М 38-44 38-47 < 0,6 <2,5 < 5 6-9
АН-17 17-21 4-6 14-18 9-12 21-25 19-23
АН-17М 18-22 < 3,0 14-18 9-12 24-29 21-25
АН-22 18-21 7,9 12-15 11-15 19-23 20-24
В последнее время для улучшения качества наплавленного ме-
талла при сварке элементов большой толщины используют по-
рошкообразный присадочный металл (ППМ), который засыпают
в зазор между свариваемыми элементами перед сваркой. Порош-
кообразный присадочный металл получают из мелко нарезанной
электродной проволоки.
Марки сварочной проволоки и марки флюса в зависимости от
прочности свариваемой стали представлены в табл. 2.5.
Марки флюса в зависимости от марки стали
и марки сварочной проволоки
Таблица 2.5
Свариваемая сталь Малоуглеро- дистая сталь Низколегирован- ная сталь Высокопроч- ная сталь
Марка сва- рочной проволоки Св-08А; Св-08ГА Св-ЮН МА; Св-ЮГ2; Св-ЮГА Св- 08ХН2ГМЮ СвЮХМА
Марка флюса АН-348-А; ОСЦ-45М АН-60 АН-348-А; АН-47; АН-43; АН-17; АН-17-М АН-2 2
39
Для автоматической сварки применяют сварочные автоматы
- самоходные, подвесные, тракторного типа и др. В состав
сварочного автомата входят: источник сварочного тока, механизм
подачи проволоки, механизм перемещения, устройство для раз-
мещения и подачи флюса, сварочной головки и др. (см. рис.9).
При изготовлении металлических конструкций широко приме-
няются отечественные сварочные тракторы АДС-1000-2; ТС-16-1:
ТС-17МУ; ТС-42 и др., автомат типа АДФ, сварочная головка А-
639. В настоящее время широко используются зарубежные анало-
ги.
40
mgsu.3dn.ru
Преимущества автоматической сварки:
— снижение трудоемкости за счет автоматизации процесса
сварки;
— высокая производительности труда в 5-10 раз выше по срав-
нению с ручной дуговой сваркой. Это достигается благодаря
большой силе тока, в результате чего резко возрастает глубина
проплавления и появляется возможность сварки элементов боль-
шой толщины без разделки кромок;
- снижение трудоемкости работ по разделке кромок;
Рис.2.9. Сварочный трактор ТС-16-1
Рис.2.9. Сварочный трактор ТС-16-1
41
7
Рис. 84 Сварочный трактор ТС-17М:
1 - направляющие колеса; 3 - электродвигатель для подачи
электродной проволоки и передвижения трактора; 2 " ведущие колеса;
4 - пульт с кнопками управления; 5 - кассета с электродной проволокой;
б - электроизмерительные приборы; 7 — электродная проволока;
8 — бункер для флюса; 9 - механизм подачи проволоки; 10 - мундштук
mgsu.3dn.ru
Сварочные тракторы с двумя сварочными головками
Трактор сварочный двухголо-
вочный 2ТС-16-2
Трактор сварочный двухголо-
вочный
Сварочные головки
"варочный трактор с двумя
варочными головками A6-DK
43
— высокое качество металла шва и сварного соединения в це-
лом. Высокому качеству металла шва и сварного соединения спо-
собствует надежная защита зоны расплавленного металла от
взаимодействия с кислородом и азотом, легирование металла шва,
увеличение плотности металла при медленном охлаждении под
слоем застывшего шлака. В результате этого улучшается форма
шва, стабилизируются его размеры по длине и ширине, обеспечи-
вается постоянным его химический состав. Уменьшается вероят-
ность образования дефектов в сварном шве;
- снижение расхода сварочных материалов за счет снижения по-
терь на угар и разбрызгивание, а также отсутствием потерь на
огарки. При ручной сварке эти потери достигают 20-30%. в то
время как при автоматической сварке под флюсом они не превы-
шают 2-5%;
- экономия электроэнергии при автоматической сварке за счет
более рационального использования тепла сварочной дуги.
mgsu.3dn.ru
Затраты электроэнергии при автоматической сварке умень-
шаются на 30-40 % по сравнению с ручной дуговой сваркой;
— облегчение условий работы сварщика и повышение культу-
ры производства При автоматической сварке дуга закрыта слоем
шлака и флюса, выделение вредных газов и пыли значительно
снижено, поэтому нет необходимости в защите зрения и лица
сварщика от воздействия излучений дуги, а для вытяжки газов
достаточно естественной вытяжной вентиляции.
Недостатками автоматической сварки являются:
- повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и
флюса, поэтому сварка возможна только в нижнем положении
или с небольшим уклоном не более 10-15°',
— при увеличенном зазоре возможно вытекание расплавленно-
го металла и флюса и образование в шве дефектов;
- невозможность применения автоматической сварки в корот-
ких швах и труднодоступных местах;
— ограниченная маневренност ь сварочных автоматов в произ-
водство сварки главным образом в нижнем положении.
Fiat Welding.
Inclined plane.
Vertical welding:
Shell exterior л ith minimum
diameter of 2000 mm.
Shell interior with minimum diameter
of JOOO mm.
45
POCKET CARRIAGE
3. Виды сварных швов и сварных соединений,
выполняемых сваркой плавящимся электродом
3.1 Классификация сварных швов
— по типу соединения швы делятся на стыковые (рис. 3.1,а) и уг-
ловые (рис. 3.1,6).
Стыковые швы применяют в стыковых соединениях. Угловые
швы применяются в угловых, тавровых и нахлесточных соедине-
ниях (рис.3.8). В строительных металлоконструкциях в основном
применяют угловые швы (90%). На долю стыковых швов прихо-
дится 10%.
Рис. 3.1 Типы сварных швов
а — стыковой шов; б —угловой шов
mgsu.3dn.ru
— по виду разделки кромок швы бывают без разделки кро-
мок (рис.3.2,а) и с разделкой кромок. Разделка кромок бывает V -
образная (рис.3.2,б); К - образная (рис.3.2,в); X - образная
(рис.3.2,г); U - образная (рис.3.2,д). Все перечисленные разделки
кромок бывают с притуплением или без притупления; с зазором
или без зазора; Скос кромок осуществляют абразивным инстру-
ментом или кислородной резкой. В конструкциях из сталей с вре-
менным сопротивлением 590 МПа после кислородной резки тре-
буется зачистка кромок абразивным инструментом. Для обеспе-
чения равномерного зазора в стыковом соединении неровности
металла в зоне притупления после кислородной резки следует
устранить зачисткой абразивным инструментом.
Рис. 3.2. Виды разделки кромок:
а — без разделки; б— V - образная разделка; в — К - образная разделка;
г — X - образная разделка; д — U - образная разделка
в
- по положению шва в пространстве различают нижнее
(рис.3.3,а), горизонтальное (рис.3.3,б), вертикальное (рис.3.3,в),
потолочное (рис.3.3,г) и «в лодочку» (рис.3.3,д). Наиболее про-
стым и качественными по выполнению является нижний шов и
шов «в лодочку», так как при этом создаются наиболее благопри-
ятные условия для получения швов хорошего качества. В этом
положении расплавленный металл переносится в сварочную ван-
ну в направлении силы тяжести. При этом сварку в нижнем по-
ложении выполнять удобнее и легче наблюдать за процессом.
Выполнение вертикальных и горизонтальных швов также тре-
бует специальных навыков. При сварке в вертикальном положе-
нии металл в сварочную ванну переносится перпендикулярно си-
ле тяжести. Горизонтальные швы сваривать труднее, чем верти-
кальные, т.к. расплавленный металл может стечь на кромки ниж-
него листа.
47
По технике выполнения сварка потолочных швов наиболее
трудная. В данном случае сила тяжести препятствует переносу
капель металла электрода в сварочную ванну и они стремятся
стечь вниз.
а
Рис. 3.3. Положение шва в пространстве:
а - нижнее; б — горизонтальное; в - вертикальное;
г — потолочное; д — в лодочку
— по отношению к действующим усилиям швы бывают — стыко-
выми: - прямыми или косыми (рис.3.4,а, б); фланговыми, лобо-
выми (рис.3.4,в), продольными и поперечными (рис.3.4,г). Флан-
говые швы расположены вдоль усилия (рис.3.4,в), лобовые - по-
перек.
6
Рис. 3.4. Виды сварных стыковых швов по отношению
к действующему усилию
а — прямой стыковой шов; б - косой стыковой шов;
mgsu.3dn.ru
а б
Рис. 3.5. Виды сварных угловых швов по отношению
к действующему усилию
а — фланговый шов(1), прямой лобовой шов(2)
б — фланговый шов(З), косой лобовой шов(4)
Рис. 3.5. Виды сварных швов по отношению
к действующему усилию
г — продольный и поперечный;
- по протяженности швы бывают непрерывными (рис. 3.5,а)
и прерывистыми (рис. 3.5,б,в). Прерывистые швы применяют в
том случае, когда соединение может быть не плотным и не несет
никакой нагрузки;
Рис. 3.5. Виды сварных швов по протяженности:
а - непрерывный шов; б, в - прерывистые швы
— по количеству наплавленного металла швы бывают нор-
мальные, выпуклые и вогнутые (рис.З.). В в нормальных и выпук-
лых швах нет плавного перехода от основного металла к металлу
шва, В этом месте происходит концентрация напряжений, что
может привести к преждевременному разрушению шва.
Вогнутые швы следует выполнять с плавным переходом к ос-
новному металлу. Такие швы рекомендуется применять в конст-
рукциях. воспринимающих динамические и вибрационные на-
грузки, а также в конструкциях, возводимых в районах с расчет-
ными температурами ниже — 40°С, и в конструкциях из стали с
временным сопротивлением 590 МПа.
Придание угловым швам вогнутого профиля и плавного пере-
хода к основному металлу осуществляют либо подбором режимов
сварки, либо соответствующим пространственным расположени-
ям свариваемых элементов конструкции либо механизированной
зачисткой абразивным инструментом.
6
Рис. 3.6. Виды сварных швов по количеству наплавленного металла:
а - нормальные; б — выпуклые; в - вогнутые.
- по количеству проходов (слоев) сварки стыковые швы могут
быть однопроходные (рис. 3.7.а), двухпроходные (рис. 3.7,6) и
многопроходные (рис. 3.7,в) односторонние или двусторонние. В
тавровых соединениях швы могут быть односторонние (рис.
3.7.г). и двусторонние (рис. 3.7,д), а также однопроходные, двух-
проходные и многопроходные.
Каждый последующий валик многопроходного шва наклады-
вают после тщательной очистки предыдущего валика от шлака и
брызг металла.
50
mgsu.3dn.ru
При двусторонней сварке стыковых швов, перед выполнением
шва с обратной стороны его необходимо зачистить корень этого
шва до чистого бездефектного металла.
б
Рис. 3.7. Виды сварных стыковых швов по количеству проходов
Рис.3.7. Виды сварных угловых швов по количеству проходов
— по восприятию действующих нагрузок швы бывают расчет-
ными и конструктивными. Размеры расчетных швов проверяются
на прочность или подбираются на основе расчета. Из всего объе-
ма сварных швов на долю расчетных приходится примерно 30-
35%. Остальные швы - конструктивные и на их долю приходится
соответственно 65-70% всей протяженности сварных швов.
3.2. Классификация сварных соединений
Сварным соединением называют неразъемное соединение де-
талей, выполненное сваркой.
Различают:
- стыковые соединения - соединения двух элементов распо-
ложенных в одной плоскости (рис. 3.8.а). Стыковые соединения в
основном применяют в конструкциях из листового металла: В
стыковых соединениях неодинаковой толщины обеспечивают
плавный переход от элемента большей к элементу меньшей тол-
щины.
51
При разнице в толщинах не превышающей 5 мм, переход
осуществляется за счет наклона поверхности шва. При большей
разнице толщин на более толстом элементе должен быть сделан
скос с уклоном не более 1:5.
Рис. 3.8. Виды сварных соединений
а — стыковые соединения; б —угловые соединения;
в — тавровые соединения; г — нахлесточные соединения;
д — торцевые или боковые соединения;
е — соединения с накладками
— угловые соединения - соединения двух элементов, располо-
женных под прямым или иным углом друг к другу (рис. 3.8,6).
Угловые соединения применяют при приварке элементов к кром-
кам листов или профилей;
- тавровые соединения — соединения, в которых к боковым
поверхностям одних элементов приваривают торцом другие эле-
менты (рис. 3.8,в). Наиболее широко используют при изготовле-
нии строительных металлических конструкций;
- нахлесточные соединения - соединения, в которых свари-
ваемые элементы расположенные параллельно накладывают друг
на друга (рис. 3.8,г);
mgsu.3dn.ru
— торцевые или боковые соединения — соединения, в которых
листы равной ширины соединяют и сваривают по смежным тор-
цам (рис. 3.8,д);
— соединения с накладками — соединения, в которых стыки
листов перекрывают накладками (рис.З. ). Эти соединения требу-
ют дополнительного расхода металла и применяют только в тех
случаях, когда технологически не может быть выполнен стыковой
шов.
4. Прочность сварных соединений
Прочность сварного соединения - это обеспечение высоких
эксплуатационных характеристик при минимальном образовании
дефектов.
Прочность сварного соединения зависит от:
• Выбора правильного и качественного технологического про-
цесса сварки. При правильном и качественном технологическом
процессе сварки обеспечивается полное проплавление шва. от-
сутствие пор, трещин, шлаковых и газовых включений. Обеспе-
чивается качественная защита расплавленного металла шва от
воздействия окружающей среды.
• Прочности основного металла конструкции. Свариваемый
металл должен иметь гарантированные механические характери-
стики, в том числе положительные показатели свариваемости.
• Квачификации сборщиков и сварщиков. Необходимо обеспе-
чить качественную подготовку деталей под сварку, рабочее со-
стояние оснастки и сварочного оборудования, а также обеспечить
качественное выполнение технологического процесса сварки.
• Прочности наплавленного металла. Прочность наплавлен-
ного металла шва определяется правильно выбранными свароч-
ными материалами - электродами или сварочной проволокой,
флюсами, защитными газами. Сварочные материалы должны
подбираться в соответствии с прочностью свариваемой стали.
• Вида сварки. Соединение, выполненное автоматической
сваркой, более прочное и качественное по сравнению с. соедине-
нием. выполненным ручной дуговой сваркой.
53
• Положения шва в пространстве. Наиболее прочным и каче-
ственным является шов, выполненный «в лодочку», наименее
прочным — шов, выполненный в потолочном положении (рис.3.3).
• Вида сварного соединения. Механические свойства различ-
ных сварных соединений различны. При работе под нагрузкой в
стыковых соединениях напряжения в стыковом сварном шве рас-
пределяются равномерно. В тавровых и нахлесточных соединени-
ях напряжения в швах не равномерны. На концах швов наблюда-
ется значительная концентрация напряжений, которая может при-
вести к срезу.
• Вида и направления действующей нагрузки. Статическая,
динамическая, вибрационная, малоцикловая и т.д. нагрузки по-
разному влияют на прочность сварных соединений. При динами-
ческих, вибрационных, малоцикловых нагрузках прочность свар-
ного соединения исчерпывается быстрее, чем при статических
нагрузках.
• Контроля качества сварки. Контроль качества должен осу-
ществляться на всех стадиях технологического процесса сварки и
в готовой продукции.
5. Контроль качества сварных соединений
5.1. Основные дефекты при сварке
В процессе сварки в металле шва и околошовной зоне могут
возникать различные дефекты, которые приводят к снижению
прочности, эксплуатационной надежности, точности. Дефекты
сварных соединений различают по причинам возникновения и
месту их расположения.
- В зависимости от причин возникновения их можно разделить
на две группы.
- к первой группе относят дефекты, связанные с метал-
лургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процес-
се сварки: горячие и холодные трещины в металле шва и в око-
лошовной зоне, поры, шлаковые включения:
mgsu.3dn.ru
- ко второй группе относят дефекты формирования
швов, возникающие из-за неисправносзи оборудования, низкой
квалификации сварщика и других нарушений технологического
процесса и т.д. К дефектам этой группы относятся несоответствие
швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги и др.
- В зависимости от места проявления дефекты делят на внут-
ренние и внешние:
— к внутренним дефектам относят: - внутренние поры,
неметаллические включения, внутренние трещины;
— к внешним дефектам относят: - нарушение установ-
ленных размеров и формы шва, непровар, подрез зоны сплавле-
ния, прожог, поверхностные поры и трещины на поверхности шва
и т.д.
5.2. Способы контроля качества сварных соединений.
Контроль качества надо осуществлять, начиная с проверки ка-
чества свариваемой стали, проверки подготовки сварки, кончая
проверкой качества полученного сварного соединения. Трудоем-
кость контрольных операций может доходить до 30% от общей
трудоемкости изготовления сварной конструкции.
Качество сварных соединений контролируют в процессе изго-
товления следующими методами контроля, которые по воздейст-
вию на материал делятся на:
- разрушающие методы;
- неразрушающие методы.
По времени действия виды контроля делятся на:
- предварительные методы:
- текущие методы;
- окончательные методы.
- На стадии предварительного контроля выполняют проверку
качества исходных материалов (свариваемого металла и свароч-
ных материалов).
55
Производят контроль подготовки деталей под сварку и сборку
узлов, а также состояния оснастки, сварочного оборудования и
приборов, квалификации сборщиков и сварщиков. На стадии
предварительного контроля выполняют испытания стали на сва-
риваемость;
— В процессе текущего контроля проверяют выполнение сва-
рочных работ. Проверяют соблюдение технологии сварки, зачи-
стки промежуточных швов, заварку кратеров и т.д.
- При окончательном контроле готовых сварных конструкций
проверяют соответствие размеров, формы, прочности сварного
соединения требованиям, предъявляемым к изделию. Кроме того
проверяют наличие дефектов сварного шва.
При окончательном контроле готовое сварное соединение под-
вергают: внешнему осмотру. Внешний осмотр позволяет выявить
наружные дефекты шва. Осмотр производят невооруженным гла-
зом или с помощью лупы. Размеры сварных швов проверяют
шаблонами и измерительным инструментом. Остаточные дефор-
мации сварных конструкций проверяют также измерительными
приборами.
Для определения качества и прочности сварного шва изделие
подвергается металлографическим и механическим испытаниям.
Химический состав металла шва и околошовной зоны определяют
на основе химического анализа.
Металлографические испытания позволяют выявить качество
провара и отсутствие внутренних дефектов.
Механические испытания сварного соединения производят ли-
бо на специально сваренных контрольных образцах, либо на об-
разцах, вырезанных из сварного соединения. Определяют меха-
нические характеристики, ударную вязкость и т.д.
Химический анализ позволяет определить состав основного и
наплавленного металла и его соответствие установленным техни-
ческим условиям на изготовление сварного изделия.
56
mgsu.3dn.ru
Для обнаружения пор, трещин, непроваров, шлаковых вклю-
чений используют физические методы кои троля качества свар-
ных соединений.
В состав физических методов контроля качества сварных со-
единений входят:
- радиационный контроль;
- ультразвуковой контроль;
- магнитный и электромагнитный контроль:
- капиллярный контроль
При радиационном контроле проникающее излучение прохо-
дит через изделие и затем регистрируется детектором. В связи с
разной плотностью металла и дефектов проникающие лучи ос-
лабляются по-разному и на детекторе изображаются соответст-
вующие различные сигналы. При радиационном контроле ис-
пользуют либо рентгеновское, либо гамма-излучение. Эти методы
обнаруживают поры, трещины, непровары, шлаковые включения.
Толщина металла, которая может контролироваться рентгенов-
скими аппаратами, 25-100 мм. Гамма-излучение обладает боль-
шой проникающей способностью и позволяет контролировать
металл толщиной до 350 мм. Оба метода отличаются большой
точностью, однако и рентгеновское и гамма-излучение вредны
для человека
Ультразвуковой метод контроля основан на способности
ультразвуковых колебаний проникать в толщу металла на значи-
тельную глубину' и отражаться от неметаллических включений и
других дефектных участков шва. Ультразвуковой метод контроля
позволяет обнаружить все основные дефекты сварных швов.
Магнитные методы контроля основаны на создании неодно-
родного магнитного поля с образованием потоков рассеяния в
местах расположения дефектов шва при намагничивании контро-
лируемого изделия. Применяются методы порошковой дефекто-
скопии. магнитографический, индукционный и др.
Капиллярные методы контроля используют при испытаниях
сварных швов на непроницаемость. Испытания сварных швов на
непроницаемость выполняют в резервуарах, газгольдерах, трубо-
проводах большого диаметра.
57
Испытания сварных швов на непроницаемость (капиллярный
метод контроля) проводят ниже следующими методами:
- испытание керосином;
- испытание сжатым воздухом:
— испытание вакуум-аппаратом:
- гидравлическое испытание.
Испытание керосином применяют для контроля сварных швов
емкостей, работающих без избыточного давления. Сварной шов с
внешней стороны покрывают водным раствором мела. Меловому
покрытию швов дают просохнуть, а затем с внутренней стороны
шов смачивают керосином. Керосин просачивается сквозь тре-
щины и поры, а на покрытой мелом поверхности появляются
темные пятна. Время выдержки (0,5-24 ч) зависит от толщины
металла и температуры воздуха и ответственности сооружения.
При испытаниях сжатым воздухом и вакуум-аппаратом швы
покрывают мыльной эмульсией и по мыльным пузырям опреде-
ляют наличие в них дефектов.
Гидравлическое испытание производят с целью проверки не
только плотности швов, но и их прочности. Такому испытанию
подвергают сварные трубопроводы, сосуды и резервуары для газа
или жидкости, работающие под давлением. Для этой цели их за-
полняют водой. С помощью гидравлического пресса создают дав-
ление, в 1,5 раза превышающее рабочее давление изделия, и вы-
держивают в течение времени, указанного в технических услови-
ях на изготовление изделия. По истечении указанного времени
проверяют наличие потения и пропусков воды в швах.
58
mgsu.3dn.ru
6. Расчет сварных соединений
6.1. Расчет стыковых соединений
на сжатие и растяжение
При действии на стыковое соединение статической нагрузки
(сжимающей или растягивающей) и полном проваре соединяемых
элементов (рис.6.9), условие прочности сварного шва имеет вид
где N— внешнее усилие, приложенное к соединению;
A, = h ~ расчетная наименьшая толщина соединяемых эле-
г* • t» *
ментов;
/и. - расчетная длина сварного шва;
R — расчетное сопротивление сварного шва (см. табл.З
СНиП [4]);
ус - коэффициент условий работы свариваемых элементов.
При расчете сварных стыковых швов принимают lw—b, если
начало и конец шва выведены на выводные планки (рис.6.1.а).
При отсутствии выводных планок, вследствие непровара в начале
и конце шва, принимают /и = b — 2t (рис.6.1,6);
планка
я
узел -1
Рис. 6.1. К расчету стыковых соединений
Сварные швы могут
иметь внутренние де-
фекты - непровары,
шлаковые включения,
поры, трещины. При
работе сварного со-
единения на сжатие
внутренние дефекты
не оказывают сущест-
венного влияния на
прочность шва.
59
Поэтому при расчете сварных стыковых соединений прини-
мают расчетное сопротивление сварного шва сжатию равное рас-
четному сопротивлению основного металла 7? — Rx .
При работе сварного соединения на растяжение внутренние
дефекты существенно влияют на прочность шва. Поэтому при
расчете сварных стыковых соединений принимают:
J? = R} - расчетное сопротивление сварного шва растяже-
нию и изгибу при сварке с последующим физическим контролем
качества шва и удалением дефектов;
= Rx~ расчетное сопротивление сварного шва растяжению
при сварке косых швов.
Rwv = 0.857?v - расчетное сопротивление сварного шва растя-
жению и изгибу без применения физического контроля качества
швов.
Внутренние дефекты сварных швов выявляют физическими
методами контроля качества швов — ультразвуковой дефектоско-
пией, просвечиванием проникающими лучами и др. (См. п. 5.2.).
При сварке стыковых соединений из сталей различной проч-
ности расчетное сопротивление R следует принимать для стали
с меньшей прочностью.
Усиление шва и концентрация напряжений в расчете не учи-
тываются ввиду их незначительного влияния.
60
mgsu.3dn.ru
6.2. Расчет стыковых соединений на срез (сдвиг)
При действии на стыковое соединение статической сдвигаю-
щей нагрузки и полном
Рис. 6.2. К расчету
стыковых
проваре соединяемых элементов (рис.
6.2), условие прочности сварного шва
при сдвиге (срезе) имеет вид
(6.2)
где Rws - расчетное сопротивление
сварного шва срезу (см. табл.З
СНиП[4]);
соединений на срез
6.3. Расчет стыковых соединений на изгиб
При действии на стыковое соединение изгибающего момента
(рис.6.3.) условие прочности стыкового шва при работе на изгиб
имеет вид
Рис. 6.3. К расчету
стыковых соединений
на изгиб
где дб - максимальный изгибающий
момент в стыковом соединении
f , /2
Рти. = w w - момент сопротивле-
ния сварного шва
R ~ расчетное сопротивление
сварного шва растяжению и изгибу (см. выше).
61
6.4. Расчет угловых швов
При сварке угловых швов часто образуется механическая не-
однородность металла шва и основного металла в зоне сварного
соединения. В связи, с этим СНиП рекомендует расчет сварных
угловых соединений выполнять по двум опасным сечениям, по
которым возможно разрушение - по металлу шва и по металлу
границы сплавления (зоне сплавления) (рис. 6.4.).
При работе шва на срез более слабым может оказаться любое
из указанных выше сечений. Это зависит от большого количества
факторов.
Оценивают прочность
выше указанных сечений
по отношению:
(6.4)
где /?/ и р- коэффициен-
ты глубины проплавле-
Рис. 6.4. Схема расчетных сечений
углового шва: 1 — по металлу шва;
2 — по металлу границы сплавления
ния соответственно по
металлу шва и по грани-
це зоны сплавления.
RWf- расчетное со-
противление сварного углового соединения срезу по металлу шва
(см. табл.56 СНиП [1]);
Rwz- расчетное сопротивление сварного углового соединения
срезу по металлу границы сплавления, равное R*z = 0,457?wz,
где Run - нормативное сопротивление по временному сопротивле-
нию, (см. табл.51 СНиП [1]).
Если отношение pfRWJ/ pzRwz <7, то металл границы сплавле-
ния более прочен, чем металл шва и расчёт углового шва выпол-
няют по металлу шва (рис.6.4., сеч. 1)
Т= (6.5)
где п - количество сварных швов;
kj - катет углового шва;
mgsu.3dn.ru
lw — длина шва;
ум — коэффициент условий работы углового сварного шва. Ко-
эффициент уи. = 1 при строительстве в климатических районах I;
II и при сварке сталей с нормативным сопротивлением менее
Ryn — 41 кН/см2.
Если отношение pfRWf / pz-Rw: >1, то металл шва более про-
чен, чем металл границы сплавления и расчет углового шва вы-
полняют по металлу границы сплавления (рис.6.4, сеч.2)
Опыты показали, что распределение напряжений по длине уг-
ловых и фланговых швов - неравномерное. Наибольшие напря-
жения развиваются у начала и конца шва. Если шов, работающий
на срез, имеет большую длину, то середина шва оказывается ма-
лонагруженной (рис. 6.5.) и не принимает участия в работе шва.
На срез работают только концевые участки шва, суммарную дли-
ну которых называют расчетной 1дй^. Согласно СНиП[4] расчет-
ная длина углового шва. работающего на срез должна быть не
более
I = 85-0f-kf.
расч г' f f
(6.7)
10000
xr/см 2
кг/см 2
1000-
0 10 20 30 40 50 60 70
80 90 ЮО
i (°/\
Puc. 6.5. Распределение напряжении в длинном шве
63
Не зависимо от того, по какому сечению выполняется расчет
шва, в формуле для определения расчетной длины всегда исполь-
зуют коэффициент pf.
Расчет длинных сварных швов выполняют по формулам (6.5)
или (6.6). в которых вместо /и. подставляют 1расч.
6.5. Расчет угловых швов на действие
сдвигающей силы, приложенной с эксцентриситетохм
В соединении, представленном на
рис.6.6, действует сдвигающая сила,
приложенная с эксцентриситетом. В
этом случае расчет следует выпол-
нять на действие поперечной силы F
и изгибающего момента М, вызван-
ного эксцентриситетом приложения
этой силы.
Возможны два случая работы сварно-
Рис. 6.6. К расчету сварных
швов на изгиб и срез I.IIIob может быть выполнен с
глубоким проплавлением (рис.6.6,а).
В этом случае его можно рассчитывать как стыковой.
При совместном действии изгибающего момента и поперечной
силы в шве проверяют приведенные напряжения а1д
(6.8)
где а - определяют по формуле (6.3)
Т - определяют по формуле (6.2)
2. Шов выполнен с неполным проплавлением (рис.6.6,б). В
этом случае шов рассчитывают как угловой на действие попереч-
ной силы F и изгибающего момента М.
(6.9)
mgsu.3dn.ru
где Т р — определяется по формулам (6.5) или (6.6) в зависимости
от соотношения (6.4);
Т’д / - определяется по формуле
(6.10)
где е эксцентриситет приложения силы / (рис.6.)
W ~ момент сопротивления двустороннего углового (фланго-
вого) шва
(6.11)
6.6. Расчет угловых швов на действие взаимноперпенди-
кулярных сдвигающих сил,
Рис.3.15. К расчету
угловых швов на срез
Если шов работает на срез от
действия силы F и от действия
перпендикулярной ей силы N
(рис.6.7), то в шве возникают на-
пряжения ? р от силы F и напряже-
ния от силы N. Проверку проч-
ности в этом случае следует произ-
водить на геометрическую сумму
напряжений ? р и
(6.12)
Если усилия N или F приложены с эксцентриситетом и созда-
ют момент, то его также следует учесть при проверке прочности.
В рассматриваемом случае сила Д’ приложена с эксцентрисите-
том е и создает момент относительно центра тяжести шва. В
этом случае прочность сварного соединения следует определять
по формуле
65
где
(6.13)
(6.14)
7. Сварочные напряжения и деформации
7.1. Общие понятия о напряжениях и деформациях
Деформацией называется изменение формы и размеров эле-
ментов конструкции под действием усилия. Если форма элемен-
тов конструкции восстанавливается после прекращения действия
силы, то деформация называется упругой. Если элемент не при-
нимает первоначальную форму, то он получил остаточную, пла-
стическую деформацию. Величину деформации определяют ве-
личиной действующего усилия.
Деформации, развивающиеся при сварке бывают временными
и остаточными. Временные деформации - развиваются в период
сварочного нагрева. Остаточные деформации сохраняются в те-
чение длительного периода времени. Сварочные деформации де-
лятся на общие, распространяющиеся на всей конструкции, и ме-
стные, изменяющие размеры и форму отдельных узлов или дета-
лей.
В результате неравномерного нагрева при сварке в элементах
конструкций возникают остаточные сварочные напряжения. В
зависимости от направления действующих усилий по отношению
к рассматриваемому сечению элемента напряжения могут быть
растягивающими, сжимающими, касательными и от кручения.
До достижения в элементе напряжений, равных пределу теку-
чести стали сут , напряжения и деформации линейно связаны. Т.е.
увеличение напряжений происходит пропорционально увеличе-
нию деформаций.
mgsu.3dn.ru
При напряжениях равных пределу текучести деформации рас-
тут без изменения нагрузки (металл течет)и это приводит к обра-
зованию остаточных деформаций.
7.2. Тепловые процессы при сварке и образование
сварочных напряжений и деформаций
При сварке происходит местный разогрев элемента теплом
сварочной дуги. Распределение температуры в момент сварки в
элементе неравномерное. Наибольшая темперазура в зоне шва в
момент прохождения сварочной дуги (рис.7.1,а). Сварочная дуга,
перемещаясь по свариваемому изделию, представляет собой под-
вижный линейный источник тепла с переменной координатой. В
теории сварочных процессов, разработанной Н.Н.Рыкалиным,
доказано, что при перемещении источника тепла (сварочной дуги)
по плоскости изотермы нагрева имеют вид вытянутой яйцевидной
формы (рис. 7.1,6).
67
Температура в сечениях элемента распределена не равномерно
(рис.7.1,в). В большей мере нагрета зона, расположенная в непо-
средственной близости от сварочной дуги. Перед источником те-
пла температура резко нарастает, а за источником тепла она убы-
вает. На некотором удалении от зоны сварки температура изделия
остается равной той, которая была до сварки.
Распределение температур зависит от мощности сварочной ду-
ги и от толщины свариваемого металла. Распределение темпера-
туры изменяется с течением времени.
Образование высоких температур в зоне шва в момент прохо-
ждения дуги и большая разность температур по сечению препят-
ствует свободному расширению нагретого металла. (Свободному
расширению нагретого металла препятствуют соседние холодные
участки). Это и является причиной развития временных свароч-
ных напряжений и деформаций.
Временные напряжения в зоне шва, превышающие предел те-
кучести стали, являются причиной образования временных сва-
рочных пластических и упругих деформаций. Последующее ох-
лаждение изделия и пластические деформации, образовавшиеся в
момент нагрева, приводят к развитию остаточных сварочных на-
пряжений и деформаций.
Знак временных и остаточных напряжений и деформаций про-
тивоположный. Временные и остаточные напряжения уравнове-
шены по сечению. В зоне шва развиваются временные сварочные
напряжения сжатия, а в оставшейся части сечения напряжения
растяжения. После остывания знак напряжений меняется на про-
тивоположный. В зоне шва возникают остаточные сварочные на-
пряжения растяжения, причем величина их значительная
( <Jocm = ст„,). На остальных участках образуются не значительные
по величине остаточные напряжения сжатия. Их величина тем
меньше, чем шире изделие.
Временные деформации вызывают в изделии удлинение, а ос-
таточные -укорочение.
68
mgsu.3dn.ru
Остаточные сварочные напряжения практически не влияют на
прочность и работоспособность конструкций, если они работают
при статической нагрузке и сталь, из которой они изготовлены,
обладает достаточной пластичностью. СНиП [1] допускает не
учитывать сварочные напряжения в расчетах конструкций из ма-
лоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей.
Остаточные сварочные деформации вызывают отклонение
размеров и формы конструкций от проектных и в случае, если их
величина превышает допускаемую СНиП [3], необходима их
компенсация до сварки или правка готовых изделий. Это в свою
очередь приводит к удорожанию конструкций.
7.3. Остаточные сварочные деформации и их влияние
на работоспособность и точность конструкций
Как отмечено выше, остаточные сварочные деформации неиз-
бежно возникают при сварке металлических конструкций. Они
ухудшают работоспособность и точность конструкции и могут
привести к преждевременной потере прочности и устойчивости
элементов конструкции.
Остаточные сварочные деформации принято разделять на об-
щие и местные. Общими деформациями называют те, которые
распространились по всему элементу или на большей его части.
Местные деформации распространяются на отдельной части эле-
мента конструкции. Все перечисленные виды деформаций явля-
ются следствием развития продольной и поперечной усадки свар-
ных швов.
К общим деформациям относятся
- продольное (рис.7. ) и поперечное укорочение конструкций,
которое возникает в результате продольной и поперечной усадки
всех сварных швов в конструкции;
69
Рис. 7.2 . Продольное укорочение балки
— серповидность или саблевидность длинномерных элементов
(рис.7. ) возникает в результате продольной усадки швов, несим-
метрично расположенных относительно центра тяжести элемента,
а также при несимметричной приварке ребер жесткости, косынок,
накладок. Серповидность возникает также при сварке элементов
несимметричного сечения;
Рис. 7.3. Деформации сертювидности в балках
- грибовидность и перекос полок двутавровых балок и колонн.
Грибовидность (рис.7. ,а) возникает в результате неравномерной
усадки двусторонних сварных угловых швов по высоте (угловой
деформации). Перекос полок (рис.7. ,б) возникает в результате
неравномерной усадки (угловой деформации) односторонних по-
ясных поясных швов по высоте.
Рис. 7.4. Угловые деформации двутавровых элементов
70
mgsu.3dn.ru
- винтообразность или скручивание длинномерных элементов
(рис.7. ) возникает в результате неправильно выбранного направ-
ления сварки, когда швы выполняются в разных направлениях
Рис. 7.5. Деформации винтообразности
К местным деформациям относятся:
- деформации листовых конструкций в зоне сварных швов;
а б
Рис. 7.6. Деформации в листовых конструкциях:
а сердечко; б домик
- деформации отсеков стенок балок и колонн между ребрами
жесткости (хлопуны);
4—1
Рис. 7.7. Хлопуны в отсеках стенки
71
— деформации в зоне шва при сварке трубопроводов (корсет-
ность);
— деформации кольцевых швов в зоне приварки патрубков и
люков в листовых конструкциях;
- угловые деформации при приварке ребер жесткости, косы-
нок, накладок и прочих мелких элементов, поставленных конст-
руктивно.
7.4. Основные мероприятия по уменьшению
сварочных напряжений и деформаций
Для уменьшения величины и опасного влияния остаточных
сварочных напряжений и деформаций на работоспособность и
точность металлических строительных конструкций следует при
проектировании и изготовлении конструкций предусмотреть ме-
роприятия по их снижению.
Мероприятия по снижению остаточных сварочных напряже-
ний и деформаций разделяются на три группы:
— мероприятия, назначаемые до сварки на стадии проектиро-
вания конструкций;
- мероприятия, используемые в процессе сварки;
- мероприятия, используемые после сварки.
7.4.1 Мероприятия, назначаемые до сварки на стадии
проектирования конструкций
До сварки конструкций на стадии проектирования назначают-
ся конструктивно-технологические мероприятия, которые в про-
цессе сварки и последующего охлаждения снизят величину оста-
точных сварочных напряжений и деформаций. В процессе прове-
дения этих мероприятий:
- необходимо компенсировать ожидаемую величину усадки
припусками на длину и ширину изделия;
- по возможности снижать катеты угловых швов и величину
усиления в стыковых и угловых швах:
- избегать в конструкциях большого количества рядом распо-
ложенных сварных швов и их пересечений друг с другом:
72
mgsu.3dn.ru
— избегать швов замкнутого контура, т.к. внутри контура при
сварке образуется выпучивание и суммирование собственных
сварочных напряжений;
— симметрично относительно центра тяжести располагать
сварные швы и ребра жесткости;
- ограничивать применение накладок и косынок
7.4.2. Мероприятия, используемые в процессе сварки
В процессе сварки элементов конструкций следует:
— выполнять швы с меньшим количеством наплавленного ме-
талла;
- применять те марки электродов и сварочной проволоки, ко-
торые создают пластичный металл шва;
- преимущественно применять швы с глубоким, равномерным
проплавлением. При этом усадка шва будет равномерной и угло-
вых деформаций не возникнет;
- по возможности применять автоматическую и полуавтома-
тическую сварку, т.к. при этих методах сварки величина свароч-
ных напряжений и деформаций меньше;
- использовать сборо-сварочные приспособления и кондукто-
ры, обеспечивающие заданную точность сборки и жесткость кон-
струкции во время сварки. После сварки в кондукторах свароч-
ных напряжений и деформаций снижаются;
- соблюдать правильную последовательность и направление
при наложения сварных швов. Первыми следует выполнять швы.
расположенные ближе к центру тяжести конструкции;
- уравновешивать деформации последующих швов деформа-
циями предыдущих. Например, деформации от сварки односто-
ронних поясных швов в двутавровых сварных балках с одной
стороны стенки компенсируются деформациями от приварки од-
носторонних ребер жесткости с другой стороны стенки:
- создавать до сварки деформации обратного знака. В этом
случае в конструкции до сварки создают выгибы или другие от-
клонения, обратные по величине ожидаемым сварочным.
73
7.4.3. Мероприятия, используемые после сварки
После сварки и последующего остывания сваренных конст-
рукций в случаях, когда уровень сварочных напряжений и дефор-
маций превысил допустимый СНиП [3], следует:
- применять холодную правку деформированных после сварки
изделий. Холодная правка производится домкратами, ударами
молотка или кувалды, прессами и т.п. На заводах металлоконст-
рукций используют специальные правильные установки;
- применять горячую правку деформированных после сварки
изделий. При горячей правке осуществляется местный нагрев де-
формированного участка конструкции сварочными горелками до
температуры пластического состояния. При остывании на этом
участке возникнут деформации обратные по величине остаточ-
ным сварочным;
- устранять остаточные сварочные напряжения и деформации
термической обработкой готовых изделий. Если позволяют раз-
меры и форма, то конструкции подвергают отжигу, нормализации
или высокому отпуску.
8. Свариваемость сталей
8.1. Общие сведения о свариваемости сталей
Свариваемость — технологическая характеристика металлов,
выражающая их реакцию на процесс сварки. Свариваемость -
способность свариваемых металлов образовывать сварное соеди-
нение, отвечающее конструктивным и эксплуатационным требо-
ваниям. Свариваемость - можно определить как способность ста-
ли переносить тепловой режим при сварочном процессе без обра-
зования в соединении участков металла с пониженным пластиче-
скими свойствами. Снижение пластических свойств способствует
возникновению трещин при сварке конструкций или разрушению
сварных соединений в эксплуатации.
74
mgsu.3dn.ru
Различают физическую и технологическую свариваемость.
Физическая свариваемость - свойство материалов давать мо-
нолитное соединение с химической связью. Такой свариваемо-
стью обладают все практически чистые металлы.
Технологическая свариваемость — технологическая характери-
стика стали, определяющая его реакцию на воздействие сварки и
способность при этом образовывать сварное соединение с задан-
ными эксплуатационными свойствами.
Свариваемость различных металлов и сплавов не одинакова.
Свариваемость стали зависит от химических и физических
свойств, кристаллической решетки, степени легирования, наличия
примесей и других факторов. По свариваемости стали условно
подразделяют на четыре группы:
- к 1-й - группе (хорошо сваривающиеся) относятся стали с
содержанием углерода до 0,25% , т.е. это те стали, которые при-
меняются в строительстве
— к 2-й - 4-й группам относятся высоколегированные и конст-
рукционные стали. Они не применяются при изготовлении строи-
тельных конструкций.
Все малоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми спо-
собами сварки. Обеспечение равнопрочности сварного соедине-
ния не вызывает затруднений. Швы обладают удовлетворитель-
ной стойкостью против образования кристаллизационных тре-
щин. Это обусловлено низким содержанием углерода. Однако, в
сталях содержащих углерод по верхнему пределу (С=0,25%), ве-
роятность образования холодных трещин повышается, особенно с
ростом скорости охлаждения. В этих условиях предупреждение
развития трещин достигается предварительным подогревом до
120-200°С.
Низколегированные стали также хорошо свариваются всеми
способами сварки плавлением, а предварительный подогрев, и
последующая термическая обработка позволяют получать необ-
ходимые механические свойства сварных соединений.
При сварке термоупрочненных сталей получение равнопроч-
ного соединения вызывает определенные трудности и требует
специальных технологических приемов.
75
В зонах, удаленных от высокотемпературной области, возни-
кает холодная пластическая деформация. При наложении после-
дующих швов эти зоны становятся участками деформационного
старения, приводящего к снижению пластических и повышению
прочностных свойств металла. Это способствует возникновению
холодных трещин.
Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает угле-
род. С увеличением содержания углерода, а также ряда других
легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается.
8.2. Показатели свариваемости
Мерой количественной оценки свариваемости является сово-
купность показателей свариваемости. Некоторые из них пред-
ставлены ниже.
В легированных сталях доля влияния каждого легирующего
элемента на свариваемость может быть отнесена к доле влияния
углерода. Ориентировочным количественным показателем свари-
ваемости легированной стали является эквивалентное содержание
углерода, которое определяется согласно ГОСТ 27772-88 по
формуле
С=С + y,Mn+ y,.Si+ У& + УЛГМ+ У~Си +
э /о /24 /5 /40 /13 j.
+ У.Мо+У.У+У Р + 0,0024-1
/ JL । / / £
где t - толщина свариваемого металла.
В формуле содержание углерода и легирующих элементов да-
ется в процентах.
Если( \ <0,25%, то трещины в околошовной зоне не возника-
ют и свариваемость считается хорошей. Если С =0,25-0,35%, то
свариваемость удовлетворительная. Трещины могут возникнуть и
во избежание их появления необходимо применить предвари-
тельный подогрев. Сварку без подогрева допускают при толщине
металла до!0 мм. Если( \ =0,35-0,4%, то свариваемость ограни-
ченная.
mgsu.3dn.ru
Необходим предварительный и сопутствующий подогрев; ес-
ли Сэ>0,4%, то сталь не сваривается обычными методами сварки
плавлением.
Основными показателями свариваемости стали являются:
— окисляемость стали при сварочном нагреве;
- чувствительность стали к тепловому воздействию сварки;
- сопротивляемость к образованию горячих трещин;
- сопротивляемость к образованию холодных трещин;
— чувствительность к образованию пор;
— соответствие свойств сварного соединения заданным экс-
плуатационным требованиям, к которым относятся: прочность,
пластичность, выносливость ползучесть, жаростойкость, корро-
зийная стойкость и др.
Кроме этих основных показателей свариваемости имеются еще
показатели, от которых зависит качество сварных соединений. К
ним относятся:
- качество формирования шва;
- величина собственных напряжений;
— величина деформаций и короблений свариваемых материа-
лов и изделий.
8.3. Образование горячих и холодных трещин
при сварке
Основным критерием свариваемости является сопротивляе-
мость образованию горячих и холодных трещин.
Горячие трещины при сварке - хрупкие межкристаллические
разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в
твердо-жидком состоянии в процессе кристаллизации, а также
при высоких температурах в твердом состоянии.
Возникновение горячих трещин обусловлено химическим со-
ставом металла шва, условиями и характером процесса кристал-
лизации. внутренними кристаллическими неоднородностями,
конструкцией и жесткостью сварного соединения.
77
Главной причиной образования горячих трещин является по-
теря способности металла к деформации. В процессе сварки кри-
сталлизующийся металл шва находится под воздействием растя-
гивающих временных сварочных напряжений, развивающихся в
сварном соединении, а также неравномерно нагретого основного
металла. Под действием этих напряжений металл шва деформи-
руется, а при недостаточной деформационной способности в нем
образуются горячие трещины.
Холодные трещины могут возникать после полного остыва-
ния сварного соединения и даже постепенно в течении несколь-
ких последующих суток после сварки. Холодные трещины могут
возникать в металле шва и околошовной зоне. Они могут быть
открытыми и закрытыми и иметь разную протяженность.
На образование холодных трещин оказывают влияние оста-
точные сварочные напряжения, закалочные явления (мартенсит-
ные превращения) и присутствие водорода.
Чаще всего холодные трещины возникают при сварке средне и
высоколегированных сталей перлитного и мартенситного клас-
сов, восприимчивых к закалке. Реже они возникают в низколеги-
рованных сталях.
9. Основы технологического процесса
изготовления строительных
металлических конструкций
9.1. Разработка технологии сборки и сварки
металлической конструкции
Технологический процесс изготовления сварных строительных
металлических конструкций состоит из следующих операций:
- обработка и разметка металла;
- роспуск листов на детали на газорезательной машине или на
гильотинных ножницах;
- правка листов, строжка, сверление отверстий;
- сборка элементов;
- сварка элементов
78
mgsu.3dn.ru
- определение отклонении размеров от проектных и правка;
- сборка элементов в конструкцию;
- сварка конструкции;
- зачистка и огрунтовка.
В данных методических указаниях ниже рассмотрены только
операции сборки и сварки, т.к. они являются основными при из-
готовлении конструкций.
Изготовление строительных металлоконструкций выполняется
на основе «Карты технологического процесса сварки», которая
дополняется инструктивными картами для каждого рабочего мес-
та и для каждой операции. Требования к составлению и оформле-
нию карт приведены в ГОСТ 3.1407-86* и ЕСТПП (Единая сис-
тема технологической подготовки производства).
Карты для серийного и единичного или мелкосерийного про-
изводства отличаются глубиной проработки.
Карта технологического процесса изготовления должна преду-
сматривать:
- уменьшение трудоемкости всех производственных операций
за счет их комплексной механизации и автоматизации. Примене-
ние усовершенствованной аппаратуры и сборочных приспособле-
ний;
— снижение продолжительности производственного цикла из-
готовления конструкции;
- рациональное использование производственного оборудова-
ния;
- снижение отходов металла и сварочных материалов;
- рациональное использование электрической энергии.
Перед разработкой технологической карты необходимо де-
тально изучить чертежи изготавливаемой конструкции. Знать
степень ответственности и район строительства здания или со-
оружения, для которого изготавливается конструкция. Техноло-
гическая карта содержит рекомендации по всем этапам сборочно-
сварочных работ указанных ниже.
79
9.2. Выбор общей схемы сборки-сварки
отправочной марки конструкции
Технология сварочных работ состоит в основном из операций
сборки и сварки.
Общая схема сборки-сварки отправочной марки может состо-
ять из следующих этапов сборочно-сварочных операций:
- этап сборки-сварки отдельных деталей или узлов;
- этап окончательной сборки-сварки отправочной марки.
Например, при изготовлении конструкций типа балок и колонн
двутаврового сечения на первом этапе собирают и сваривают
двутавр; на втором этапе к двутавру приваривают ребра жестко-
сти и опорные элементы.
9.3. Сборка элементов под сварку
Сборка — одна из главных операций при изготовлении конст-
рукций.
Сборочные операции осуществляются с целью обеспечения
правильного взаимного расположения деталей конструкции или
узлов, собираемых под сварку. При сборке конструкций приме-
няются различные сборочные приспособления, установки и вспо-
могательные устройства (сборочные плиты, стеллажи, кондукто-
ры и т.п.).
Фиксируют собранные детали с помощью прихваток - корот-
ких швов, служащих для предварительного соединения подлежа-
щих сварке деталей. Собранные на прихватках узел обладает не-
обходимой жесткостью и прочностью, поэтому его можно транс-
портировать к месту сварки, кантовать. Прихватки уменьшают
также сварочные деформации, которые могут вызвать искажение
геометрической формы изделия (изгиб, коробление и т. п.). Вы-
полняются прихватки ручной дуговой сваркой или полуавтома-
тической сваркой в углекислом газе. Например, при сборке
стержней (двутавров) балок и колонн используют специальный
стенд с пневматическими прижимами. После прижатия полок и
стенки друг к другу производят их прихватку.
80
mgsu.3dn.ru
Прихватки выполняют полуавтоматической сваркой в углеки-
слом газе длиной 60 мм через каждые 500 мм. Сечение прихваток
принимают равными 2/3 от размера будущего шва и не должно
превышать 6 мм.
Основные требования, предъявляемые к сборке:
- соблюдение требуемой последовательности сборки и сварки;
— применение необходимых инструментов и приспособлений,
повышающих производительность труда сборщика:
- сборку преимущественно осуществлять в жестких сбороч-
ных стационарных кондукторах, стеллажах или плитах;
- сборку производить только из тщательно выправленных де-
талей, очищенных от заусенцев, грязи, масла, ржавчины и т.п.;
- прихватывать детали необходимо качественным сварочным
материалом. Размеры прихваток должны быть согласно схеме;
- зазоры, форма и размеры кромок, углы скоса кромок долж-
ны соответствовать проектным.
9.4. Сварка элементов конструкций
( варочные операции позволяют получить изделие, отвечаю-
щее конструктивным и эксплуатационным требованиям. Сварка
проводится с применением сварочной оснастки - приспособлений
и вспомогательных устройств для выполнения сварочных работ
(стеллаж, кантователь).
- Выбор вида сварки. Выбор вида сварки зависит от характера
производства, технологической операции, протяженности и про-
странственного расположения швов. Виды сварки, применяемые
при изготовлении металлических конструкций, подробно описа-
ны выше.
- Выбор типа сварного шва. При разработке технологиче-
ской карты необходимо сделать выбор типа шва для каждого
сварного соединения отправочной марки. Выбор типа шва зави-
сит от вида сварки, толщины свариваемых деталей, от условий
эксплуатации конструкции (от группы конструкции по степени
ответственности см. табл. 50 СНиП[1]).
81
— Выбор режима сварки. В технологической карте необходи-
мо выбрать режимы сварки для выполнения сварных швов и при-
хваток. Режимы сварки - совокупность показателей процесса
сварки, обеспечивающих получение швов заданных размеров,
формы и качества. Режим сварки выбирается в зависимости от
вида сварки, толщины свариваемого металла, толщины или ка-
тета сварного шва. В зависимости от толщины металла задается
форма разделки кромок.
- Выбор сварочного оборудования. Сварочное оборудование,
применяемое на заводах металлических конструкций, для выпол-
нения сварных швов и прихваток подробно описано выше. Вы-
бор сварочного оборудования зависит от вида сварки, простран-
ственного положения и длины шва.
— Выбор сварочных материалов. Сварочные материалы это
электроды, сварочные проволока, флюсы, защитные газы и др.
Виды сварочных материалов подробно описаны выше. Выбор
сварочного материала зависит от марки свариваемой стали, вида
сварки, климатического района, в котором будет эксплуатиро-
ваться конструкция, условий эксплуатации конструкции, т.е.
группы конструкций по степени ответственности 111.
— Выбор сборочно-сварочной оснастки. Сборо-сварочная ос-
настка - это вспомогательные устройства (прижимы, упоры и т.
д.), а также приспособления (стеллажи, сборочные кондукторы,
кантователи, и т. д.), которые используются при выполнения сбо-
рочно-сварочных работ. При помощи сборочных приспособлений
или кондукторов устанавливаются в проектное положение соби-
раемые под сварку элементы конструкции. В кондукторах или
сварочных приспособлениях выполняются прихватки, а иногда и
сварка.
В сварочном приспособлении свариваемые элементы устанав-
ливают в удобное для сварки положение - преимущественно
нижнее или «в лодочку». Применение кондукторов при сварке
рекомендательно, т.к. в них значительно повышается точность
сборки, отпадает необходимость в сварке прихваток (на сварку
прихваток расходуется 10-20° о всего наплавленного металла).
mgsu.3dn.ru
Являясь более жесткими, чем конструкция кондукторы пре-
пятствуют образованию сварочных напряжений и деформаций и
значительно снижают их величину.
- Выполнение сварных швов. В технологической карте даются
рекомендации по выполнению швов по сечению и длине, а также
даны рекомендации по рациональной последовательности и на-
правлению сварки при наложении сварных швов. В рекомендаци-
ях указываются мероприятия, позволяющие при сварке умень-
шить величину сварочных напряжений и деформаций (см. п.5,4
данных методических указаний). Учет этих рекомендации при
проведении сварочных работ, позволит получить швы заданной
формы, размеров и качества, а также минимальные сварочные
напряжения и деформации. Выполнение сварочных работ в соот-
ветствии с рекомендациями позволит повысить качество сварных
конструкций, а также точность их изготовления.
9.5. Пооперационный контроль качества.
От качества сварных швов и соединений зависит работоспо-
собность сварных конструкций и их безопасность в процессе экс-
плуатации для окружающей среды и людей.
Для сварных конструкций показателем качества шва является
соответствие его размеров проектным и отсутствие дефектов -
непроваров, шлаковых включений и трещин. Для предотвраще-
ния дефектов в сварных швах, а также для уменьшения изменения
геометрической формы свариваемых элементов в процессе вы-
полнения операций сборки-сварки проводят пооперационный
контроль.
Дефекты сборки, как правило, приводят к дефектам сварки и
поэтому подготовку изделий к сварке необходимо тщательно
контролировать.
При сборке элементов под сварку контролируют:
- форму и размеры кромок, углы скоса кромок при V, К и X
образной разделке кромок. Производят выборочный обмер кро-
мок с помощью шаблонов.
- наличие или отсутствие зазора между кромками. Производят
выборочный замер зазора с помощью щупа.
83
— расположение и размеры прихваток. Расположение и разме-
ры прихваток должны быть согласно схеме.
При сварке элементов контролируют:
— соблюдение режима сварки. Параметры сварки контролиру-
ют наблюдением за приборами. Отклонение параметров режима
не более 5%;
- внешний вид и размеры швов. Производят наружный осмотр
всех швов с проверкой размеров. Швы должны иметь гладкую
или мелкочешуйчатую поверхность, без трещин и незаваренных
кратеров. Размеры и форма швов должны соответствовать ГОСТ.
Непровары, подрезы, шлаковые включения соответствовать нор-
мативным требованиям СНиП III-18-75 [3];
- качество швов контролируют физическими методами без
разрушения - ультразвуковой дефектоскопией или просвечивани-
ем проникающими лучами. 100% контроль качества сварных
швов 1 группы конструкций по степени ответственности. Выбо-
рочный контроль швов - 2 и 3 групп конструкций.
При обнаружении дефектов сварных швов их по возможности
следует устранять. Если устранение дефекта невозможно, то про-
изводят отбраковку продукции.
mgsu.3dn.ru
it
•о*. А
/"'J#
ft
.* -»>><
.< >.-.
£<*vf
«>!<• <V1
• ►Kzrii» .
*5
^jprfV -,4
» -titT U»1
♦ S»V >- -.4Л- >> /'
»-X»zy<»SZy?x,
> м>:*>$•#.* V M r
• , _ _
iw 0t>5* OfkJfi T<- 'fx <t ГтГГ
J' />*** i«<£>4W
, .._. <> >;*b|X<-.e>i6<r»'*A*«-<JiS.x>S4/it jzrt
>«>z4<^-ут?'<*< <<«»•*<« "“ ......
ййнёнйя^ЖВйжЖ
i <41« * У 4ft* f**JJ*V- V
» < > ft***1 tftxft ’*«/
•* >51Ус-1* Г*Ч**>'»ЛТу^*Л> / t >
*' * * *т ♦ W-* -ft* •4'
£«*. л « • ’. K>i < . ?ч Х'-ЪУ 4м Ъ
»'..'iK(J<h<>>t ♦<-«< _. ...... . . .,
I Zftft '***>**•.4* »
•?>r^-Xi XJKiJMKftl!V-M•?**?{
> *.J-J jj j i, '.}( t/j.if? < ts • /'
'> V> * t *.'? it-W*».® • -*£ft*»«-y- «'.<» « '•
- _ „.... f , у c '-4* <z-
j >4$««>*«<-.• tV:» i $♦>*.$***• >< ' * 'z
><>*¥• ft И -«» < *i>f ««, >..'.<• :<$«.. •>
,£« «<<>-*.*<? < »»vZ4<«**x'».fSx$*ft <•>’«>- •.«>- ft
-<*<?>» ’i *•>. . <’»t ».»>< X? < V»J ->*<.-.Jx/f »<» . A -ji
<- • •-•< » ,>•»>>>: ' »> - [. »»b
мшашаявнмвйнамамм < t* <1
: ».j.
f ft ♦- ft
_............... «HWFfe
.. ._ z^Ux^Gtj^^dh,» -
-»•<•♦<>>:••*.♦' . * '-.
<Л»’ >x
* < <<45 ?fX{< •<»
♦ « <<»4 » <*i »»*?.
.< ( . ;<< >Z »K*AKK<< A<
#>» >*~»- »
. <A J.J $V**4 ' r
cf J?. ’ л*х<гУ5'.rvii :< 4< »**<•«»>£
><»»».< ->z».♦<’’’»« «»-#.<ew>4x>**» ♦>» <(>i*
> < ♦.' ?•'» t ?? % Z КЖ» b t» .-< «<-.*.<»•>
>>« z-V4.^ X4.V' y t ‘ « ''/ >;♦ <+ <x , ♦> j Z < > (4^
<S*V*4 4 <y> xt-xJz.**.
fSA>.«г <*»V?-«?
nu <y -iX »'A4i’-4i.V>Xxi OAi*.< <><; 4
» s ♦ < 4^ \4>v< 9 < >. iff» ><•> M- < 4 < <.
XxiiAA x, j.
- -- - l-‘<♦?'*<>♦.*>•’****«?
ixX <eXXK»<<4 .%.<«-*» ..
4Л. s ✓ }4xt<4> *.J > 44 *>л;>А >1’^3 4. <>*,*
... Avtit-z-A ►’ V* AX*HStx> 4л><« * ’ V^< * ’< i’rZi
««• < 4.4. >'.'4< »**)’
’’>•»<' г л K> м '< * *• > r s»» v
4 S»^A •-*♦?•>* v *>4i.
><V*
< A- .*•/<« 4 <Л->4*ХТ J t-
jS <-> < * «z'< ; 5--W 4 ';.ir.
> 4* < >'• < ::
ox r I £#>«*< i v\ i ^’x-'
1’ » $ ft « f < H ? ? '.'":
«-;< ч;Т*л>?у«4 £Н??»УгоТ5*йр<4чьЦ?f
-Л<•• i9f. <*<><<< ' jxr.i» •»♦•>< ;> .•
[<14 t44>?T*»
’4'4'. * А »»х*гХл»< >>♦ л»< - - >.144.
w/r’ «<-*.а» - >.-?44Л/:ЛХ44*, «**Г« 4 4 <*•» »
♦♦♦^» 1-ti Я Z> »*•{*« ----Г/ ч. -O.XZ'U.O*,
. v V— I - < <л/-ж? ' <4»4>v <
*•"»*-< nvtl ' -»*
>'<•*^>44 ! >4 »•»$><-'f-4z.
'*Лх4Х- fciv
4^г**Хтй t£> -ii*A
X V« •< *xlx-x »S > -J +t >.-;44$A4.*-xv> 4-4 И5 i >**>.
t V<A » r. T-.4J! i V®i»TjW.*x X<kox4y ♦.» oZi.z-tJ- *
a »• >9У44 4 «V 4»<x ; i-i-f ?•»< ? **л€/ч r >» > o^.* о
• /-Sis'
^|£-*** Г ~ "
»' «Л*Ъ.’и<>\4Л*<4*4 <X. «
<» «r> <mu < S \< > 4 *x* чу
fi». '? .' ?р:<Уго; к •. х»
.... . ,.. . ... «>4><*->.*4®
>4 .</♦<> :*z><«z»»oyt ?<'«' ' > 4X4.*-, - - -... . ,-
r^f.Zr .4Лл /v»4lv 1X»*X<*Z»Z. > ->4XF »f4 .».
rXxZl-if-^oXAVexTS/Z?*1?*»^^ ^X jZKX't^xo-ooJooz'j* - ~
: S« 4>. 4 4<;5-X4-xzz <‘т'<ЛтгSi’,4^ **<> > .'ZzA v-Psf <-**
-* tii-i г. »Чч- ' »»?>
.J.Z-.ZX nv/.k,^4<-Z'-if.<*<< »»'♦-4>>-»Т*<4«4Г.>УХ<-^'Ж>if->».{г*>*-«?
'-y vSitxj "
xS'twf <x#> • 6*J><--:J<.vi•- ' *-
<4 i •><f'-’fiSA ix-?'#; ’ '
< ’>»Z* ??»>< »>• (<tOJT ;r»A’
> 1 • . < <>*/#< >*»» wl ft’?»''» <i'>4<z.f« »/4<ЛЫИ ><
jf* '; f'f *-* ♦‘ »‘ H ’?/?* ’14*! < * 74 * * ’-i О К* 5 V--4
’ fi qit:'p 4 r#?4 .♦ ,‘?Г4*г F<1 < ГЧ?1>'» A< »c*i.r
^<»л>ж.;»*^4йг4»Ъ4нч ' "" ......
•f rt <« - -<4v<*#KSxr A-zvH’.Teixi-
.. ... --,, , X , ‘ ’* kJrwuOtk ;♦.<» »4<xSr<* $.’.<< <?>»* 1>«Г«Яг.Я::;
''•’>» x$<z 4to;i< ;M>M^t<vn2>. < ' -'J t. **O*T»
>.tf4»‘rt<Ki t^t'.
5» <♦>'•» <ylVs>i
•Ol- 4» »/*< ’<'
MV>
• J: к >.-»X > ♦ *4'i f*> ttA*' ’ l"«
• £ * ’ 't #. м г a »i i
t, v< > , gM
. ^г’;лГ?
» < -,4z> ..b».*-*-/*♦••;>♦• »*<4*»< n!.»»»•
x< <f»4*v »'4 <» ♦• • ' •*»♦ » • *t ♦< >4 • • £x<4 э i
«« .Sz . • x®.»*»-, ♦< < '’•* t'4 • ' t
V. •
-.< < < •JS«A*v r ; П 4<гЛ *X?M ♦ >5 r^r < ti? 1?-
’x®.®'»5' ’ *4 ->»< • ’ < *kz4x.*-S ПН-»'»''*--< t 4 <
• <<<гХ*5 <> $
. t ‘> <1 <* Z,< <> XiV-i-iX ..
x 4 <»<>» j-< - fjf:,
* >>x /</-; 4» » < » »<<«• r * г* 4m.»4o
•» »»’' » . rti. it*/’?»»\’
xx»X«*»' < 'Г>'Г5* >?
A/ .» .«•,’<;:•'' ».4 .».<«$->•#»•
- CO«S»Sx54?4-/.S Z ,#Д. - -
rffi ЧЛ -> V< *
> > V<*
»«}'*> .'> '4 . . 4 • < ’<> <
........
• л\- i-r
!• *
< ' « •**». >
Проверка
r ’
я :
«>*><<
*v<
i »<*4<A ovix ->;^A4 »>••: t y - yj
•«- » f*. ' •'<*>
t Пркраска
.11 ».*ox/4,<f ., ». . ..„
- -,,r...-e.
>zx*’ 4» ' >i *4 (s? ft
4<*4<»O ОУА’ *44 J-1-
o •.'»<>
. . . . .1 I . ' ,«>< . • >1 (ч I. <<> I ’ Г-
<ема технологического
..... . -. .iytifttHSooij'Z ‘ t :л > V.-. ..:
>.<<44. •> . ;х/>Ам. ti® »'..»>«>« ,«*4-» г» :• z. ••<. ,ко » .»>V X «X 4Г1 . 4 '»-. ;.-. '
1 процесса изготовления балки
}»♦ . у ..1*>'» >, f. .>4S4®xt»tAfr< * ♦< >: »fr' 'Л - . -..о.. ...» <».*. . .
<» . ».« < Л »л .<< f v < - V IА• • -»t Л * t »<♦< У . > «< .4 if* 9 А *.» -Ь1 1 *
..^:t---.v<-.-
ч. -.
’< * г-4г4к.’4<«,».<.у? >)♦• Ч* .t*« <4< .«-Of 4 « у
Дробеструйная ’ •" .*
очистка
; «•,*!«♦-.- i ' ,»’» •♦ '< .**. .».*•
. . < < ••. f ••» -о» ; ;м.4 ff <• ,- • -®.jt
Сварка 1-го шва
1. • г X » • . F- * . | V*, I Э - \ У
торцов балки*
:ПВ’ и складирование
85
Библиографический список
1. Оботуров В.И. Сварочные работы в строительстве: Учебное
пособие / М: Издательство Ассоциации строительных вузов. 2006.
2. Справочник строителя. Сварка и резка в промышленном
строительстве. Под редакцией Малышева Б.Д. - в 2 т. - М.,
Стройиздат, 1989.
3. СНиП Ш-18-75 Металлические конструкции. Правила изго-
товления, монтажа, приемки. / Госстрой России. М.,
4. СНиП П-23-81 . Стальные конструкции / Госстрой России.
М., 2004.
5. «Металлические конструкции»: Учебник для студентов
высш, учебн. Заведений / (Ю. И. Кудишин и др.); под ред.
Ю.И.Кудишина -10 изд., стер. -М.: Издательский центр "Акаде-
мия”, 2007
6. Сварочные работы: современное оборудование и технология
работ /Е. А.Банников, Н.А.Ковалев.— М. ACT: Астрель, 2008 .
-448 с.
7. Справочник сварщика и газорезчика / под ред.
Г.Г.Чернышева - М.- 2004.
mgsu.3dn.ru
Оглавление
Предисловие............................................3
1. Основные сведения о сварке..........................5
1.1. Исторический очерк развития сварочного производст-
ва 5
1.2. Сварка металлических строительных конструкций.13
2. Основные виды сварки, применяемые в строительстве..13
2.1. Основы электродуговой сварки плавящимся электродом. 13
2.2. Защита шва от атмосферных воздействий.........16
2.3. Ручная дуговая сварка.........................20
2.4. Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа.27
2.5. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флю-
сом................................................32
3. Виды сварных швов и сварных соединений, выполненных
сваркой плавящимся электродом.........................46
3.1. Классификация сварных швов....................46
3.2. Классификация сварных соединений..............51
4. Прочность сварных соединений.......................53
5. Контроль качества сварных соединений...............54
5.1. Основные дефекты при сварке...................54
5.2. Способы контроля качества сварных соединений..55
6. Расчет сварных соединений..........................59
6.1. Расчет стыковых соединений на сжатие и растяжение....59
6.2. Расчет стыковых соединений на срез (сдвиг)....61
6.3. Расчет стыковых соединений на изгиб...........61
6.4. Расчет угловых швов...........................62
6.5. Расчет угловых швов на действие сдвигающей силы, при-
ложенной с эксцентриситетом........................64
6.6. Расчет угловых швов на действие взаимноперпендикуляр-
ных сдвигающих сил.................................65
7. Сварочные деформации и напряжения..................66
7.1. Общие понятия о напряжениях и деформациях..........66
7.2. Тепловые процессы при сварке и образование сварочных
напряжений и деформаций.................................67
7.3. Остаточные сварочные деформации и их влияние на рабо-
тоспособность и точность конструкций....................69
87
7.4. Основные мероприятия по уменьшению напряжений и
деформаций при сварке...............................72
8 .Свариваемость сталей................................74
8.1. Общие сведения о свариваемости сталей..........74
8.2. Показатели свариваемости.......................76
8.3. Образование горячих и холодных трещин при сварке.77
9 . Основы технологического процесса изготовления строитель-
ных металлических конструкций..........................78
9.1. Выбор общей схемы сборки-сварки отправочной марки
конструкции.........................................78
9.2. Сборка элементов под сварку....................80
9.3. Сварка элементов...............................80
9.4. Пооперационный контроль качества...............83
Библиографический список...............................86
88
mgsu.3dn.ru