КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВАРНЫХСОЕДИНЕНИЙ ПРИ ДУГОВОЙ И ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКЕ

В связи с важностью правильной подготовки свариваемых кромок с точки зрения качества, экономичности, прочности и работоспо­собности сварного соединения созданы государственные стандарты на подготовку кромок под сварку. Стандарты регламентируют форму и конструктивные элементы разделки и сборки кромок под сварку и размеры готовых сварных швов.

ГОСТ 5264—69 «Швы сварных соединений. Ручная электро­дуговая сварка» регламентирует конструктивные элементы под­готовки кромок и размеры выполненных швов при ручной дуговой сварке металлическим электродом во всех пространственных поло­жениях.

ГОСТ 8713—70 «Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных швов при дуговой механизи­рованной (автоматической и полуавтоматической) сварке под флюсом. Дополнительно к этим стандартам выпущены стандарты, которые регламентируют конструктивные элементы сварных сое­динений при механизированной сварке под флюсом (ГОСТ 11533— 75) и при ручной дуговой сварке (ГОСТ 11534—75) для соединений элементов под острым и тупым углами.

ГОСТ 15164—69 «Сварные соединения и швы. Электрошлако­вая сварка» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных швов при электрошлаковой сварке.

ГОСТ 14771—69 «Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах» регламентирует форму и размеры под­готовки кромок и сварных швов при сварке сталей в защитных газах: активных (С0_а), инертных (Аг, Не) и смесях газов.

ГОСТ 16098—70 «Швы сварных соединений из двухслойной коррозионно-стойкой стали» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных сварных швов сварных соеди­нений из двухслойных коррозионно-стойких сталей при электро­дуговой и электрошлаковой сварке.

ГОСТ 16037—70 «Швы сварных соединений стальных трубо­проводов» регламентирует форму и размеры подготовки кромок и выполненных сварных швов стальных трубопроводов при руч­ной и механизированной сварке в защитных газах или под флю­сом.

ГОСТ 14806—69 «Швы сварных соединений. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов» регламентирует форму и раз­меры подготовки кромок и выполненных сварных швов при руч­ной и механизированной сварке в защитных газах конструкций из алюминия и его сплавов.

ГОСТ 16038—70 «Швы сварных соединений трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава» регламентирует форму и разме­ры подготовки кромок и выполненных сварных швов при механи­зированной сварке в защитных газах труб из меди и ее сплавов.

Необходимо отметить некоторые особенности применения стан­дартов. Различные способы электрической сварки плавлением в силу их технологических особенностей позволяют получить различную максимальную глубину проплавления. Варьируя ос-

новными параметрами режима сварки, конструктивными типами разделки кромок, можно увеличивать или уменьшать глубину проплавления и другие размеры шва.

По указанной причине все упомянутые стандарты, регламенти­рующие конструктивные элементы разделки кромок, учитывают воз­можность варьирования силой сварочного тока, напряжением, диа­метром электродной проволоки (плотностью тока) и скоростью сварки. В тех случаях, когда процесс сварки обеспечивает исполь­зование больших токов, высокой плотности тока и концентрации теплоты, возможны повышенная величина притупления, меньшие углы разделки и величина зазора (например, при механизирован­ной сварке под флюсом и в защитных газах).

При ручной дуговой сварке такие факторы, как величина сварочного тока, скорость сварки и напряжение дуги изменяются в небольших пределах.

Чтобы обеспечить сквозное проплавление кромок изделия при сварке односторонних стыковых или угловых швов при тол­щине листов свыше 4 мм, сварку приходится вести по заранее разделанным кромкам. При ручной сварке сварщики не могут существенно изменить глубину проплавления основного металла, но, меняя размах поперечных колебаний электрода, они могут значительно изменять ширину шва.

При толщине листов 9—100 мм ГОСТ 5264—69 для стыковых соединений предусматривает обязательную разделку кромок и зазор, которые имеют различную величину в зависимости от толщины металла и типа соединения. Аналогичное решение для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа тонкой электродной проволокой диаметром 0,8—1,2 мм, при сварке такой проволокой подготовку кромок можно выполнять, придерживаясь требований ГОСТ 5264—69 наравне с ГОСТ 14771—69.

При механизированной сварке под флюсом глубина проплав­ления основного металла в определенных пределах не зависит от формы подготовки кромок и величины зазора, что объясняется высокой плотностью тока и концентрированностью теплового действия дуги при этом способе сварки.

В принципе за два прохода (по одному проходу с каждой стороны) можно сварить встык без разделки кромок листы тол­щиной 60 мм. Однако в этих случаях при обычном зазоре швы получаются дефектными по двум причинам: во-первых, количество наплавленного металла настолько велико, что внешняя часть шва оказывается чрезмерно большой и уродливой формы; во-вторых, шов получается настолько узким, что при быстром остывании, характерном для сварки, в средней части шва возникают усадоч­ные трещины.

По указанным причинам, согласно ГОСТ 8713—70, без ско­са кромок при обычном зазоре можно сваривать встык листы толщиной до 20 мм, при больших толщинах требуется либо повы­шенный зазор, либо разделка кромок. При разделке с прямолинейным скосом кромок угол разделки 60 ± 5°, при криволиней­ном скосе кромок угол разделки 25 —26°. Притупление с = 2 - 6 мм; зазор b = 0 + 1 мм.

Прямолинейный скос кромок применяют для листов толщиной до 60 мм; для листов большей толщины (до 160 мм) предусмотрен криволинейный скос кромок с углом разделки 25—26°, так как это обеспечивает значительно меньший объем наплавленного металла и уменьшает угловые деформации. Сварка тавровых соединений без скоса кромок возможна для металла толщиной до 40 мм. В зависимости от требований к прочности соединений, связанных со сквозным проваром, предусмотрены соединения с односторонним несимметричным скосом для толщин 8—30 мм и двусторонним симметричным для толщин 30—60 мм.

Наиболее простая форма подготовки кромок — при электро­шлаковой сварке (ГОСТ 15164—69), что видно из рис. 8. В стан­дарте регламентированы толщины минимальные (не менее 16 мм), и наибольшие (до 800 мм), а также зазоры величиной 16—26 мм.

При сварке в защитных газах особенности подготовки соеди­нений зависят от вида и диаметра электрода (плавящийся или неплавящийся) и вида защитного газа (активный или инертный). ГОСТ 14771—69 обычно руководствуются при сварке проволокой диаметром от 1,6 мм и выше. Стандарт предусматривает сварку металла толщиной до 120 мм (в углекислом газе) с обязательной разделкой кромок металла толщиной свыше 10 мм. При этом уменьшены углы разделки до 40° и величина притупления до 1—2 мм при зазорах в пределах 0—3 мм.

При сварке в инертном газе плавящимся электродом сохра­няются те же особенности, что и при сварке неплавящимся электродом (толщина до 20 мм), но предусмотрена сварка металла толщи­ной до 100 мм.

Во всех случаях, используя стандарты на подготовку кромок, следует выбирать такие типы разделок, при которых обеспечи­ваются наименьшие объем и стоимость работ по разделке кромок, объем и масса наплавленного металла, полный провар по толщине, плавная форма сопряжения внешней части шва и минимальные угловые деформации.

Наряду с формой разделки кромок и их размерами, регламен­тируемыми стандартами, в связи с широким применением толсто­листового металла, а также высокопрочной стали возникла необ­ходимость и в других, нестандартных их формах. Так, например, для толстолистового металла (стали, титановых сплавов) разрабо­тан метод сварки по узкому зазору (по так называемой щелевой разделке), при которой свариваемые кромки не имеют скоса, а зазор имеет величину 10—12 мм при толщине до 100—150 мм

Для некоторых соединений стали и титановых сплавов с целью повышения их выносливости при действии динамических нагрузок плавность сопряжения металла шва с основным достигается за счет оплавления мест перехода теплотой дуги, горящей между неплавящимся электродом и основным металлом. Эта операция может быть выполнена без подачи и с подачей присадочного металла. В результате образуются так называемые галтельные валики, заметно улучшающие внешнюю форму шва (рис. 9, б).

При сварке высокопрочной стали и некоторых сплавов цвет­ных металлов сварочными материалами, дающими металл шва менее прочный, чем основной, приходится дополнительно наплав­лять металл и увеличивать внешнюю часть швов, чтобы получить равнопрочное соединение. Это также изменяет форму сварного соединения (рис. 9, в).

Большое влияние на качество сварных соединений и экономич­ность процесса сварки оказывают чистота кромок и прилегающей к ним поверхности основного металла, точность подготовки кромок и сборки под сварку. Заготовки для свариваемых деталей следует изготовлять из предварительно выправленного и зачищенного металла. Вырезку деталей и подготовку кромок осуществляют механической обработкой (на пресс-ножницах, кромкострогаль-ных и фрезерных станках), газокислородной и плазменной резкой и др. После применения тепловых способов резки кромки зачи­щают от грата, окалины и т. п. (шлифовальными кругами, металли­ческими щетками и др.).