Выполнение указанных требований для литого металла шВа и металла околошовной зоны в состоянии после сварки весьма затруднительно и, как правило, требует значительного усложнения технологического процесса и применения специальных сварочных материалов. В некоторых случаях для выполнения таких требований приходится поступаться другими, иногда даже более существенными характеристиками металла шва (стойкость против образования пор и трещин, форма усиления и состояние поверхности шва).

Для стыковых швов в подавляющем большинстве случаев должны быть обеспечены полный провар соединяемых элементов и форма усиления с плавным переходом от основного металла к металлу шва. Наличие плавного перехода от шва к основному металлу положительно сказывается на прочности сварного соединения при динамических нагрузках, изгибе и технологических операциях, связанных с вальцовкой и правкой. Для угловых швов необходимо выдерживать определенные расчетом размеры шва или минимальные размеры, назначаемые по технологическим соображениям. При назначении минимального сечения углового шва по технологическим соображениям исходят из возможности качественного выполнения такого шва в производственных условиях. Если сечение шва, определяемое по расчету, меньше сечения шва, назначаемого по технологическим соображениям, то оно должно быть доведено до величины последнего. Оптимальной считается вогнутая (рис. 5-1, а) или нормальная форма поверхности углового шва (рис. 5-1, б) с плавным переходом к основному металлу.

Плавное очертание поверхности шва предопределяет снижение концентрации напряжений, в результате чего существенно повышается выносливость при вибрационных нагрузках. Выпуклая форма поверхности шва нежелательна из соображений прочности, а также и по экономическим соображениям. При выпуклом шве нерационально расходуется дополнительный металл.

Большое влияние на прочность сварного соединения оказывают трещины, непровары, охрупчивание металла околошовной

Рис. 5-1. Форма поверхности углового шва:

а - вогнутая, б - нормальная

§онУ и друе возникающие При сварке дефекты. Поэтому йри разработке технологического процесса сварки особое внимание должно быть уделено выбору таких приспособлений, материалов, способов и режимов сварки, при которых минимальна вероятность образования дефектов. В процессе формирования сварного соединения возникают деформации и создается поле остаточных напряжений, которые могут снизить прочность конструкции в целом.

Нарушения размеров и формы сварного соединения, вызванные возникшей в результате сварки деформацией, могут существенно изменить условия его работы и привести к резкому увеличению напряжений. Правка покоробленных при сварке элементов является весьма трудоемкой операцией, резко повышающей стоимость изготовления изделия. Поэтому при разработке технологического процесса сборки и сварки следует стремиться к максимально возможному, исходя из требования сохранения высокого качества, уменьшению сечения швов и ширины околошовной зоны (см. гл. 4). Надлежащее качество сварного соединения может быть достигнуто только при свободном доступе к месту сварки.

§ 5-2. Типы сварных соединений и швов

В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов различают следующие виды соединений.

Стыковое соединение. Образовать стыковое соединение могут элементы одинаковой (рис. 5-2, а) или различной толщины (рис. 5-2, б). Толщина металла неограничена. Если сопрягают листы различной толщины, то на более толстом из них делают скос с одной или с двух сторон до толщины меньшего листа. Если разница в толщине сопрягаемых элементов не превышает 2-5 мм (в зависимости от толщины свариваемого металла), скос не производят. Разновидностью стыкового соединения является соединение с отбортовкой кромок (рис. 5-3), применяемое при сварке металла толщиной до 3 мм.

Тавровое соединение. Угол между полкой и стенкой может быть прямым (рис. 5-4), острым или тупым. Сочетание толщин может быть разнообразное.

Нахлесточное соединение (рис. 5-5). Условно к нахлесточному соединению относят пакет из двух элементов (рис. 5-6). Нахлесточное соединение обычно образуют из металла толщиной до 20 мм.

Рис. 5-2. Стыковое соединение листов:

а - одинаковой толщины: б - различной толщины

Рис. 5-3.

Соединение с отбортовкой кромок

у л

Рис. 5-4. Рис. 5-5. Рис. 5-6.

Тавровое соединение Нахлесточное соединение Пакет из двух элементов

Угловое соединение. Угол между сопрягаемыми деталями может быть прямым (рис. 5-7), острым или тупым. Изредка применяют соединение впритык (рис. 5-8).

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

Шов, соединяющий детали в стыковом соединении, называют стыковым, а в тавровом и нахлесточном соединениях - угловым. Угловые швы могут быть сплошными или прерывистыми. Прерывистый шов выполняют отдельными отрезками - шпонками или отдельными точками. Отрезки прерывистого шва могут быть расположены друг против друга или в шахматном порядке (рис. 5-9). При нахлесточном соединении применяют так называемый прорезной шов. Он может быть сплошным (рис. 5-10, а, б), шпоночным или состоять из отдельных точек-электрозаклепок (рис. 5-11). Сплошной прорезной шов характерен для электроннолучевой, шпоночный и электрозаклепочный - для дуговой сварки. При дуговой сварке шпоночный и электрозаклепочный швы можно выполнять (в зависимости от толщины верхнего листа) с образованием отверстия перед сваркой или без него.

Рис. 5-7.

Угловое соединение с прямым углом между сопрягаемыми элемента[4И

Рис. 5-8.

Соединение впритык

Рис. 5-9.

Расположение точечного шва в шахматном порядке