Особенности сварки некоторых типов конструкций изделий

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ НЕКОТОРЫХ ТИПОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗДЕЛИЙ

Требования к сварным соединениям

В зависимости от типа и назначения конструкции изменяются и конкретизируются требования, предъявляемые к сварным соединениям. Поэтому их нельзя сформулировать в общем виде. Можно лишь утверждать, что любому сварному соединению должна быть обеспечена достаточная работоспособность при минимальной трудоемкости его изготовления. Под работоспособностью сварного соединения подразумевают сохраняемую в течение всего срока эксплуатации необходимую прочность, выносливость и устойчивость при заданных видах нагружения и рабочей среде.

Прочность сварного соединения определяется механическими свойствами металла шва и околошовной зоны. Требования к пластическим и прочностным характеристикам металла шва различные и зависят от типа соединения и условий работы конструкции.

Классификация сварных конструкций

Сварные конструкции классифицируют: по методу получения заготовок - на листовые, листосварные, кованосварные, штампосварные; по назначению - на машиностроительные, вагонные, судовые, авиационные и другие; в зависимости от толщины свариваемых элементов - на тонкостенные и толстостенные; по применяемым материалам - на стальные, алюминиевые, титановые и т.д.

Рассмотрим основные типы сварных элементов и конструкций.

Балки - конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб. Жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.

Колоннами называют элементы, работающие преимущественно на сжатие или на сжатие с продольным изгибом.

Решетчатые конструкции представляют собой систему стержней, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают главным образом растяжение или сжатие. К ним относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы.

Оболочковые конструкции, как правило, испытывают избыточное давление, к ним предъявляют требование герметичности соединений. К этому типу относят различные емкости, сосуды и трубопроводы.

Корпусные транспортные конструкции подвергаются динамическим нагрузкам. К ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе. Основные конструкции данного типа - корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей.

Детали машин и приборов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках. Для них характерным является требование точных размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей. Примерами таких изделий являются станины, валы, колеса.

Сварка двутавровых балок

Сборка балки должна обеспечивать симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенок, прижатие их друг к другу и закрепление прихватками. При использовании сборочных кондукторов прихватку обычно выполняют после зажатия элементов по всей длине балки. На сборочных установках с самоходным порталом зажатие и прихватку осуществляют последовательно от сечения к сечению.

Вертикальные ребра жесткости устанавливают и приваривают после сварки поясных швов. Приемы выполнения поясных швов балки могут быть различны. Выполнение швов в положении "в лодочку" (рис.1, а) обеспечивает лучшие условия их формирования и проплавления, однако при этом приходится поворачивать изделие после сварки каждого шва.

Рис.1. Выполнение швов двутавровой балки (а) и типы стыков сварных блоков (б, в)

При монтаже конструкций необходимо сваривать стыки балок. Раздвинутый стык применяют как технологический (рис.1, б); при монтаже используют совмещенный стык (рис.1, в), выполняемый ручной сваркой покрытым электродом. Последовательность соединения стыковых швов поясов и стенки назначают, учитывая следующие особенности сварки. Если в первую очередь сваривать стыки поясов, то стык стенки придется выполнять в условиях жесткого закрепления, что при неблагоприятных условиях может способствовать образованию трещин в процессе сварки. При другой последовательности, когда стык стенки сваривают первым, в стыках поясов от поперечной усадки возникают большие остаточные напряжения растяжения, что может снизить усталостную прочность при работе на изгиб.

С целью облегчения условий сварки стыка участки поясных швов иногда недоваривают, выполняя их после сварки стыковых швов. Остаточные напряжения в этом случае окажутся меньше, чем при жестком закреплении, однако для элементов, свариваемых в первую очередь, возможна потеря устойчивости под напряжением сжатия. Для каждого конкретного случая в зависимости от перечисленных факторов (свариваемости, условий работы стыка балки в конструкции, размеров поперечных сечений элементов) оптимальная технология выполнения стыка может быть различной.

Сварка решетчатых конструкций

Решетчатые конструкции - фермы, мачты, башни и другие изготовляют в основном из проката, а также из гнутых профилей открытого и замкнутого сечений. Как правило, детали решетчатых конструкций соединяют короткими швами, различным образом ориентированными в пространстве. Швы выполняют вручную или полуавтоматом. Для сварки таких конструкций необходимо изделия кантовать. При использовании труб для их подготовки к сборке и сварке требуется фигурная обрезка концов на специальных газорежущих машинах. Иногда концы труб относительно небольших диаметров сплющивают, что упрощает их соединение в узлах дуговой сваркой. Сплющенные по концам трубы можно соединять в пространственный узел ванной сваркой (рис.2). В этом случае торцы сплющенных частей образуют ограниченное с боковых сторон пространство, куда в процессе сварки вводят электрод или гребенку электродов.

Рис.2. Сварная решетчатая конструкция со сплющенным на конце трубами

В современных решетчатых конструкциях находят применение трубы больших диаметров. Так, опоры буровых вышек для добычи нефти в Северном море на глубинах порядка 150 м и более сооружают из труб диаметром до 4270 мм при толщине стенок до 64 мм. Крупногабаритные узлы этих вышек изготовляют в условиях завода, а затем транспортируют по морю к месту монтажа.

Сварку стыковых труб можно выполнять в поворотном, неповоротном и в горизонтальном на вертикальной плоскости положении трубы. Собранные стыки труб необходимо прихватывать в нескольких местах с полным проваром и полностью перекрывать их (переваривать) при наложении основного шва. Прихватки, как правило, выполняет тот сварщик, который будет сваривать данный стык.