Повышение прочности сварных соединений
Сварка – надежный способ объединения металлических поверхностей, но в определенных ситуациях швам нужно дополнительное усиление для крепости конструкции. В статье мастер сварщик расскажет, как усилить сварной шов.
Что такое сварной шов
Сварные швы — это, по сути, совмещённые края соседних элементов, превратившиеся под воздействием сварочного аппарата в единую неразъёмную конструкцию. Они являются результатом кристаллизации расплавленного материала, его пластической деформации под высоким давлением или сочетания данных процессов.
Зоны сварного соединения:
-
1 — сварного шва;
-
2 — сплавления;
-
3 — термического влияния;
-
4 — основного металла
Структурно сварные швы состоят из основного и присадочного металлов (полимеров, композитов), которые в процессе сваривания смешиваются и образуют более-менее однородную субстанцию — сплав. Они непосредственно граничат с узкой зоной сплавления, содержащей кристаллизованные частички обоих материалов, а далее — с зоной термического влияния. Последняя фактически является основным металлом, при смене температур несколько поменявшим структуру и свойства, но полностью сохранившим химический состав. Визуально зона термического влияния определяется по наиболее светлому оттенку. Самый же тёмный цвет указывает на расположение шва.
Схема сварки труб «на просвет»:
-
1 - Корень шва;
-
2 - Заполняющий шов;
-
3 - Облицовочный шов.
Строение сварных соединений рассматривается и с точки зрения геометрии. В поперечном разрезе они образуют конструкции из следующих элементов:
-
Корня шва;
-
Провара (проплавления);
-
Толщины шва;
-
Лицевой поверхности;
-
Границы наружной поверхности;
-
Усиления.
В стыковых соединениях ещё различается провар корня, в угловых — катет шва. То есть, кроме основных элементов, в устройстве сварных швов могут присутствовать и дополнительные. Их наличие полностью зависит от типа соединения, а параметры регламентируются ГОСТом 2601–84.
Особенности усиления сварного шва
Сварные швы, различающиеся по объему наплавленного металла:
-
а — ослабленный;
-
б — нормальный;
-
в — усиленный
При сборке или монтаже различных конструкций часто возникает необходимость усилить соединения, придав им дополнительную прочность. Под усилением в данном случае подразумевается увеличение длины и/или ширины и сечения валика сварного шва.
На чертежах параметры усиления сварочных соединений обозначаются в виде строчных букв латинского алфавита:
-
a – так маркируется увеличение длины шва;
-
b – увеличение длины/высоты катетов угловых швов;
-
с – внутреннее угловое наплавление, изменяющееся по высоте при введении дополнительного технологического элемента, наплавки или измененных параметрах лобового шва.
Эти обозначения указывают на тип сварного соединения, а также по ним можно определить параметры будущей конструкции и характеристики металла, с которым будет происходить работа.
Усиление сварного шва происходит путем наплавления нескольких слоев металла. Каждый из них имеет толщину около 2 мм. Для наслаивания используют стержни толщиной 4 мм.
Работа начинается с обработки зон, где имеются дефекты (кратеры, подрезы, наплывы). Обработка всех слоев происходит в одном направлении для того, чтобы снизить внутреннее напряжение в конструкции.
Перед тем как наварить новый слой, нужно дождаться охлаждения предыдущего слоя до +100°С. Нужно в процессе работы выдерживать геометрию шва. Это значит, что размер катетов должен быть меньше, чем толщина полки уголка со стороны пера, а со стороны обушка они могут превышать толщину полки, но не более чем в полтора раза.
Особенно внимательно нужно прорабатывать углы, потому что там опять же накапливается внутреннее напряжение, из-за которого снижается качество изделия.
Усиление стыковых швов
При использовании стыковых сварочных швов по всей длине и высоте металлических элементов конструкции усиление не производится в силу того, что в местах наплавления из-за большого объема расплавленного металла происходит перегрев, из-за которого формируются зоны внутреннего напряжения.
Если все-таки необходимо усилить стыковой сварочный шов, то сначала надо избавиться от напряженных участков, а для этого снять наплавленный металл до одного уровня с помощью шлифовки.
Усиление проводится привариванием накладок, параметры которых надо предварительно рассчитать. Формула расчета параметров таких накладок учитывает несущую способность наплава, площадь накладки, фактический размер имеющегося стыкового соединения, расчетное сопротивление стыкового компонента.
Усиление угловых стыковочных швов
Чтобы все сделать правильно, нужно предварительно провести вычисления, узнать величину нагрузки на узел. Напомним, что усиливать соединение нужно за счет удлинения шва, а не расширения, так как лишний объем жидкого металла в сварочной ванне вызовет излишнее повышение температуры, что крайне нежелательно.
Помимо непосредственной наплавки металла, также используют дополнительные элементы, приваривая их к конструкции в местах соединения. Режим работы и настройки сварочного оборудования выбираются не только с учетом характеристик металла и качеств соединения, но и диаметра электродов.
Данная работа выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ версии 2.301 (в отдельных случаях – 2.601 от 1984 года).
Формирование задней поверхности при усилении сварных швов является самой большой трудностью, так, в определенных ситуациях усиление делают с зачисткой стыка заподлицо.
Если при наложении дополнительных слоев металла материал не прогревается до нужной температуры, то появляются несваренные места, из-за которых соединение получается недостаточно прочным, а в итоге ослабляется вся конструкция.
Снятие усиления сварного шва
При усилении сварного шва нередко формируется превышенная выпуклость – это избыток металла в наплаве с лицевой стороны угловых швов.
Дефект возникает в основном по двум причинам:
-
Нарушение технологии при сварке;
-
Излишне высокой скорости подачи присадочного материала.
Данные дефекты на угловых соединениях ведут к концентрации напряжения. От них избавляются с помощью шлифовки или за счет прокатывания соединений специальными роликами.
Может быть и местное превышение проплава, или избыточный проплав, – это повышенная выпуклость на внутренней поверхности односторонних швов.
Необходимость снять усиление указывается на рабочих чертежах. Обозначение представляет собой горизонтальную линию, над которой нарисован пустой круг или надпись «усиление сварного шва снять». Это говорит о том, что нужно сточить лишний наплав. Смысл такого действия в том, что наличие избыточного усиления на стыке считается дефектом, который можно и нужно устранить. Снимается он с помощью УШМ (болгарки) с абразивным кругом.
Для снятия усиления сварного шва на угловом и стыковом сварном соединении используют различные методы, например, излишки с углового шва снимаются, но оставляются катеты, их высота вычисляется индивидуально. На стыковых соединениях металл стачивают вровень, то есть удаляется весь выступающий материал.
В заключении
Итогом усиления становится значительное улучшение безопасности и эксплуатационных качеств готовых изделий и конструкций и обеспечение их безотказной работы в течение долгих лет.
В продолжение темы посмотрите также наш обзор Сварка труб «на просвет»