§ 28. Подготовка металла под сварку
Подготовка поверхности металла под сварку. При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.
Металл правят либо вручную, либо на различных листоправильных вальцах. Ручную правку выполняют на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или с помощью ручного винтового пресса. Угловая сталь правится на правильных вальцах (прессах), двутавры и швеллеры - на приводных или ручных правильных прессах.
Разметка и наметка - это такие операции, которые определяют конфигурацию будущей детали. Механическая резка применяется для прямолинейного реза листов, а иногда для криволинейного реза листов с использованием для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезают газокислородной и плазменно-дуговой резкой. Эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться газофлюсовая или плазменно-дуговая резка.
Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.
Подготовка кромок под сварку. К элементам геометрической формы подготовки кромок под сварку (рис. 25) относятся угол разделки кромок α, притупление кромок S, длина скоса листа L при наличии разности толщин металла, смещение кромок относительно друг друга б, зазор между стыкуемыми кромками а.
Рис. 25. Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку (а) и шва (б):
в - ширина шва, h - высота шва, К - катет шва
Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку се отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик должен увеличивать величину сварочного тока.
Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.
Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.
Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.
Притупление кромок выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.
Смещение кромок создает дополнительные сварочные деформации и напряжения, тем самым ухудшая прочностные свойства сварного соединения. Смещение кромок регламентируется либо ГОСТами, либо техническими условиями. Кроме того, смещение кромок не позволяет получать монолитного сварного шва по сечению свариваемых кромок.
ГОСТ 5264-80 предусматривает для стыковых соединений формы подготовленных кромок, представленные на рис. 26; для угловых соединений - на рис. 27; тавровых – на рис. 28 и нахлесточных - на рис. 29.
Рис. 26. Форма подготовленных кромок под сварку для стыковых соединений
Рис. 27. Форма подготовленных кромок под сварку для угловых соединений
Рис. 28. Форма подготовленных кромок под сварку для тавровых соединений
Рис. 29. Форма подготовленных кромок под сварку для нахлесточных соединений
Подготовку кромок под сварку выполняют на механических станках - токарных (обработка торцов труб), фрезерных, строгальных - обработка листов и т. д., а также применением термической резки. Листы, трубы, изготовленные из углеродистых сталей, обрабатываются газокислородной резкой. В качестве горючих газов могут служить ацетилен, пропан, коксовый газ и т. д. Цветные металлы, а также нержавеющие стали обрабатываются плазменной резкой.
Перед сваркой особо ответственных конструкций торцы труб или листов после газокислородной резки обрабатывают дополнительно механическим путем; это делается для того, чтобы избежать каких-либо включений в металле.
Требования к сборке металлических деталей перед сваркой. Применяемые сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать доступность к местам установки деталей и прихваток, к рукояткам фиксирующих и зажимных устройств, а также к местам сварки. Эти приспособления должны быть также достаточно прочными и жесткими, обеспечивать точное закрепление деталей в нужном положении и препятствовать их деформированию в процессе сварки. Кроме того, сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать наивыгоднейший порядок сборки и сварки: наименьшее число поворотов при наложении прихваток и сварных швов; свободный доступ для проверки размеров изделий и их легкий съем после изготовления; безопасность сборочно-сварочных работ.
Любая сборочная операция не должна затруднять выполнение следующей операции. Поступающие на сборку детали должны быть тщательно проверены; проверке подлежат все геометрические размеры детали и подготовленная форма кромок под сварку.
Сборка сварных конструкций, как правило, осуществляется либо по разметке, либо с помощью шаблонов, упоров, фиксаторов или специальных приспособлений - кондукторов, облегчающих сборочные операции. Подготовку и сборку изделий под сварку выполняют с соблюдением следующих основных обязательных правил:
притупление кромок и зазоры между ними должны быть равномерными по всей длине;
кромки элементов, подлежащих сварке, и прилегающие к ним места шириной 25-30 мм от торца кромки должны быть высушены, очищены от грата после резки, масла, ржавчины и прочих загрязнений;
во избежание деформаций прихватку следует выполнять качественными электродами через интервал не более 500 мм при длине одной прихватки 50-80 мм;
для обеспечения нормального и качественного формирования шва нужно в начале и в конце изделия прихватывать планки.
В подготовку металла под сварку входит правка, разметка и наметка, резка и обработка кромок, холодная и горячая гибка. Правка производится преимущественно на станках, а иногда вручную. Листовой, полосовой и профильный прокат правят на вальцах, которые чаще всего имеют семь или девять валков.
Вальцы оборудуются двумя роликовыми столами для загрузки и выхода металла в процессе правки. При правке листы пропускают через вальцы от 3 до 5 раз.
Наряду с машинной правкой иногда применяют ручную правку. Последнюю производят на чугунных или стальных правильных плитах ударами молота, кувалды и при помощи винтового пресса.
Правку угловой стали производят на углоправильных вальцах или на ручных винтовых прессах, а двутавров и швеллеров -- на приводных или ручных правильных прессах.
Разметка и наметка. При индивидуальном производстве выправленный металл поступает на разметку, а при массовом и серийном производстве поступает для наметки. Перед разметкой и наметкой поверхность металла грунтуется меловой краской на клею.
При разметке однотипных деталей для массового и серийного производства пользуются металлическими или фанерными шаблонами. Разметка при помощи шаблонов называется наметкой. Инструментами для выполнения разметки и наметки служат чертилка из закаленной стали, кернеры, стальные линейки и угольники, стальные циркули и рейсмусы, молотки, клямеры, струбцины, стальные рулетки и др.
Резка. Резка металла на заготовки производится механическим способом на ножницах и пилах или газокислородным пламенем. Механическая резка производится в основном на ножницах и применяется преимущественно для прямолинейного реза листов толщиной до 20 мм. Наибольшее применение имеют гильотинные ножницы с ножами длиной от 1 до 3 м и пресс-ножницы с длиной ножей до 700 мм.
Для криволинейного реза толщин до 6 мм применяются роликовые ножницы с дисковыми ножами. Для прямолинейного реза больших толщин и дла криволинейного реза толщин свыше 6 мм применяется преимущественно газокислородная резка ручная, полуавтоматическая и автоматическая. Для холодной резки стержней круглого и других сечений применяются круглые (циркульные) зубчатые и фрикционные пилы.
Обработка кромок под сварку. Обработка и скос кромок под сварку производятся механическим путем на кромкострогальных и продольно-строгальных станках или газокислородным пламенем. При небольшом объеме работ иногда применяют рубку пневматическим зубилом. Гибка. Гибка листового, полосового и широкополосового металла производится на листогибочных трехвалковых и четырехвалковых вальцах. На холодную гибку поступают листы с подготовленными кромками и вырезанными отверстиями малых диаметров. Гибка профильного металла производится на правильно-гибочных прессах и роликовых гибочных станах. Наименьший допустимый радиус гибки стали в холодном состоянии рекомендуют брать равным 25-кратной толщине листа или высоте симметричного профиля. Если радиус холодной гибки меньше 25 толщин деформируемой стали, то возможны надрывы наружных волокон.
Гибка больших толщин и гибка обечаек малого диаметра, при средней толщине листа, производится горячим способом в кузнечно-прессовых цехах. Нагрев деталей производится до температуры 1000--1100°С, при которой металл легко поддается деформированию. Подготовку кромок под сварку и вырезку больших отверстий производят после горячей гибки.
Разделка кромок - придание кромкам, подлежащим сварке, необходимой формы.
Разделка кромок под сварку выполняется с целью обеспечения:
Провара по всей толщине свариваемых элементов;
Доступа сварочного инструмента к корню шва.
По форме разделки кромок под сварку различают сварные соединения без разделки кромок, с отбортовкой и с разделкой кромок под сварку. Кроме того, сварные соединения с разделкой кромок подразделяются на сварные соединения с односторонним скосом одной или двух кромок (односторонняя разделка одной или двух кромок) и сварные соединения с двусторонним скосом одной или двух кромок (двусторонняя разделка одной или двух кромок).
При выборе формы разделки кромки следует учитывать, что наиболее экономичным является сварное соединение без скоса кромок. В случае выполнения разделки кромок более простой в исполнении по сравнению с U- образной является разделка кромок с прямолинейным скосом кромок (V, К, Х - образные). В сравнении с односторонней разделкой кромок более технологичными являются К- и Х-образные двусторонние. Однако К- и Х-образные двусторонние могут быть реализованы при возможности доступа сварочного инструмента к обеим сторонам изделия.
На Рис. 7 показаны важнейшие типы сварных соединений, используемых при ручной сварке стержневым электродом.
Рис. 7. Типы сварных соединений согласно DIN EN 29692-ISO 9692
При стыковом шве в верхнем диапазоне толщины листа должна быть проведена подготовка корня шва с обратной стороны. Это рекомендуется и для предотвращения возникновения дефектов и при всех случаях сваривания подварочных слоев и при двустороннем сваривании X-образных и двойных Y-образных швов в верхнем диапазоне толщины листа. У V-образных швов и швов HV фаза корня может быть несколько ломаной, высота притупления Y-образного шва зависит от используемой силы тока. U- образные швы и двусторонние U-образные швы по экономическим соображениям используются прежде всего при сваривании листов большой толщины, так как из-за небольшого угла раскрытия заполняемый объем шва меньше, чем при V-образных, Y- образных, X-образных и двойных Y-образных швах. У угловых швов зазор между кромками должен быть как можно меньшим, чтобы в него не мог попасть шлак. Это касается в первую очередь Т-образных соединений, соединений внахлестку и угловых швов.
Подготовка кромок сварных соединений
Разделка сварных кромок у нелегированных и низколегированных сталей производится, как правило, газовыми автогенными резаками. Высоколегированные стали и металлы, подвергаемые ручной сварке, могут разрезаться плазменной струей. Удаление возникающей при термической резке оксидной пленки требуется, как правило, только в исключительных случаях. При наличии особенных требований в отношении соблюдения небольших допусков рекомендуется механическая доработка кромок. В особенности это относится к кольцевым швам. Современные технологии резки электронным или лазерным лучом чаще используются в механизированном производстве и являются скорее исключением при ручной сварке стержневым электродом.
Подготовка металла под сварку осуществляется путём правки, разметки, наметки, резки, гибки, а так же делается разделка под сварку .
Здесь имеется в виду следующее. Правка может быть выполнена вручную с использованием правильной формы чугунных или стальных форм. Металл накладывается на них и подвергается физическим ударам. Или же правка выполняется с помощью вальцов и правильных прессов. Форма и размер деталей задаётся путём разметки и наметки. Резку выполняют как вручную, так и механизировано, в зависимости от сложности.
Для резки углеродистой стали применяется плазменно-дуговой или газокислородный резак. Цветные металлы наряду с легированной сталью режут так же плазменно-дуговым или же газофлюсовым резаком. Все процессы могут проходить в ручном или автоматизированном режимах.
Перед сваркой металл должен быть тщательно очищен от любого рода загрязнений. Наличие загрязнений сделают сварку непрочной и ненадёжной. – заготовка формы кромки для определённого вида соединения. необходима для полноценной проварки металлов. Кромки правильной формы позволяют варить металл отдельными слоями. Это улучшает структуру шва и минимизирует возможность образования сварочного напряжения и деформации. Все кромки должны быть притуплены для удобства проведения сварки. Без этого существует возможность прожога металла.
Формы кромок подготавливаются согласно ГОСТ 5264-80, в зависимости от вида соединения (стыковое, нахлёсточное, угловое, тавровое).
Форма подготовленных кромок под сварку для стыковых соединений.
При стыковом соединении торцы металлов примыкают друг к другу своими поверхностями. Это самое распространённое соединение из всех используемых в сварке. Свариваемые объекты кладутся на одну поверхность (т.е. в одной плоскости). Форма кромки для стыковых соединений выбирается в зависимости от следующих факторов:
Толщина кромки;
Положение сварочных объектов;
Марка металла;
Выбранный вид сварки;
Особенности свариваемой конструкции.
Разделка кромок применяется к листам толщиной от 7 мм, но бывают исключения, когда толщина листа составляет 4 мм. Формы кромок стыковых соединений бывают следующих видов:
с отбортовкой кромок;
без скоса кромок;
односторонний скос одной кромки;
«в замок»;
ломаный скос одной кромки;
два симметричных криволинейных скоса одной кромки;
два не симметричных скоса одной кромки;
со скосом двух кромок;
ломаный скос двух кромок;
два симметричных скоса двух кромок;
два симметричных криволинейных и ломаных скоса двух кромок.
Так же стыковые соединения обладают следующими характеристиками:
равнопрочность с основным металлом;
выполнение стыковых соединений может быть односторонним и двусторонним;
Форма подготовленных кромок под сварку для нахлёсточных соединений.
Свариваемые металлы располагаются параллельно друг к другу, где один пласт накладывается на другой. Нахлёсточные соединения применяются в основном для сварки корпусов каких-либо объектов (корабли, резервуары и т.д.). Формы кромок нахлесточных соединений бывают следующих видов:
без скоса кромок;
с круглым отверстием;
с вытянутым (продолговатым) отверстием.
А так же обладают следующими характеристиками:
односторонние и двусторонние;
односторонние прерывистые;
односторонние со сплошным швом.
Форма подготовленных кромок под сварку для угловых соединений.
Здесь элементы располагаются под углом друг к другу, и сваривается место, где примыкают края объектов. Такие соединения применимы к объектам с резкой сменой угла поверхности. Форма подготовленных кромок под сварку для угловых соединений имеет следующие виды:
без скоса;
скос одной или двух кромок;
два скоса одной кромки;
два несимметричных скоса одной кромки;
два скоса одной кромки вместе с одним скосом второй кромки;
отбортовка одной кромки.
Формы кромок для угловых соединений обладают следующими характеристиками:
односторонние и двусторонние;
односторонние и двусторонние впритык;
с применением подкладок и без них.
Форма подготовленных кромок под сварку для тавровых соединений.
При тавровом соединении один элемент торцом приваривается под углом к стенке другого. Очень часто применяются в строительстве балок, ферм и колонн. Разделка кромок под сварку бывает следующих видов:
без скока;
один скос одной кромки;
криволинейный скос одной кромки;
два симметричных скоса одной кромки;
два симметричных криволинейных скоса одной кромки.
Выполненные кромки для угловых соединений обладают следующими характеристиками:
односторонние и двусторонние;
сплошные и прерывистые по протяжению.