Минимальный катет сварного шва: Катеты сварных швов согласно СП 16.13330 Стальные конструкции — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Катеты сварных швов согласно СП 16.13330 Стальные конструкции

Основные требования к размеру катетов сварных швов (толщина металла сварного шва) приведены в разделе 14 СП 16.13330.2011 и СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*».

Согласно п.14.1.7 СП 16.13330.2011 и СП 16.13330.2017, к катету сварного шва ( k_f) предъявляются следующие требования:

1. максимальный размер катета углового шва не должен превышать 1,2 t,

где t- наименьшая из толщин свариваемых элементов;

(катет шва, наложенного на закругленную кромку фасонного проката толщиной, как правило, не должен превышать 0,9 t)

2. размер катета должен быть не менее значений указанных в таблице 38 СП 16.13330.2017

Таблица 38 (СП 16.13330.2017)

Вид соединения	Вид сварки	Предел текучести стали, Н/мм²	Минимальный катет шва k_f, мм, при толщине более толстого из свариваемых элементов t, мм
Вид соединения	Вид сварки	Предел текучести стали, Н/мм²	4-5	6-10	11-16	17-22	23-32	33-40
Тавровое с двусторонними угловыми швами; нахлесточное и угловое	Ручная дуговая	До 285	4	4	4	6	10	12
		Св. 285 до 390	4	5	6	8	10	14
		Св. 390 до 590	5	6	7	8	10	14
	Автоматическая и механизированная	До 285	3	4	4	6	10	12
		Св. 285 до 390	3	4	5	8	10	14
		Св. 390 до 590	4	5	6	8	10	14
Тавровое с односторонними угловыми швами	Ручная дуговая	До 375	5	6	7	8	10	14
Тавровое с односторонними угловыми швами	Автоматическая и механизированная		4	5	6	10	10	18
Примечания: 1 В конструкциях из стали с пределом текучести свыше 590 Н/мм 2 минимальный катет швов следует принимать по техническим условиям. 2 Для всех сталей при толщине элементов более 40 мм катет сварного шва следует принимать по расчету.

3. расчетная длина углового шва должна быть не менее 4k_f и не менее 40 мм;
4. расчетная длина флангового шва должна быть не более 85β_fk_f,

где β_f — коэффициент, принимаемый по таблице 39 СП 16.13330.2017

За исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении шва.

Таблица 39 (СП 16.13330.2017)

Вид сварки при диаметре сварочной проволоки сплошного сечения d, мм	Положение шва	Коэффициент	Значение коэффициентов *β_f*и βz при нормальных режимах сварки и катетах швов, мм
			3-8	9-12	14-16	св. 16
Автоматическая при d=3-5	В лодочку	*β_f*	1,1			0,7
		*β_z*	1,15			1,0
	Нижнее	*β_f*	1,1	0,9		0,7
		*β_z*	1,15	1,05		1,0
Автоматическая и механизированная при d=1,4-2	В лодочку	*β_f*	0,9		0,8	0,7
		*β_z*	1,05		1,0
	Нижнее, горизонтальное, вертикальное	*β_f*	0,9	0,8	0,7
		*β_z*	1,05	1,0
Ручная и механизированная при d<1,4 или порошковой проволокой	В лодочку	*β_f*	0,7
	Нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное	*β_z*	1,0

5. размер нахлестки должен быть не менее 5t_min(t_min— толщина наиболее тонкого из свариваемых элементов)

6. соотношение размеров катетов угловых швов следует принимать 1:1;

при разных толщинах свариваемых элементов принимают швы с неравными катетами;
при этом катеты, примыкающие к более тонкому или более толстому элементу, должны удовлетворять требованиям 14.1.7 а) или б) соответственно.

Обозначение сварного шва на строительных чертежах по ГОСТ

Техника безопасности при дуговой сварке по СНиП и ГОСТ

Как рассчитать катет сварного шва самому

У сварочных швов есть различные характеристики. Например, ширина, толщина или высота усиления. И эти характеристики напрямую зависят от разновидности соединения: прямого или углового сварного шва. С помощью таких характеристик можно без труда рассчитать катет сварочного шва. Это очень полезный расчет, он позволит вам улучшить качество своей работы и не только.

Но что такое катет сварного шва? Как измерить катет шва по его ширине? И зачем вообще необходимо измерение катета? В этой статье мы постараемся кратко ответить на эти вопросы и рассказать, как произвести расчет катета сварного шва от толщины металла. Новичкам будет достаточно прочтения одного этого материала, чтобы вникнуть в суть.

Содержание статьи

Общая информация

Катет сварочного шва — это катет треугольника, который мы можем вписать в продольное сечение. Вписать, конечно, условно. Но зачем вообще производить расчет катета углового сварного шва (или любого другого типа соединения, будь то прямой, стыковой или внахлест)? Конечно, вы можете приобрести для этого специальную механическую линейку, но мы рекомендуем научиться производить расчеты самостоятельно. Это улучшит ваши профессиональные навыки.

С помощью расчетов вы сможете буквально измерить прочностные характеристика вашего шва. Вы не можете просто сделать катет шва при сварке большего размера, чтобы решить проблему слабого соединения (хотя на первый взгляд вам даже может показаться, что шов и так достаточно прочный). Многие новички считают, что можно просто увеличить наплавку и проблем не будет, но это большая ошибка. Чем больше вы наплавляете металл, тем больше нагревается деталь, а перегрев может стать причиной деформации металла.

Также расчет необходим с финансовой точки зрения. Вы сможете до копейки рассчитать себестоимость работ и вам не придется увеличивать количество комплектующих, электричества и сил, чтобы сделать слишком толстый или широкий шов. Еще расчеты полезны в случаях, когда есть серьезные различия по толщине свариваемых деталей. Например, вы свариваете деталь из тонкого металла с деталью из толстого металла. В таких случаях нужно проводить расчет детали из тонкого металла.

Произведя расчеты вы просто не сможете сделать шов слишком узким. А это особенно важно, если вам нужно сварить важную металлоконструкцию, к которой предъявляются повышенные требования. Особенно, если нужно сделать много угловых швов, которые больше остальных подвержены деформации. С виду ваши соединения могут казаться вполне прочными, а по факту ответственная конструкция может просто не выдержать механическую нагрузку при эксплуатации. Словом, расчет катета — это действительно важно. Ну а как произвести расчет мы расскажем далее.

Как рассчитать катет сварного шва

Существует огромное количество формул, с помощью которых можно рассчитать катет шва. Вместе с ними есть и различные типы швов: стыковые, тавровые, нахлесточные, угловые, и каждый из типов имеет свои подтипы. Получается, что каждому типу шва по формуле, а их около десятка (с учетом всех особенностей, конечно). Их все мы не сможем раскрыть в рамках этой статьи, поэтому расскажем, как рассчитать катет по ширине шва, поскольку это самая популярная и часто применимая формула.

Т — это наш катет

S — ширина нашего шва

cos45° — это косинус, равный 45 градусам (значение неизменно, cos45°= примерно 0.7)

Вот и вся формула. По ней несложно узнать размер катета углового шва, например. Потому что по сути своей катет углового соединения равен катету треугольника, который мы можем вписать.

Мы не будем производить расчет катета сварного шва от толщины металла, поскольку здесь даже формулы не нужны. Нужно просто взять значение по наименьшей толщине и это будет наш ответ. Простой пример: у нас есть металл толщиной 3 миллиметра. Нам нужно его соединить. Мы будет выяснять катет по толщине. Просто смотрим, что толщина металла действительно 3 миллиметра по всему периметру и используем это значение. Расчет катета сварного шва от толщины металла очень удобен, если используются нахлесточные швы и детали достаточно тонкие. Если детали толстые, то просто рассчитайте 40% от толщины.

Ниже таблица минимальных катетов сварных швов для тавторвых соединений. Она будет полезна, если у вас нет возможности произвести быстрый расчет. Сохраните ее себе и попробуйте применить в работе.

Свойства качественного шва

Теперь мы знаем, как рассчитать катет сварного шва. Но этого недостаточно для того, чтобы соединение гарантировано получилось качественным и надежным. У сварного соединения есть свои свойства и особенности, которые нужно учитывать. Самое главное — шов должен быть равномерным и однородным по всей длине. Не должно быть никаких отклонений в сторону или слишком большой наплавки в отдельных местах.

Контролируйте себя, визуальный контроль доступен без приборов и особых навыков. Один небольшой недостаток может обернуться обрушением металлической конструкции спустя время. Также ширина шва должна быть одинаковой. Если ширина шва будет меняться, то нагрузки будут распределяться неравномерно, что может привести к образованию трещин и разрушению сварного соединения.

Также следите за толщиной шва (проще говоря, его глубиной). Глубина провара должна быть тоже равномерной, чтобы не возникали внутренние трещины. Профессиональные сварщики на крупном производстве буквально до миллиметра рассчитывают будущие характеристики шва, его толщину, ширину и длину. И выполняют работу согласно этим расчетам. Конечно, это излишне в любительской и полулюбительской сварке, но вы должны заранее понимать, какой шов необходимо получить в итоге.

Чем больше сходств у свариваемых деталей, тем лучше. Конечно, существуют методы сварки неоднородных металлов, состав которых сильно отличается, но соединение все равно никогда не будет таким прочным, как при сварке однородных металлов. Установите правильную силу тока, используйте в работе профессиональное сварочное оборудование (если занимаетесь сваркой не на любительском уровне), подберите правильные электроды для сварки. Только соблюдая все это расчеты будут иметь смысл. Если вы сделаете миллион расчетов, но не установите на сварочнике правильную силу тока, то ваши старания просто пойдут насмарку.

Вместо заключения

Измерение катета шва в зависимости от толщины металла или его ширины крайне необходимо, это всего лишь один из «инструментов» сварщика, такой же как сварочный аппарат или теоретические знания. Зная минимальный катет сварного шва можно в буквально смысле рассчитать прочностные характеристики сварочного соединения.

Также не забывайте соблюдать остальные правила: правильно подберите стержни, настройте аппарат и не спешите во время сварки. С опытом к вам придет понимание всех особенностей этого интересного дела. Если у вас уже есть опыт расчета катета для разных типов швов, то поделитесь им в комментариях к этой статье. Мы уверены, ваши советы будут не лишними для многих новичков. Желаем удачи в работе!

Назначение минимальных катетов конструктивных швов в зависимости от толщин соединяемых элементов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

НАЗНАЧЕНИЕ МИНИМАЛЬНЫХ КАТЕТОВ КОНСТРУКТИВНЫХ ШВОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТОЛЩИН СОЕДИНЯЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В.А. Белов

МГСУ

Одним из путей совершенствования сварных металлических конструкций является снижение массы основного и наплавленного металла при одновременном снижении трудоемкости изготовления конструкции. Главный резерв уменьшения массы наплавленного металла в сварных конструкциях заключается в оптимизации размеров углов швов, на долю которых приходится не менее 90% наплавленного металла. В настоящее время проводится работа по пересмотру нормативных документов на проектирование металлоконструкций с целью снижения удельного расхода наплавленного металла.

От общего объема наплавленного металла, расходуемого на сварку угловых швов, к категории конструктивных (соединительных) относятся около 80% по протяженности и 65% по трудоемкости.

К конструкциям или слабонагруженным швам относятся как швы размеры, которых назначаются без расчета, по техническим соображениям, так и швы, расчетные размеры которых приходится увеличивать до размеров, назначаемых по техническим соображениям. Впервые размер минимального катета конструктивного углового шва регламентировался в СНиП II В.3-62 (табл.1).

Таблица 1

Толщина более толстого из свариваемых элементов, мм Минимальный катет шва (мм) в конструкциях из стали

углеродистой низколегированной

< 10 4 6

1) … 20 6 8

2) … 30 8 10

3) … 50 10 12

> 51 12 —

Основанием для составления табл. 1 послужили данные работ, в которых была установлена связь между скоростью остывания металла шва, его структурой и механическими свойствами при различных толщинах основного металла.

С некоторыми дополнениями эта таблица была внесена в СНиП II В.3-72, согласно которому минимальные катеты конструктивных швов назначались в соответствии с таблицей 2.

МИСИ им В.В.Куйбышева совместно с рядом организаций (ЦНИИСК, ЦНИИПСК, ВНИКТИСК, ИЭС им.Патона) провел экспериментально-теоретические исследования в которых непосредственное участие принимал автор данной работы (как ответственный исполнитель от МИСИ) и которые завершаются внесением изменений в нормы проектирования.

Таблица 2

Толщина более толстого из свариваемых элементов, мм Минимальный катет шва (мм) в конструкциях из стали классов

С38/23, С4/29 С46/3 — С85/75

7-10 4 6

11-22 6 8

23-32 8 10

3-50 10 12

51 и более 12 —

Примечание: В конструкциях из стали класса С38/23 и С 44/29, возводимых в районах с расчетными зимними температурами ниже — 40°С, минимальные катеты швов следует принимать такими же, как для стали класса С46/33 — С85/75.

Первый этап работы был завершен в 1976г. С60/45

вибрацио нным <

3 Нгпудкамга ю-щиеся непосредственным динамическим то же то же С38/23… С46/33 4 5 6 7 8 8 9 10

и вибрацио н- С52/40 5 6 7 9 10 —

ным нагру зкам.

Вспомогател ь- 10

ные констру к- С60/45 6 8 8 12 12 —

ции зданий и

сооружении

4 Прикрепление ребер жесткости и диафрагм в конструкц иях, относящихся к п.3 то же с односторонним угловым швом С38/23… С46/33 4 6 6 8 10 10 12

В 1978 г. были подготовлены новые изменения и дополнения главы СНиП II В.3-72 для пересмотра размеров минимальных катетов угловых швов. Эти изменения вошли и в СНиП II23-81*, действующий на сегодняшний день, согласно которому минимальные катеты конструкционных угловых швов назначаются в соответствии с табл.4.

Согласно пункта 12.6,е СНиП II 23-81* соотношение размеров катетов угловых швов следует принимать как правило, 1:1, т.е. принимать равнокатетные швы. При разных толщинах свариваемых элементов допускается принимать швы с неравными катетами; при этом катет, примыкающий к более тонкому элементу должен соответствовать требованиям пункта 12.8,а (катеты угловых швов должны быть не более 1,21, где 1 — наименьшая толщина соединяемых элементов), а примыкающий к более толстому элементу — требованиям пункта 12.8,б (катеты угловых швов следует принимать по расчету, но не менее указанных в табл. 4).

Ограничение катета примыкающему к более тонкому элементу по максимуму размером 1,21, без ограничения по минимуму, не имеет смысла и не способствует использованию неравнокатетных конструктивных угловых швов с меньшем катетом в сторону более тонкого элемента.

Таблица 4

Вид Вид Предел теку- Минимальные катеты , мм при толщине более

соедине- сварки чести стали, толстого из свариваемых элементов, 1, мм

ния МПа

(кгс/см2) 4-5 6-10 1116 1722 2332 3340 4180

Тавровые с ручная До 430 (4400) 4 5 6 7 8 9 10

двухсто-

ронним

и угловы- Св. 430 (4400) 5 6 7 8 9 10 12

ми швами; до 580(5900)

нахлесточ- Автома- До 430 (4400) 3 4 5 6 7 8 9

ные и уг- тическая

ловые и

полуав- Св. 430 (4400) 4 5 6 7 8 9 10

томатиче- до 580(5900)

ская

Тавровое Ручная До 380 (3900) 5 6 7 8 9 10 12

с односто- Автома- 4 5 6 7 8 9 10

ронними тическая

угловыми и полуав-

швами томатиче-ская

Примечания: 1. В конструкциях из стали с пределом текучести свыше 580 МПа (5900

кг/см2), а так же из всех сталей при толщине элементов более 80 мм, минимальные катеты

угловых швов принимаются по специальным техническим условиям.

2. В конструкциях группы 4 минимальные катеты односторонних угловых швов следует

уменьшить на 1 мм, при толщине свариваемых элементов до 40 мм включительно и на 2 мм

при толщине элементов свыше 40 мм.

Проведенные многочисленные исследования механических свойств угловых швов в широком диапазоне изменения толщин и марок свариваемых металлов при различных

технологиях сварки позволяют пересмотреть действующие нормативные документы в сторону уменьшения минимальных катетов угловых швов.

И уже на данном этапе предлагается усовершенствовать таблицу 4 (таблица 38* СНиП 11-23-81*) и назначать не равнокатетные швы по толщине более толстого элемента, но разнокатетные швы, с катетами в зависимости от толщин свариваемых элементов, согласно таблицы 5.

При этом меньший катет разнокатетного шва выполняется в сторону элемента с меньшей толщиной.

Выполнение разнокатетных конструктивных угловых швов не представляет проблем и, повышая технологическую дисцеплину сварщика, ведет к резкому сокращению объема наплавляемого металла.

Проведенные экспериментальные исследования на образцах, моделях и натурных конструкциях подтвердили, что уменьшение размеров слабонагруженных угловых швов, предлагаемое в настоящей работе, не снижает несущую способность сварных соединений и конструкций, значительно повышая их качество.

Таблица 5

Вид Вид сварки Предел текуче- Минимальные катеты разнокатетных конс т-

соединения сти стали, МПа руктивных швов в зависимости от толщин св а-

риваемых элементов, мм

(кгс/см2) 4-5 6-10 11-16 17-22 23-32 33-40 41-80

Тавровые с ручная До 430 (4400) 4 5 6 7 8 9 10

двухсторон-

ним

и угловыми швами; Св. 430 (4400) до 580 (5900) 5 6 7 8 9 10 12

нахлесточ- Автомати- До 430 (4400) 3 4 5 6 7 8 9

ные и угло- ческая и

вые

полуавто- Св. 430 (4400) 4 5 6 7 8 9 10

матическая до 580 (5900)

Тавровое Ручная До 380 (3900) 5 6 7 8 9 10 12

с односто- Автомати- 4 5 6 7 8 9 10

ронними ческая и

угловыми полуавто-

швами матическая

Примечания: 1. В конструкциях из стали с пределом текучести свыше 580 МПа (5900 кг/см 2),

а так же из всех сталей при толщине элементов более 80 мм, минимальные катеты угловых

швов принимаются по специальным техническим условиям.

2. В конструкциях группы 4 минимальные катеты односторонних угловых швов следует

уменьшить на 1 мм, при толщине свариваемых элементов до 40 мм включительно и на 2 мм

при толщине элементов свыше 40 мм.

Выполнение разнокатетных конструктивных угловых швов не представляет проблем, и повышая технологическую дисциплину сварщика, ведет к резкому сокращение объема наплавленного металла.

Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»

что это такое при сварке? Таблица размеров, как измеряется

Сварной шов измеряется значениями нескольких параметров. Кроме высоты, глубины и ширины провара, существует не менее важная составляющая – катет сварного шва.

Что это такое?

Сварочный шов в поперечном срезе – по сути, треугольник с кривыми, выпуклыми сторонами наружу. Высота шва – расстояние от плоскости свариваемых конструкций, с той стороны, откуда идёт провар, до верхушки (центральной точки наплыва). Ширина – фактически расстояние между параллельными его кромками, где сам шов переходит в материал (сплав или металл) свариваемых листов, профилей, уголков и т. д. Глубина – расстояние от плоскости, в которой лежат состыкованные по краю, свариваемые металлические поверхности, до крайней (нижней) точки, до которой добралась расплавляемая в процессе сварки сталь стержня электрода.

Катет – величина, применяемая к состыкованным под прямым углом деталей.

Чтобы было до конца ясно, обратимся к школьному курсу геометрии. Катет – сторона треугольника, в котором обязательно присутствует прямой угол. Под этим углом и стыкуются края свариваемых деталей. В сварочном деле чаще используют катет вертикальной, а не горизонтальной стороны. Она является прилежащей к прямому углу стороной воображаемого треугольника сварного шва в поперечном разрезе. Простыми словами, катет сварного шва – расстояние от плоскости соприкосновения краёв (граней) деталей до верхней точки (по вертикали), до которой добралась расплавленная при сварке электродная сталь, смешиваемая с поверхностным слоем стали верхней примыкающей детали. Но катет не менее легко рассчитать для соединений в виде тавра или нахлёста (две плоские детали, чьи стыкующиеся рёбра разнесены).

Как его рассчитать?

Определение катета сварного шва сочетается с условием теоремы Пифагора, гласящей, что квадрат значения гипотенузы (по сути, шов без усиления, чья косая грань в идеале ровная) равен сумме квадратов значений катетов. Здесь используется правило равнобедренного треугольника с прямым углом – и верхний, и нижний катеты, если смотреть на поперечный разрез шва, одинаковы. Точный, ровный шов без усиления может быть исполнен на конвейере – человеку сделать такой шов сложно: в большинстве случаев даже многоопытному сварщику удастся шов с усилением (наплывом) или ослаблением (вмятиной), а не «срезанный».

Простейшая формула для углового шва – вычисление катета по закону: T = S * cos 45º, где Т – значение катета шва, S – ширина наплыва.

Для вычисления значения катета измерьте ширину шва. Косинус половины прямого угла равен 0,7. Например, когда ширина валика равна 3 мм (шов сварен посредством прямого ведения электрода с такой же толщиной стержня), катет шва равен 2,1 мм. В исключительных случаях, где требуется, к примеру, катет не равнобедренного (в том числе и египетского) треугольника, расчёт осуществляется по меняющемуся углу.

Существует и другой метод расчёта катета: квадрат его значения соизмерим объёму расплавляемой электродной стали. В общем и целом, катет шва определяется по ГОСТам 11534-75 и 5264-80. Например, когда катет возрастает на 1 мм при длине шва в 10 мм, расход электродной стали (по объёму) больше на 1/5 от первоначального значения. При сварке деталей с толщиной стали до 4 мм внахлёст катет выбирается таким же. Большие значения выбираются по 40% толщины стали, к которым дополнительно прибавляют 2 мм.

При сварке, к примеру, полос стали в тавр (Т-образную деталь), катеты сварных швов должны быть одинаковыми с обеих сторон.

То же самое относится к профтрубе, части которой обрезаны под углом в 45 градусов перед сваркой.

Таблица размеров катета в зависимости от иных параметров шва и метода сварки позволит точно рассчитать его величину.

Она позволит избавиться от пересчёта – здесь приводится большинство типовых значений катета.

Как выбрать?

Значение катета сварного шва выбирается по характеристикам свариваемых деталей: толщина листовой стали, уголка или профиля, диаметр арматурных прутов, размеры привариваемых болтов, гаек, шпилек, комплектов шайб и т. д. Есть отдельно оговоренные ГОСТы и условия СНиПа, где сварка, например, арматурного каркаса для строящейся высотки из железобетонных изделий, телебашни или сотовой вышки, арок и пролётов мостов и т. д., обязательно требует точного расчёта катета шва.

Пренебречь катетом можно лишь при сварке некапитальных конструкций: невысоких лестниц, опор под антенны или небольшие фонари, заборных пролётов – то есть изделий, на которые не приходится почти вся нагрузка высоких и сложных сооружений.

Наплавленная с избытком сталь – без оглядки на катет – позволит конструкции простоять десятилетия. Но она утяжелится, возрастёт расход электричества и электродов. Когда сварщик работает с почасовой оплатой, то он, соответственно, тратит больше времени на многократное наплавление стали, что повышает стоимость его труда.

Например, чтобы сварить две детали с толщиной стали в 12-19 мм, ширина шва приближённо равна 6 мм, а катет – 4… 5 мм. Уменьшение этих количественных показателей приведёт к меньшей прочности шва, увеличение – сделает конструкцию более тяжёлой и уязвимой к перекосу.

На практике пользуются следующим правилом расчёта катета. Он меньше толщины самого тонкого элемента, с коэффициентом 1,2. Размер шва меньше четверного значения катета.

Для ровных (без усиления) соединений значение равно толщине детали с меньшим её значением. На ослабленном (вогнутом) соединении значение это умножается на 0,85, на выпуклом – считается по вышеприведённой формуле.

Коэффициент умножения на 0,7 и ниже влечёт за собой опасность преждевременного обрушения конструкции или опоры из-за пониженной её прочности.

Померить, соответствует ли выбранное значение заявленному конкретными требованиями, можно при помощи катетомера. Это набор пластинок с округлыми вырезами на концах, проверяющих сторону треугольника по контуру полученного сварного соединения. В отсутствие катетомера применяются угольник и штангенциркуль.

Заключение

Катет шва, не соответствующий заявленным значениям, чаще всего выходит таким от слишком медленного или быстрого движения электрода в процессе сварки. Чтобы получить шов с нормальным катетом, выставляйте оптимальный ток сварки, используйте электроды нужной разновидности. Оптимальный катет – залог долговечности конструкции.

О том, что такое катет сварочного шва и как его выбрать, смотрите далее.

Катет сварного шва от толщины металла

Общая информация

Как рассчитать катет сварного шва

Т — это наш катет

S — ширина нашего шва

cos45° — это косинус, равный 45 градусам (значение неизменно, cos45°= примерно 0.7)

Свойства качественного шва

Вместо заключения

ГЛАВНАЯ >
ЦЕНТР ОБРАЗОВАНИЯ >
Основы дуговой сварки >
Катеты угловых сварных швов определяют их размер и расчетную толщину >

Основы дуговой сварки

Катеты угловых сварных швов определяют их размер и расчетную толщину

В тяжелом машиностроении, судостроении и строительстве огромные несущие конструкции со сложными углами часто состоят из сварных соединений протяженностью во множество километров. Среди них, угловые сварные швы используются для соединений углов, Т-образных стыков и нахлесточных соединений, так как они более экономичны по сравнению со швами с разделкой кромок. Дело в том, что угловые сварные швы легче выполняются с точки зрения подготовки кромок и сборки.

Прочность углового сварного шва основывается по расчетам на производной от (фактическая площадь шва: T x W) теоретической толщины (расчетной толщины) и фактической длины шва, как показано на Рис.1. Катеты углового сварного шва определяют его размер. Размер углового сварного шва измеряется по длине катетов самого большого прямоугольного треугольника, который может быть вписан в продольное сечение шва.

Рис. 1 —Измерения углового сварного шва: L: Длина катета, S:Размер углового сварного шва, T: Расчетная толщина, V: Усиление, C: Ослабление, W: Фактическая длина

Катеты углового сварного шва определяют его расчетную толщину. На Рис. 2 показан результат для случая, когда равнобедренный прямоугольный треугольник может быть вписан в поперечное сечение углового сварного шва: S x cos45° = 0.7S.

Рис. 2 — Как рассчитать теоретическую толщину углового сварного шва

Катеты угловых сварных швов должны быть достаточно большого размера, чтобы они могли выдерживать приложенную нагрузку, но при этом их конкретные размеры не должны быть излишне большими, чтобы свести к минимуму сварочные деформации, а также стоимость. Стандарт AWS Dl.l (Нормы и правила выполнения сварки строительных конструкций — Сталь) приводит минимальный размер катета углового сварного шва для разной толщины основного металла: в частности, катет в 6 мм для металла толщиной от 12,7 до 19 мм. AWS Dl.l также приводит максимальное усиление шва, так как излишнее усиление может вызвать концентрацию напряжений на концах углового шва, что, в свою очередь, может вызвать преждевременное разрушение сварного соединения. В процессе контроля качества угловых сварных швов на реальных изделиях катет или размер, толщина, усиление и ослабление инспектируются с помощью сварочных шаблонов нескольких типов. На Рис.3 показано измерение катета углового сварного шва с помощью сварочного шаблона.

Рис. 3 — Измерение катета углового сварного шва с помощью универсального сварочного шаблона.

Критерии качества шва при [сварке металлических деталей] разнообразны — на прочность и долговечность соединения влияет сразу несколько параметров. Сваривание угловых конструкций (угловое соединение) требует правильного размера узла соприкосновения и наплыва металла — расчета катета сварного шва по формуле. Каковы требования и критерии, мы расскажем в этой статье.

Качество сварочного шва и определение катета

При сборке металлоконструкции соединение деталей сваркой рассматривается как одна из наиболее надежных технологий. Надежность и прочность шва зависит от распределения усилий по металлу, а это в свою очередь определяется геометрическими параметра зоны соединения. Главная особенность технологии состоит в том, что место стыковки заливается металлом, а в процессе его остывания сварочная ванна приобретает единую структуру. Целостность и соединения в дальнейшем зависит от способности этой структуры противостоять нагрузкам.

Особенности стыкового и углового соединения заготовок

Основные параметры, по которым оценивается и рассчитывается соединение, учитывают его геометрические особенности. Для них существуют понятные определения. Они в свою очередь зависят от типа соединения — стыкового, углового, торцевого или нахлеста. При этом имеет большое значение подготовка кромок и торцов деталей. Учитывается ряд особенностей заготовок и самого шва.

Стык листов толщиной от 4 мм должен выполняться с подготовкой кромок и торцов таким образом, чтобы образовался треугольный криволинейный зазор для полного проваривания на всю глубину.

Листы толщиной 2 мм варят только нахлестом, избегая сквозного прожога металла.

Полноценный провар соединения достигается только при прогревании металла на всю глубину стыка. Именно для этого прибегают к скосу кромок деталей. При сваривании уголков большой толщины скос выполняется как для листов.

При угловом и тавровом сваривании деталей формируется характерный наплыв, ширина и форма которого определяет прочность и долговечность стыковки.

При стыковании деталей со скосом кромок, как и при угловом соединении, шов в разрезе имеет треугольную форму. В первом случае учитывается соотношение ширины, глубины и высоты шва. Во втором наплыв образует наклонную поверхность — расстояние от ее края до другой детали и есть катет сварного шва, параметры которого определяются ГОСТ 5264-80.

Зависимость качества сварки от параметров настройки аппарата

[Дуговая сварка] выполняется с определенными значениями тока и напряжения, что в итоге влияет на глубину провара и качество сплавления металла двух деталей в границах сварочной ванны. Основные приемы, которыми пользуются опытные сварщики для формирования качественного шва:

глубина провара растет при нарастании силы тока при неизменном напряжении — растет температура и глубина прогрева металла;

ширина шва и катета нарастает при росте напряжения и неизменной силе тока, однако при нарушении баланса возможен непровар стыка;

при росте скорости хода электрода снижается глубина проваривания и уменьшается ширина, а при превышении нормативного значения 50 м/ч возможно появление ряда [дефектов сварного шва], связанных с недостаточным прогревом металла;

выпуклая и вогнутая поверхность по катету сварного шва имеют разные прочностные характеристики, при этом первая получается при использовании вязких электродов.

При расчетах принимается во внимание толщина двух заготовок, но максимальные параметры тока и напряжения берутся по тонкой детали во избежание прожога. Максимальная и минимальная длина сварочного шва рассчитывается по приведенной в ГОСТ таблице.

Ошибки при неверном вычислении катета сварного шва

Неопытные сварщики могут допускать ошибки, связанные с неправильным расчетом параметров катета шва при угловом соединении. Излишек металла по линии стыка не придает прочности, он становится причиной повышенного расхода энергии и электродов, приводит к разбрызгиванию металла и возникновению не связанного с поверхностью детали наплыва. Формула расчета катета сварного шва используется для определения его максимального и минимального размера.

Так как шов имеет форму треугольника, то достаточно использовать коэффициент 0,7 для ширины полученного валика. Это касается и сварки встык, когда торцы деталей образуют откос. Но следует учитывать, что при таком соединении угол может составлять от 30 до 60 градусов, и тут могут действовать другие коэффициенты.

Расчет минимального катета при наименьшей толщине деталей для сварки

Пример: для сварки двух листов менее 4 мм толщиной можно взять минимальны катет сварного шва 4 мм при угловом соединении. Если толщина металла превышает 4 мм, то для расчета можно взять 40 % толщины листа (детали) и прибавить еще 2 миллиметра. Занижать значение не стоит — шов получится непрочным. Превышение может привести к возникновению [напряжений и деформаций] в металле, а это снизит прочность и долговечность конструкции.

Все значения параметров можно найти в таблице — это приложение к ГОСТ. Для сварщиков существуют специальные шаблоны-катетометры, позволяющие быстро и точно проверить качество и правильность формы соединения.

(PDF) Оптимизация размеров катетов тавровых сварных соединений металлоконструкций

77Г.В. Ермолаев, В.А. Мартыненко, О.А. Корнукий

Рабочие соединения должны назначаться из условий достаточной прочности,

если нагрузка на них меньше, чем на основной металл, или равнопрочности, если

они несут такую же нагрузку. Превышение катета сверх необходимого нежела-

тельно, так как, не увеличивая несущей способности узла, оно существенно повы-

шает затраты на сварку. Занижение катета, наоборот, уменьшает прочность узла,

что недопустимо. Катеты связующих соединений должны назначаться минималь-

ными, исходя из конструктивно-технологических соображений.

Отнесение сварного соединения к той или иной группе и определение степени

ответственности (загруженности) того или иного соединения иногда устанавлива-

ются нормами на проектирование, как это делается, например, в Правилах класси-

фикационных обществ в судостроении [3–6]. Однако в связи с многообразием свар-

ных металлоконструкций в других отраслях промышленности в большинстве слу-

чаев решать эту задачу приходится проектантам или технологам. Очень часто

вследствие отсутствия опыта, а чаще нежелания брать на себя ответственность,

последние идут по пути назначения как можно больших размеров катетов или не-

обоснованного применения соединений со скосом кромок, обеспечивающим пол-

ное проплавление по толщине присоединяемого элемента. Естественно, это приво-

дит к существенному увеличению расходов на сварку (расхода сварочных мате-

риалов, электроэнергии, трудоемкости сварки и последующего устранения свароч-

ных деформаций). Поэтому данная работа является актуальной.

Цель настоящей работы – разработка рекомендаций по назначению опти-

мальных размеров катетов связующих тавровых соединений при сварке низколе-

гированных и низкоуглеродистых сталей.

Изложение основного материала. Из различных тавровых соединений наи-

более распространены соединения типа Т3 (двусторонние, непрерывные, без скоса

кромок) [7–9], что объясняется их достаточно высокой прочностью в сочетании

с высокой технологичностью и экономичностью по сравнению с другими. Основ-

ными параметрами соединения Т3, назначаемыми при проектировании, является

катет шва k (в отечественной практике) или расчетная толщина a (в соответствии

с Европейскими Нормами). Последняя однозначно связана с катетом и в боль-

шинстве случаев принимается a = 0,7k [2–6]. Необходимая величина k или а для

рабочих соединений должна определяться расчетом прочности, а для связующих –

назначаться проектантом или технологом по рекомендациям норм и стандартов.

И в том и в другом случаях последние устанавливают величины минимального

и максимального катетов (толщин шва). В отечественных стандартах [7–9] эти

величины приводятся в приложениях и имеют рекомендательный характер,

а в Строительных Нормах [10], Правилах классификационных обществ [3–6], Ев-

ропейских Нормах [11] и в Американском стандарте [12] они включены в основной

текст документов и рассматриваются как обязательные. Сравнение требований

указанных документов показывает, что в них много общего, но есть и различия.

Практически во всех Нормах основными параметрами, определяющими ве-

личину катета (расчетную толщину), являются минимальная из соединяемых тол-

щин smin для максимального катета и максимальная из соединяемых толщин smax –

для минимального. Исключение составляют Правила классификационных обществ.

Так, в Правилах Германского Ллойда [4] при назначении минимального катета учи-

Катеты сварных швов: характеристика и свойства. Катет шва при сварке: определение и методы расчета

Прочность сварного шва определяется несколькими факторами. Первый важный показатель — это режим сваривания двух металлических конструкций между собой. Вторым фактором является верно выбранный расходный материал. Третий параметр, определяющий прочность соединения металлической конструкции — это точные размеры катетов сварного шва.

Что такое катет

Данное название происходит от того, что если рассматривать сварочный шов в разрезе, то при его идеальном исполнении он будет выглядеть как равнобедренный треугольник. В этом случае катетом будет являться то расстояние, которое находится между концом шва одной детали и плоскостью другой детали. По своей сути катет и будет являться катетом такого равнобедренного треугольника, отсюда и название.

Итак, что такое катет, теперь ясно. Важно понимать, что от значения углового соединения будет сильно зависеть прочность соединения. Однако здесь важно не заблуждаться. То, что катет сварного шва отвечает за его прочность, это вовсе не значит, что чем он толще, тем прочнее будет само соединение. В этом случае необходимо понимать, что слишком большое количество наплавляемых элементов приведет к ухудшению характеристик соединения. К тому же слишком большой расход электродов, газа, флюса и присадок сильно увеличит себестоимость проведения таких работ.

Геометрия стыка

По тем причинам, что были описаны выше, очень важно учитывать геометрию стыка. Основным параметром при соединении двух металлических конструкций станет то, что катет сварного шва должен иметь большие параметры продольного сечения.

К примеру, при осуществлении сварки двух металлических элементов, имеющих разную толщину, размеры катета шва должны определяться по той детали, которая обладает меньшей толщиной. Чаще всего размеры катета сварного шва определяются и измеряются по заранее подготовленным шаблонам. На сегодняшний день сварщики используют наиболее универсальный инструмент для измерения катета. Такие приборы получили название «катетомеры сварщика».

Этот инструмент имеет вид двух тонких пластин, концы которого имеют форму выемки, предназначенную для определения разных параметров катета. Специалист по очереди прикладывает к шву разные по размерам катетомеры. Среди них обязательно найдется тот, который будет точно повторять геометрию катета сварного шва.

Форма шва

После проведения сварочных работ чаще всего образуется всего два вида шва.

Первый вид — это обычный сварочный шов, который выглядит как валик с выпуклой поверхностью. Однако здесь важно отметить, что этот вид шва, по словам специалистов, не является оптимальным. У такого утверждения существует две причины. Во-первых, внутри такого шва будет сильно увеличиваться напряжение на конструкцию, а во-вторых, расход материалов на создание такого шва сильно увеличивается.

Второй вид шва считается идеальным. Выглядит он как валик с вогнутой поверхностью, однако добиться такого исполнения при сваривании двух конструкций очень и очень сложно. Для того чтобы добиться такого типа шва, важно правильно настроить параметры сварочного аппарата, а также поддерживать одинаковую скорость расхода электрода. Для того чтобы выполнить оба условия, нужен специалист, обладающий большим количеством опыта в таких работах. Стоит добавить, что этот тип сварочного шва не используется при сборке металлических конструкций.

Размеры углового соединения

Если говорить о размерах катета углового сварного шва, то, как упоминалось выше, решающим фактором станет толщина деталей, подвергающихся сварке. К примеру, если имеются детали с толщиной 4-5 мм, то размер катета будет равен 4 мм. Если толщина увеличивается, то и катет должен будет расти.

Очень важный фактор, который влияет на вогнутость или выпуклость сварного валика — это то, каким электродом проводились работы. Имеется в виду химический состав расходуемого элемента. Допустим, если использовать электрод, который при использовании будет становиться густым и вязким, то в итоге получится поверхность валика выпуклой. Если же при расплавлении валика металл будет жидким и растекающимся, то поверхность его окажется вогнутой.

Скорость и режим проведения сварки

Для того чтобы при проведении работ получить оптимальный катет сварного шва, а также обеспечить прочное соединение, необходимо учитывать несколько пунктов.

Основными параметрами выбранного режима работы будут являться сила тока, а также напряжение. Специалисты в этой области знают, что если увеличить силу тока, а также создать стабильное напряжение, то сварной шов окажется глубже и будет иметь меньшую толщину. Если же в процессе работы сохранить стабильный ток, но изменить напряжение, то полученное соединение будет менее глубоким, но его толщина возрастет. Из этого следует логичный вывод, что и толщина катета сварного шва будет также изменяться.
Второй фактор — это скорость. Если не превышать этот параметр более чем на 50 м/час, то глубина проварки стыка будет расти, а толщина уменьшаться.
Если же сделать все наоборот, то есть увеличить скорость, то уменьшится не только глубина сварки, но и толщина катета шва. Также будут снижены характеристики металла, образовавшегося внутри зазора между заготовками. Это происходит из-за того, что при быстром перемещении нагрев ванны оказывается незначительным.

Как определить катет сварного шва

Стоит сказать о том, что сделать это не очень трудно. Основанием этому утверждению служит то, что в сечении данный шов является равнобедренным треугольником, а вычисление катета такой фигуры — довольно простая операция. Для того чтобы провести расчеты, можно воспользоваться обычной тригонометрической формулой: T = S cos 45º.

Т — это величина катета сварного шва, а S — это ширина полученного валика, или гипотенуза треугольника.

Для того чтобы определить катет шва, важно узнать толщину самого шва целиком. Эта операция довольно проста, плюс к этому в таком случае cos 45º будет равен 0,7. После этого можно подставить все имеющиеся значения в формулу и с высокой точностью получить значение катета. Расчет катета сварного шва по этой формуле — одна из простейших операций.

Виды швов

На сегодняшний день различают два основных вида сварного шва. Здесь важно понимать, что шов и сварочное соединение — это разные вещи.

Сварные стыковые швы. Этот тип используется при соединении деталей встык, то есть торцами. Чаще всего на практике этот тип шва используется при сборке трубопроводов, а также при производстве конструкций из листового металла. Применение такого типа шва считается наиболее экономным, а также наименее затратным в плане энергии.
Есть также угловые швы. На самом деле здесь стоит выделить три типа — угловые, тавровые, нахлесточные. Разделка кромок материалов в этом случае может быть как односторонней, так и двухсторонней. Это зависит от толщины металла. Угол разделки находится в пределах от 20 до 60 градусов. Однако здесь важно понимать, что чем больше выбран угол, тем больше придется потратить расходных материалов, а также снизится качество.

Конфигурация сварных швов

Сварные швы также отличаются по своей конфигурации. Тут можно выделить несколько видов: продольные прямолинейные и криволинейные, кольцевые.

Если будет осуществляться сварка продольных швов, то очень важно провести тщательную подготовку поверхности металла, особенно если работы будут проходить с большой протяженностью шва. При создании такого типа шва важно, чтобы поверхность не была волнистой, а все заусеницы кромок необходимо очистить. Также важной деталью будет удаление влаги, ржавчины, грязи или любых других нежелательных элементов с рабочей поверхности до начала сварки.

Если будет проводиться кольцевая сварка, то тут очень важно откорректировать режим работы сварочного аппарата. Если диаметр изделия небольшой, то для достижения качественного сварочного шва важно понизить силу тока.

Можно добавить, что полученные швы могут быть не только вогнутыми или выпуклыми, но и плоскими. Плоские и вогнутые типы лучше всего подходят для тех конструкций, которые эксплуатируются при динамических нагрузках. Причиной этому стало то, что у такого типа шва отсутствует ощутимый переход от самого соединения к металлу.

ГОСТ катетов сварного шва

ГОСТ 5264-80 — это документ, который устанавливает основные типы, конструктивные элементы, а также размеры всех сварных соединений. Однако важно отметить, что эта бумага не распространяется на те типы швов, которые используются для соединения трубопровода.

Один из пунктов данного ГОСТа говорит о том, что при проведении сварочных работ стыкового типа и разной толщине деталей, их можно соединять так же, как и детали с одинаковой толщиной, если их разница не превышает определенных показателей.

Также в этом документе описано, что допускается смещение свариваемых кромок перед сваркой по отношению друг к другу. Также там установлены числовые параметры смещения, которые разрешаются при определенной толщине заготовки.

К этому документу есть приложение, в котором прописаны все минимальные размеры катетов сварного шва. Стоит добавить, что выпуклость, как и вогнутость шва, может быть не более чем 30 % от значения его катета.

Тавровые и нахлесточные соединения

Угловые швы характеризуются катетом и формой шва. Различают три типа угловых швов: нормальный, выпуклый (усиленный) и вогнутый (ослабленный). Форма шва выбирается в зависимости от условий эксплуатации изделий. В сварных конструкциях, работающих под действием вибрационных нагрузок, тавровые и нахлесточные соединения стремятся выполнять вогнутыми швами.

Конструктивные элементы и форма угловых швов показаны на рис. 16. За катет К принимают меньший катет вписанного в сечение шва сварного соединения неравнобедренного треугольника (рис. 16, а) и катет вписанного равнобедренного треугольника (рис. 16, б и в). Выпуклость (усиление) шва сварного соединения q допускается: до 1 мм — при катете менее 5 мм, до 2 мм — при катете от 5 до 10 мм, до 3 мм- при катете свыше 10 мм. Вогнутость (ослабление) шва сварного соединения? допускается не более 3 мм. Величина катета шва сварных соединений устанавливается при проектировании. предельные отклонения катетов шва сварных соединений от номинальных размеров, указанных на чертежах, принимают: + 1 мм при катете меньше 6 мм, 12 мм при катете, равном или большем 6 мм.

Автоматическую сварку угловых швов можно выполнять вертикальным электродом при положении изделия для сварки в симметричную или несимметричную «лодочку», а также наклонным электродом поперек шва при положении соединения не «в лодочку». При сварке в симметричную «лодочку» создаются наиболее благоприятные условия для формирования шва — жидкий расплавленный металл равномерно смачивает обе кромки свариваемого соединения, шов хорошо формируется, образуя плавный переход к основному металлу. Поэтому во всех случаях, когда позволяет установка изделия, следует применять сварку «в лодочку». При положении «в лодочку» за один проход можно выполнять швы значительно большего сечения, чем при положении не «в лодочку». При сварке «в лодочку» в связи с большой возможностью протекания жидкого металла и флюса через зазор к сборке предъявляются более жесткие требования, чем при сварке не «в лодочку».

В практике часто бывают затруднения в установке изделия в положение для сварки «в лодочку». В этих случаях применяют сварку наклонным электродом. Так, при изготовлении балок двутаврового и Н-образного сечения сварка четырех швов «в лодочку» связана с необходимостью трехкратной кантовки. При сварке наклонным электродом при положении изделия не «в лодочку» требуется лишь одна кантовка. Сокращение числа кантовок обеспечивает повышение производительности труда и снижение стоимости продукции.

При сварке наклонным электродом на параметры углового шва (рис. 17): глубину сплавления по линиям примыкания кромок, размеры горизонтального и вертикального катетов, а также на его форму большое влияние оказывает не только значение сварочного тока, но и диаметр электродной проволоки и угол наклона ее поперек шва.

Глубина проплавления в значительной степени зависит от угла наклона электрода. Для обеспечения максимальной глубины проплавления углового соединения и равенства горизонтального и вертикального катетов при односторонней сварке электродную проволоку необходимо наклонять в плоскости поперечного сечения на угол около 40° к плоскости вертикальной стенки. При сварке электродной проволокой диаметром 2 мм конец ее нужно направлять в вершину угла, при сварке проволокой диаметром 3-5 мм конец электрода из вершины угла следует смешать на горизонтальную полку на расстояние, равное примерно половине диаметра электрода.

Зависимости размера катета шва от тока при сварке электродной проволокой диаметром 2 и 5 мм со скоростью 30 и 60 м/ч иллюстрируются графиками, приведенными на рис. 18. Из графиков видно, что при сварке электродной проволокой диаметром 2 мм достигается более широкий диапазон калибров шва при применении меньших сварочных токов. Возможность получения угловых швов с катетом 3-4 мм является весьма ценным преимуществом применения электродной проволоки диаметром 2 мм. При этом швы с катетом до 6 мм можно получать с вогнутой поверхностью. Сварку угловых швов с катетом 3-4 мм целесообразно производить на постоянном токе обратной полярности.

При сварке проволокой диаметром 5 мм швы с катетом меньше 5 мм получать практически невозможно.

При сварке наклонным электродом за один проход получаются угловые швы правильной формы с катетом не более 8 мм. При катетах более 8 мм жидкий металл стекает на горизонтальную полку, образуя наплавы, а на вертикальной стенке — подрезы. Для получения полноценных швов с катетом более 8 мм сварку наклонным электродом необходимо производить за несколько проходов.

При сварке электродной проволокой диаметром 2 мм вследствие более глубокого проплавления по сравнению со сваркой электродной проволокой диаметром 5 мм обеспечивается равнопрочность швов при меньших катетах. Поэтому объем наплавленного металла при сварке электродной проволокой диаметром 2 мм может быть уменьшен на 20-40%.

Для стабильности процесса сварки и благоприятного формирования угловых швов при сварке на переменном токе под стекловидным флюсом для проволоки диаметром 2 мм можно рекомендовать применение сварочного тока от 300 до 400 А. При пемзовидном флюсе стабильность горения дуги и формирование шва значительно улучшаются. Поверхность шва получается более ровной и менее выпуклой, чем при сварке под стекловидным флюсом. Для сварки угловых швов с катетом 8 мм под пемзовидным флюсом можно применять ток до 500 А, при этом скорость сварки может быть повышена примерно на 20-25% по сравнению со скоростью сварки под стекловидным флюсом.

В зависимости от характера соединения двух деталей сварные швы бывают стыковые и угловые. Параметры, характеризующие их качество — выпуклость, вогнутость, глубина проплавления и геометрические размеры.

Геометрические размеры швов

Сварные соединения в процессе визуального контроля проверяются не только на наличие дефектов, но и на соответствие полученных геометрических размеров показателям, регламентированным конструкторской и технологической документацией.

Если на стыковых швах основным параметром является ширина, то на тавровых, нахлесточных и угловых — катет. Это длина перпендикуляра, условно опущенного из вершины угла на гипотенузу. Простыми словами — расстояние от плоскости одной заготовки до грани шва на поверхности второй детали.

Угловые соединения могут иметь различные очертания:

Выпуклые — нецелесообразны с технической точки зрения. Помимо большего количества наплавленного металла (а значит и расхода материалов), они ведут к концентрации напряжений.
Вогнутые — трудно получить. Нужна точная настройка рабочих параметров сварочного аппарата и соблюдение соответствующей скорости ведения электрода, что требует немалого опыта от сварщика. Чаще вогнутая конфигурация придается с помощью механической обработки. Подобные швы при изготовлении металлоконструкций применяют крайне редко.

Широко применяются угловые швы нормального очертания (без выпуклостей и вогнутостей). При разработке конструкторской документации катет принимается равным толщине более тонкой детали, но может быть и меньше — важно, чтобы обеспечивалась максимальная прочность соединения. Так, для заготовок толщиной 4-5 мм он должен составлять 4 мм, а для более толстых деталей — рассчитывается или определяется конструктивно, но принимается не менее 5 мм.

Как проверяются значения катета?

В отличие от качества проплавления, которое контролируется специальными приборами, катет шва измеряется с помощью специального приспособления УШС-2 (универсальный шаблон сварщика). Также его еще называют катетомер.

Шаблон представляет собой несколько пластинок из тонколистового металла, имеющих выемки с определенной величиной катета. Они соединены между собой шарнирно или соединительным кольцом.

Измерения проводятся с помощью ступенчатого подбора самого подходящего размера катета. А определяется он, когда одна из выемок на пластинках прилегает к сварному шву с минимальным зазором между дугой шаблона и поверхностью соединения.

Основные виды сварных соединений электродуговой и газовой сваркой следующие: стыковые С, угловые У, нахлесточные Н, тавровые Т .
Валиковые угловые швы треугольного профиля делают прямыми, выпуклыми и вогнутыми. Чаще всего применяют прямой (нормальный) шов. Выпуклые швы (условно называемые швами с усилением) склонны к образованию подрезок (непровары на участках соединения шва со стенками деталей) и обладают пониженной циклической прочностью. Наиболее прочны вогнутые швы, но выполнение их труднее и менее производительно

Основной размерной характеристикой угловых швов является расчетный катет К

Катет швов нахлестанных соединений при сварке тонких листов (менее 4 мм) делают равным толщине s листов. Для материалов большей толщины (4 -16 мм) катет шва определяют из соотношения
К = 0,4 s + 2 мм (1)
При сварке материалов различной толщины катет шва делают равным толщине s более тонкого материала (однако не более, чем указано в соотношении (1). При сварке материалов различной толщины шов рекомендуется делать вогнутым.
В угловых соединениях с одинаковой толщиной стенок размер катета задан толщиной кромок. В угловых и тавровых соединениях, где размеры шва могут быть произвольными, катет шва делают равным толщине s свариваемых материалов, но не более приведенных в соотношении (1) величин.
При тавровом соединении материалов различной толщины катет шва делают равным толщине s более тонкого материала. Швы рекомендуется делать вогнутыми

Среди видов соединений листов наиболее простые и прочные — стыковые.

Недостаток нахлесточных соединений состоит в том, что под действием растягивающих или сжимающих усилий они подвергаются изгибу моментом, приблизительно равным произведению действующей силы на сумму полутолщин свариваемых листов и деформируются. Производительность сварки из-за наличия двух швов и масса нахлесточных соединений больше, чем стыковых. Соединения с накладкой можно усилить подваркой листов. Соединения с двусторонними накладками разгружены от изгиба, но тяжелы и малотехнологичны

Разновидность нахлесточных соединений — прорезные (пробочные) швы, образуемые заплавлением предварительно проделанных одном из соединяемых листов круглых или продолговатых отверстий (эти соединения иногда называют электрозаклепками). Из-за высокой трудоемкости изготовления, низкой прочности и негерметичности шва — это один из худших видов соединения. К нему следует прибегать только в крайних случаях, когда по конструктивным условиям нельзя применить сварку другими более производительными способами

При толщине одного из свариваемых материалов менее 6 — 8 мм сварку прорезными швами заменяют простой и производительной операцией точечного проплавления более тонкого из соединяемых материалов или шовного проплавления.
Кромки свариваемых тонких листов (в среднем

Кромки листов толщиной

При большей толщине необходима разделка кромок, заключающаяся в снятии фасок; цель — создать сварочную ванну и обеспечить проплавление на полное сечение.
Круговые фаски получают точением, прямые — фрезерованием или строганием. При толщине кромок более 15 — 20 мм фаски снимают автоматической газовой резкой.
Разделку с криволинейными скосами применяют преимущественно для прямых и круговых швов. Швы, имеющие в плане фигурную форму, разделывают с помощью копирного фрезерования

Условные изображения и обозначения швов сварных соединений см. ГОСТ 2.312

Как определить минимальный размер углового шва?

Размер углового шва должен рассчитываться проектировщиком сварной конструкции на основе характера и величины приложенных нагрузок, материала и проектных основ. Здесь объясняются методы расчета размеров угловых швов.

Нажмите здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .

После расчета размера углового сварного шва его следует указать на техническом (-ых) чертеже (-ах) с использованием соответствующих символов сварки или в технической спецификации.

К сожалению, во многих случаях размеры углового сварного шва неясны на имеющихся чертежах, не указаны или просто информация утеряна. В таких случаях следует вернуться к дизайнеру. В противном случае, по практическому опыту, следует выполнить как минимум два прохода с минимальной длиной ножки 6 мм (1/4 дюйма), учитывая, что первый проход, вероятно, будет дефектным.

Международные стандарты обычно не содержат требований или руководств по минимальным размерам угловых швов.Единственный пример такого руководства — AWS D1.1, который включает следующую таблицу (размер = длина ноги ):

Таблица. Минимальные размеры углового шва

Толщина основного металла (T) a		Минимальный размер углового шва
из	мм	из	мм
Т <1/4	т <6	1 / 8c	3c
1/4 <Т <1/2	6 <Т <12	3/16	5
1/2 <Т <3/4	12 <Т <20	1/4	6
¾ <Т	20 <Т	5/16	8

Банкноты

Для процессов, не связанных с низким содержанием водорода, без предварительного нагрева, рассчитанного в соответствии с 4.8.4, T — толщина соединяемой более толстой части; должны использоваться однопроходные сварные швы.

Для процессов без содержания водорода с использованием процедур, установленных для предотвращения растрескивания в соответствии с 4.8.4, и для процессов с низким содержанием водорода, T соответствует толщине соединяемой более тонкой части; требование единого прохода не применяется.

За исключением того, что размер сварного шва не должен превышать толщину более тонкой соединяемой части.
Минимальный размер для циклически нагруженной конструкции должен составлять 3/16 дюйма [5 мм].

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: приведенный выше совет не может заменить соответствующий проект сварной конструкции и консультации по применимым стандартам и спецификациям. Это всего лишь мнение, и его нельзя воспринимать как окончательный ответ. TWI не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате информации, представленной на этой веб-странице.

Минимальный размер углового сварного шва

согласно таблице AWS D1.1 | Инженеры Edge

Связанные ресурсы: weld

Минимальный размер углового сварного шва согласно AWS D1.1 Стол

Сварка и проектирование

Минимальный размер углового сварного шва в соответствии с таблицей AWS D1.1.

Если размер сварного шва не указан на техническом чертеже, применяются следующие общие рекомендации согласно. AWS D1.1. Размеры сварных швов следует определять на основе конструктивных требований и указывать.

Международные стандарты обычно не содержат требований или руководств по минимальным размерам угловых швов.

Таблица. Минимальные размеры углового шва

Толщина основного металла (T) a		Минимальный размер углового шва b
дюйм	мм	дюйм	мм
T <1/4	т <6	1/8 в	3 к
1/4	6 <Т <12	3/16	5
1/2	12 <Т <20	1/4	6
¾	20 <Т	5/16	8

Где:

T = Толщина основного материала

Банкноты

а.Для процессов, не связанных с низким содержанием водорода, без предварительного нагрева, рассчитанного в соответствии с 4.8.4, T равняется толщине соединяемой более толстой части; должны использоваться однопроходные сварные швы.

Для процессов, не связанных с низким содержанием водорода, с использованием процедур, установленных для предотвращения растрескивания в соответствии с 4.8.4, и для процессов с низким содержанием водорода, T равняется толщине более тонкой соединенной части; требование единого прохода не применяется.

г. За исключением того, что размер сварного шва не должен превышать толщину соединяемой более тонкой части.

г.Минимальный размер для циклически нагруженной конструкции должен составлять 3/16 дюйма [5 мм].

© Copyright 2000-2021, ООО «Инжинирс Эдж» www.engineersedge.com
Все права защищены
Отказ от ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

Дата / Время:

Размеры ножек углового сварного шва бессмысленны!

Измерять ноги углового шва бессмысленно, ну… не особо. Размеры отрезка углового шва очень важны, но простое измерение отрезка углового шва не говорит нам, действительно ли мы достигли желаемого размера горловины.Прочность углового шва определяется его эффективной горловиной. Как вы можете видеть на диаграмме ниже, эффективное сечение сварного шва простирается от гипотенузы (гипотенузы наибольшего прямоугольного треугольника, который может соответствовать поперечному сечению углового шва) до самой глубокой точки проплавления корня.

Глубина проникновения корня корня будет значительно варьироваться в зависимости от многих важных переменных сварки, включая навыки и технику сварщика. Из-за этого сделано предположение, что мы, по крайней мере, добьемся слияния с корнем.Слияние с корнем дает нам теоретическое горло.

Если вы работали с Правилами сварки конструкций AWS D1.1 (сталь), вы, вероятно, знакомы с требованием: «… угловые швы должны плавиться до корня, но не обязательно дальше». Исходя из этого требования структурных норм, процедуры сварки, которые мы разрабатываем для угловых швов, должны, как минимум, каждый раз обеспечивать проплавление корня. Почему это важно?

Как указано выше, прочность углового шва определяется его эффективной площадью.Эффективная площадь сварного шва рассчитывается путем умножения длины на шов (теоретический шов). Длину сварного шва легко измерить, но если мы не разрезаем сварные швы и не выполняем макротравление, как мы можем рассчитать шов (t)? Для этого мы используем базовую алгебру.

Чтобы получить размер горловины для углового сварного шва с равными участками, просто умножьте размер участка (w) на косинус 45˚, что составляет 0,707. Таким образом, ножка 0,330 даст горловину 0,330 x 0,707 = 0,233 дюйма.

Вот почему для угловых швов называются размеры ног.Если мы знаем размер ножки и делаем предположение, что соблюдаем требования кодекса, мы знаем, что сечение сварного шва будет как минимум в 0,707 раза больше размера ножки (w).

Причина названия этой статьи (Размеры ветвей углового сварного шва не имеют смысла) заключается в том, что, если вы не можете гарантировать, что корневое проплавление было достигнуто, вы не можете быть уверены, что желаемая прочность сварного шва была достигнута. Взгляните на сварной шов ниже.

Это макротравление поперечного сечения углового шва показывает, что сварщик не был даже близок к тому, чтобы добиться проплавления корня.Мало того, если вы внимательно посмотрите на линию сплавления на вертикальной пластине, вы заметите, что сплав идет только от носка сварного шва до чуть более половины пути до корня. Это показано на изображении ниже (показано на противоположной стороне соединения).

Теперь вы можете более легко увидеть резкую разницу в размере фактической горловины , которая определяет прочность сварного шва, и теоретической горловины .

Глядя на макротравление, мы видим, что фактический размер горловины равен 0.144 дюйма . Размер ножки составлял около 0,330 дюйма , поэтому теоретический размер горловины составляет 0,707 x 0,330 = 0,233.

Поскольку наша горловина на 38% меньше, эффективная площадь сварного шва на 38% меньше. А поскольку прочность сварного шва прямо пропорциональна его эффективной площади, максимальное усилие, которое может выдержать этот сварной шов, на 38% меньше предполагаемого.

Это прекрасный пример того, почему сварочные процедуры должны быть аттестованы. Независимо от того, с каким кодексом или стандартом вы работаете, квалификация процедур сварки имеет важное значение для обеспечения качества.

Анализ и проектирование угловых швов

Анализ и проектирование угловых швов

ДОПУЩЕНИЯ ПРИ АНАЛИЗЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При анализе сварных швов сделаны следующие допущения. суставы.

Сварные швы соединяющие различные части однородны, изотропны и эластичны.

детали, соединенные сварными швами, жесткие, поэтому их деформации пренебрегали.

Только напряжения от внешних нагрузок следует рассматривать. Влияние остаточных напряжений, концентраций напряжений и формы сварных швов пренебрегают.

АНАЛИЗ И КОНСТРУКЦИЯ ФИЛЕ

Угловые швы предназначены для соединение двух элементов, которые перекрывают друг друга.Напряжения сдвига обычно тип напряжения в случае углового сварного соединения. Прямой напряжения, которым подвергаются соединения, обычно меньше важность. Предпочтение было отдано вогнутому угловому сварному шву, поскольку он обеспечивает более плавную траекторию для потока стресса. Но вогнутый угловой сварной шов при охлаждении дает усадку и вызывает натяжение поверхности, которое может вызвать трещины в стыке. С другой стороны, усадка сварного шва вызовет сжатие в случае выпуклого углового шва.Вогнутые угловые швы больше подходят для работы с переменными напряжениями.

1. Размер углового шва

Cl.10.5.2.1 IS800-2007 определяет размер нормальных галтелей. должен приниматься как минимальный размер сварной лапы. Для сварных швов с глубоким проплавлением, где глубина проникновения за пределы корневого прохода — минимум 2,4 мм, размер Филе следует принимать как минимальный размер ножки плюс 2.4 мм. Рисунок 23 показана длина участка углового шва для различных случаев.

п.10.5.2.3 ИС800-2007 ограничивает минимальный размер угловых швов 3 мм. Минимальный размер первый прогон или один проход углового сварного шва должен соответствовать таблице 21 IS800-2007, чтобы избежать риска растрескивания при отсутствии предварительного нагрева. Таблица 21, если IS800-2007 воспроизведен для справки в виде таблицы 6.

Согласно кл.10.5.8.3 ИС800-2007, где размер, указанный для углового сварного шва, таков, что основной металл будет не выступать за пределы сварного шва, не должно быть плавления внешней крышки или крышек. позволили произойти до такой степени, чтобы уменьшить толщину горловины (см. рис. 18 IS800: 2007). Рисунок воспроизводится здесь как Рисунок 25.

кл.10.5.8.5 ИС800-2007 для торцевого углового сварного шва, перпендикулярно направлению силы, должно быть неодинакового размера при толщине горловины не менее 0.5t, где t — толщина детали, как показано

на рис.19 IS800-2007. В Разница в толщине сварных швов должна согласовываться с равномерным уклоном. Рис. 19 стандарта IS800-2007 воспроизводится здесь как Рис. 26.

Таблица 6 Минимальный размер первого прохода или одного прохода углового сварного шва

SN Толщина более толстой части (мм)

Сверху до включительно — Минимальный размер (мм)

1–10 3

2 10 20 5

3 20 32 6

4 32 50 8 1-го прогона, 10 для минимального размера сварного шва

кл.10.5.8 IS800-2007 определяет максимальный размер галтели. сварной шов на кромке пластины

или раздел. Пункт 10.5.8.1 определяет где угловой сварной шов нанесен на кромку квадрата; указанный размер сварной шов, как правило, должен быть меньше толщины кромки минимум на 1,5 мм (см. Рис. 17A IS800: 2007). Этот рисунок воспроизведен здесь как Рисунок 24 (а).

кл.10.5.8.2 IS800-2007 дает спецификацию, в которой угловой шов наносится на закругленный носок проката; указанный размер сварного шва, как правило, не должен превышать 3/4 толщины сварного шва. разрез на носке (см. рис. 17B IS800: 2007). Этот рисунок воспроизводится здесь как на Рисунке 24 (b).

2. Эффективная толщина горловины угловых швов

кл.10.5.3 IS800-2007 дает спецификацию для эффективных Толщина горла. Cl.10.5.3.1 определяет эффективную толщину горловины угловой шов не должен быть меньше 3 мм и, как правило, не должен превышать 0,7 т, или 1.0t при особых обстоятельствах, где t — толщина более тонкой пластины свариваемых элементов. Далее, пункт 10.5.3.2 кодекса определяет эффективная толщина горловины. Для расчета напряжений в галтели сварные швы, стыкующиеся грани, наклонены друг к другу, эффективная толщина горловины принимается равным K, умноженному на размер галтеля, где K — постоянная величина, зависящая от от угла между сварочными поверхностями, как указано в таблице 22 IS800-2007.Таблица 22 IS800-2007 воспроизводится здесь в виде таблицы 7 для справки.

Стол 7 значений K для разных углов

Угол между сварочными поверхностями в градусах 60-90 91-100 101-106 107-113 114-120

Константа, K 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50

3.Эффективная длина угловых швов

Эффективная длина сварного шва составляет рассматривается в соответствии с п.10.5.4 ИС800-2007. Согласно п.10.5.4.1, эффективная длина углового шва должна приниматься равной только длине указанного размера и необходимой толщины горловины. На практике реальная длина сварного шва составляет эффективная длина, показанная на рисунке, плюс удвоенная длина размер сварного шва, но не менее четырехкратного размера сварного шва.Так что эффективный Длина сварного шва считается фактической длиной минус удвоенный размер сварного шва. В виде в соответствии с классом 10.5.1.1, угловые швы, заканчивающиеся на концах или сторонах деталей, должны непрерывно возвращаться за углы на расстояние не менее вдвое большего размера сварного шва, если это нецелесообразно. Это особенно важно на стороне растяжения деталей, несущих изгибающие нагрузки.

4. Эффективная площадь угловых швов

Эффективная площадь филе сварные швы получаются как результат эффективной толщины горловины и эффективного длина.

5. Расчетная прочность угловых швов

Cl.10.5.7.1.1 IS800-200 касается прочности угловых швов. Как подробно описано в этом разделе кодекса, угловые сварные швы должны быть рассчитан на основе площади горла (полезной площади). В коде указывается расчетное напряжение в сварном шве fwd = fwn / rmw где и fwm — частичный коэффициент безопасности материала сварного шва, указанного в таблице 5 стандарта IS800-2007, и является номинальным напряжением материала, указанным по f _wn = T _dw = L _w t _t.l _u/3 ^1/2. r _mw предельное напряжение материала. Следовательно, расчетная мощность галтели Эффективная длина сварного шва составляет и составляет толщина горла.

6. Швы длинные

При длине сварного шва, l _j стыка или торцевое соединение в элементе сжатия или растяжения больше 150 т _т расчетную мощность сварного шва f _wd уменьшить в 1

раз.

7.Угловой шов, подверженный индивидуальным напряжениям

Cl.10.5.9 IS800: 2007 определяет Напряжения из-за индивидуальных сил. При воздействии на сжатие или только сила растяжения или сдвига, напряжение в сварном шве определяется как F _U / (3r _mv) ^1/2

8. Филе сварные швы, подверженные сочетанию напряжений

Согласно кл.10.5.10.1.1, когда подвергнутый сочетание нормальных и напряжение сдвига,

эквивалентное напряжение f _e должно удовлетворять условию fa = (f _a ² + 3q ²) ^1/2 <= F _U / (3r _mv) ^1/2

Угловые швы к сварным швам с разделкой кромок: общие сведения об анатомии сварного шва и геометрии соединения

7 июня 2019 г.

Анатомия сварного шва — это структура самого сварного шва, описываемая в терминах сварных ножек, пальцев, горловины и поверхности.Каждая деталь не только способствует целостности сварного шва, но также влияет на другие факторы при сварке.

Геометрия соединения аналогична, но относится к размерам самого сварного соединения, в отличие от готового сварного шва. Например, при описании геометрии сварного соединения шва с разделкой кромок это делается с точки зрения типа соединения, угла, глубины подготовки, поверхности корня и отверстия корня.

Так почему же важно заботиться об анатомии сварного шва и геометрии стыка?

Сварной шов с плохим входящим углом на нижнем носке
.Этот сварной шов также демонстрирует затвердевание
, растрескивание, чему способствует то, что стержень сварного шва находится на
глубже, чем его ширина.

И то, и другое может повлиять на затраты. Сварные швы, которые спроектированы и / или свариваются так, чтобы быть больше, чем они должны быть (свариваемые сверху), могут быть значительной тратой времени и денег, особенно при увеличении толщины материала. Оба могут повлиять на качество. Сварные швы неправильных размеров могут иметь нестабильное качество или повышенную чувствительность к трещинам. Существует множество различных способов проектирования сварных швов для достижения наилучшего баланса между качеством сварки и производительностью.

Понимание анатомии сварного шва для оптимизации затрат
Большая площадь поперечного сечения сварного шва означает больший объем и вес сварного шва. Увеличение площади поперечного сечения сварного шва требует увеличения расхода присадочного металла, что приводит к увеличению затрат на сварку. Более важно то, что сварной шов с большей площадью поперечного сечения занимает больше времени. В то время как присадочный металл составляет примерно от 10 до 15% затрат на сварку, затраты на оплату труда и накладные расходы значительно выше и составляют примерно 85% от общей стоимости.

Размер углового сварного шва определяется длиной плеч углового сварного шва, но увеличение размера полок не приводит к линейному увеличению площади поперечного сечения 1: 1. Вместо этого соотношение между размером ноги и площадью поперечного сечения параболическое. Это означает, что эффекты переварки могут показаться незначительными, когда размеры ножек очень малы, но они могут существенно повлиять на стоимость сварного шва при увеличении размера ножек.

Использование двусторонней конфигурации соединения — такой как двойная V-образная канавка вместо одинарной V-образной канавки — может значительно сократить время и количество присадочного металла, необходимых для выполнения сварного шва, особенно на более толстом материале.Однако эти конфигурации соединений требуют сварки с обеих сторон, что может оказаться невозможным, практичным или рентабельным во всех случаях.

Использование двусторонней конфигурации соединения, такой как двойная V-образная канавка вместо одинарной V-образной канавки, может значительно сократить время и количество присадочного металла, необходимых для завершения сварного шва, особенно на более толстом материале. Однако эти конфигурации соединений требуют сварки с обеих сторон, что может оказаться невозможным, практичным или рентабельным во всех случаях.

Выбор фаски / угла наклона также существенно влияет на площадь поперечного сечения сварного шва, стоимость и качество. Для многих конструкций соединений термин «угол скоса» и «включенный угол» не взаимозаменяемые термины. Угол скоса — это угол, под которым изготавливается одна пластина, а включенный угол — это общий угол, образованный при подготовке обеих пластин. Для сварного шва с одним скосом с разделкой кромок угол скоса равен включенному углу, но для сварного шва с одним V-образным пазом это не так. Если бы обе пластины были скошены под углом 30 градусов, включенный угол составил бы 60 градусов.

Имейте в виду, что больший скос / входящие углы означают более высокую площадь поперечного сечения сварного шва, вес и стоимость, поэтому желательно, чтобы они были как можно меньшими, чтобы гарантировать постоянное качество сварного шва.

Слева: Одинарная V-образная канавка с углом 60 °. Площадь поперечного сечения = 1,49 дюйма. ²
Средняя: Одинарная V-образная канавка с углом 45 °. Площадь поперечного сечения = 1,12 дюйма ² (уменьшение 24%)
Справа: канавка с двойным V-образным вырезом с углом 60 °.Площадь поперечного сечения = 0,84 дюйма ² (уменьшение 43%)

Выбранный прилегающий угол должен обеспечивать хорошее плавление во всем в зависимости от выбранного процесса сварки и параметров. Однако имейте в виду, что дальнейшее увеличение угла наклона / прилегания за пределами этой точки практически не дает увеличения прочности компонента, несмотря на увеличение площади поперечного сечения. Во многих случаях увеличение скоса / угла наклона может привести к увеличению деформации и / или остаточного напряжения.Слишком узкие углы включения затрудняют постоянное достижение хорошего сплавления по всему поперечному сечению. Чрезмерное разбавление также может быть результатом чрезмерно малого прилегающего угла, что может привести к появлению трещин при сварке некоторых сплавов, например, алюминиевых сплавов серии 6xxx. Для определения оптимального прилегающего угла необходимо найти баланс между простотой сварки и экономичностью сварки.

Прочность углового сварного шва определяется эффективным размером горловины, который отличается от теоретического размера горловины.Теоретическая горловина — это расстояние от места соединения двух пластин [теоретический корень] до поверхности плоского углового сварного шва. Эффективная горловина определяется как «минимальное расстояние от поверхности углового сварного шва за вычетом любой выпуклости и [фактического] корня шва». [1] Это определение подчеркивает, что выпуклые сварные швы являются расточительными, и их следует избегать как дополнительный сварочный материал. ничего не делает для улучшения прочности сварного шва. И наоборот, часто важно избегать вогнутых сварных швов, поскольку эти сварные швы имеют меньшее эффективное сечение; эти вогнутые сварные швы не будут такими прочными, как предполагалось в конструкции.

Для угловых сварных швов с плоским контуром эффективный зазор обычно больше теоретического корня из-за проплавления используемого процесса сварки. Сварочные процессы, обеспечивающие глубокое проплавление, могут обеспечить заданную прочность сварного шва при меньших размерах сварных швов, поскольку эффективная ширина зазора такая же, как у сварного шва, имеющего меньшее проникновение в корень шва.

Важно учитывать соотношение сторон, чтобы предотвратить растрескивание при затвердевании. Соотношение сторон, аналогичное соотношению сторон экрана телевизора или компьютера, представляет собой сравнение глубины и ширины сварного шва.Глубина сварочного шва больше его ширины увеличивает риск образования трещин при затвердевании, также известного как горячее растрескивание. Особенно чувствительным является сварной шов, глубина которого вдвое больше ширины.

Также важно учитывать входной угол при попытке максимизировать усталостную долговечность сварных компонентов. Большой входящий угол не передает напряжение через сварной шов так же эффективно, как тот, который имеет меньший входящий угол. В результате форма выступов сварных швов может влиять на усталостную долговечность сварного шва.Самый экономичный способ повысить усталостную долговечность — это отрегулировать рабочие углы и углы хода, параметры и технику сварки для получения сварного шва оптимального контура с первого раза.

Помните, что, как и любой другой аспект сварочной операции, понимание анатомии сварного шва и геометрии соединения может быть полезным для поддержания надлежащего качества сварки, производительности и рентабельности.

Дополнительная информация: стандартные и нестандартные термины
Существует множество терминов, как стандартных, так и нестандартных, которые могут описывать анатомию сварного шва и геометрию сварного шва.Важно знать оба набора терминов, чтобы более эффективно сообщать о сварном шве и предотвращать недопонимание.

Книга Американского общества сварки (AWS) «A3.0M / A3.0: Стандартные термины и определения в области сварки» включает в себя собрание более 1400 стандартных и нестандартных терминов. AWS предпочитает стандартные условия нестандартным, хотя последние не обязательно неверны. В некоторых случаях нестандартные термины являются наиболее распространенными в отрасли, но важно знать и то, и другое, чтобы поддерживать эффективное общение с каждым, с кем вы можете встретиться.Например, корневое отверстие — это стандартный термин, а разрыв — нестандартный термин, но оба означают одно и то же.

Обычные конструкции сварных швов лучше всего описывать буквами.

Стандартные термины: сварные швы «V», «U» и «J».

Нестандартные термины: «K», сварной шов (сварной шов с двойной скосом с разделкой кромок) и «X» (сварной шов с двойным v-образным вырезом).

Знакомство с обозначениями сварных швов может быть эффективным методом сообщения (помимо стандартных или нестандартных терминов) желаемой геометрии готового сварного шва и его подготовки.Символы сварных швов можно найти в документе «AWS 2.4: Стандартные символы для сварки, пайки и неразрушающего контроля».

[1] Американское общество сварки, A3.0M / A3.0 Стандартные термины и определения в сварке 12 ^th Ed. (Майами, Флорида: AWS, 2010)

Руководство по сварке конструкций на AWS • SAGU Engineering

Процессы дуговой сварки

Процессы дуговой сварки основаны на плавлении. Термоядерный синтез требует близости и чистоты на атомном уровне, и то и другое может быть достигнуто путем экранирования расплавленной лужи газом или шлаком.Существует несколько типов процессов дуговой сварки:

Дуговая сварка защищенного металла (SMAW)

Электрическая дуга возникает между концом покрытого металлического электрода и стальными деталями, которые необходимо сваривать (Рисунок 1). Электрод представляет собой присадочный металл с покрытием. Покрытие электрода имеет две цели: 1) оно создает газовую защиту, предотвращающую попадание атмосферных примесей в сварной шов, и 2) оно содержит флюс, очищающий расплавленный металл.

SMAW — это почти исключительно процесс ручной дуговой сварки. Благодаря своей универсальности и простоте, он особенно доминирует в сфере технического обслуживания и ремонта. Наиболее распространенные проблемы качества, связанные с SMAW, включают разбрызгивание сварочного шва, пористость, плохое сплавление, неглубокий провар и растрескивание.

Рисунок 1: Дуговая сварка металлическим экраном SMAW

Газовая дуговая сварка металлов (GMAW)

Газовая дуговая сварка металла (GMAW) — быстрая и экономичная.Как показано на рисунке 2, в сварочную горелку подается непрерывная проволока. Проволока плавится и соединяется с основным металлом, образуя сварной шов. Расплавленный металл сварного шва защищен от атмосферы газовым экраном, который по трубопроводу подводится к наконечнику сварочного пистолета. Процесс может быть полуавтоматическим или автоматическим. Его нельзя использовать в ветреную погоду, так как потеря защитного газа из воздушного потока приведет к образованию пористости в сварном шве. Как правило, сварка GMAW в полевых условиях не допускается.

Рисунок 2: Газовая дуговая сварка металла GMAW

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW)

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW) похожа на процесс GMAW и обычно выполняется полу / полностью автоматическими методами. Разница в том, что присадочная проволока имеет центральный сердечник, содержащий флюс (см. Рисунок 3). С помощью этого процесса можно сваривать с защитным газом или без него, что делает его полезным для открытых условий, когда на защитный газ может влиять ветер.

Рисунок 3: Дуговая сварка порошковой проволокой FCAW

Дуговая сварка под флюсом (SAW)

Дуговая сварка под флюсом (SAW) обычно выполняется полу / полностью автоматическим или ручным способом. Как показано на рис. 4, в нем используется электрод из присадочного металла с непрерывной подачей. Сварочная ванна защищена от окружающей атмосферы слоем гранулированного флюса, подаваемого на сварочную горелку. Это приводит к более глубокому провару сварного шва, чем другие процессы. Однако можно использовать только плоское или горизонтальное положение.

Рисунок 4: Дуговая сварка под флюсом под флюсом

Выбор процесса

Выбор процесса сварки обычно остается за подрядчиком. Характеристики различных процессов:

ПИЛА: длинные, большие, полу / полностью автоматические или ручные методы.
FCAW: полу / полностью автоматические методы.
SMAW: малая, разная, ремонтная, прихватка и ручной метод.
GMAW: полу / полностью автоматические методы в магазине.

Как правило, сварка в полевых условиях не разрешается Уполномоченным органом, если иное не указано на планах или не одобрено инженером.Уполномоченный контролер разрешает сварку конструкций в полевых условиях методом SMAW с использованием электродов с низким содержанием водорода E7018 для низкоуглеродистых и высокопрочных низколегированных сталей при условии, что присадочный металл соответствует прочности основного металла.

Сварные соединения конструкций

Сварное структурное соединение передает нагрузки между элементами. Элементы прикрепляются к соединению с помощью сварных соединений, которые передают нагрузки между элементами и соединением. На рис. 5 показано соединение, в котором несколько элементов соединяются вместе с помощью косынок.

Рисунок 5: Сварное соединение

Типы соединений

На рисунке 6 показаны различные типы соединений.

Рисунок 6: Типы соединений

Типы сварных швов

Есть несколько типов сварных швов. Наиболее важными из них являются сварные швы с разделкой кромок и угловые швы.

Сварка с разделкой кромок

Как показано на рис. 7, сварные швы с разделкой кромок могут быть полными проплавленными швами (CJP), также называемыми швами с полным проплавлением или сквозными сварными швами, или частичными проплавленными швами (PJP), также называемыми частичными проварами или частичными швами в форме заглушки.Каждый тип сварного шва с разделкой кромок может иметь множество возможных конфигураций.

Подготовка необходима, поскольку сварочный процесс обычно не может проникнуть на необходимую глубину плавления. Как показано на рисунке 7, возможны различные приготовления. Профили толщиной до 3/8 дюйма могут быть подготовлены под квадратную кромку с использованием предварительно квалифицированного WPS.

Всего:

Подготовка канавок под V-образную или скошенную кромку выполняется проще всего.
Подготовка U- и J-образных канавок дороже, поскольку требует механической обработки или воздушно-дуговой строжки.

Все препараты имеют одинаковую крепость (поскольку у них одинаковая эффективная горловина).

Рисунок 7: Типы сварных швов с разделкой кромок

Терминология для сварных швов с разделкой кромок

На рис. 8 показана общепринятая терминология для сварных швов с разделкой кромок.

Рисунок 8: Терминология, используемая для сварки с разделкой кромок

CJP Сварной шов с канавкой

Односторонний или двусторонний

Для односторонних сварных швов CJP требуется стальная подкладка.Без поддержки требуется квалификация WPS для обеспечения полного развития горла.

Двусторонние сварные швы CJP требуют обратной строжки. Без обратной строжки требуется квалификация WPS для обеспечения полного прохождения горловины. Выбор основан на:

Доступ.
Контроль искажений.
Экономика.

Задняя строжка

Задняя строжка — это удаление сварного шва и основного металла дуговой строжкой или шлифованием с другой стороны частично сварного соединения для обеспечения полного проплавления и проплавления при последующей сварке с этой стороны (Рисунок 9).

Рисунок 9: Задняя строжка

Зона теплового воздействия

Как показано на Рисунке 10, зона термического влияния (HAZ) — это область основного материала, который не расплавился, и его микроструктура и свойства были изменены в результате сварки.

Рисунок 10: Зона термического влияния

Опора

Подложка определяется как материал, помещаемый в основании сварного шва с целью поддержки расплавленного металла сварного шва (рис. 11а).Его функция — способствовать полному проникновению в сустав. Подложка под сварку может быть стальной, медной или керамической.

Стальную подкладку на сварных швах поперек направления напряжения следует удалить, а стык отшлифовать до плоского состояния. В противном случае сварной шов может растрескаться, как показано на Рисунке 11b.

Подложка имеет рекомендованную минимальную толщину для предотвращения протекания. Например, для SMAW это 3/16 дюйма. В таблице 1 приведены минимальные значения толщины для других процессов.

Максимальный зазор между основой и основным металлом составляет 1/16 дюйма.Если есть зазор, это повлияет на качество сварки и UT, а также может увеличить затраты на ремонт и испытания.

Требуется разрешение инженера, если используется подложка из не основного металла.

Рисунок 11: Основа под сварку

Таблица 1: Минимальная толщина стальной основы

PJP Сварка с разделкой кромок

Сварка с разделкой кромок

PJP может использоваться в стыковых, тавровых и угловых соединениях. Их также можно использовать для стыков колонн (стыковое соединение при сжатии) или угловых соединений сборных коробчатых колонн.Размер горловины меньше толщины материала, и сварной шов может или не может полностью раскрыть емкость прикрепленного материала. AWS D1.5 предоставляет данные, прошедшие предварительную квалификацию.

Эффективный размер сварного шва PJP

На Рисунке 12 показан эффективный размер сварного шва для сварных швов PJP.

Рисунок 12: Эффективный размер сварного шва для PJP-сварного шва с разделкой кромок

Минимальный эффективный размер сварного шва PJP

Минимальный эффективный размер сварного шва зависит от толщины более толстого соединенного элемента.Он основан на вопросах, связанных со сваркой (а не на прочности), а именно на плавлении и растрескивании. Также необходимо ввести минимальное количество энергии в сустав; т.е. размер сварного шва коррелирует с погонной энергией. Таблица 2 показывает минимальный размер сварного шва PJP в зависимости от толщины детали.

Таблица 2: Минимальный размер сварного шва PJP

Рекомендации по PJP

Поперечное сечение стыка не полностью проплавлено, что может создавать концентраторы напряжений.

Односторонний PJP: убедитесь, что не происходит вращения вокруг основания соединения.Мембраны, ребра жесткости и правильная конфигурация шарниров могут предотвратить вращение.

Двусторонний PJP: требует меньше металла сварного шва. Обычно это более выгодно для контроля искажений. Герметичное соединение также предотвращает попадание воды и других веществ, вызывающих коррозию, в зазор между свариваемыми деталями.

Соединения с пазами с развальцовкой нельзя использовать для соединения конструкционной стали в мостах.

Угловые швы

На рисунке 13 показана общепринятая терминология для угловых швов.

Рисунок 13: Терминология углового сварного шва

Минимальный размер углового сварного шва

Минимальный размер зависит от толщины более толстой соединяемой детали. Минимальный размер углового сварного шва не должен превышать толщину более тонкой соединяемой детали (Таблица 3).

Таблица 3: Минимальный размер углового сварного шва для однопроходных сварных швов

Максимальный размер углового сварного шва

Максимальный размер установлен во избежание плавления верхнего края элемента (уменьшение сварного шва).Это относится только к сварным швам, выполненным вдоль кромок (стыки внахлест, некоторые угловые стыки). Таблица 4 показывает этот предел.

Таблица 4: Максимальный размер углового сварного шва

Конечная отдача (бокс)

Бокс — это продолжение углового шва вокруг угла элемента (Рисунок 14). Он обеспечивает качественную заделку сварных швов, обеспечивает некоторое сопротивление выдергиванию и герметизирует сварной шов.

Его необходимо использовать при поддержании растягивающего усилия, которое не параллельно оси сварного шва.Длина обратной линии должна быть как минимум в два раза больше размера сварного шва и должна быть указана на конструктивных и технических чертежах.

Рисунок 14: Возврат торца при угловой сварке

Прерывание углового шва

Хорошей практикой является прекращение угловых сварных швов на концах соединения. Он предотвращает подрезы, улучшает качество сварки и не приводит к уменьшению длины сварного шва для начальной или конечной кратера. Сварные швы на противоположных сторонах общей плоскости должны быть непрерывными, а углы должны быть отшлифованы, чтобы исключить зазубрины больше 0.01 дюйм. Эти сварные швы обеспечивают плавный переход к металлу шва после шлифовки.

Рекомендации по угловым сварным швам

Соединяемые элементы в Т-образном соединении перед соединением угловыми швами необходимо максимально плотно прилегать. Увеличение зазора приводит к уменьшению зева и визуально не проявляется. Если зазор больше 1/16 дюйма, увеличьте размер углового сварного шва на размер зазора и ограничьте его зазором 3/16 дюйма для соединительных элементов толщиной менее 3 дюймов и зазором 5/16 дюймов для соединительных элементов. толщиной более 3 дюймов.

Сварные швы с вставкой и пазом

На рисунке 15 показаны сварные швы с электрозаклепкой и пазами. Они наносятся на стыки внахлест (центральная часть пластин дублера). Они передают нагрузку за счет сдвига или предотвращают коробление притертых деталей. Эти типы сварных швов требуют равномерного проплавления до основания стыка. Глубина заполнения — это толщина пластины, если она меньше 5/8 дюйма, и половина толщины пластины, если пластина больше 5/8 дюйма.

Рисунок 15. Сварные швы с вставкой и пазом

Рекомендации по сварке вставками и пазами

Используйте сварочные процессы SMAW, GMAW или FCAW.Минимальный диаметр отверстия (или ширина паза) как минимум на 5/16 дюйма больше толщины детали.

Максимальный диаметр отверстия (или ширина паза) больше минимального диаметра плюс 1/8 дюйма или 2,25 раза больше толщины детали.

Длина паза не должна превышать 10-кратную толщину детали, а конец паза должен быть полукруглым.

Расстояние между центрами (электрозаклепка):

Минимум: в четыре раза больше диаметра отверстия.
Максимум: Минимальный интервал плюс 1/2 дюйма.

Расстояние между центрами (щелевые швы):

Поперечный минимум: в четыре раза больше ширины паза.
Продольный минимум: вдвое больше длины паза.

Общие положения и терминология сварки

Приварные выступы

Сварные выступы (удлинители и отводные пластины) обеспечивают надежное начало и окончание сварки (Рисунок 16). Это вспомогательные куски материала, которые выступают за конец стыка и выровнены как продолжение основной геометрии стыка (параллельно оси сварного шва).

Все одобренные недрагоценные металлы, включая конструкционную сталь класса 36 AASHTO M 270 (ASTM A 709); AASHTO M 270 Grade 50 Type 1, 2 или 3 из высокопрочной конструкционной стали; или марки стали, одобренные инженером, могут использоваться для сварных швов, за исключением стали 100 тысяч фунтов на квадратный дюйм с более низким прочным основным металлом.

Они должны быть не меньше толщины (горловины) сварного шва с разделкой кромок и должны быть удалены после завершения сварки. Конец сварных швов должен быть гладким и заподлицо с краем примыкающей части после удаления выступов.

Рисунок 16. Приварные выступы перед сваркой

Отверстия под сварку

Разрешить доступ для сварки или вставки основы. Они должны быть достаточно большими, чтобы сварщик мог видеть сварочную ванну, а также позволять проводить очистку и визуальный осмотр сварного шва между проходами.

Отверстия для доступа должны быть подходящего размера, с гладкой поверхностью (без зазубрин и канавок). Неправильные отверстия могут привести к усталостному растрескиванию.

Прочность присадочного металла

Присадочный металл может не совпадать, совпадать или превосходить основной металл.

Согласование определяется как функция прочности на разрыв, а не предела текучести. В частности, предел текучести присадочного металла обычно больше, чем у основного металла, и поэтому он способствует текучести основного металла (желательно).

При соединении сталей различной прочности следует учитывать основной металл меньшей прочности.

Практически все присадочные металлы имеют предел прочности на разрыв 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Рекомендации по присадочному металлу

Никогда не требуется присадочный металл с превосходным качеством.

Для подходящего присадочного металла выберите электрод или комбинацию электрод / флюс из AWS D1.5.

Для неподходящего присадочного металла, при подгонке до 10 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Сварные швы и болты в одном соединении

Сварные швы в сочетании с болтами не разделяют нагрузку. Сварные швы более жесткие, поэтому сначала несите нагрузку. Таким образом, сварные швы должны выдерживать всю нагрузку. Болты, использованные для сборки, можно оставить на месте (если не указано иное). Инженер уточнит, следует ли заполнять отверстия, если сборочные болты должны быть удалены.

Присадочные пластины

Заполнители, также известные как заполнители, заполнители стыков или заполнители, разрешены при сращивании деталей разной толщины и в соединениях, которые допускают смещения для упрощения создания каркаса.

Их следует избегать при соединении элементов, работающих на растяжение и реверсирование напряжений, в частности, категории усталости E.

Для пластин-заглушек толщиной менее 1/4 дюйма (Рисунок 17):

Не должен передавать напряжения.
Держать заподлицо с приваренными краями детали, несущей напряжение.
Увеличьте требуемый размер сварного шва вдоль кромки на толщину присадочной пластины.

Присадочные пластины толщиной более или равной 1/4 дюйма (Рисунок 17):

Выступайте за край стыковой пластины или соединяемого материала.
Приварите к детали, на которой установлена.
Шарнир имеет достаточную прочность для передачи нагрузки в виде эксцентрической нагрузки.
Сварные швы должны быть достаточными для передачи напряжений.
Сварной шов должен быть достаточно длинным, чтобы не перегрузить присадочную пластину на носке сварного шва.

Рисунок 17: Присадочные пластины

Запрещенные типы соединений и сварных швов

Запрещены следующие типы соединений:

PJP сваривает стыковые соединения, за исключением соединений или стыков на сжатие, которые являются подшипниками и полностью фрезерованы.
CJP сварные швы с одной стороны без подкладки (или с неквалифицированной подкладкой) при растяжении и изменении нагрузки.
Прерывистые сварные швы с разделкой кромок.
Прерывистые угловые швы, не утвержденные инженером.
Сварные швы с плоской кромкой и J-образной канавкой в стыковых соединениях.
Вставные или щелевые сварные швы в элементах, подверженных растяжению и изменению нагрузки.

Водородная хрупкость

Водородное охрупчивание — это процесс, при котором металлы, такие как сталь, становятся хрупкими и разрушаются из-за введения и последующей диффузии водорода в металл. Это часто является результатом случайного введения водорода во время операций формовки и чистовой обработки. При дуговой сварке водород выделяется из влаги, например, при покрытии сварочных электродов.Чтобы свести это к минимуму, для сварки используются специальные электроды с низким содержанием водорода.

Требования к электродам

Сушите электроды в духовке при температуре не менее 500 F в течение как минимум двух часов перед использованием, если они не поступают из герметично закрытого контейнера.
После высыхания электроды следует хранить при температуре не менее 250 F. Используйте электроды E70XX в течение двух часов после воздействия атмосферы или повторно просушите.
Не сушите электроды повторно более одного раза.Не используйте влажные электроды.

Почему все эти ограничения? Потому что сварка может удалить водород из воды, что приведет к водородной хрупкости.

Также обратите внимание, что сварка в полевых условиях не допускается, если температура окружающего воздуха опускается ниже 40 F или в периоды осадков , если только не нагревают и не закрывают зону сварного шва, как это утверждено инженером.

Обрывов

Все сварные швы содержат неоднородности материала из-за неоднородности механических, металлургических или физических характеристик.Эти неоднородности могут быть приемлемыми или неприемлемыми, за исключением трещин, которые считаются дефектами и неприемлемы. На рисунке 18 перечислены типы разрывов, которые могут присутствовать при соблюдении критериев приемлемости AWS.

Рисунок 18: Типы несплошностей

Плоские неоднородности

Это двумерные дефекты, которые могут служить начальной точкой разрушения. Они получаются из (Рисунок 19):

▪ Расплавленный металл сварного шва не сплавляется с основным металлом или предыдущими проходами.

▪ Может быть получено от:

— Чрезмерная прокатная окалина.

— Неправильное положение электрода.

— Неправильные параметры сварки.

Недостаточное проникновение в швы:

▪ Наплавленный металл не достигает заданной глубины полностью.

▪ Может быть получено от:

— Неправильная задняя строжка.

— Неправильное положение электродов или процедуры сварки.

— Плохо подготовленные стыки.

▪ Возникает на поверхности основного металла.

▪ Избыточный неплавленный металл шва.

▪ Может быть получено от:

— Толстая прокатная окалина.

— Низкие скорости движения.

Ласты, струпья, швы и нахлестки:

▪ Неровности на поверхности основного металла.

▪ Обычно индуцируется мельницей.

▪ Может раскрываться из-за термической резки, предварительного нагрева или сварки.

Ламинирование и расслоение:

▪ Неровности основного металла, параллельные поверхности.

▪ Часто встречаются средней толщины.

Рисунок 19: Типы плоских неоднородностей

Объемные неоднородности

Трехмерные дефекты сварного шва и вокруг него (Рисунок 20). Они появляются из:

▪ Небольшая полость, проплавленная в основном металле.

▪ Может быть получено от:

— Неправильное положение электрода.

— Высокое напряжение дуги.

— Неправильные сварочные материалы.

▪ Сферические или цилиндрические полости в металле шва.

▪ Из-за растворенных в жидком металле шва газов.

▪ Может быть получено от:

— Недостаточное экранирование.

— Чрезмерное загрязнение сустава.

▪ Неметаллические материалы.

▪ Внутри металла шва или между основным металлом и металлом шва.

▪ Может быть получено от:

— Шлак от предыдущего сварочного прохода не удален полностью.

▪ Поверхность шва вогнутая.

▪ Уменьшение горла.

▪ Может быть получено от:

— Низкие токи или напряжения.

— Неправильные процедуры сварки.

▪ Поверхность шва превышает допустимые пределы.

▪ Обычно связано с проблемами процедуры сварки.

▪ Сварной шов слишком короткий или маленький.

▪ Также известен как сварной шов меньшего размера.

▪ Может быть получено от:

— Процедурные проблемы.

— Слишком высокая скорость движения.

▪ Вогнутые углубления в конце шва.

▪ Локальное уменьшение сварного шва.

▪ Обычно ассоциируется со сварщиком.

Рисунок 20: Типы объемных неоднородностей

Особенности соединений внахлест

Избегайте категории усталости E в элементах, подверженных растяжению и изменению напряжения.

Можно использовать только продольные угловые швы. Длина должна быть не меньше перпендикулярного расстояния между сварными швами, а поперечный зазор не должен превышать 16-кратную толщину более тонкой соединяемой детали.Сварные швы можно наносить либо по краям элементов, либо в пазах.

Минимальное перекрытие деталей должно быть как минимум в пять раз больше толщины более тонкой соединяемой детали. Необходимо использовать как минимум две поперечные линии или два или более продольных шва, чтобы предотвратить недопустимое вращение.

Особенности стыковых соединений

Для перехода листов различной ширины или толщины требуются особые требования.

При растяжении или сжатии (неодинаковой толщины):

Плавный переход между смещенными поверхностями.
Уклон не более одного поперечного до двух с половиной продольных с поверхности любой части:

▪ Наклонные поверхности сварных швов.

▪ Снимите фаску с большей части.

▪ Сочетание того и другого.

Если подвергается сдвигу (неравная толщина):

То же, что требование к растяжению или сжатию, когда смещение превышает толщину более тонкой части.
Смещение меньше или равно толщине более тонкой части:

▪ Наклон не более одного поперечного на два с половиной продольного от поверхности более тонкой части.

▪ Или с уклоном к поверхности более толстой части, если уклон меньше.

При растяжении (неравная ширина):

Плавный переход между смещенными поверхностями.
Уклон не более одного поперечного до двух с половиной продольных с поверхности любой части.
Или с переходом с минимальным радиусом 24 дюйма по касательной к более узкой части в центре стыкового соединения.

Особенности Т-образных соединений

Особое внимание необходимо уделить соединениям, в которых тройник не пересекается под углом 90 градусов.

Для острой стороны шва (Рисунок 21), где имеется небольшой двугранный угол, существует вероятность неполного сплавления с корнем сварного шва (уменьшенное сечение).

Для тупой стороны стыка (Рисунок 21), где имеется большой двугранный угол, горловина углового сварного шва непропорционально мала по сравнению с размером сварного шва.

Рисунок 21: Особенности тройника

Особенности угловых соединений

Необходимо учитывать доступ для сварки углов коробчатых секций.Это может устранить двусторонние сварные швы. Также необходимо учитывать условия окружающей среды для сварщика. При больших сварных швах необходимо учитывать требования к ламинарному разрыву.

Растрескивание при сварке

Типы растрескивания при сварке

Горячее растрескивание происходит при горячем сварном шве. Это связано с застыванием. Обычно это проявляется в виде растрескивания по средней линии (Рисунок 22).

Холодное растрескивание возникает при остывании сварного шва. Обычно это связано с водородом. Холодное растрескивание обычно происходит в ЗТВ или имеет поперечный характер (Рисунок 22).

Все трещины вызваны усадкой и сдерживанием этой усадки.

Рисунок 22: Типы растрескивания при сварке

Усадка и ограничение

Металл шва и окружающий основной металл расширяются во время сварки из-за нагрева. Эти горячие материалы сжимаются при охлаждении. Если предотвратить усадку материалов, возникнут напряжения.

Более холодный основной материал сопротивляется сжатию охлаждающего более горячего материала. Сопротивление зависит от объема и прочности более холодного материала.Жесткость более холодного материала связана с его геометрической конфигурацией. Температура также влияет на модуль упругости материала, который напрямую влияет на жесткость.

Толщина основного металла более 1,5 дюймов с пределом текучести более 50 тыс. Фунтов на квадратный дюйм приводит к более высоким усадочным напряжениям.

Элементы, пересекающиеся со всех трех геометрических направлений, приводят к более высокому ограничению.

Методы снижения усадочных напряжений

Минимум необходимого сварочного материала:

▪ Укажите минимально возможный сварной шов.

▪ Используйте детали сварного шва, требующие наименьшего количества сварочного металла.

▪ Контролируйте установку и минимизируйте зазоры.

▪ Не допускайте чрезмерной сварки.

▪ Предельное усиление сварного шва.

▪ Ограничьте строжку только тем, что необходимо.

Выполните сварку за наименьшее количество проходов (сварные швы большего размера).
Используйте присадочный металл самой низкой прочности.
Ограничьте проплавление сварного шва.
Полные сварные детали с сильными ограничениями без перерыва:

▪ Круглосуточная сварка.

▪ Или поддерживайте сборку при температуре сварки.

Приваривайте сборку только один раз (требуется правильное планирование).

Практики по снижению ограничений

По возможности изготавливать небольшие сборки.
Сначала сварите компоненты с ожидаемой наибольшей усадкой.
Сначала сварите наиболее жесткие компоненты.
Последовательная сварка, чтобы все усадочные движения в деталях происходили в относительно фиксированном месте.
Уравновесить усадку на противоположных сторонах.
Обеспечьте небольшие зазоры для компенсации усадки.
Увеличьте предварительный нагрев и объем предварительно нагретых материалов.
Предварительно установите элементы перед сваркой и оставьте их двигаться во время сварки.

Растрескивание по центру

Растрескивание, вызванное сегрегацией

Возникает, когда компоненты с низкой температурой плавления отделяются во время затвердевания сварного шва (Рисунок 23). Обогащенный жидкий материал в середине сварного шва затвердевает в последнюю очередь.Это вызывает беспокойство, если в стали выше содержание серы, фосфора, свинца или меди. Чтобы уменьшить вероятность этого типа растрескивания, ограничьте количество собираемых загрязняющих веществ:

Контроль состава недрагоценных металлов.
Ограничение проплавления (снижение сварочного тока или изменение полярности).
Обеспечение слоя масла.

Рисунок 23: Растрескивание по осевой линии

Растрескивание, вызванное формой валика

Растрескивание, вызванное формой валика, связано с процессами глубокой сварки, такими как SAW и FCAW.Это происходит, когда глубина сварного шва больше ширины. Поэтому рекомендуется, чтобы отношение ширины к глубине валика составляло от 1: 1 до 1,4: 1. Конструкция соединения важна для предотвращения этого типа трещин, и необходимо соблюдать следующее:

Предварительно квалифицированные соединения AWS имеют правильные корневые отверстия и прилегающие углы.
Для сварных швов PJP, выполненных SAW, предпочтительны входящие углы в 60 градусов.
Угловые сварные швы обычно не проблема, если они не имеют перекоса.

Растрескивание, вызванное профилем поверхности

Растрескивание, вызванное профилем поверхности, связано с профилем поверхности сварного шва (Рисунок 24). Выпуклый профиль вызывает внутренние силы усадки при сжатии, а вогнутый — внутренние силы усадки при растяжении. Вогнутые сварные поверхности возникают при высоком напряжении дуги и сварке вертикально вниз. Избегайте вогнутого профиля поверхности с небольшим снижением напряжения дуги. Используйте сварку вертикально вверх вместо вертикальной сварки вниз и замените защитный газ на GMAW и FCAW-G.

Рисунок 24: Профиль поверхности сварного шва

Зона термического растрескивания

Зона термического влияния растрескивание — это растрескивание основного металла, прилегающего к валику сварного шва. Он не может образовываться, когда сталь горячая (выше 300 F). Обычно это происходит через 16–72 часа после охлаждения. В этот период водород диффундирует в сталь, и может накапливаться чрезмерное количество водорода, что приводит к растрескиванию. См. Дополнительную информацию в разделе «Водородная хрупкость».

Чтобы уменьшить вероятность этого типа растрескивания, не вводите водородсодержащие соединения. Убедитесь в следующем:

Просушите электроды в духовке при температуре не менее 500 F в течение как минимум двух часов перед использованием.
После высыхания электроды следует хранить при температуре не менее 250 F. Используйте электроды в течение двух часов (или меньше в соответствии с требованиями проекта) после воздействия атмосферы или повторно высушите.
Не сушите электроды повторно более одного раза.Не используйте влажные электроды.
Нагрейте зону сварки до температуры от 400 F до 450 F в течение часа на каждый дюйм толщины сварного шва (последующий нагрев) — не должна достигать комнатной температуры.
Используйте одобренный основной металл (AASHTO M 270 Gr. 36; AASHTO M 270 Gr. 50 — Тип 1, 2 или 3; другие стали, одобренные инженером).
Следуйте рекомендациям по надлежащему предварительному нагреву и температуре промежуточного прохода.
Снижение остаточных напряжений.

Поперечное растрескивание

Управляющие факторы такие же, как и при растрескивании ЗТВ:

Избыточный водород, когда многопроходные сварные швы препятствуют выделению водорода.В этом случае более тонкие сварные швы могут способствовать более быстрой диффузии водорода.
Чувствительная микроструктура. При сварке с чрезмерным совпадением металл сварного шва становится восприимчивым материалом.
Напряжение из-за продольной усадки сварного шва.

Ограничение поперечного растрескивания

▪ Убедитесь, что прочность сварного шва соответствует ожидаемым нагрузкам.

▪ Захват сплава может привести к повышению прочности металла шва даже для электродов с меньшей прочностью.

▪ Часто используется для сварных швов PJP с разделкой кромок и угловых швов.

▪ Помогает в диффузии водорода.

▪ Металл сварного шва и соединение также могут сжиматься одновременно.

Пластинчатый разрыв

Пластинчатый разрыв вызван деформациями усадки сварного шва, перпендикулярными плоскостям основного металла за пределами ЗТВ (Рисунок 25). Это связано со сплющенными несплошностями и включениями в основном металле. Обычно это происходит после того, как сварной шов затвердеет и остынет. Стали с более низким содержанием серы и правильной конструкцией соединений могут ограничить разрыв ламелей.На рис. 25 показана деталь сварного шва, которая снижает вероятность возникновения трещин этого типа.

Рисунок 25: Пластинчатый разрыв (оранжевые стрелки показывают направление напряжения)

Искажения

Деформация — это геометрическое отклонение стали после сварки (Рисунок 26). Это вызывает проблемы при сборке, снижает прочность на изгиб и не выглядит хорошо.

Искажения вызваны рядом факторов:

▪ Присуща процессу дуговой сварки.

▪ Локальный нагрев стали.

Имеют такое же ограниченное расширение и сжатие, которое вызывает растрескивание:

▪ Окружающий жесткий материал ведет к растрескиванию.

▪ Гибкий окружающий материал приводит к искажению.

▪ Более гибкие системы подвержены искажениям.

Искажение можно контролировать, используя более жесткие детали. Однако меры контроля увеличивают склонность к растрескиванию:

▪ Более толстые стержни.

▪ Внешние ограничения.

Рисунок 26: Деформация сварных деталей

Угловое искажение

Угловая деформация (Рисунок 27) возникает из-за поперечной усадки сварного шва. Это может быть вызвано любым типом сварного шва и может возникать в любом типе соединения. Его эффекты можно компенсировать двусторонней сваркой (могут потребоваться неровные сварные швы).

Рисунок 27: Угловое искажение

Поперечная усадка

Поперечная усадка возникает из-за поперечной усадки сварного шва (Рисунок 28).Его эффекты напрямую связаны с объемом усадки металла шва, и это происходит, когда концы могут свободно двигаться. Этот тип искажения обычно незначителен.

Рисунок 28: Поперечная усадка

Укорочение продольное

Продольное укорочение происходит из-за продольной усадки сварного шва (рисунок 29). Сборка вообще укорачивается. Это также может привести к скручиванию, продольной стреловидности или изгибу, деформации и деформации. Обычно это незначительно, за исключением очень длинных элементов, таких как длинные плоские балки.В таких случаях сделайте балку длиннее, чем необходимо, и отрежьте до нужной длины.

Рисунок 29: Продольная усадка

Скручивание

Скручивание происходит из-за продольной усадки сварного шва. Это происходит, когда область сварного шва сжимается, а внешняя сталь — нет. Это часто наблюдается в открытых секциях с небольшой жесткостью на кручение и может возникать в глубоких пластинчатых балках с тонкими перемычками. Этому можно противодействовать, увеличив жесткость элемента на кручение (т. Е., используйте закрытые разделы).

Продольная стреловидность или развал

Продольная стреловидность или выпуклость возникают из-за продольной усадки сварного шва. Кривизна возникает по длине детали по продольной оси. Центр тяжести сварочной группы относительно нейтральной оси сечения определяет направление кривизны.

Изгиб и коробление

Изгиб и коробление возникают из-за продольной усадки сварного шва, когда основной металл, окружающий сварной шов, тонкий.В перегородке плоских балок между ребрами жесткости может возникать коробление, в то время как коробление является обычным явлением, если имеется свободный край.

Эти проблемы часто наблюдаются на открытых участках с низкой жесткостью на кручение. Их величина зависит от критического напряжения продольного изгиба секции, и этому можно противодействовать, увеличивая толщину и / или уменьшая длину свариваемых компонентов.

Вращательное искажение

Ротационная деформация возникает из-за поперечной усадки сварного шва (Рисунок 30).Это заметно в тонких элементах (листовой металл) и элементах, которые являются узкими по сравнению с их длиной. Соединение открывается или закрывается в зависимости от скорости сварки и подводимого тепла. Его эффекты можно смягчить зажимом или отступлением назад.

Рисунок 30: Вращательное искажение

Общие меры контроля искажений

Многие из следующих мер также приводят к экономичным соединениям и максимальной производительности

Минимизировать объем локализованного металла, расширяющегося во время сварки:

▪ Минимизируйте объем наплавленного металла.

▪ Сведите к минимуму объем нагретого основного металла вокруг сварного шва.

▪ Увеличить объем основного металла, нагреваемого от сварного шва.

▪ Укажите наименьший возможный размер сварного шва.

▪ Используйте прерывистые сварные швы.

▪ Выберите детали, которые минимизируют сварочный материал.

▪ Выполняйте многопроходные сварные швы с минимальным количеством проходов.

▪ Контрольная подгонка.

▪ Предельное усиление сварного шва.

▪ Не допускайте чрезмерной сварки.

▪ Ограничьте строжку только необходимым материалом.

▪ Ограничьте проплавление шва.

Специализированные средства контроля искажений

▪ Не позволяйте деталям двигаться в горячем состоянии:

— Прихваточные швы.

— Сварочные приспособления.

▪ Всегда будет иметь упругую пружину.

▪ Поместите сварные швы на нейтральную ось или рядом с ней.

▪ Выровняйте сварные швы вокруг нейтральной оси.

▪ Сведите к минимуму продольный прогиб и изгиб сварного шва за счет правильно спланированного рисунка сварного шва.

▪ Используйте подсборки для сварки ближе к нейтральной оси каждой сборки.

Требования к деформации и усадке AWS

Уравновешивание нагрева по ходу сварки.
Последовательность сварки и программа контроля деформаций должны быть представлены инженеру до начала сварки.
Переход от точек, которые относительно фиксированы, к точкам с большей свободой передвижения.
Сначала сварите соединения с большей ожидаемой усадкой с минимальными ограничениями.
Все стыки в заводских условиях в каждой составной части балки с покрытием или сборного элемента должны быть выполнены до того, как составная часть будет приварена к другим составным частям.
В случаях сильного ограничения внешней усадки сварка должна выполняться непрерывно.
Деформированные элементы необходимо выпрямить:

▪ Механические средства, или

▪ За счет применения ограниченного количества локализованного тепла.

Допустимые отклонения размеров

Размеры сварных элементов конструкции должны соответствовать допускам, установленным общими техническими условиями на работы.

AWS D1.5, пункт 3.5 предусматривает особые допуски на размеры, которые также должны соблюдаться при наличии деформации.

Усталость

Усталость — это совокупное повреждение, вызванное многократно применяемыми циклическими нагрузками. На усталость влияют:

▪ Расчет на усталость основан на диапазоне напряжений динамической нагрузки.

▪ Разница между минимальным и максимальным напряжением динамической нагрузки, прикладываемым циклически с течением времени.

▪ Уменьшите нагрузки или увеличьте количество материала, способного выдержать нагрузки.

▪ Циклы динамической нагрузки между максимальной и минимальной нагрузкой.

▪ Обычно инженер не обращается.

▪ Определяет характер и степень факторов стресса.

▪ Считайте:

— Тип сварного шва.

— Ориентация сварного шва.

— Профиль сварной.

— Длина сварного шва.

— Армирование сварного шва.

— Качество сварного шва.

▪ Все сварные соединения относятся к «Категории деталей»:

— Возможная точка зарождения трещины.

— Диапазон порогового усталостного напряжения для бесконечного расчетного срока службы.

— От лучшего к худшему: A, B, B ’, C, C’, D, E, E ’.

Специальные производственные требования к сопротивлению усталости

Необходимо удалить стальную подкладку со стыка и отшлифовать сварной шов.

Усиливающие или контурные угловые сварные швы необходимы поверх швов PJP или CJP с разделкой кромок в тройниках и угловых соединениях:

Минимальный размер больше или равен T1 / 4.
T1 — это толщина элемента, в котором размещается сварной шов с разделкой кромок (не обязательно более 3/8 дюйма).
Минимальный размер углового сварного шва составляет 3/16 дюйма.

Сварные выступы необходимо удалить после завершения сварки и охлаждения.

Прихваточные и временные швы:

Подпадает под те же требования к качеству, что и окончательные сварные швы.
Если используется в окончательном сварном шве, используйте электрод, который соответствует требованиям окончательного шва.
Прихваточные швы, не включенные в окончательный сварной шов, должны быть удалены соответствующим образом.

Различные вложения могут вызвать непредусмотренные пути загрузки.

Используйте прочный металл шва с надрезом (допускаются трещины большего размера до разрушения).

Оцинкованная сталь

Оцинкованная сталь относится к гальванизированным листам или элементам конструкций, полученным методом горячего погружения (Рисунок 31). Листы с гальваническим покрытием обычно не создают проблем для сварки, но требуется надлежащая вентиляция.

Рисунок 31: Детали из оцинкованной стали

Элементы конструкций, оцинкованные горячим способом (HDG)

Конструктивные элементы

HDG могут вызывать сегрегационное растрескивание, поскольку цинк может проникать в жидкий металл.Эти трещины бывает сложно обнаружить. Факторы, влияющие на растрескивание оцинкованных элементов, включают:

Содержание кремния в металле шва.
Степень проплавления сварного шва за корень.
Толщина основного металла (эффекты сдержанности).
Масса цинкового покрытия (толщина покрытия).
Микроструктура цинкового покрытия.

Для угловых сварных швов испытания PQR следует проводить с учетом ожидаемой толщины покрытия.

Швы с разделкой кромок обычно не представляют проблемы из-за профилирования стыка (без покрытия).

Все HDG должны быть удалены, так как это считается загрязнением. Сварка обычно проводится до HDG. В противном случае рекомендуется удалить покрытие HDG не менее чем на 2-3 дюйма во всех направлениях сварного шва. Сульфат меди следует использовать для проверки удаления всего цинка.

Общие требования к сварке

Согласно общему правилу сварка должна проводиться при температуре окружающей среды 40 F и выше. Размер и длина сварных швов должны быть не меньше указанных. Местоположение сварных швов и тип шва не могут быть изменены без согласования с инженером.

Подготовка основного металла

Подготовка основного металла обеспечивает надлежащее качество сварки (без трещин или деформаций) и сводит к минимуму образование нежелательных паров.

Свариваемые поверхности и кромки должны быть:

Гладкая.
Униформа.
Без ребер, разрывов, трещин, прокатной окалины, точечной коррозии, неровностей и других неоднородностей.

Поверхности сварных швов и прилегающие поверхности должны быть очищены от рыхлой или толстой прокатной окалины, шлака, ржавчины, влаги, жира и других посторонних материалов. Все кромки необходимо обработать очень мелкой шлифовкой для удаления затвердевшего слоя (мартенсита), оставшегося после повторного затвердевания.

Кромки основного металла должны быть проверены и отремонтированы как можно раньше.

Все ремонты сварных швов должны быть представлены инженеру в письменной форме и утверждены до начала ремонта.

Входящие углы режущих кромок основного металла должны обеспечивать плавный переход с радиусом не менее 1 дюйма, если в планах контракта не указан больший радиус из-за усталости.

Радиусы выступов балок и отверстий для доступа к сварке также должны обеспечивать плавный переход между смежными поверхностями

Подготовку стыков и кромок можно выполнить по:

Механическая обработка.
Термическая резка.
Резка и строжка угольной дугой.
Плазменная строжка.
Стружка и шлифование.
Пескоструйная очистка.

Сборка

Угловые швы

Процесс сборки выглядит следующим образом:

Приведите детали, которые необходимо сваривать, как можно ближе к контакту.
Максимальное отверстие корня составляет 3/16 дюйма (за исключением элементов толщиной 3 дюйма и более).
Если толщина 3 дюйма или больше и не может закрыть отверстие корня:

▪ Максимальное отверстие корня составляет 5/16 дюйма.

▪ Используйте подходящую подкладку.

Корневые отверстия более 1/16 дюйма требуют увеличения участка углового шва на величину корневого отверстия (или демонстрируют соответствующий размер сварного шва).

Заглушки, щелевые и стыковые соединения

Расстояние между огневыми поверхностями не должно превышать 1/16 дюйма.

Швы с разделкой кромок

Процесс сборки выглядит следующим образом:

Поддерживать нулевое (или как можно меньшее) корневое отверстие для сварных швов PJP параллельно длине элемента (кроме подшипниковых соединений):

▪ В остальном к сварным швам PJP предъявляются те же требования, что и к угловым швам.

Тщательно выровняйте детали, соединенные сварными швами с разделкой кромок:

▪ Смещение от теоретического совмещения не должно превышать 10 процентов толщины соединяемой более тонкой детали.

▪ Максимум 1/8 дюйма.

Коррекция несоосности не должна вызывать уклон более 1/2 дюйма на 12 дюймов, измеренный по осевой линии детали.

Допустимые размеры корневых отверстий под сварку с разделкой кромок показаны в Таблице 5.

Таблица 5: Допустимые отверстия под сварной шов с разделкой кромок

Упрочнение

Упрочнение — это механическое средство снижения остаточных напряжений, создаваемых сваркой. Он предотвращает растрескивание и сводит к минимуму ламинарный разрыв.

Упрочнение улучшает свойства материала поверхности металла за счет создания сжимающих напряжений или снятия растягивающих напряжений.

Должен быть утвержден инженером.

Его наносят путем механического удара по выпуклой поверхности промежуточных сварных швов с помощью специального инструмента, известного как ударно-ударный молоток (показан на Рисунке 32).

Корневой и последний проходы не должны подвергаться дуговой обработке. Однако последние проходы могут быть обработаны излишками металла сварного шва с разрешения инженера, а следы штамповки должны быть удалены шлифованием.

Упрочнение должно проводиться при температуре сварного шва от 150 до 500 F.

Рисунок 32: Перфоратор

Сварочный цех

Конструкции автомагистралей свариваются в цехе согласно AWS D1.1, а мосты свариваются в цехе согласно AWS D1.5. На рисунке 33 показана конструкция, подготавливаемая к заводской сварке. В состав первичных элементов сварных швов входят:

Балка прокатная.
Накладки.
Фланцевые и перегородки.
Линейные стержни.
Торцевые диафрагмы.
Соединительные пластины и ребра жесткости торцевой мембраны.
Промежуточные поперечные рамы, соединительные пластины и ребра жесткости (только для горизонтально изогнутых балок).

При изготовлении чертежи конструкции не должны использоваться вместо рабочих чертежей.

Рисунок 33: Конструкция подготавливается к заводской сварке

Требования к заводской сварке

Квалификационные требования:

Квалификация сварщика, сварщика и сварщика прихваточных швов AWS.
Программа квалификации сварщиков (WQP).
Сварочное оборудование.
Спецификация процедуры сварки (WPS).
WPS.

Сварщик должен соответствовать процессу сварки, положению сварки, марке материала и толщине материала. Обратите внимание, что одни позиции, сорта и толщины подходят для других.

Спецификация процедуры сварки (WPS)

WPS — это документ, описывающий процедуры сварки и поддерживаемый квалификационной записью процедуры (PQR).Он обеспечивает направление сварщику или оператору сварки, чтобы гарантировать надежность и качество сварного шва. Это обеспечивает повторяемость и надежность методов сварки. Он должен быть аттестован, если не используется предварительно аттестованная деталь сварного шва (AWS D1.5, пункт 2).

WPS показывает, что сварной шов, подготовленный с заданными параметрами, будет иметь адекватные свойства и качество. Это доказывает, что стандарты в отношении механических свойств (прочности, пластичности и ударной вязкости) могут быть соблюдены, и обеспечивает надежность.

WPS использует стандартное испытание сварных швов с разделкой кромок (рис. 34) для определения механических свойств и определения прочности испытательных швов с угловыми и разделочными кромками посредством визуального осмотра, других методов неразрушающего контроля и травления.

Рисунок 34: Табличка для квалификационных испытаний WPS

Параметры сварки, учитываемые при квалификации WPS:

Сварочный процесс.
Основной материал.
Сварочные материалы.
Параметры и техника сварки:

▪ Должность.

▪ Полярность.

▪ Предварительный нагрев.

▪ Межпроходная температура.

▪ Задняя строжка.

▪ Термическая обработка шва после сварки.

Тесты, проведенные во время квалификации WPS, включают:

▪ Испытания на растяжение пониженного сечения.

▪ Все испытания металла шва на растяжение.

▪ Испытания на боковой изгиб.

▪ Радиографические испытания (RT) сварных швов к элементам, ответственным за разрушение (FCM).

▪ Тесты Macroetch.

▪ Испытания по Шарпи с V-образным надрезом.

Протокол квалификационных испытаний процедур (PQR)

Квалификация производственного WPS основана на протоколе квалификационных испытаний (PQR), который составляется подрядчиком в соответствии с AWS D1.1 или AWS D1.5, на основе проектных спецификаций.

Заводские сварные плоские балки и прокатные балки

Дуговая сварка под флюсом (SAW) для:

Сварные швы между фланцем и стенкой с разделкой кромок с использованием одного из следующих положений сварки:

▪ Квартира (1F).

▪ Плоский (1G).

Покрытие сварных швов между пластиной и балкой с использованием одного из следующих положений сварки:

▪ Квартира (1F).

▪ Горизонтально (2F).

Ребра жесткости и соединительные пластины к стенке.
Соединение фланца с стенкой в коробчатых балках.

Используйте дуговую сварку экранированного металла (SMAW) для ребер жесткости и соединительных пластин с катаными балками и балками, когда автоматическая или ручная сварка под флюсом не может использоваться. Используйте электроды E7018.

Для угловых швов:

Размер на более толстую из двух соединяемых частей (если больше не требуется, исходя из расчетного напряжения).
Не требуется превышать толщину более тонкой части.
Разогрейте, если меньше минимального.
Минимум для полки балки составляет 5/16 дюйма.

Соединения в магазине

Как показано на Рис. 35, разделите фланцевую пластину балки и стыковые швы пластины стенки не менее чем на 1 фут. Разделите стыки крепления ребер жесткости и соединительной пластины на расстояние не менее 1 фута.

Рисунок 35: Ограничения на сварочные соединения

Условия сварки

Удалите краску, прокатную окалину, жир и другие материалы со сварных кромок и поверхностей. Для фланцевых сварных швов шлифуйте заподлицо на совмещенной стороне и плавно соединяйте на переходных сторонах.Поддерживайте области (основной металл), требующие автоматической или полуавтоматической сварки, при температуре не менее 40 F в течение как минимум одного часа до начала работы, если WPS не требует более высокой температуры предварительного нагрева.

Неразрушающий контроль межоперационных сварных швов

Неразрушающий контроль (NDT) требуется для всех заводских сварных швов и выполняется подрядчиком. Опознавательные знаки наносить краской на стыковые швы. Тестирование должно проводиться техником по неразрушающему контролю, имеющим квалификацию Американского общества неразрушающего контроля (ASNT) уровня II или уровня III по Рекомендуемой практике No.СНТ-ТС-1А.

Неразрушающий контроль — сварные швы с разделкой кромок

Визуальный контроль 100% сварных швов с разделкой кромок.

PT в соответствии с ASTM E 165:

Осмотрите оба конца сварных швов с разделкой кромок на предмет дефектов поверхности.
Требуется, потому что UT и RT трудны на краях пластины.

Используйте RT в соответствии с AWS D1.5, пункт 6, часть B:

Рентгеновское или гамма-излучение с одним источником.
Используйте индикаторы качества изображения типа отверстия или проволоки, чтобы судить о чувствительности.
Пленка с двойной съемкой для контроля качества и обеспечения качества.
Для изменения толщины поместите рентгенографическую пленку с обеих сторон стыка, расположите упаковку и используйте конические краевые блоки:

▪ Переместите пленку на плоскую сторону, если результат нестандартный, на переходной стороне.

Для сварных швов CJP с разделкой кромок на угловых и тавровых соединениях, где RT невозможно:

Выполните UT и согласуйте критерии приемки.
Используйте глицерин в качестве связующего агента.

UT для всех швов электрозаклепки и пазов.

Испытание сварных швов CJP с разделкой кромок основных элементов в соответствии со следующим:

100% стыковки фланца.
100% стыков подвержены реверсированию напряжений.
Соединения полотна: 1/3 длины всех стыков полотна, начиная с точки максимального натяжения, но не менее 12 дюймов. Плюс 12 дюймов стыка полотна, начиная со стороны сжатия. Сюда входят стыки, соединяющие пластины с штифтами с перемычками.
25 процентов соединений сжатия и сдвига в сборных элементах.
25 процентов соединения фланца со стенкой в коробчатых балках.
Подобные сварные швы в элементе, подлежащем частичной проверке (проверьте все, если обнаружен дефект).
Отремонтировано 100 процентов стыковых швов.

Неразрушающий контроль — угловые швы

МТ требуется для угловых швов. Используйте метод алюминиевого стержня или метод ярма и используйте полуволновой выпрямленный переменный ток (постоянный ток).

Испытайте всю длину ребра жесткости для натяжения углового шва фланца и 10 процентов длины каждого сварного шва или 10 дюймов, в зависимости от того, что больше, для других угловых швов основных элементов.

Если обнаружен дефект, увеличьте частоту до минимума: либо полная длина сварного шва, либо 5 футов с каждой стороны дефекта.

Сварные швы с дефектом

Заменить все сварные швы, отклоненные любым методом испытаний. Предоставить на согласование инженера порядок ремонта и ремонтную сварку в соответствии с AWS D1.5, п. 3.7.

Проведите повторную проверку на расстоянии не менее 3 дюймов с каждой стороны от места ремонта. Если вторая попытка ремонта не удалась, удалите и замените сварной шов полностью.

Сварка на месте

Избегайте сварки в полевых условиях, если это не указано в планах или не одобрено инженером. Выполните это в соответствии с AWS D1.1 или AWS D1.5 на основе проектных спецификаций и используйте SMAW (электрод E7018). Инженер может одобрить SAW или FCAW. Не используйте GMAW или другие процессы с защитой от газа.

Требования к сварке в полевых условиях

Квалификационные требования (аналогичные требованиям по заводской сварке):

Квалификация сварщика, сварщика и сварщика прихваточных швов AWS.
Программа сертификации сварщиков (WCP) или WQP в зависимости от того, что сваривается.
Сварочное оборудование.
WPS.

Сварщик должен иметь квалификацию в отношении процесса сварки, положения при сварке, марки материала и толщины материала. Обратите внимание, что одни позиции, сорта и толщины подходят для других.

Тестирование

WQP будет проводиться под наблюдением представителя.

Требования к поверхности для сварки в полевых условиях

Пескоструйная очистка или шлифовка контактных поверхностей перед сваркой:

Удалите рыхлую прокатную окалину, краску, гальванику, жир, масло, ржавчину, влагу и другие материалы.
Отшлифовать стыки для удаления точечной коррозии и неровностей.

Привести детали в тесный контакт:

Расстояние более 1/16 дюйма требует увеличения ветви углового сварного шва, равной разделительному расстоянию.
Не превышайте разделяющее расстояние 3/16 дюйма.
Для тяжелых профилей 3 дюйма и более:

▪ Расстояние разделения увеличивается до 5/16 дюйма.

▪ Если не указано «плотная посадка» или «опора с опорой».

Учитывать условия окружающей среды:

Температура должна быть выше 40 F.
Без осадков (дождь, снег или сильный туман).

Электроды:

Сушите в духовке в течение двух часов перед использованием при температуре 500 F или выше.
После высыхания хранить при 250 F.
Использовать в течение двух часов после контакта с атмосферой или повторно высушить.
Не сушите повторно более одного раза.
Выбросить, если влажный.

Предварительный нагрев (см. Таблицу 6):

3 дюйма в каждом направлении от сварного шва.
Температура в зависимости от толщины основного металла.

Сварные переходы:

Зашлифовать стоп-старт зоны.
Отшлифуйте неровности.

Таблица 6: Температуры предварительного нагрева основного металла

Неразрушающий контроль сварных швов

В дополнение к визуальному контролю (VT) требуется неразрушающий контроль сварных швов в полевых условиях. General требует 100-процентного неразрушающего контроля для сварки в поле, тогда как заводская сварка требует пониженной частоты.Это связано с тем, что цех сертифицирован Американским институтом стальных конструкций (AISC), имеет надежную программу контроля качества, благоприятные условия окружающей среды и одобренные только благоприятные сварочные позиции.

Требуемый персонал (при наличии сертификата):

NDT Уровень II или III, аттестованный в соответствии с ASNT SNT-TC-1A для пенетрантного тестирования (PT), тестирования магнитными частицами (MT), ультразвукового тестирования (UT) и радиографического тестирования (RT).
Сертифицированный инспектор по сварке (CWI) AWS для VT.

Пескоструйная очистка или шлифовка всех сварных швов перед неразрушающим контролем. Тест должен соответствовать требованиям спецификации проекта. Ниже приведены типичные требования к неразрушающему контролю для полевой сварки:

MT: угловые и канавочные швы PJP.
UT: Сварные швы CJP с разделкой кромок и сварные швы PJP с разделкой кромок, используемые для повторного создания «цельного» шва CJP, электрозаклепки и швы с пазами.
PT: концы швов CJP и PJP с разделкой кромок.

Сварные швы с дефектом

Заменить все сварные швы, отклоненные любым методом испытаний, и отремонтировать в соответствии с AWS D1.1 или AWS D1.5 в зависимости от спецификации проекта. Перед приемкой инженером проверьте и повторно испытайте сварные швы.

Ящики для специальной сварки в полевых условиях

Сварка опор и принадлежностей:

Может быть одобрен инженером, если нет другой альтернативы.
Планы необходимо отправить инженеру.
Приваривайте только к участкам сжатия балок.

Сварочные ножницы:

Не сваривайте, если температура ниже 32 F.
Удалить ржавчину, прокатную окалину, краску и гальванику с основного металла.
Очистить конец шпильки.
Не нагревайте верхний фланец.
Используйте оборудование для приварки шпилек с автоматическим таймером.
Испытательная приварка шпилек в соответствии с AWS D1.5, раздел 7.
Добавьте угловой сварной шов 5/16 дюйма, если у шпильки нет полного углового сварного шва на 360 градусов.

Сварочные позиции

Сварщики должны иметь квалификацию для различных сварочных работ и соблюдать утвержденные WPS.Позиции сварки:

1G или 1F — Плоский шов с разделкой кромок или угловой шов.
2G или 2F — Горизонтальный шов с разделкой кромок или угловой шов.
3G или 3F — Вертикальный шов с разделкой кромок или угловой шов.
4G или 4F — Сварка с канавкой или угловым швом.

На рисунках 36 и 37 показано положение испытательных пластин для сварки с разделкой кромок и угловой сварки соответственно. Таблицу положений сварных швов можно найти в AWS D1.5.

Рисунок 36: Расположение испытательных пластин для швов с разделкой кромок

Рисунок 37: Расположение испытательных пластин для угловых швов

Сертификат сварщика

Одобрения сварщиков AWS

Сертификат сварщика AWS (AWS QC7-93)

Для проверки сварщика в соответствии с AWS в целях сертификации необходимо использовать аккредитованный испытательный центр.Кандидат выбирает тесты производительности, необходимые для квалификации. Обратите внимание:

AWS QC7-93 Приложение G содержит список требований к производительности для каждого теста.
Кандидат должен предоставить WPS, предоставленный работодателем, или использовать стандартную процедуру AWS.
Тестовые сборки абитуриента должны сдать экзамен.

срок действия считается бессрочным, если: 1) сварщик не участвовал в сварочных работах в течение шести месяцев или в соответствии с установленной процедурой, или 2) есть причина сомневаться в способностях сварщика.

Тест производительности AWS

Испытание следует стандартной процедуре WPS или AWS и связано с определенным типом и положением сварного шва. Тестовые сборки должны соответствовать WPS. Стандарты приемки включают:

▪ Испытание макротравмирования углового шва (если применимо)

▪ Испытание на изгиб (если применимо, можно заменить на RT)

▪ Испытание на разрыв углового шва (если применимо)

Соображения, основанные на типах сварных швов

CJP Швы с разделкой кромок

Это самый дорогой тип сварного шва, поэтому зарезервируйте его на тот случай, когда это будет единственно приемлемым вариантом.Обычно это выгодно при электрошлаковой или электрогазовой сварке; однако, как правило, такие сварочные процессы не допускаются.

PJP в сравнении с угловыми сварными швами

Может использоваться в тройниках и внутренних угловых соединениях. Обычно можно предположить, что для сварки PJP требуется половина объема материала для заданной прочности. Вы также можете оценить время, необходимое для снятия фаски на стыке PJP, равное одному проходу углового сварного шва. В целом: 1) угловой шов более экономичен, если он требует только одного прохода, 2) сварные швы PJP идеальны в плоском положении, и 3) угловые швы идеальны в плоском или горизонтальном положении.Общее практическое правило:

Если размер ножек меньше 1 дюйма, используйте угловые швы.
Если размер ножки превышает 1 дюйм, используйте сварной шов PJP с разделкой кромок.

Смешанные угловые швы PJP

На Рисунке 38 показан пример углового сварного шва со смешанным PJP, также известного как угловой сварной шов PJP, армированный угловым швом. Это может быть более экономично, чем отдельный сварной шов PJP или угловой шов. Для Т-образных соединений угловые сварные швы поверх сварного шва PJP обеспечивают лучший контур в месте пересечения.Этот тип сварного шва предпочтительнее для сварных швов в положениях, отличных от плоских.

Рисунок 38: Угловой шов смешанного PJP

Прочие рекомендации по сварке

CJP Швы с разделкой кромок

Односторонние сварные швы легче выполнять, если не требуется контроль деформации. Типичная экономия 2: 1, предполагаемая для двусторонних сварных швов, неверна для многих предварительно квалифицированных соединений.

Выбор корневого отверстия и входящего угла зависит от размера горловины:

Если размер горловины меньше 1 дюйма, используйте наименьшее допустимое отверстие в корне с большим прилегающим углом.
Если размер горловины больше или равен 1 дюйму, используйте большее корневое отверстие и меньший прилегающий угол.

Сварка с разделкой кромок PJP

Односторонние швы PJP с разделкой кромок обычно требуют менее трех сварочных проходов и более экономичны, чем двусторонние. Двусторонние сварные швы действительно предотвращают разрыв незакрепленной области корня.

Сварные швы с развальцовкой и канавкой

Не всегда нужно заливать смыв.Вы должны указать необходимое горло, чтобы получить требуемую пропускную способность.

Угловые швы

Прочность линейно увеличивается с увеличением длины сварного шва и размера ветви. Примечание:

Увеличение объема сварного шва один к одному с длиной сварного шва.
Увеличение объема сварного шва на 4: 1 с размером приварной ветви.
Непрерывные сварные швы часто выбирают вместо прерывистых.

Сварочная инспекция

Сварные швы необходимо проверять на соответствие спецификациям.Существует две категории методов проверки:

▪ Используется для аттестации процедуры сварки.

▪ Подходит для испытаний на растяжение, ударных испытаний по Шарпи и испытаний на изгиб.

▪ Осмотрите сварные детали на месте без повреждений.

▪ Требования к неразрушающему контролю.

▪ Методы включают:

— Визуальное тестирование (VT).

— Пенетрантное тестирование (PT).

— Испытания на магнитных частицах (MT).

— Радиографические исследования (RT).

— Ультразвуковой контроль (UT).

Визуальное тестирование (VT)

Этот метод является мощным инструментом до, во время и после сварки. Это требует хорошего зрения и освещения. Основным инструментом является фонарик и измерительные приборы для сварных швов. На рисунках 39 и 40 показаны инструменты и процесс соответственно.

Рисунок 39: Инструменты VT

Рисунок 40: Метод VT

Тестирование на проникновение (PT)

В этом методе используется капиллярное действие для втягивания жидкости в неровности, разрушающие поверхность.Тестер наносит проявитель, чтобы сделать разрывы видимыми, и должен обеспечивать достаточное время для капиллярного действия для втягивания жидкости (примерно 15 минут). На рисунке 41 показан процесс.

PT может обнаруживать только поверхностные неоднородности. Он эффективно подчеркивает неровности поверхности, которые трудно увидеть визуально. Это грязно, медленно и не часто используется для магнитных материалов, таких как сталь.

Рисунок 41: Метод ПК

Тестирование магнитных частиц (MT)

MT обнаруживает неоднородности по изменению магнитного потока (видимого сквозь частицы).Он создает другую картину и может обнаруживать поверхностные и слегка приповерхностные неоднородности (Рисунок 42).

Есть два метода создания электромагнитного поля:

Пропустить ток напрямую через материал:

▪ Два стержня контактируют с материалом.

▪ По ним прошел электрический ток.

Используйте катушку на ярме для создания магнитного поля:

▪ Через катушку проходит ток.

▪ Конец ярма контактирует с исследуемым материалом.

Трещины, перпендикулярные полю, легче всего обнаруживаются методом МП.

MT используется для обеспечения качества отремонтированных сварных швов, особенно швов PJP с разделкой кромок и угловых швов. Он также используется для проверки отверстий для доступа к сварным швам. MT предпочтительнее PT, потому что это быстрее, проще и менее беспорядочно.

Рисунок 42: Метод MT

Радиографические исследования (RT)

В режиме RT вы пропускаете гамма-лучи или рентгеновские лучи через материал. На противоположной стороне шва помещается рентгенографическая пленка, чтобы получить изображение внутренней части сварного шва.Тонкие части (несплошности) отображаются темнее (наиболее обнаженные), а усиление сварного шва — более светлым участком (Рисунок 43). Для чтения RT требуется опытный специалист.

Рисунок 43: Метод RT

RT требует доступа к обеим сторонам стыка. Трещины, ориентированные перпендикулярно направлению источника излучения (т. Е. Параллельно пленке), могут остаться незамеченными. Этот метод обеспечивает постоянную запись и идеально подходит для швов CJP с разделкой кромок в стыковых соединениях. Однако он не подходит для сварных швов PJP с разделкой кромок или угловых швов, и его трудно интерпретировать при использовании Т-образных и угловых соединений.

Ультразвуковой контроль (UT)

В UT (Рис. 44) высокочастотные звуковые волны передаются через материал. Приемник улавливает звуковые волны, отраженные от задней поверхности материала. Разрывы вызывают прерывание звуковых волн и приводят к промежуточному сигналу. Он читается на экране дисплея.

Величина сигнала от неоднородности пропорциональна количеству отраженного звука. Он предоставляет информацию о размере, типе и ориентации несплошности.Иногда это бывает слишком чувствительно.

UT наиболее чувствителен к плоским неоднородностям, перпендикулярным пути прохождения звука, таким как трещины, расслоения и неполное сплавление. Идеально подходит для швов CJP с разделкой кромок (стыковые, угловые, тавровые). Его можно использовать для контроля сварных швов PJP, но нельзя использовать для угловых швов.

Рисунок 44: Метод UT

Ремонт сварных швов

Сварщик имеет возможность отремонтировать или заменить неприемлемые сварные швы. Неприемлемые сварные швы представляют собой затраты для подрядчика.Когда сварной шов неприемлем, производитель создает отчет о несоответствии (NCR), а его инспектор по контролю качества (QCI) отмечает несоответствие спецификации проекта. Несоответствия, определяемые как материальные или производственные по своей природе, далее классифицируются MDOT как незначительные или серьезные. Незначительные несоответствия могут быть устранены без одобрения NCR. Ремонт с серьезным несоответствием должен быть одобрен инженером.

Удаление материала (наплавленного металла или основного металла) может выполняться механической обработкой, воздушно-угольной дугой и строжкой, термической резкой, выкрашиванием или шлифованием.Остающийся металл сварного шва или основной металл не должен иметь трещин или подрезов. Излишки материала за пределами недопустимой части не должны удаляться, а поверхность должна быть очищена перед сваркой.

Порядок ремонта следующий:

Удалите лишний металл сварного шва, чтобы избежать нахлеста или чрезмерной выпуклости.
Добавьте дополнительный металл сварного шва для чрезмерной вогнутости, кратеров, сварных швов меньшего размера и подрезов.
Удалите неприемлемые части и произведите повторную сварку из-за чрезмерной пористости, шлаковых включений и неполного плавления.
Для ремонта трещины удалите трещину по всей ее длине плюс 2 дюйма с каждого конца, затем выполните повторную сварку.

Обозначения сварных швов

Символы сварных швов — это систематическое средство передачи информации, относящейся к сварным швам. На рисунке 45, адаптированном из AWS A2.4, показано, как обозначаются символы сварных швов. Каждый символ содержит:

Справочная линия (обязательная).
Стрелка (обязательно).
Хвост (по желанию).

Символ всегда читается справа налево, независимо от того, на какой стороне контрольной линии находится стрелка.

Рисунок 45: Символы сварных швов

Угловой шов для стальных соединений | Рекомендации по угловым сварным швам

Если грани двух элементов наклонены под углом, используется угловой шов. Угловые швы обычно имеют треугольное сечение. Для угловой сварки угол между соединяемыми поверхностями должен находиться в диапазоне от 60 до 120 градусов. Калибр углового шва

от компании GAL GAGE

Важными факторами, определяющими производительность углового шва, являются марка электрода, используемого для сварки, длина сварного шва и толщина сварного шва, которая зависит от длины участка.Длина участка (S) и толщина горловины (St) сварного шва представлены на изображении ниже.

проверка длины ножки углового сварного шва и размера горловины углового сварного шва

Толщина горловины зависит от угла наклона между поверхностями, максимум 70% длины ножки при угле от 60 до 90 градусов. Что уменьшается до 50% при увеличении угла до 120 градусов. Значения толщины горловины для различных углов приведены в таблице ниже.

Значения толщины горловины для различных углов углового шва

Угол между свариваемыми поверхностями	Отношение эффективной толщины горловины к длине участка углового шва (St / S)
60 — 90 град.	0,70
91-100 град.	0,65
101-106 град.	0.60
107 — 113 град.	0,55
114-120 град.	0,50