Сварные нахлёсточные соединения. Принцип и технология нахлесточного сварного соединения

1. Технология сварки стали Подготовка конструкций к сварке Подготовка конструкций к сварке разделяется на три этапа: 1. обработка кромок, подлежащих сварке; 2. сборка элементов конструкции под сварку; 3. дополнительная очистка, если она требуется, собранных под сварку соединений. Обработка кромок конструкций, подлежащих сварке, производится в соответствии с чертежами конструкций и согласно требованиям ГОСТ 5264–80 и других ГОСТов на основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений. Кромки соединений под сварку обрабатывают на кромкострогальных или фрезерных станках, а также путем кислородной и плазменной резки на специальных станках. Размеры элементов кромок должны соответствовать требованиям ГОСТ. Важным этапом подготовки конструкции к сварке является сборка под сварку. Под ручную дуговую сварку конструкции собирают при помощи сборочных приспособлений или прихваток. Состав сборочных приспособлений: струбцины 1 выполняют разнообразные операции по сборке углового металла, балок, полос и т.п.; клинья 2 используют для сборки листовых конструкций; рычаги 3 – для сборки углового металла и других конструкций; стяжные уголки 4 и угловые фиксаторы 8 – для сборки листовых конструкций; домкраты 5 – для стягивания обечаек, балок и других конструкций; прокладки с клиньями 7 – для сборки листовых конструкций с соблюдением величины зазора; стяжные планки 10 и угольники. И – для сборки листовых конструкций под сварку без прихваток. Применяют и другие типы приспособлений. Перед сборкой обработанные элементы конструкций должны быть измерены, осмотрены их кромки, а также прилегающий к ним металл, тщательно очищены от ржавчины, масла, краски, грязи, льда, снега, влаги и окалины. В цеховых условиях элементы конструкций собирают на стеллажах – плитах, имеющих пазы для установки в них приспособлений (болтов, стяжек, штырей и т.п.), крепящих собираемые элементы по размерам, предусмотренным в чертежах. Используются также простейшие стеллажи из горизонтальных балок, установленных на стойках высотой 200–400 мм. На 13.3 показан пример сборки листовых конструкций с помощью простейших приспособлений и сборки конструкций из профильного металла – углового, двутаврового и т.п. Кромки собранных конструкций, подлежащие сварке, по своей форме и размерам должны соответствовать чертежам и стандартам. Стыки конструкций по мере сборки закрепляют прихватками – короткими сварными швами для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей. Прихватки размещают в местах расположения сварных швов, за исключением мест их пересечения Длина прихваток для сталей с пределом текучести до 390 МПа должна быть не менее 50 мм и расстояние между ними – не более 500 м, для сталей с пределом текучести более 390 МПа прихватки должны быть длиной 100 мм и расстояние между ними – не более 400 мм При небольшой толщине собираемых деталей (4–6 мм) прихватки могут быть более короткими (20–30 мм) и расстояние между ними 200–300 мм. При сборке на прихватках громоздких тяжелых конструкций, кантуемых при сварке, расположение прихваток и их величина указываются в проекте производства сварочных работ. Кеудаляемые при сварке прихватки должны выполняться сварщиками, которые впоследствии будут сваривать прихваченные соединения. Прихватки придают жесткость конструкции и препятствуют перемещению деталей от усадки при сварке, что может привести к образованию трещин, особенно в элементах большой толщины. Поэтому сборку на прихватках применяют при толщине металлов 6–10 мм, а при большей толщине используют сборочные приспособления, фиксирующие форму и размеры конструкций, однако допускающие ее незначительное перемещение от сварочной усадки. Такими приспособлениями являются клиновые стяжки (см. 13.1). Непосредственно перед сваркой собранные стыки подлежат обязательному осмотру и при необходимости дополнительному исправлению дефектов сборки и очистке. При сварке в вертикальном положении сила тока уменьшается на 10–20%, при сварке горизонтальных швов – на 15–20% и при сварке потолочных швов – на 20–25%. Род тока и полярность определяют в зависимости от принятых для сварки электродов, например для электродов МР-3 может быть применен переменный или постоянный ток, для электродов УОНИИ-13/45 – только постоянный ток обратной полярности и т.п. Скорость сварки (перемещения дуги) в значительной степени зависит от квалификации сварщика и его умения вести процесс сварки с перерывами только на смену электрода. Кроме того, на скорость сварки влияют коэффициент наплавки применяемых электродов и сила сварочного тока. Чем больше коэффициент наплавки и сила тока, тем быстре перемещается дуга и, следовательно, растет скорость сварки. Следует иметь в виду, что произвольное увеличение силы тока может вызвать перегрев электрода. Коэффициент /С, определяемый по табл. 13.1, зависит от вида покрытия электродов. Например, для электродов с кислым или рутиловым покрытием максимальная величина коэффициента при диаметре 3–4 мм К=45; для электродов с основным покрытием диаметром 3–4 мм Д»=40; с целлюлозным покрытием того же диаметра /(=30. На основании формулы погонной энергии сварки qn (гл. 3) была выведена приближенная зависимость погонной энергии от площади сечения валика шва, Дж/мм где Qo – коэффициент, зависящий от типа применяемых электродов или проволоки при механизированных методах сварки; Fm–> площадь сечения валика, мм2. Для электродов марок УОНИИ-13/45 и СМ-11 величина Qo=65 Дж/мм3. Таким образом, зная погонную энергию, можно легко определить сечение валика шва и наоборот. 2. Типы сварных соединений. Сварные швы Термины и определения основных понятий по сварке металлов устанавливает ГОСТ 2601–84. Сварные соединения подразделяются на несколько типов, определяемых взаимным расположением свариваемых деталей. Основными из них являются стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые соединения. Для образования этих соединений и обеспечения требуемого качества должны быть заранее подготовлены кромки элементов конструкций, соединяемых сваркой. Формы подготовки кромок для ручной дуговой сварки стали и сплавов на железоникелевой и никелевой основе установлены ГОСТ 5264–80. Стыковым соединением называют соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями. ГОСТ 5264–80 предусмотрено 32 типа стыковых соединений, условно обозначенных Cl, C2, С28 и т.д., имеющих различную подготовку кромок в зависимости от толщины, расположения свариваемых элементов, технологии сварки и наличия оборудования для обработки кромок. При большой толщине металла ручной сваркой невозможно обеспечить проплавление кромок на всю толщину, поэтому делают разделку кромок, т.е. скос их с двух или одной стороны. Кромки скашивают на строгальном станке или термической резкой (плазменной, газокислородной). Общий угол скоса (50±4)°, такая подготовка называется односторонней со скосом двух кромок. При этом должна быть выдержана величина притупления (нескошенной части) и зазор, величины которых установлены стандартом в зависимости от толщины металла. Шов стыкового соединения называют стыковым швом, а подварочный шов – это меньшая часть двустороннего шва, выполняемая предварительно для предотвращения прожогов при поседующей сварке основного шва или накладываемая в последнюю очередь, после его выполнения. При подготовке кромок стали толщиной 8–120 мм. Обе кромки свариваемых элементов скашивают с двух сторон на угол (25±2)° каждую, при этом общий угол скоса составляет (50 ± ±4)°, притупление и зазор устанавливаются стандартом в зависимости от толщины стали. Такая подготовка называется двусторонней со скосом двух кромок.

Нахлесточное сварное соединение: принцип, разновидности, технология

На сегодняшний день подавляющее большинство металлических деталей и конструкций неразъемно соединяют с помощью сварки. Сварное соединение отличается прочностью и надежностью. В то же время накладка сварных швов требует намного меньше времени и затрат труда, чем соединение металла каким-либо другим способом. Их можно делать с помощью электрической, газовой или плазменной сварки, но все они подчиняются единым правилам. Существует несколько основных видов соединений, которые можно сделать с ее помощью: стыковые, торцевые, угловые, тавровые и нахлесточные.

Последние встречаются очень часто, поскольку не требуют от сварщика особого навыка и высокой квалификации.

Нахлесточные соединения считаются самой популярной в виду того, что для ее осуществления не требуются высокая квалификация и специальные навыки

Принцип создания и разновидности нахлесточных соединений

При таком соединении поверхности деталей лежат параллельно, частично перекрывая по краям друг друга. Оно пользуется популярностью, потому что малочувствительно к погрешностям при наложении сварного шва, и его можно доверить начинающему сварщику. Однако стоит знать, что нахлесточные соединения уступают стыковым при возникновении нагрузок, особенно динамических. Если на растяжение оно выдерживает значительные усилия, то при изломе такое сварное соединение может лопнуть. Чтобы этого не случилось, есть возможность его дополнительного усиления.

Принцип нахлесточного соединения заключается в том, что детали располагаются параллельно, перекрывая друг друга по краям.

Обычно при перекрывании соединяемых поверхностей сварка производится вдоль края нижнего листа. Чтобы повысить сопротивление нагрузкам на излом, еще один сварной шов можно провести и вдоль края верхнего листа. Если же и этого недостаточно, то край нижней стыкуемой поверхности можно после нагрева загнуть вниз, а затем снова выпрямить параллельно верхнему, получая своеобразный балкон. В него войдет край верхней пластины, а сварка производится вдоль краев обеих. Это придаст всему соединению очень значительный запас прочности и предотвратит возможное повреждение соединения. Оно успешно выдержит нагрузку и на разрыв, и на излом.

Технология нахлесточных соединений

Нахлесточное соединение выполняется с помощью лобового, бокового или косого углового шва. При этом если длина косого или лобового может быть практически любой, то боковой ограничивается интервалом 3 см. В швах короче этого расстояния напряжение очень сильно концентрируется по краям, а у более длинных напряжение распределяется очень неравномерно.

Читайте также:

Как работает плазменный резак.

Как ремонтировать сварочный инвертор.

О точечной сварке для аккумуляторов 18650 своими руками читайте здесь.

Нахлесточные сварочные швы также делятся на несколько разновидностей, выбор которых зависит от сооружения.

Сварное соединение нахлесточного типа можно сделать также с помощью заклепочных и прорезных швов. В первом случае в поверхности пластины, наложенной сверху, прожигается сквозное отверстие, и вдоль его краев накладывается кольцевой шов. Возможен вариант, когда все отверстие заполняется расплавленным металлом. Во втором случае прорезается не круглое отверстие, а щель, и шов накладывается вдоль ее периметра.

Прочность нахлесточной сварки можно повысить следующими способами:

1. В зависимости от вида предстоящих нагрузок подобрать подходящий вид сварки и электродов.
2. Расположить сварные швы симметрично силе воздействия нагрузок.
3. Использовать несколько видов сварных швов, что увеличит их общую длину и снизит падающее на них напряжение.

Тогда нахлесточный шов будет соединять детали прочно и надежно.

Это поможет компенсировать недостаток квалификации исполнителя сварочных работ, одновременно помогая ему приобрести необходимый опыт.

Подобные работы есть смысл проводить обычно в том случае, когда масса соединяемых деталей очень велика, а возможность их перемещения с необходимой точностью ограничена. При соблюдении всех правил прочность не будет уступать монолитному изделию.

Сварка внахлест арматуры и плоских деталей согласно ГОСТ электродуговым и контактным методом

Сваривание внахлест чаще всего применяют при точечной контактной сварке. В других случаях получается слишком большой расход материалов и рабочего времени, требуется проваривать шов с двух сторон.

При соединении внахлест разделка кромок не требуется, но сами кромки должны быть аккуратно обрезаны, без заусенцев от механической обрезки или наплывов от газового резака.

Торцы кромок и прилегающие области в пределах двух сантиметров должны быть зачищены до металлического блеска, при необходимости обезжирены.

Электродуговой метод

В зависимости от положения нахлесточного соединения в пространстве, сварка должна производиться по технологиям, разработанным для конкретного вида сварочного соединения. Чтобы предотвратить появление ржавчины требуется проварить нахлестовое соединение с одной и другой стороны.

Сварку внахлест электродуговым методом обычно применяют при монтажных и сборочных работах стальных конструкций. Для сварщика технология внахлест не представляет трудностей, если имеется возможность кантовать свариваемое изделие.

Естественно, если необходимо приварить внахлест листовую заготовку к металлическому потолку, то возникнут трудности с потолочным швом.

При сварке внахлест, в зависимости от конкретных требований, соединение заготовок производится одним или двумя швами.

Шов проходит по краю одной или другой поверхности свариваемого изделия. Технология практически исключает прожоги. Требования к краям изделия не такие жесткие, как при сварке встык.

При сборке деталей допускается некоторая нестыковка, неточности в размерах. Главное, чтобы внешние габариты соответствовали требованиям.

Простота сварки внахлест имеет и свою отрицательную сторону:

• некоторый перерасход материалов из-за того, что листы металла накладываются друг на друга, а не стыкуются;
• перерасход электродов, из-за необходимости в некоторых случаях проводить сваривание с двух сторон;
• нахлесточное соединение по прочности уступает стыковому.

При сварке внахлест шов формируется в углу, образованном торцом одной детали и боковой поверхностью другой детали. Это, по сути, соответствует угловому соединению. Поэтому к нахлесточному соединению применяют техники, использующиеся при угловых соединениях.

Контактный метод

Самым распространенным методом сваривания листовых материалов является соединение их внахлест. Его осуществляют с помощью рельефов (специальных выступов). Обычно применяют рельефы сферической формы. Рельефная сварка относится к разновидностям контактного метода.

При сварочном процессе внахлест рельефы формуют с применением холодной штамповки, что вызывает образование лунки. Если использовать материалы с высокой пластичностью, то можно получить рельефы любой сложности. Если рельефы получить затруднительно по каким-либо причинам, то можно использовать специальные вставки.

По сравнению с контактным сварочным процессом рельефный метод имеет некоторые отличия. Так, сварное соединение получается не за счет плавления металла, а за счет пластической деформации.

Данный вид сваривания используется при массовом производстве. Соединения получаются красивыми, без следов от электродов. Сваривание происходит по самому краю кромок, при этом не требуется предварительная подготовка поверхностей.

Контактная сварка в этом плане более требовательная, в ней сварочные точки не могут располагаться слишком близко к краю стыка. Между собой они тоже на должны находиться близко из-за шунтирующих токов.

Несмотря на это, контактная сварка внахлест очень распространена в автомобилестроении и приборостроении, широко применяется в изготовлении бытовой техники. Сам принцип действия контактной сварки предполагает нахлесточное соединение.

Применение к арматуре

При любом строительстве требуется армирование бетона для получения прочных конструкций. Чтобы обеспечить прочность, необходимо создавать каркасы из арматуры. Для этого проводят соединение арматуры с помощью вязальной проволоки или сварки.

Получение прочного каркаса из отдельных стержней арматуры является сложной задачей. Необходимо соблюдать технологию и множество правил.

Например, сварку арматуры внахлест используют, когда требуется все нагрузки равномерно распределить по поверхности. При этом необходимо учитывать, что нахлест применяется в местах наименьшего напряжения. Желательно брать арматурные стержни одного диаметра, при этом толщина арматуры не должна быть больше 20 мм.

Технология внахлест производится с учетом двух рельефов и швов. Сварочный процесс осуществляется аппаратом ручной электродуговой сварки.

Сварное соединение типа тавр должно иметь инвентарную форму, в ванне применяется только один электрод. Если сварка осуществляется под флюсом, то применять присадочную проволоку не нужно.

Нахлест арматуры в строительстве в случае применения сварки разрешается только при использовании стержней марок А400С и А500С. Арматура этого класса хорошо сваривается.

Недостатком является высокая стоимость этих марок. Наибольшее применение получила арматура марки А400, но она при нагревании теряет свои прочностные свойства и устойчивость к коррозии.

Требования к технологии

По западным стандартам запрещено производить сварочный процесс в областях перехлеста арматурных стержней, независимо от их марки. По российским нормирующим документам сваривание разрешено при толщине арматуры, не превышающей 25 мм.

При сварочных работах необходимо учитывать диаметр электродов. При использовании электродов толщиной 4-5 мм, длина нахлеста арматурных стержней будет более 10 диаметров свариваемых стержней. Этого требует ГОСТ 14098 и ГОСТ 10922.

Сваривание стержней арматуры можно осуществлять внахлест электрошлаковым полуавтоматом, ручной электродуговой, ванно-шовной, контактной сваркой.

Длинные швы делают для монтажа горизонтальных и вертикальных элементов арматурного каркаса. Такое соединение позволяет использовать вариант с накладками или внахлест.

Хотя соединение внахлест производится длинными швами, допускается также использование дуговых точек. Допустимо делать нахлестку короткой и длинной, а шов двусторонним или односторонним.

Длина сварного стыка накладки и арматурного прутка может быть разной. При этом допускается смещать накладки по длине. Сваривание арматурных стержней производится разнообразными фланговыми швами.

При сваривании арматурных стержней вертикального расположения необходимо на 10-20 % уменьшить сварочный ток. При использовании двусторонних швов возможно появление горячих трещин. Для предотвращения этого требуется точно соблюдать технологию сварки и правильно подбирать вид электрода.

Сварные соединения внахлестку

В табл. 43 приведены размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов соединений внахлестку. На фиг. 37. показаны некоторые типы соединений внахлестку.

Прочность этих соединений под действием переменных и ударных нагрузок меньше прочности стыковых соединений с полным проваром сечения. Площадь наплавленного металла швов соединения внахлестку больше площади стыковых швов, но подготовка под сварку и сборка более просты. Наличие перекрытия соединяемых элементов (нахлестки) обусловливает больший расход основного металла. Соединения нерациональны при толщине металла свыше 20—25 мм.

Фиг.37.Соединения внахлестку

Тип а — соединение внахлестку с лобовыми швами. Применяется в основном при изготовлении различных листовых конструкций (сосуды, резервуары, обшивка и т. д.).

Тип б — соединение внахлестку с фланговыми швами. Применяется в основном при изготовлении различных конструкций из профильных материалов (подкрановые, стропильные и иные фермы, колонны, мачты). Величина перекрытия соединяемых элементов и размеры швов (длина и толщина) принимаются по расчету.

Зазор между соединяемыми элементами снижает прочность соединения. В некоторых случаях применяют соединения внахлестку с комбинированным швом.

Типы в и г — соединения, изготовляемые с применением круглых отверстий и пазов. Применяются в случаях, когда затруднено выполнение соединений внахлестку типов а или б (например, при креплении металлического настила к балкам). Соединения хорошо работают на срез. Применение при переменных и ударных нагрузках не рекомендуется.

Таблица 43.Размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов соединений внахлестку

Сварка нахлесточных соединений: технология выполнения, область применения.

Сварка внахлест (внахлестку; сварка нахлесточных соединений) представляет собой такой сварочный процесс, при котором соединяются два (возможно и большее их количество) листа путем полного либо частичного наложения одного на другой.

Мы постараемся дать полный и исчерпывающий ответ, на эти указанные вопросы:

• Как именно осуществляется такая сварка?
• В каких областях она в основном применяется?
• Как правильно подготовить поверхность к предстоящей работе?

Главное преимущество, такого вида сварки, это эстетичный вид

Сварка в нахлест — что это?

Из приведенного определения следует, что сварка предполагает соединение хотя бы двух деталей. При осуществлении сварки нахлестных  соединений, детали  имеют, по меньшей мере, одно основание. Их располагают так, чтобы эти самые основания были развернуты друг к другу, и при этом детали перекрывали друг друга непосредственно в области нахлеста. Соответственно, такая область будет хотя бы частично проходить через оба основания.

Соединение деталей в ходе работы осуществляется с образованием одного (как минимум) сварного шва.

В целях соединения лишь двух заготовок прибегают к односторонней точечной сварке. Односторонняя точечная сварка соединений также может использоваться при необходимости сваривания металла тонкого с толстым. В остальных случаях, когда нужно соединить большее количество деталей, применяется двусторонняя сварка.

Укажем на то, что точечная сварка  соединений в нахлест,  обладает некоторыми существенными недостатками. Дело в том, что точечная сварка не предполагает краевых угловых сварных швов.

Следовательно, возникает такая проблема: между деталями, подлежащими соединению, образуются зазоры (уже за пределами участков соприкасания). Такие зазоры весьма подвержены коррозионным процессам, поскольку, в частности, в них может происходить скопление влаги. Влага в этих зазорах распространяется далеко и остается там.

Можно ли побороть такую проблему?

Сложно, поскольку для предотвращения коррозии необходимо заполнить все зазоры противокоррозионным покрытием, что представляется довольно-таки затруднительным.

В силу описанной причины считается, что долговечность полученного точечной сваркой внахлест сварочного узла не достигает оптимальных показателей.

Области применения

Сварка соединений внахлест обладает необычайно широкой сферой использования.

Так, целый ряд сварочных аппаратов предназначен для:

• Сборки различного рода павильонов;
• Сборки автотентов;
• Изготовления рекламных баннеров разных размеров и форм;
• Конструирования навесов, оберегающих от воздействия солнца.

Широкое распространение точечная сварка соединений нашла в области автосервиса. Здесь, сварка внахлест, как наиболее доступный и распространенный способ сваривания металлических деталей, применяется в ходе вваривания заплат, к примеру, либо ремонтных вставок. Преимущественно это происходит при ремонте отдельных силовых элементов автомобиля.

Также затронем тему сваривания проволоки. Здесь может быть использована чистая точечная сварка проволоки, когда нужно две пересекающиеся между собой проволоки соединить вместе.

Второй вариант – сварка проволоки встык. В таком случае соединяются два конца проволоки.

Как подготовить металл?

Точная и подробная инструкция по подготовке металла к предстоящей обработке выглядит следующим образом:

Этап 1: очистка.

Очень важно тщательно очистить металл от любого рода загрязнений. Это означает, что нужно удалить ржавчину, краску, грунт, любые антикоррозионные покрытия, любые виды смазок.

Не маловажную роль играет, подготовка изделия

Сохранение указанных загрязнений приведет к некачественным результатам сварки, а в худшем случае – к невозможности сварки. Почему?

Дело в том, что:

• Наличие загрязнений, которые не проводят ток, не позволит начать работу;
• Ряд загрязнений способен выделять газы под воздействием тепла, что приводит к разбрызгиванию жидкого металла во все стороны. Следовательно, возникает опасность получения ожогов и возникновения пожара;
• Те же газы могут привести к тому, что сварной шов окажется пористым;
• Не исключены сильные задымления.

Если говорить о соединении проволоки, то подготовка будет в себя включать также выравнивание проволоки и ее резку.

Этап 2: подгонка деталей.

Данный этап предполагает максимально плотное прижатие металлических деталей друг к другу. В этих целях используются различные зажимы, временные крепления на саморезах, болтах и т.д.

Таковы основные положения, касающиеся точечной сварки нахлесточных соединений. Четкое следование всем правилам и требованиям обеспечит достижение качественного результата.