Наши партнеры ArtmMisto
Найбільш поширеним видом з'єднань елементів сталевих конструкцій є електрозварні з'єднання. Розрізняють ручну, автоматичне і напівавтоматичне електродугове зварювання.
Електродугове зварювання заснована на фізичному явищі виникнення електричної дуги між сталевим стрижнем (електродом) і зварюються сталевими деталями, яка розплавляє основний метал і метал електрода, утворюючи зварний шов, що з'єднує окремі деталі в одне ціле.
Схеми електрозварювання і зварювальної дуги
Сварка голим електродом і незахищеною дугою призводить до утворення недоброякісних швів, головним чином тому, що в шов потрапляє азот, який утворює нітрид, внаслідок чого шов стає крихким, набуває низькі механічні показники.
Для запобігання електричної дуги від контакту з повітрям (шляхом утворення захисної газового середовища) і для кращої іонізації повітряного простору на електроди наносять глину. Ця обмазка служить для освіти в рідкій ванні металу шлаку, що сприяє раскислению і очищенню металу, і шлакової скоринки, що оберігає гарячу поверхню шва від контакту з повітрям.
Спочатку для обмазки використовували розчинений в рідкому склі крейда (крейдяний, або іонізуюча обмазка), який наносився на електроди тонким шаром (тонко-обмазані електроди).
Однак якість зварного шва залишалося невисоким. В результаті були вироблені спеціальні якісні обмазки, які наносяться на електродний дріт товстим шаром, строго концентрично (толетообмазанние електроди). Ці якісні обмазки містять додатково різні легуючі речовини, що поліпшують механічні показники швів 1.
У будівельних сталях великий вплив на зварюваність надає кількість вуглецю в металі. Для зварювання сталей з вмістом вуглецю понад 0,2% потрібне застосування електродів зі спеціальними обмазками. Для зварювання звичайних будівельних сталей з вмістом вуглецю менше 0,2% застосовуються звичайні електроди з товстої (якісної) і рідше з тонкої (крейдяний) обмазкой.
Зважаючи на велику різноманітність складу якісних обмазок типи електродів розрізняють не по складу обмазок, а за результатами механічних випробувань зразків наплавленого металу і зварного з'єднання, які повинні бути не менше значень, зазначених в таблиці.
Таблиця Механічні властивості зразків зварних з'єднань і наплавленого металу шва .
З таблиці видно, як різко відрізняються механічні характеристики швів, виконаних електродами Е34 і Е42, особливо щодо пластичності, яка характеризується відносним подовженням. Тому застосування електродів типу Е34 в відповідальних конструкціях і деталях виключається.
На міцність зварних з'єднань істотно впливає структура шва, а також зустрічаються в ньому неметалеві включення (шлаковіни або дрібні газові бульбашки, що з'являються при охолодженні шва). Наявність внутрішніх мікропор створює об'ємну концентрацію напружень, збільшуючи крихкість шва.
Під час охолодження розплавленої сталі шва відбувається кристалізація. Кристали ростуть, витягаючи в одному напрямку, причому в місцях зустрічі кристалів іноді концентруються неметалеві включення, утворюючи площині слабини. На фігурі, а показаний мікрошліф зварного шва, де видно окремі шари накладення, а також невелика тріщина в корені шва, що проходить по площині слабини і з'єднує два невеликих шлакових включення.
Поява тріщин всередині шва - неприпустимо.
Тріщини у швах
Тріщини у швах:
а - мікрошліф кореня шва (х4) з тріщиною між шлаковінамі;
б - гаряча тріщина в металі шва (загальний вигляд);
в - те ж, макрошліфов.
Розрізняють гарячі і холодні тріщини. Вважається, що гарячі тріщини іноді виникають при охолодженні шва в температурному інтервалі 1000 - 1350 ° і пов'язані з наявністю межкристаллических прошарків, що містять такі хімічні домішки, які мають іншу температуру затвердіння, ніж сталь . Холодні тріщини є здебільшого результатом напруг, що розтягують в швах від усадки.
Якщо розрізати зварений шов, відшліфувати і піддати його вивчення під мікроскопом, то можна простежити за зміною його структури. На фігурі показана структура зварного шва і розподіл температур по перетину шва.
Тут можна виділити три зони: I - зона основного металу; II - перехідна зона; III - зона наплавленого металу.
Структура зварного шва
Зоною основного металу вважається та його частина, яка нагрівається не вище критичної температури (t = 723 °). Метал, нагрітий нижче цієї температури, що не зазнає змін і зберігає свої механічні властивості.
Перехідна (околошовной) зона, або зона термічного впливу, розташована між основним і наплавлений металом. У цій зоні під час зварювання спостерігається (різка зміна температури від 1500 ° (температура плавлення) до 723 °. Структура металу в цій зоні нерівномірна. На ділянці з температурою понад 1000 - 1100 ° відбувається зростання кристалів, виходить груба грубозерниста структура, результатом чого є зниження механічних якостей. Перехідний ділянку є найслабшим місцем шва.
Проникнення наплавленого металу в основний називається проваром: чим глибше проварена, тим краще шов. Зазвичай глибина провару становить 1,5 - 2 мм. Особливо важливе значення має глибокий проварена в корені кутових швів конструкцій, що піддаються змінним навантаженням.
Наявність щілини при звичайному проварити кореня шва і необробленої кромці створює різка зміна форми, внаслідок чого тут іноді з'являється концентрація напружень. Така щілина може з'явитися місцем виникнення дрібних тріщин, які з часом, розвиваючись від змінного навантаження, можуть привести до розриву.
Сварка кутових швів
Сварка кутових швів:
а - наявність щілини в з'єднанні при необробленої кромці;
б - глибокий проварена при автоматичному зварюванні;
в - зварювання способом «глибокого провару».
Глибокий проварена досягається або за допомогою автоматичного зварювання, або так званим способом зварювання з «глибоким проваром» ( «коротка дуга»), сутність якого ясна з фігурі, в. Тут електрод злегка спирається на кінець обмазки, виходить коротка дуга, закрита чохольчиком обмазки, в зв'язку з чим забезпечуються більш глибокий проварена і кращу якість шва.
Випробування наплавленого металу на загин
Перевіркою зварюваності і міцності зварного з'єднання, крім випробування на розтягнення, служить технологічна проба на загин. Це випробування характеризує статичну в'язкість з'єднання, яка пропорційна куту загину. Воно дає надійну і просту можливість виявити одночасно міцність і пластичність зварного шва.
1 В. М. Рибаков і К. П. Вощанов, Технологія ручного дугового зварювання, Машгиз, 1953.
«Проектування сталевих конструкцій»,
К.К.Муханов
Принцип автоматичного зварювання полягає в тому, що електрод подається до місця зварювання автоматично при безперервному розмотування бухти спеціальної електродного дроту. Електрод подається автоматичної (зварювальної) голівкою, яка виконує ті ж функції, що рука зварника при ручному зварюванні. Схема автоматичного зварювання під шаром флюсу Замість обмазки застосовується сипучий матеріал певного хімічного складу (флюс), яким засипається кінець електрода ....
