Что такое площадь сечения шва
Расчет площади поперечного сечения сварного шва
Для того чтобы правильно провести расчет площади поперечного сечения сварного шва, необходимо учитывать основные моменты, это учитывать как вид возможного соединения, так и выбор способа проведения сварочных работ. В качестве сварочных работ, выбирают ручную, дуговую, а также полуавтоматическую электрическую сварку. Научно доказано и проведено множество расчётов, где выведена специальная формула, предназначенная для определения истинных параметров показателей.
Формулы для проведения вычисления 
В качестве расчёта используют значение действия осевой силы N, в свою очередь, проходящей через условный центр тяжести всего соединения.
. Из этой формулы следует: 
В качестве рабочей формулы расчёта площади поперечного сечения сварного шва, используют вышеуказанные значения, при этом, каждое значение имеет свои данные:
Это основная формула, используемая для проведения текущих расчётов.
Все обрабатываемые швы могут выполняться в двух режимах, как с разделкой, так и без применения разделок кромки, при этом есть основной технический регламент, который регулирует принцип проведения расчета площади наплавленного металла сварного шва, с известными готовыми данными ГОСТ 5264-80.
Основные критерии расчёта
Согласно техническому регламенту, при определении точных фактических данных, рекомендуется учитывать следующие факторы, влияющие на результат расчета площади поперечного сечения сварного шва углового соединения:
Таблица: Допустимая величина показателя плотности тока в электроде при проведении процесса в ручной дуговой сварке.
Технические регламенты проведения расчётных операций
В качестве рабочей документации для осуществления задачи, как посчитать площадь сварного шва, используется регламент ГОСТ 14098-91. Для расчёта используется специальная программа прорисовки самой разделки (в интернете можно встретить такие программы), но если вы не знаете все тонкости управления программки, придётся использовать старый проверенный способ, это выполнение требований расчёта, исходя из ГОСТ:
Дополнительные особенности проведения расчётных операций
Специалистов знают, что площадь поперечного сечения сварного шва формула ГОСТ имеет разное значение, точнее отличительные схемы проведения вычисления, в зависимости от структуры применения варианта сварочного оборудования:
Существуют определённые схемы расчёта, которые зависят от типа металла и способа проведения сварочных работ (выбор оборудования).
Программы для установки вычислений
Учитывая сложность данного вопроса, а также вероятность допуска технических ошибок, были разработаны специальные программы, позволяющие в режиме онлайн провести расчёты требуемых показателей для поперечного сечения шва. При разработке большого проекта, самостоятельно рассчитать все данные физически невозможно. Для этих целей к работе привлекают специалистов, или используют значения данных в программах, которые имеют официальное лицензирование соответствующих министерств и ведомств. Рекомендуется обратиться в проектные организации, которые помогут правильно провести подсчёты базы данных для выполнения сварочных работ.
Для сложных проектных решений разрабатывается специальная методика вычислений, которая подбирает несколько вариантов расчёта для одного и того же проекта. После изучения подробного описания, принимается решение о проведение правильных вычислений, которые обязательно должны пересекаться с данными регламентного требования действующих ГОСТ и СНиП. Если вы проводите самостоятельно вычисления, рекомендуется все же проверить данные с требованиями и техническими заданиями проектной документации эксплуатации конструкционной части установки. Воспользуйтесь помощью специалистов для определения правильного расчёта величины.
Определение площадей поперечного сечения сварных швов
Форма поперечного сечения
2.7.6. Техника выполнения сварных швов
Техника выполнения сварных швов зависит от вида и пространственного положения шва.
Нижние швы наиболее удобны для выполнения, так как расплавленный металл электрода под действием силы тяжести стекает в кратер и не вытекает из сварочной ванны, а газы и шлак выходят на поверхность металла. Поэтому по возможности следует вести сварку в нижнем положении. Стыковые швы без скоса кромок выполняют наплавкой вдоль шва валика с небольшим уширением. Необходимо хорошее проплавление свариваемых кромок. Шов делают с усилением (выпуклость шва до 2 мм). После проварки шва с одной стороны изделие переворачивают и, тщательно очистив от подтеков и шлака, заваривают шов с другой стороны.
Потолочные швы наиболее трудно выполнимы и поэтому требуют высокой квалификации сварщика. Применяют электроды диаметром не более 5 мм при уменьшенном сварочном токе. Следует применять тугоплавкое покрытие электрода, образующее «чехольчик», в котором удерживается расплавленный металл электрода. Дуга должна быть как можно короче для облегчения перехода капель металла электрода в кратер шва.
Выбор способа и порядка выполнения сварных швов зависит главным образом от толщины металла и протяженности шва. При сварке тонколистовой стали необходимо строгое соблюдение техники выполнения сварных швов. Особую опасность представляют сквозные прожоги и проплавление металла.
Применяют электроды с покрытием марок МТ или ОМА-2. Сварку ведут на массивных теплоотводящих медных подкладках. Такой способ теплоотвода предохраняет металл от сквозного прожога и способствует хорошему формированию шва. Тонколистовую сталь можно сваривать с отбортовкой кромок (рис. 46, в). Сварку производят постоянным током неплавящимся электродом (угольным или графитовым) диаметром 6. 10 мм при сварочном токе 120. 160 А. Применение иных способов сварки тонколистового материала рассмотрено в соответствующих главах.
Способы выполнения сварных швов по длине зависят от их протяженности. Условно принято различать: короткие швы длиной до 250 мм, средние швы длиной 250. 1000 мм и длинные швы протяженностью более 1000 мм. Короткие швы выполняют сваркой на проход (рис. 48, а). Швы средней длины сваривают либо от середины к краям (рис. 48, б), либо обратноступенчатым способом (рис. 48, в). Обратноступенчатый способ заключается в том, что весь шов разбивают на участки и каждый участок сваривают в направлении, обратном общему направлению сварки. Конец каждого участка совпадает с началом предыдущего. Длина участка выбирается в пределах 100. 300 мм в зависимости от толщины металла и жесткости свариваемой конструкции. Длинные швы сваривают также обратноступенчатым способом.
Для подогрева применяют горелки, индукционные печи и другие нагревательные устройства. Сварку производят электродами типа Э42А, Э46А, Э50А, обеспечивающими высокую пластичность и вязкость металла шва. Сварочный ток на 15. 20% выше нормального. Рабочее место должно быть защищено от ветра и снега.
2.7.6. Меры борьбы со сварочными напряжениями и деформациями.
Сварка вызывает возникновение в изделиях собственных напряжений. Собственными напряжениями называются напряжения, которые существуют в изделии без приложения внешних сил. В зависимости от причины, вызвавшей напряжения, различают:
Нагрев при сварке приводит к изменению как физических, так и механических характеристик металла, что необходимо учитывать.
Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно разделить на две основные группы:
К первой группе мероприятий относятся: выбор правильной последовательности сварки изделия, закрепление, предварительный выгиб, подогрев, интенсивное охлаждение деталей и другие.
Наиболее эффективным способом является подогрев. Он может быть общим и местным. Подогрев снижает неравномерность распределения температур и тем самым может уменьшить или устранить действие основного фактора, взывающего сварочные напряжения и деформации.
Для полного снятия напряжений применяется термическая обработка после сварки.
Для снятия напряжений назначается высокий отпуск. Целесообразность назначения термической обработки для сварных конструкций в каждом конкретном случае определяется в зависимости от применяемых материалов, технологии изготовления конструкций и условий её эксплуатации.
Ко второй группе мероприятий относятся механическая и термическая правка.
Механическая правка заключается в растяжении участков деформированной детали. Термическая правка, т.е. правка нагревом достигается за счёт пластических деформаций сжатия растянутых участков.
Те или иные мероприятия выбираются в зависимости от конструкции изделия, свариваемого материала и способа сварки
Величина и характер сварочных напряжений и деформаций определяются влиянием ряда технологических и конструктивных факторов.
Выбор способа сварки. Высокая концентрация теплоты способствует сужению зоны пластической деформации и уменьшению деформации всей конструкции. Остаточные деформации можно снизить, заменив ручную дуговую сварку покрытыми электродами механизированной сваркой под флюсом, применяя защитный газ или порошковую проволоку.
Выбор формы ш в а. При прочих равных условиях Х-образ-ная подготовка кромок благодаря симметричной форме шва вызывает меньшую угловую деформацию, чем V-образная. С целью уменьшения деформаций целесообразно применять двустороннюю сварку в соединениях без скоса кромок.
Эффективной мерой снижения деформаций при сварке соединений с угловыми швами является уменьшение сечения шва за счет применения сварочных материалов, обеспечивающих более высокую прочность металла шва.
Выбор режима сварки. Величина и характер сварочных напряжений и остаточных деформаций находятся в прямой зависимости от погонной энергии сварки, которая определяется выбранным режимом.
Увеличение площади сечения шва или отдельного слоя в шве приводит к заметному возрастанию остаточных деформаций. Для обеспечения минимальной деформации при проектировании сварной конструкции следует отдавать предпочтение швам с наименьшей площадью сечения (исходя из требований прочности конструкции).
Последовательность выполнения швов. На величину остаточных деформаций и напряжений, возникающих при сварке, существенно влияет порядок наложения швов по длине соединения и его сечению.
Наиболее значительные деформации характерны для сварки на проход, поэтому целесообразно выполнять швы от середины листов к краям при работе двух сварщиков. Уменьшает величину напряжений и деформаций обратноступенчатая сварка. В этом случае шов сваривают участками таким образом, чтобы к началу свар ки следующего участка температура предыдущего была не выше заданного значения (200. 300°С для сталей). При однослойной сварке это условие обеспечивается, если длина ступени и участка, сваренного одним электродом, одинаковая (при площади сечения шва, на 20 % большей по сравнению с площадью сечения стержня электрода).
Для уменьшения величины остаточных напряжений и деформаций при сварке многопроходных швов применяют каскадный метод сварки. Существенное влияние на величину напряжений и остаточных деформаций оказывает длина и направление сварки отдельных швов.
Предварительный изгиб свариваемых деталей. Этим приемом пользуются для предупреждения угловых деформаций при сварке стыковых и нахлесточных соединений. При сварке листов небольшой ширины с V-образной разделкой кромок их располагают не в одной плоскости, а под углом друг к другу таким образом, чтобы выступ был направлен в сторону, обратную ожидаемой деформации (рис. 2.5, а). Листы большой ширины можно укладывать с предварительным изгибом свариваемых кромок (рис. 2.5, б).
Монтажные стыки с закрепленными листами рекомендуется сваривать, предварительно отогнув кромки (рис. 2.6, а). Это может быть достигнуто при использовании домкратов или специальных приспособлений. Для предотвращения угловых деформаций тавровых или двутавровых соединений производят упругую или пластическую деформацию пояса (рис. 2.6, б). С целью устранения продольных деформаций «в плоскости» при сварке тавровых балок применяют приспособления, которые изгибают балку в сторону, обратную ожидаемой деформации (рис. 2.6, в). Предварительный обратный изгиб можно создать с помощью наклепа кромок и стенки балок либо нагревом до температуры 700. 750 °С.
Эффективная мера предотвращения выпучивания стенки в двутавровой балке, вызываемого сваркой поясных швов, — сборка с предварительным натяжением стенки. Для этого используют сборочные стенды с домкратным устройством. Уменьшить деформации тонких листов можно путем их гофрирования на прессах или предварительного растяжения свариваемых деталей вдоль направления сварки.
Охлаждение свариваемых деталей. Благодаря дополнительному охлаждению уменьшаются остаточные деформации и напряжения, однако при сварке закаливающихся сталей метод искусственного охлаждения неприменим, так как могут быть получены хрупкие закалочные структуры.
Подогрев свариваемого металла. При предварительном или сопутствующем подогреве уменьшается перепад температур между соседними участками сварного соединения и несколько снижаются напряжения. Такой подогрев можно осуществлять индукционным способом, газовым пламенем или электрическими нагревателями. При сварке сталей с подогревом до температуры 200 «С остаточные напряжения снижаются на 30 % по сравнению со сваркой без подогрева. Можно проводить как общий, так и местный сопутствующий подогрев. При местном подогреве нагревают участок шириной 40. 50 мм по обе стороны шва.
В случае изготовления особо ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей при толщине металла более 40 мм проводят предварительный подогрев до температуры 100. 120 °С. При сварке среднеуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей целесообразно применять предварительный подогрев до температуры 150. 200°С при толщине металла более 30 мм. Если в процессе сварки не удается снизить напряжения и деформации до заданного уровня, появляется необходимость в устранении их путем обработки сварной конструкции.
Термическая обработка. Для снятия напряжений сварное соединение из углеродистых конструкционных сталей подвергают общему высокому отпуску (нагрев до 630. 650°С с выдержкой при этой температуре из расчета 2. 3 мин на 1 мм толщины металла). Охлаждение должно быть медленным, чтобы снова не возникли напряжения. Поэтому деталь охлаждают до температуры 300 °С с печью, а затем на спокойном воздухе.
Релаксация (снятие) сварочных напряжений при высоком отпуске происходит вследствие снижения предела текучести стали при температуре 600 °С, в результате материал практически не оказывает сопротивления пластической деформации.
В ряде случаев можно ограничиться высоким отпуском отдельных элементов конструкции, причем обычно при сварке изделий из стали с пониженным содержанием углерода и легирующих элементов достаточно предварительного местного или общего подогрева без последующей термообработки.
Аргонодуговая обработка неплавя щимся элект родом. Такая обработка участка металла вдоль линии сплавления изменяет напряжения вследствие перехода части металла в пластичное состояние.
Расплавление небольшого количества основного металла и металла шва приводит к уменьшению напряжений на 60. 70 %. Получаемый при этом плавный переход от шва к основному металлу способствует повышению прочности сварных соединений, особенно при динамическом нагружении.
Проковка металла шва и околошовной зоны. Сварочные напряжения могут быть сняты почти полностью, если в зоне сварки создать дополнительные пластические деформации. Проковку сварных швов на сталях проводят в процессе остывания металла при температурах выше 450 «С или ниже 150 «С. В интервале температур 200. 400°С в связи с пониженной пластичностью металла при его проковке возможно образование надрывов. Специального нагрева сварного соединения для выполнения данной операции, как правило, не требуется. Удары наносят вручную молотком массой 0,6. 1,2 кг с закругленным бойком или пневматическим молотком с небольшим усилием. При многослойной сварке проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от удара могут возникнуть трещины. Этот же прием применяют для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких конструкциях.
Термическая правка. Нагрев деформированного материала проводят газокислородным пламенем или электрической дугой с использованием неплавящегося электрода. Температура на грева исправляемого участка стальной конструкции составляет 750. 850 °С. В случае деформации тонкого листа, приваренного к массивной раме, правку можно осуществлять путем его нагрева в симметрично расположенных точках с выпуклой стороны. Нагрев следует начинать от центра выпуклости.
Механическая правка. Для устранения деформации механическую правку можно осуществлять на прессах или, при толщине металла до 3 мм, вручную — ударами молотка. Этот метод уступает термической правке, и его применение следует ограничивать, так как образуется местный наклеп, повышающий предел текучести металла; пластические свойства металла ухудшаются, что особенно опасно при динамическом нагружении конструкции.
6.7. Контроль качества сварных соединений
При выборе методов контроля в процессе заготовки, сборки и сварки сварных конструкций необходимо принять такие методы контроля за качеством выпускаемой продукции, которые обеспечили бы требования технических условий на изготовление сварных конструкций.
Высокое качество сварных конструкций может быть обеспечено при условии строгого соблюдения пооперационного контроля. Контрольные операции разделяются на три этапа:
Контроль на первых двух этапах позволяет предупредить брак. До начала изготовления сварных конструкций должны быть тщательно проверены все применяемые материалы. Готовое изделие проверяется в соответствии с техническими условиями и чертежами, а также путём проведения предусмотренных испытаний.
Выбрав методы контроля, следует дать их краткую характеристику и обоснование.
2.8.Техника безопасности при выполнении сборочных и сварочных работ
При сборке сварных конструкций следует соблюдать следующие требования:
o все обрабатываемые изделия должны устанавливаться и надёжно закрепляться в приспособлениях
o пользоваться только проверенным подъёмно-транспортным оборудованием
o при работе совместно с электросварщиками нужно пользоваться очками или маской с тёмными стёклами
o при заточке инструмента на наждаке без защитного экрана и при работе со шлифовальной машиной работать в очках с прозрачными стёклами
При сварочных работах следует руководствоваться следующими требованиями:
o работа должна производиться только со щитком или маской, закрывающей все части лица работающего и снабжённой необходимым светозащитным стеклом
o спецодежда должна удовлетворять установленным нормам
o для защиты окружающих от действия электрической дуги рабочее место электросварщика должно быть ограждено
o присоединение проводов к свариваемому изделию, электрододержателю и сварочным установкам должно быть плотным и прочным
o при сварочных токах, превышающих 600 А, токоведущий провод должен присоединяться к электрододержателю, минуя его рукоятку
o рукоятка электрододержателя должна быть изготовлена из диэлектрического и теплоизолирующего материала
o для защиты от флюсовой пыли, выделяющейся при сварке, используются флюсоотсосы, а рабочее место обеспечивается вентиляцией
o горелки для сварки в углекислом газе не должны иметь открытых токоведущих частей, а рукоятки должны быть покрыты диэлектрическим теплоизолирующим материалом
o в случае появления искрения между корпусом горелки и деталью сварка должна быть прекращена до устранения неполадок
o газовые и водяные коммуникации должны быть герметичными и не иметь утечек газа или воды
Основными мерами защиты от пожара являются: наличие исправной электропроводки, сварочных проводов и других источников, отсутствие при работе на участке легковоспламеняющихся веществ, соблюдение всех требований противопожарных правил всеми работающими на участке.
2. Рыжков Н.И. Производство сварных конструкций в тяжёлом машиностроении – М: 1980
3. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением – Л: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987
4. Сварка в машиностроении. Справочник под ред. В.А. Винокурова – М, 1978
5. Гитлевич А.Д., Этингоф Л.А. Механизация и автоматизация сварочного производства – М: Машиностроение, 1979
6. Маслов Б.Г., Выборнов А.П. Производство сварных конструкций – М: Академия, 2008