Существует несколько наиболее распространенных спо­собов дуговой сварки.

Ручная дуговая сварка является далеко не совершенным способом, но универсальным технологическим процессом. Этим способом сваривают конструкции во всех простран­ственных положениях, из разных марок сталей, цветных сплавов в случаях, когда применение автоматических и полуавтоматических методов не представляется возможным, например при отсутствии требуемого оборудования, недо­статочного освоения технологического процесса.

Сварные соединения должны быть по возможности рав­нопрочными с основным металлом элементов конструкций при всех температурах во время эксплуатации, а также при всех видах нагрузок (статических, ударных, вибрацион­ных).

Слабыми участками в сварных соединениях могут быть швы, зоны термического влияния и сплавления.

Зоной термического влияния называют участок основного металла, прилегающий к швам, который в результате свар­ки изменяет механические свойства.

Последнее обстоятельство особенно часто имеет место при сварке термически обработанных, а также нагартованных сталей и сплавов.

Улучшение механических свойств сварных соединений достигается:

выбором рациональной конструктивной формы соеди­нения;

применением рациональных методов сварки;

термической и механической обработкой сварных кон­струкций после сварки.

Конструкции с равнопрочными сварными соединениями отвечают требованиям экономичности. Избыточная проч­ность сварного соединения по сравнению с целым элемен­том лишь удорожает конструкцию и не улучшает условий ее эксплуатации. Недостаточная прочность сварного соеди­нения снижает несущую способность всей конструкции и не позволяет полностью использовать рабочие сечения ее элементов. Поэтому из условия равнопрочности расчет­ные усилия соединения определяют:

при растяжении

Р = [s]РА;

при сжатии

р = [s]сжА;

при изгибе

М = [s]РW,

где [s]Р — допускаемое напряжение при растяжении; [s]сж —допускаемое напряжение при сжатии; А — пло­щадь поперечного сечения; W — момент сопротивления се­чения.

В конструкциях со сварными соединениями в металле швов могут возникать напряжения двух родов: рабочие и связующие. Чтобы установить различие между рабочими и связующими напряжениями, рассмотрим несколько приме­ров.

На рис. 3.1, а изображены две полосы, соединенные стыковым швом. Полосы подвергаются растяжению. Оче­видно, что при разрушении шва разрушится и вся конструк­ция. То же самое произойдет и в соединении, изображен­ном на рис. 3.1, б.

Сварные соединения, разрушение которых влечет за собой выход из строя конструкции, называются рабочими; напряжения, действующие в этих конструкциях,— рабо­чими напряжениями.

Совершенно иначе работает наплавленный металл в шве, соединяющем две полосы, показанные на рис. 3.1, в. Наплавленный металл, соединяющий полосы, деформируется вместе с основным, при этом в нем возникают напряжения. Если модуль упругости наплавленного металла незначительно отличается от модуля упругости основного, то в швах при их работе в пределах упругих деформаций обра­зуются напряжения приблизительно той же величины, что и в растягиваемых полосах, Эти напряжения, возникающие в швах, вследствие их совместной работы с основным ме­таллом во многих случаях не опасны для прочности конст­рукций и называются связующими. Пример связующих швов показан на рис. 3.1, г.

Рис. 3.1. Примеры рабочих (а, б) и связующих (в, г) швов

Основными типами сварных соединений являются сое­динения стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые. В свар­ных конструкциях наиболее целесообразны стыковые сое­динения.

Стыковые соединения. Подготовка кромок стыкового соединения определяется технологическим процессом свар­ки и толщиной соединяемых элементов. В табл. 6 приве­дены примеры подготовки кромок стыковых соединений при ручной дуговой сварке по ГОСТ 5264—80,

Можно видеть, что обозначения С1, С2 и т. д, соответст­вуют определенному характеру выполнения шва (односто­ронний, двусторонний, на подкладке и т. д.) и форме подготовленных кромок.

Таблица 6. Примеры стыковых соединений.

Если элемент работает на растяжение, то допускаемое усилие в сварном соединении

Р = [s']рsl;

при сжатии

Р = [s']сжsl;

где s — толщина основного металла, так как усиление шва не учитывается; l — длина шва; [s '] р — допускаемое напря­жение растяжения сварного соединения; [s']сж —допу­скаемое напряжение сжатия сварного соединения.

При работе элементов из высокопрочных сталей наиболее слабым участком в сварном соединении оказывается не металл шва, а прилегающая к нему зона, которая в резуль­тате термического действия дуги или образования концент­раторов напряжений может оказаться разупрочненной. В таких случаях необходимо заменить расчет прочности швов расчетом прочности соединений в ослабленных зонах с учетом особенностей механических свойств металла, его термической обработки и других факторов, зависящих от конкретных условий. Если стыковой шов направлен под углом а к усилию (как правило, a»45°), то его следует считать равнопрочным основному элементу.

Нахлесточные соединения. В нахлесточных соединениях швы называются угловыми.

При ручной сварке угловые швы имеют различные очер­тания: нормальные, условно принимаемые очерченными в форме равнобедренного треугольника, выпуклые, вогнутые (рис. 3.2, а. . .в).

Выпуклые швы нецелесообразны ни с технической, ни с экономической стороны. Они требуют больше наплавлен­ного металла, вызывают концентрацию напряжений.

Целесообразны швы, имеющие очертания неравнобедренных треугольников с отношением основания к высей 1,5 : 1,2 : 1,0 (рис. 3.2, г, д). В швах этого типа иногда производят механическую обработку концов, чтобы обеспечить плавное сопряжение наплавленного металла с основным (рис. 3.2,е). Подобного рода швы, как будет показано ниже, целесообразно применять в конструкциях работающих при циклических нагружениях.

Рис. 3.2. Очертания угловых швов:

а - нормальное; б - выпуклое; в - вогнутое; г - с отношением катетов 1 : 1,5;

д - с отношением катетов 1 : 2; е - то же, с обработкой конца шва

В широкой практике конструирования распространение применение угловых швов с нормальными очертаниями (рис. 3.2, а). Размер катета углового шва нормального очертания обозначают К.

Наименьшая толщина рабочих швов в машинострои­тельных конструкциях 3 мм. Исключение составляют кон­струкции, в которых толщина самого металла меньше 3 мм. Верхний предел толщины швов не ограничен, но применение швов, у которых К³20 мм, очень редко. В местах зажига­ния и обрыва дуги механические свойства швов ухудшают­ся, поэтому минимальную длину рабочих швов целесооб­разно ограничивать и принимать равной 30 мм. Швы мень­ших размеров применяют лишь в качестве нерабочих сое­динений. В зависимости от направления угловых швов по отношению к действующему усилию их разделяют на лобо­вые, косые, фланговые, комбинированные.