Увеличаване на якостта на заварените съединения, справочник за дизайнери, инженери, технолози
Якостта на заварените съединения се повишава чрез конструктивни (рационално разположение на шевовете спрямо действащите сили, подходяща форма на шевовете) и технологични методи (защита на шева от вредни въздействия по време на заваряване, термична обработка, втвърдяваща обработка чрез студена пластична деформация). Конструктивните техники за увеличаване на якостта са показани на фиг. 1
Изгледи 1 до 3 показват последователното укрепване на заварената връзка на фланеца, натоварен с въртящ момент, чрез увеличаване на диаметъра на периферната заварка. Съпротивлението на срязване (пропорционално на квадрата на диаметъра на съединението) в дизайн 2 със същото напречно сечение на заваръчния шев е 7 пъти, а в дизайн 3 18 пъти повече, отколкото в дизайн 1
При правилния дизайн на шева не са необходими допълнителни крепежни елементи [върху конеца (изглед 4), пресово прилягане (изглед 5) и др.]
При центриращи съединения частите, които ще бъдат заварени, се монтират на фитинги с празнина (фитинги H10, e9, f9). Ако се изисква по-точно центриране, се използват хлъзгащи фитинги H8, h7 и плътни фитинги като k7, m7.
Препоръчително е да разтоварите заваръчните шевове, като прехвърлите възприемането на натоварванията върху участъци от целия материал и оставите зад заваръчните шевове само функцията на свързващи части. Някои примери за релеф на заваръчния шев са показани в изгледи 6, 7 (пръчка, натоварена с аксиална сила) и изгледи 8, 9 (напренен фланец)
При монтажа на капака към корпуса на цилиндричен резервоар, натоварен с вътрешно налягане (тип 10), заварените шайби на капака на корпуса са подложени на огъване и срязване от сили на натиск. В подобрения дизайн 11 заваръчният шев на корпуса се разтоварва чрез вкарване на корпуса във фланеца, а долният шев се освобождава чрез затягане на дъното между фланците на корпуса и дъното
Силови шевове трябванатоварване за предпочитане при срязване и опън, като се елиминира огъването. Конструкцията 12 на заварения прът, натоварен с напречна сила P, е непрактична. Силата P, завъртаща пръта около точката O, предизвиква големи напрежения при скъсване в зоната, противоположна на тази точка. В допълнение, шевът се срязва
Малко по-добър е дизайн 13, където прътът е центриран в гнездото на детайла, поради което шевът се разтоварва от разреза. Опасната част на пръта обаче е отслабена от заваръчния шев
В структура 14 огъването и срязването чрез сила P възприемат цели (неотслабени чрез заваряване) секции на пръта. Шевът е практически разтоварен от действието на силата и служи само за фиксиране на пръта в детайла
Шевът на заварената стена (изглед 15), със сила на огъване P, е препоръчително да се разтовари чрез въвеждане на ребро (изглед 16). Огъването на челната заварка (изглед 17) може да бъде елиминирано чрез въвеждане на наслагване (изглед 18), чиито шевове работят главно на опън. Челната заварка в този дизайн работи при компресия
Челното съединение на ъглите (тип 19) не е достатъчно здраво. По-целесъобразно е ъглите да се заваряват по равнината на рафтовете (тип 20) с армировка (за трудни условия на работа) с шалове (тип 21). Втулките трябва да се заваряват не от край до край (изглед 22), а припокриващи се (изглед 23)
Заварените ребра се препоръчва да бъдат разположени така, че да не работят на опън (тип 24), а на компресия (тип 25), което почти напълно разтоварва заваръчните шевове
Изгледи 26-29 показват последователното укрепване на листово съединение, натоварено със сила на опън P и момент на огъване Mzg.Сравнението на якостта на различни конструкции е дадено в таблицата.
Якостта на челното съединение 26 се приема като единица
Освен заваряването върхуконтур, свържете с основната част чрез точково заваряване (тип 30), за да избегнете изоставане на листовете по време на деформации на системата
Препокриващите шевове (изглед 31), които са обект на напрежение, изпитват допълнителни натоварвания на срязване по линията на шева. При балансирано съединение с двустранен скос (тип 32) шевовете са освободени от срязване
Изгледи 33-36 показват структурите на каналната заваръчна единица. Във връзка с канал, разположен рафтове нагоре (изглед 33), горните секции m на вертикалните заварки са подложени на високи напрежения на опън от силата P
В дизайн с канал, разположен рафтове надолу (изглед 34), силата възприема хоризонтален шев n с голяма дължина; слабите крайни участъци на вертикалните шевове работят при компресия. В конструкцията с присъединяване на канала към шипа (тип 35) заваръчните шевове се разтоварват от огъване от силата P; моментът на огъване се възприема от страничните шевове и напречния шев t, работещи при срязване. Изглед 36 показва съединение, подсилено с клин. Трябва да се избягва ексцентрично прилагане на сили, причиняващи огъване на шева
Шевовете с перли във възли, подложени на напрежение (тип 37), изпитват огъване. По-целесъобразно е да се проектира с челна заварка (тип 38). В устройството за заваряване на дъното към цилиндричен резервоар с разклонител (изглед 39), заваръчният шев се подлага на огъване под действието на вътрешно налягане. Челно заваряване (тип 40) работи главно за разкъсване
Трябва да се избягва разполагането на заварки в зони с голямо напрежение. В заварени греди, подложени на огъване, е препоръчително да поставите шевовете не на рафтовете (изглед 41), а на неутралната линия на сечението (изглед 42), където нормалните напрежения имат най-малка стойност
В ставите, подложени на циклични и динамични натоварвания,избягвайте местоположението на заваръчните шевове в области на концентрация на напрежение, например при преходи от една секция към друга (изглед 43). Шевът при тези условия е подложен на повишени напрежения и в допълнение увеличава концентрацията на напрежение поради хетерогенността на неговата структура. Подобрен дизайн, показан в изглед 44
Ако е невъзможно заваръчният шев да се премести извън зоната на концентрация на напрежението, тогава се препоръчва използването на вдлъбнати заварки (тип 45) с дълбоко проникване, постигнато чрез заваряване с къса дъга. Профилът на заваръчния шев трябва да бъде възможно най-симетричен по отношение на действието на натоварванията. В тройни съединения, подложени на напрежение (тип 46), е препоръчително да се използват двустранни шевове (тип 47). Препокриващите съединения (тип 48) трябва, ако е възможно, да бъдат заменени с челни съединения (тип 49). В челните фуги е препоръчително да се използва двустранно рязане на ръбове (тип 51), тъй като при фуги с асиметричен шев (тип 50) силовият поток се огъва, придружен от скокове на напрежение
Цикличната якост на заваръчните шевове може да бъде значително увеличена чрез механична обработка с придаване на рационална форма на заваръчния шев, което намалява концентрацията на напрежение. Целесъобразно е да се обработват ъглови заварки по радиуса с плавен преход в повърхностите на съединяваните части (изглед 52). Челните заварки се обработват наравно с повърхността на продукта, като се премахват провисванията (подсилвания) както от страната на основния шев, така и от страната на подложката (тип 53)
За гладка връзка на шева със стените на продукта в повечето случаи е необходимо стените да се режат едновременно с обработката на шева (пунктирани линии в изгледи 52, 53), за които трябва да се осигурят надбавки за обработка. Значително (с 30 - 40%) увеличава цикличната якост при изглаждане на заваряване с волфрамов електрод варгонова атмосфера
Закаляването на шевове чрез пластична деформация в студено състояние (валцоване, дробестене, преследване с пневматичен инструмент с преследване на лъч) позволява да се приведе цикличната якост на шева до якостта на основния метал