Сборка металлоконструкций под сварку: допуски и прихватки

Общие требования к сборке под сварку

Сборка металлоконструкций под сварку представляет собой ответственную технологическую операцию, от качества выполнения которой зависит прочность и геометрическая точность готового изделия. Процесс сборки включает установку деталей в проектное положение, их фиксацию и обеспечение требуемых зазоров между свариваемыми кромками.

Основным нормативным документом, регламентирующим типы сварных соединений и их конструктивные элементы при ручной дуговой сварке, является ГОСТ 5264-80. Данный стандарт устанавливает требования к подготовке кромок, допустимым зазорам и смещениям для различных типов соединений из сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах.

Изготовление сварных металлоконструкций должно производиться на основе разработанного технологического процесса сборки и сварки. При сборке необходимо обеспечить точность взаимного расположения деталей в пределах размеров и допусков, установленных рабочими чертежами и требованиями стандартов. Для обеспечения требуемой точности сборки применяются специальные сборочно-сварочные кондукторы и приспособления.

Подготовка кромок под сварку

Назначение и способы подготовки

Подготовка кромок под сварку выполняется с целью обеспечения полного провара металла по всей его толщине и получения качественного сварного соединения. Разделка кромок необходима для деталей толщиной свыше 5 мм, а для более тонких элементов достаточно зачистки поверхности.

Вырезка деталей и выполнение скосов кромок под сварку производится термической или механической резкой. Конструктивные элементы кромок должны соответствовать способу и технологии сварки, толщине свариваемых элементов и положению швов в пространстве.

Требования к качеству поверхности кромок

Шероховатость обрабатываемых под сварку поверхностей должна быть не грубее Rz 80 мкм (третьего класса чистоты поверхности). Кромки деталей из углеродистой стали после ручной кислородной резки должны быть очищены и не иметь шероховатостей, превышающих 1 мм, а для конструкций, возводимых или эксплуатируемых в районах с расчетной температурой ниже минус 40°C, не более 0,5 мм.

Кромки работающих на растяжение деталей из низколегированных сталей всех толщин и из углеродистой стали толщиной свыше 10 мм после резки на ножницах подлежат механической обработке с целью удаления дефектов поверхности. Остальные кромки после резки на ножницах не должны иметь неровностей, заусенцев и завалов, превышающих 0,3 мм, и трещин.

Очистка поверхностей

На подготовленных под сварку кромках и поверхностях не допускается наличие влаги, ржавчины, окалины, масла, краски и других загрязнений. Кромки, а также соседние с каждой кромкой участки на ширину 20-30 мм должны очищаться до металлического блеска от окалины, ржавчины, масла, краски и других загрязнений.

При подготовке кромок с применением ручного инструмента предельные отклонения угла скоса кромок могут быть увеличены до ±5°. При этом соответственно может быть изменена ширина шва.

Допуски на сборку по ГОСТ 5264

Допустимое смещение свариваемых кромок

Согласно ГОСТ 5264-80, допускается смещение свариваемых кромок перед сваркой относительно друг друга в следующих пределах:

Здесь s - толщина более тонкой детали. Указанные значения являются предельными отклонениями и должны строго контролироваться на этапе сборки.

Сварка деталей неодинаковой толщины

При сварке стыковых соединений деталей неодинаковой толщины необходимо учитывать следующие требования:

Если разница в толщине не превышает значений, указанных в таблице ниже, сварка должна проводиться так же, как деталей одинаковой толщины. Конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по большей толщине.

При разности в толщине свариваемых деталей свыше указанных значений, на детали с большей толщиной должен быть сделан скос с одной или двух сторон до толщины тонкой детали. При этом конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по меньшей толщине.

Катет углового шва

Размер и предельные отклонения катета углового шва K должны быть установлены при проектировании. При этом размер катета должен быть не более 3 мм для деталей толщиной до 3 мм включительно и не более 1,2 толщины более тонкой детали при сварке деталей толщиной свыше 3 мм. Минимальное значение катета не должно превышать 1,2 толщины более тонкого элемента.

Прихватки: требования и технология выполнения

Назначение прихваток

Прихватка представляет собой короткий сварной шов для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей и узлов. Цель прихватки - предотвратить изменение установленных зазоров и положения деталей в процессе сварки.

Прихватки собираемых деталей в конструкции необходимо располагать только в местах наложения сварных швов. Качество прихваток, определяемое внешним осмотром, должно быть не ниже качества основных сварных соединений. Все кратеры на прихватках, как и на сварных швах, должны быть заварены.

Требования к выполнению прихваток

Согласно СП 53-101-98 при выполнении прихваток необходимо соблюдать следующие требования:

При сварке тонкого металла и коротких швах длина прихваток может быть не более 5 мм. При сварке толстого металла и значительных длинах швов длина прихватки может быть 20-30 мм при расстоянии между ними 300-500 мм. В случае сварки деталей значительной толщины прихватка может заполнять разделку примерно на 2/3 ее глубины.

Высота прихваток для трубопроводов

Для стыков труб высота прихваток должна быть равна:

Технология постановки прихваток

Постановка прихваток при сборке монтажных стыков должна выполняться аттестованными сварщиками. Прихватки следует выполнять электродами той же марки, что и сварку. Прихватку следует производить на тех же режимах сварки, что и сварку самого шва, тщательно проваривая участок прихватки.

Порядок постановки прихваток имеет важное значение, особенно при сборке длинных швов. Наложение шва поверх прихваток или на предыдущий слой при многослойной сварке допускается производить только после зачистки последних от шлака и брызг металла. Участки шва или прихваток с порами, раковинами и трещинами должны быть удалены и вновь заварены.

Не рекомендуется накладывать прихватки на потолочный участок стыка трубопроводов. Расположение прихваток на пересечении швов не допускается. Прихватки должны быть тщательно очищены от шлака и проверены на отсутствие дефектов внешним осмотром.

Сборочные приспособления и кондукторы

Типы сборочных приспособлений

Сборочно-сварочные приспособления помогают решить задачу повышения производительности труда и увеличения качества сборки и сварки конструкций. Они позволяют снизить уровень требуемой квалификации персонала, улучшить условия и безопасность труда, понизить себестоимость изделий.

Основные типы сборочных приспособлений:

Простейшие переносные приспособления

Струбцины, угольники, упоры и прочие приспособления для ручной фиксации деталей. Применяются при единичном производстве и для сборки простых конструкций.

Сборочные кондукторы

Устройства, выполненные в виде плоской или пространственной рамы либо плиты, с закрепленными на ней установочными и зажимными элементами. Кондукторы обеспечивают точную установку деталей по фиксирующим устройствам без разметки. Сварка изделий в кондукторе выполняется в закрепленном состоянии, что позволяет уменьшить сварочные деформации.

Сборочно-сварочные стенды

Конструкции с базовой поверхностью, на которой производится сборка и сварка изделий. При ручной сварке часто применяют универсальные сборочно-сварочные плиты с пазами для различных крепежных устройств или стеллажи.

Требования к сборочным приспособлениям

Точность изготовления сборочных кондукторов должна обеспечивать требуемую точность изготовления конструкций, при этом величины предельных отклонений размеров кондукторов должны быть в два раза меньше соответствующих отклонений размеров, принятых для конструкций.

Основание кондукторов должно быть жестким и прочным, способным выдержать усилия, возникающие во время сварки. Элементы кондуктора не должны мешать движению сварочного автомата при механизированной сварке.

Закрепление деталей при сборке

Закрепление деталей перед сваркой осуществляется прихватками или сборочными приспособлениями. Закреплением можно снизить сварочные деформации на 10-30% в зависимости от ряда условий. Этот способ дает наибольший эффект при сварке балок малой высоты и наименьший при сварке высоких балок.

Сборка с эластичным креплением производится специальными пластинами, временно прихватываемыми к деталям на некотором расстоянии от оси шва. Жесткая сборка приводит к меньшей конечной деформации по сравнению с эластичной.

Контроль геометрии сборочных единиц

Виды контроля при сборке

Перед подачей конструкции на сварку следует произвести контроль качества сборки и при необходимости исправить имеющиеся дефекты. Обязательному контролю подлежит соответствие геометрических размеров сборочных единиц проектной документации, а также требованиям соответствующих ГОСТ на узлы соединений деталей сборочных единиц, подлежащих сварке.

Контролируемые параметры

При контроле сборки проверяются следующие параметры:

Измерительные инструменты

Для контроля качества сборки используются следующие измерительные инструменты:

Универсальный шаблон сварщика (УШС)

Предназначен для проверки геометрических параметров сварных швов и подготовки кромок. Позволяет контролировать катет углового шва, зазоры, притупление, углы скоса кромок, высоту усиления шва.

Щупы

Представляют собой набор стальных пластинок различной толщины от 0,02 до 1 мм. Применяются для проверки величины зазора между поверхностями. Щупы вводят в зазор поочередно, от самого тонкого к более толстому. Если очередная пластина не входит в зазор, то толщина предыдущей равна ширине зазора.

Линейки и рулетки

Применяются для контроля линейных размеров конструкций. Должны соответствовать требованиям ГОСТ 427-75 для линеек и ГОСТ 7502-80 для рулеток 2-го класса точности.

Штангенциркули

Используются для измерения наружных и внутренних размеров, глубин, диаметров отверстий с точностью до 0,1 мм.

Угольники

Применяются для контроля перпендикулярности элементов конструкции. Должны соответствовать требованиям ГОСТ 166-80.

Предельные отклонения геометрических размеров

Предельные отклонения геометрических размеров сборочной единицы, передаваемой для сварки, не должны превышать допустимые отклонения, приведенные в проектной документации. При отсутствии в чертежах указаний о величине допусков следует соблюдать требования СП 53-101-98.

Предотвращение сварочных деформаций

Причины возникновения сварочных деформаций

Сварочные деформации возникают в результате неравномерного нагрева металла при сварке и последующего неравномерного охлаждения. Основными причинами являются температурные деформации из-за местного нагрева изделия и структурные изменения металла в зоне термического влияния.

Остаточные сварочные напряжения и деформации могут существенно снизить прочность конструкции, исказить ее форму и размеры, ухудшить внешний вид, снизить технологическую прочность сварного соединения.

Конструктивные методы уменьшения деформаций

На стадии проектирования необходимо принимать следующие меры:

Технологические методы предупреждения деформаций

Метод обратных деформаций

Сущность метода заключается в том, что определив по опытному образцу или теоретическим данным величину и направление деформаций, собранным частям конструкции придают до сварки изгиб в противоположную сторону. Этот изгиб при последующей сварке устраняется деформацией. Если величина предварительного прогиба выполнена правильно, то конструкция после сварки не потребует правки или будет иметь небольшое коробление в допустимых пределах.

Рациональная последовательность сварки

Правильно выбранная последовательность наложения швов может существенно уменьшить деформации:

• В первую очередь свариваются короткие поперечные швы, затем длинные продольные
• При сварке подкрановых балок, рам, составных колонн короткие стыковые швы завариваются в первую очередь
• При сварке листовых резервуарных конструкций сперва сваривают стыки между листами, а потом стыки между полосами или поясами
• Чередование слоев двухстороннего шва позволяет уравновесить деформации

Обратноступенчатый способ сварки

Всю длину шва разбивают на отдельные ступени и сварка каждой ступени производится в направлении, обратном общему направлению сварки. Этот способ обеспечивает более равномерный нагрев металла шва по всей его длине и минимальные сварочные деформации и напряжения.

Многослойные швы

Последовательное введение меньших количеств тепла применением многослойных швов вместо одновременного при однослойном шве способствует выравниванию нагрева сварного соединения и уменьшает сварочные напряжения и деформации.

Жесткое закрепление

Использование жесткого закрепления деталей перед сваркой с помощью прихваток или приспособлений уменьшает деформации. Закрепление рекомендуется при сварке плоских листов для предотвращения угловых деформаций. Чем тоньше свариваемые листы, тем целесообразнее их закрепление, чтобы избежать также выпучивания.

Влияние режимов сварки

Для уменьшения деформаций необходимо:

• Не допускать превышения величины тепловложения в шов
• Использовать минимально необходимые размеры швов
• Применять в необходимых случаях предварительный и сопутствующий подогревы
• Использовать искусственное охлаждение с учетом возможного увеличения угловых деформаций

Часто задаваемые вопросы