Точность подготовки деталей к сварке, их чистота и качество сборки существенно влияют на несущую способность сварной кон­струкции. Недостаточно тщательная подготовка под сварку и сбор­ку может привести к резкому увеличению вероятности образо­вания дефектов как в сварных соединениях, так и в конструкции в целом. Исправление дефектов не всегда приводит к полному восстановлению заданных показателей сварного соединения и является трудоемкой и технически сложной операцией. Значи­тельно легче устранить дефекты, возникшие при заготовительных операциях и сборке, до проведения операций по сварке.

Для получения заготовки, которая поступает на сборку, необ­ходимо выполнить ряд операций. Прокат, предназначенный для изготовления деталей, подвергают правке и зачистке с целью ус­транения загрязнений и неровностей, образовавшихся при про­катке, транспортировке и хранении металла. Правка листового материала осуществляется с помощью правильных станов, прессов и другого оборудования.

Стальной прокат, не склонный к закалке и применяемый для создания неответственных металлоконструкций, очищают путем быстрого нагрева поверхностного слоя окислительным ацетилено­кислородным пламенем. При этом окалина окисляется, ржавчина обезвоживается, а краска сгорает. Отслаивание окалины и других загрязнений основано на разности коэффициентов линейного расширения с основным металлом. Нагрев поверхностей осущест­вляется многопламенной горелкой. Угол наклона горелки к обра­батываемой поверхности составляет 40-60°. Наибольшая скорость очистки достигается при удалении рыхлого слоя ржавчины, наи­

меньшая — краски или лака, которые не отслаиваются, а обуг­ливаются или сгорают. В зависимости от толщины слоя загряз­нений зачистку осуществляют в два-три прохода. После каждого прохода зачищаемый слой полностью охлаждается, затем оксиды и краску удаляют металлической щеткой. Производительность очистки поверхности под сварку в зависимости от ее состояния может достигать 20 м2/ч.

Подготовка поверхности металла, используемого для создания ответственных металлоконструкций в зависимости от условий и объема производства, осуществляют дробе- или пескоструйным способами, а также травлением и пассивированием листов.

В единичном и мелкосерийном производстве разметку металла выполняют путем перенесения размеров заготовки с чертежа на металл, кернения металла по линии реза и маркировки детали. Обрезку деталей производят на гильотинных ножницах, машинах кислородной резки или ручными резаками.

В серийном и крупносерийном производстве вырезку деталей под сварку осуществляют на специализированных машинах с числовым программным управлением, оснащенных резаками для кислородной, плазменной, лазерной или водоабразивной резки. Машины обеспечивают также маркировку деталей.

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента (рис. 4.4): зазор Ь, притупление с, угол скоса кромок (3 и угол разделки кромок а, равный (3 или 2(3. Основное назначение притупления с, обычно

составляющее 2±1 мм, — обеспечение правильного формирования и предотвращение прожогов в вершине шва. Обычно зазор б, равный 1,5-2,0 мм, необходим для провара вершины шва, однако при использовании той или другой технологии он может быть равен нулю или достигать 8-10 мм и более.

Существующие способы дуговой сварки без разделки кромок позволяют сваривать металл ограниченной толщины. Так, при сварке ТИГ за один проход рационально сварить металл толщиной до 3 мм, а при механизированном процессе сварки МАГ за один проход — металл толщиной до 6 (8) мм. Поэтому при сварке металла большей толщины необходимо разделывать кромки. Угол скоса кромки обеспечивает определенный размер разделки кро­мок, что необходимо для доступа дуги вглубь соединения и пол­ного проплавления кромок на всю их толщину.

Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа сварки и типа соединения изменяется в пределах от 60+5 до 20+5°. В зависимости от типа и значения угла разделки кромок (рис. 4.5) определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит и производительность сварки. Применение разделки с симметричным скосом одной или двух кромок (К - и X-образные разделки) вместо разделок с обычным скосом кромок (V-образные разделки) способствует снижению массы наплавляемого металла на 30-60 %. в зависимости от толщины свариваемого металла. Кроме того, это также снижает уровень угловых деформаций в металлоконструкциях.

Для получения качественного сварного шва необходим полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как

с лицевой стороны (усиление шва), так и с обратной стороны, т. с. форма так называемого обратного валика. В стыковых, особенно односторонних швах, трудно обеспечить провар кромки на всю толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.

Особенно важно получить плавный переход металла лицевого и обратного валика к основному металлу, так как от этого зависит прочность и работоспособность соединения при воздействии дина­мических нагрузок. В угловых швах также бывает трудно про­варить корень шва на всю его толщину, особенно при сварке на­клонным электродом. Для этих типов швов рекомендована вогну­тая форма поперечного сечения шва с плавным переходом к основ­ному металлу, что снижает концентрацию напряжений в месте перехода и повышает прочность соединений при динамических нагрузках.

Необходимую форму кромкам, подлежащим сварке, придают в соответствии с требованиями ГОСТ 5264-80, ГОСТ 16037-80 и ГОСТ 11534-80. Основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений, регламентированные ГОСТ 14771-76, приведены в табл. 4.22.

При выборе типа и формы разделки кромок учитывают поло­жение шва в пространстве, толщину свариваемого металла и другие факторы. Правильный их выбор должен перевести выпол­нение швов в положение, наиболее благоприятное для проведения сварочных работ, т. е. нижнее. Пространственные положения швов при сварке показаны на рис. 4.6. Заданную форму разделки полу­чают обрезкой на ножницах, строганием, а также газовой резкой. Для удаления наклепанного металла, образовавшегося по кромкам при резе на ножницах, устранения неровностей, характерных для газовой резки, а также удаления слоя металла после воздушно - плазменной резки, кромки подвергают механической обработке на кромкострогальпых станках или абразивным инструментом. Последующая механическая обработка кромок при качественной газовой резке большинства сталей не требуется.

Перед сборкой полученные заготовки очищают от ржавчины, масла и других загрязнений (ширина зоны очистки не менее 20 мм от наружной кромки разделки с каждой из сторон), которые могут привести к образованию пор и других дефектов. Особое внимание

уделяют зачистке торцов соединяемых элементов. С поверхностей свариваемых деталей удаляется грязь и лед даже в том случае, если загрязнение располагается вне зоны сварки. Это необходимо для того, чтобы при транспортировке и кантовке загрязнение не попало в место расположения будущего шва. Зачистка собранного узла, как правило, не приносит требуемого результата, а иногда даже вредна в связи с тем, что продукты обработки металла и абразив, попадая в зазор, задерживаются там. Непосредственно перед сваркой продувают места сварки сухим сжатым воздухом или прожигают газовым пламенем. В этом случае из зоны сварки удаляются попавшие в зазор уже после сборки влага и грязь.

Сборка металлоконструкции (установление и фиксация дета­лей в предусмотренном проектом положений), являющаяся тру­доемкой операцией, должна обеспечивать возможнос ть качествен­ной сварки конструкции. Для этого необходимо выдержать задан­ный зазор между соединяемыми деталями, установить детали в проектное положение и закрепить прихваточными швами (при­хватками) так, чтобы взаиморасположение деталей не нарушалось в процессе сварки и каитовтси. Размер зазора при сборке иод свар­ку зависит не только от толщины свариваемого металла и формы разделки, но и от технологического процесса, который будет использован для создания металлоконструкции. Так, при сварке в среде углекислого газа и стандартных смесях на основе аргона размер зазора при сборке под сварку не должен превышать диамет­ра применяемой сварочной проволоки, сечение шва прихваток - 1/3 сечения шва, максимальное сечение 25-30 мм2, длина - 20-120 мм, расстояние между прихватками — 250-700 мм. В ряде случаев прихватки заменяют сплошным швом небольшого сечения (беглым швом), который снижает вероятность нарушения взаим­ного расположения деталей в процессе сварки вследствие раст­рескивания прихваток. Прихватки и беглый шов рекомендовано выполнять с обратной стороны первого шва или слоя. Беглый

шов, кроме скрепления деталей, способствует удержанию металла сварочной ванны в зазоре. В ряде случаев прихватки и беглый шов удаляют после наложения рабочего шва. При сварке на режимах, обеспечивающих достаточное проплавление основного металла, удаление прихваток и подварочного шва не рационально. Прихватки и беглый шов выполняют с использованием того же технологического процесса, который будет использован для соз­дания металлоконструкции либо вручную покрытыми электро­дами в зависимости от марки свариваемого металла. Выполнение прихваточных швов при использовании технологий МИГ/МАГ и ТИ Г должно производиться в закрытых помещениях, защищаю­щих место сварки от ветра и атмосферных осадков. После выпол­нения прихваточных швов они должны быть тщательно очищены от шлака и брызг расплавленного металла.

Для скрепления деталей перед сваркой и в процессе сварки применяют специальные планки-гребенки, удаляемые по мере формирования шва. Для закрепления деталей также применяют струбцины, клинья, стяжные уголки и другие механические приспособления (рис. 4.7).

По концам детали устанавливают специальные планки для вы­вода начала и конца шва за его пределы (рис. 4.8), которые также служат для скрепления деталей.

При сборке конструкций допускается превышение кромок одного из элементов стыкового соединения над другим, если оно нс оговорено в чертеже. Так, для толщины до 4 мм не более 0,2 толщины элемента, для толщины свыше 4 мм не более 0,15 тол­щины, но не более 1,5 мм. При разнице в толщине свариваемых деталей местные превышения кромок определяются по меньшей толщине.

Сварка алюминия с помощью ТИГ и МИГ процессов требует особо тщательной подготовки поверхности свариваемых кромок и прилегающих к ним зон шириной 25-30 мм. Она включает обезжиривание свариваемых кромок и прилегающей к ней зоны ацетоном, уайт-спиритом, бензином или четыреххлористым угле­родом. После обезжиривания производится удаление поверхнос­тной пленки алюминия механическим способом (шабером или стальной проволочной щеткой, изготовленной из швартованной

про кол оки диаметром не более 0,3 мм марки 12Х.18Ш0Т или любой другой кислотостойкой стали).

При серийном производстве пленка оксидов алюминия удаля­ется химическим травлением в водном растворе едкого натра (50 г / л) при температуре 60-70 °С с последующей промывкой в теплой (более 50 °С), а затем в холодной воде. Возможно трав­ление в расгворс, содержащем едкий натр (8-12), кальцинирован­ную соду (40-50) и тринатрийфосфат (40-50 г/м). Детали и про­волока травятся 5-20 мин в раствор? с температурой 60-70 °С с последующей промывкой, их в горячей, а затем в холодной воде. Затем производится осветление поверхности в растворе хромового ангидрида (100 г/л) или серной кислоты плотностью 1,84 г/см! при температуре 15-25 °С до полного исчезновения темного на­лета. После осветления детали промываются в холодной и горячей проточной воде и сушатся сжатым теплым воздухом.