СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЕ, участок конструкции или изделия, на к-ром сваркой соединены между собой составляющие их элементы, выполненные из однородного или разнородных материалов.
Классификация С. с. и швов. По взаимному расположению соединяемых элементов различают стыковые, тавровые, нахлёсточные и угловые С. с. Каждое из них имеет специфич. признаки в зависимости от выбранного способа сварки - дуговой (рис. 1), электрошлаковой (рис. 2), контактной (рис. 3) и др. Участок С. с., непосредственно связывающий свариваемые элементы, наз. сварным швом. Швы всех типов различают: по технике наложения -выполненные "напроход", от середины к концам, обратноступенчатым способом; по положению в пространстве при сварке - вертикальные, горизонтальные, нижние, потолочные; по технике образования сечения - однослойные и многослойные и т. д. Осн. виды С. с., конструктивные элементы кромок и швов, предельные отклонения и рациональные диапазоны толщин соединяемых элементов для швов всех типов регламентированы гос. стандартами и отраслевыми нормалями.
Характеристика С. с. Для С. с. свойственна совокупность зон, образующихся в материале соединённых сваркой элементов. Зоны отличаются от осн. материалов и между собой по хим. составу, структуре, физ. и механич. свойствам, микро- и макронапряжённости. К С. с., выполненному сваркой плавлением, относят зоны (рис. 4, а) материала шва (сварной шов), сплавления, термич. влияния, прилегающего осн. материала, сохраняющего свои свойства и структуру. С. с., выполненное сваркой давлением, зон материала шва и сплавления не имеет и состоит (рис. 4, б) из зоны соединения, в к-рой образовались межатомные связи соединённых элементов, зоны механич. влияния, зоны прилегающего осн. материала.
В сварном шве материал представляет собой сплав, образованный переплавленными осн. материалами и дополнит, электродным и присадочным материалами или только переплавленными осн. материалами. В зоне термического влияния осн. материал не претерпевает расплавления, но на отд. участках в результате воздействия нагрева и охлаждения по-разному изменяет свойства и структуру.
Рис. 1. Виды сварных соединений и типы швов при дуговой сварке : а - стыковое; б - тавровое; в, г, д - нахлёсточные; е - угловое; 1 - стыковой шов; 2 - угловой шов таврового соединения; 3 -фланговый угловой шов нахлёсточного соединения; 4 - лобовой угловой шов нахлёсточного соединения; 5 - электрозаклёпочный шов нахлёсточного соединения; 6 - шов углового соединения.
Рис. 2. Виды сварных соединений и типы швов при электрошлаковой сварке: а -стыковое; б - тавровое; в - угловое; 1 -стыковой шов; 2 - угловой шов; 3 -шов углового соединения.
В наиболее общем случае сварки плавлением низкоуглеродистой стали зона термич. влияния С. с. состоит из участков, показанных на рис. 5. Участок перегрева / примыкает непосредственно к зоне сплавления. Материал на этом участке перегрева нагревается выше 1100 °С и приобретает крупнозернистую структуру, что обусловливает понижение его вязкости. На участке перекристаллизации (нормализации) II материал нагревается в интервале темп-р от 900 до 1100 °С, что вызывает значит, измельчение зерна и повышение вязкости.
Рис. 3. Виды сварных соединений и типы швов при контактной сварке а - стыковое при сварке сопротивлением; 6 -стыковое при сварке плавлением; в -нахлёсточное, выполненное_ однорядным точечным швом; г - нахлёсточное, выполненное многорядным точечным швом; д - нахлёсточное, выполненное однорядным роликовым швом.
Рис. 4. Сварное соединение; / - сварной шов; 2 - зона сплавления (а) или соединения при сварке давлением (б); 3 - зона термического влияния; 4 - прилегающий основной материал.
Рис. 5. Схемы зоны термического влияния: I - участок перегрева; II - участок перекристаллизации (нормализации); III - участок частичной перекристаллизации; IV - участок рекристаллизации; V - участок старения; 1 - металл шва; 2 - зона сплавления.
На участке частичной перекристаллизации 111 металл нагревается в интервале темп-р от 700 до 900 °С и характеризуется неравномерностью структуры или частичным измельчением зерна. На участке рекристаллизации IV при нагреве материала от 500 °С до темп-ры, соответствующей критической точке At, наблюдается снижение прочности, в нек-рых случаях - уменьшение пластичности. На участке старения V при нагреве от 100 до 500 °С материал не имеет видимых изменений структуры, но отличается от исходного осн. материала пониженной вязкостью, наиболее резко выраженной в интервале 100-300 °С.
Ширина зоны термич. влияния при сварке стали зависит от способа сварки, технологич. процесса, теплового режима сварки, теплофизич. свойств осн. металла.
Свойства С. с. Качество С. с. определяется их работоспособностью, сопротивляемостью хрупким и усталостным разрушениям. Работоспособность С. с. характеризуется комплексной совокупностью свойств чередующихся зон -прослоек, отличающихся от осн. материала и между собой прочностными свойствами. Прослойки с более высокими прочностными свойствами условно называют твёрдыми, а смежные с ними прослойки с более низкими прочностными свойствами - мягкими. В зависимости от свойств осн. материала, сварочных материалов, способа и режима сварки и термообработки, а также температурно-скоростных условий нагружения мягкими прослойками могут быть сварной шов, зона сплавления, разупрочнённый участок зоны термич. влияния, промежуточные вставки других (разнородных с основным) материалов.
Рис. 6. Временные п остаточные продольные деформации и напряжения в стыковом соединении пластины из углеродистой стали: а - пластина; 6 - эпюра временных деформаций при емакс<еТ; в - эпюра временных деформаций при емакс>еТ: г - эпюра остаточных деформаций еост; д - эпюра остаточных напряжений бт 1 -зона пластических деформаций сжатия; 2 - зона упругих деформаций; 3 и 4 - растягивающие и сжимающие напряжения и деформации.
Мягкие прослойки - локализаторы деформаций; при весьма малой относительной толщине они не снижают несущей способности С. с., при сравнительно большой толщине их свойства ограничивают несущую способность С. с. При расчёте, проектировании и изготовлении сварных конструкций учитывают степень влияния напряжённо-деформационного состояния на работоспособность С. с., точность их размеров и формы, а также на стабильность этих качеств при эксплуатации. При этом различают зону пластических деформаций, зону упругих деформаций, собственные остаточные напряжения (растягивающие и сжимающие). Эпюры, на к-рых показаны временные и остаточные продольные деформации и напряжения в стыковом соединении пластины из углеродистой стали, представлены на рис. 6.
Сопротивляемость С. с. хрупким и усталостным разрушениям зависит от свойств материала и наличия в них концентраторов напряжений и деформации. Концентраторы бывают конструктивного происхождения (участок резкого изменения сечения С. с., напр, переход от шва к осн. металлу в тавровом и нахлёсточном соединениях), тех-нологич. происхождения (неплавные переходы с входящими углами в месте усиления шва, непровары, несплавления и подрезы), физико-химического происхождения (поры, шлаковые включения, трещины в швах и зоне термического влияния).
Образованию С. с. сопутствует термо-пластич. процесс деформирования осн. материала, к-рый наиболее ярко выражен для стальных сварных соединений. Этот процесс обусловливает появление хрупкости на нек-рых участках зоны термич. влияния. Наиболее хрупким становится металл вследствие старения, протекающего в процессе деформирования металла при темп-рах 150-300 °С. На этих участках С. с. имеют ограниченную сопротивляемость хрупким разрушениям.
Образование С. с. сопровождается уменьшением размеров соединяемых элементов в продольном и поперечном направлениях, т. е. продольной и поперечной усадкой, что учитывается при проектировании и изготовлении изделий.
Принципы расчёта С. с. В СССР применяют два метода расчёта С. с. на прочность при статическом нагружении: по предельному состоянию (в строит. конструкциях) и по допускаемым напряжениям (в машиностроении). Для С. с. из сталей различной прочности расчётные сопротивления на растяжение RPca, сжатие Rссв, срез в стыковых швах Rсрсв срез в угловых швах Rусв, а также допускаемые напряжения на растяжение и сжатие [бсв]-сигма и срез [tсв]-тау установлены отраслевыми правилами и нормами проектирования конструкций. Расчёт на усталость С. с. маш.-строит, металлоконструкций выполняется согласно общепринятым методам расчёта на усталость деталей машин. Влияние низких темп-р на работоспособность соединения может быть учтено при проектировании и изготовлении С. с. выбором осн. и сварочных материалов, конструктивных и технологич. решений, методов контроля качества материалов и т. п. В расчётах С. с. на прочность при статич. нагрузке влияние концентраторов напряжений и темп-ры для обычных углеродистых и низколегированных сталей не учитывают. В расчётах С. с. на усталостную прочность влияние концентраторов и остаточных напряжений учитывают при установлении допускаемых напряжений. С. с. пролётных строений мостов и стальных конструкций пром. сооружений рассчитывают на выносливость по предельному состоянию.
Лит.: Николаев Г. А., Сварные конструкции, 3 изд., М., 1962; Окерблом Н. О., Конструктивно-технологическое проектирование сварных конструкций, М. - Л., 1964; Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А., Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций, М., 1971; Труфяков В. И., Усталость сварных соединений, К., 1973. А. А. Казимиров.
Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»