ГОСТ EN 15085-3-2015. Межгосударственный стандарт. Железнодорожный транспорт. Сварка железнодорожных транспортных средств и их элементов. Часть 3. Требования к проектированию
7.3 Положения по изготовлению
7.3.1 Коробчатая балка
Для коробчатых балок, которые будут испытывать растягивающие напряжения (на изгиб), сборка каркаса с приваркой нижних поясов односторонними угловыми швами допустима только в том случае, если расчеты показывают, что жесткость каркаса балки такова, что категория нагрузки в корне шва менее допустимого значения. На рисунке 1 показан пример коробчатой балки с высокой категорией нагрузки в поясе, испытывающем растяжение.
1 - коробчатая балка; 2 - сжатый пояс; 3 - растянутый пояс
Рисунок 1 - Пример коробчатой балки с высокой
категорией нагрузки в растянутом поясе
7.3.2 Стыковые швы деталей разной толщины
В разнотолщинных соединениях переход между деталями различной толщины должен быть выполнен постепенно с уклоном, не превышающим значение, заданное на рисунке 2. Если сварной шов не имеет достаточной толщины, чтобы заполнить переход, то деталь большей толщины должна быть соответствующим образом скошена.
Размеры в миллиметрах
Примечание - Уклон 1:4 для сварных соединений CP A, CP B, CP C1 и CP C2. Разделка кромок показана на чертеже.
Уклон < 1:1 соответствует углу < 45°, уклон < 1:4 соответствует углу < 14°.
1 - уклон
Требуется дополнительная точность положения фаски.
Наружная форма сварного шва должна соответствовать уклону.
Рисунок 2 - Разнотолщинные сварные соединения
7.3.3 Пробочные и прорезные швы
Пробочные и прорезные швы допустимо включать в эксплуатационные классы CP C2, CP C3 или CP D, поскольку эти швы испытывают только нагрузку на сдвиг.
Размеры цилиндрических или прямоугольных отверстий должны обеспечивать доступ электрода или сварочной горелки под углом 45°. Для тонких листов это требование выполнимо, если диаметр отверстия не менее четырехкратной толщины листа детали и если общая длина прямоугольного отверстия не менее утроенного диаметра отверстия.
Для угловых швов в цилиндрических или продольных отверстиях необходимо учитывать следующие условия:
- диаметр отверстия должен быть d > (3 до 4) x t2 или
- ширина продольного отверстия должна составлять c > 3 x t2.
Размеры в миллиметрах
Рисунок 3 - Свариваемость и доступ
для пробочных и прорезных швов
Размеры в миллиметрах
d >= 12; c >= 12; v >= d; 3 x d <= e <= 4 x d; l >= 2c
Рисунок 4 - Размеры для пробочных и прорезных швов
7.3.4 Расстояние между соседними швами
Сварные швы следует располагать таким образом, чтобы зоны термического влияния не накладывались друг на друга. Наложение зон термического влияния допустимо, если эффекты термического воздействия или зоны закалки учитываются при проектировании (например, внутренние напряжения, падение прочности, падение твердости).
Чтобы уменьшить угловую деформацию и повышение напряжения, необходимо минимальное расстояние между двумя швами определить в соответствии с толщиной свариваемых деталей и использовать зажимные приспособления для фиксации конструкции.
Для толщины менее 20 мм, особенно для алюминия и высокопрочных сталей, рекомендуется соблюдать минимальное расстояние 50 мм между зонами плавления, см. рисунок 5.
Размеры в миллиметрах
Рисунок 5 - Минимальное расстояние между зонами плавления
7.3.5 Элементы жесткости, привариваемые к продольному шву
Следует избегать образования незаваренных участков на элементах конструкции в местах пересечения стыковых и угловых швов. Выпуклость шва в зоне пересечения должна быть снята шлифовкой, чтобы выполнить сварку без прерывания пересекающихся швов.
Рисунок 6 - Элементы жесткости установлены
перпендикулярно к продольному шву
7.3.6 Заполняющие и сливные отверстия
Следует избегать вырезки отверстий для слива. В случае если они необходимы, эти отверстия должны быть достаточно большими для возможности выполнения сварки по периметру для создания герметичности соединения, не вызывая при этом повышения напряжения в зоне термического влияния основного сварного соединения.
r - согласно EN 1708-2, но не менее 30 мм; d >= 20 мм
Рисунок 7 - Заполняющие и сливные отверстия
7.3.7 Концы косынок и элементов жесткости
На рисунках 8 и 9 показаны примеры конструктивного исполнения концов косынок и элементов жесткости. Чтобы сделать возможным выполнение сварного шва по периметру, концы косынок и фасонных элементов жесткости следует проектировать в соответствии с рисунком 8.
Размеры в миллиметрах
r - согласно EN 1708-2, но не менее 30 мм
Рисунок 8 - Проектирование концов
косынок и элементов жесткости
В конструкциях, работающих при высоких нагрузках, косынки должны привариваться по периметру.
7.3.8 Форма косынок
Большинство разрушений конструкций, возникающих под влиянием усталостной нагрузки деталей (динамически нагруженных деталей), связаны с формой элементов усиления, которые плохо распределяют нагрузку, и вызывают наращивание напряжения.
Рисунок 9 - Форма косынок
7.3.9 Обварка
Сварной шов должен быть выполнен по всему периметру прилегания косынки. Сварной шов должен быть выполнен без прерываний на длину l, которая соответствует удвоенной толщине листа, равной 2t:
a) в основном для предотвращения коррозии на конце листа, независимо от класса эксплуатации сварного шва;
b) на кромках с высокой нагрузкой;
c) для сварных швов с классами эксплуатации сварного шва CP C3 или CP D обварка не является обязательной.
l >= 2t, при этом lmin = 10 мм;
t - толщина листа; l - длина прямого участка
Рисунок 10 - Обварка
Обварка должна производиться по возможности без прерываний.
7.3.10 Угловые швы
При конструировании угловых швов должны учитываться следующие требования:
обычно угловые швы должны иметь одинаковые катеты. По конструктивным причинам или если требуется лучше распределить силовые нагрузки, дополнительно к толщине шва a на чертеже указывают катет углового шва z;
толщина шва a не должна превышать расчетное значение. Однако она может быть увеличена для технологических или инженерных целей.
Расстояние от края v должно составлять: v >= 1,5a + t.
Рисунок 11 - Расстояние от края для угловых швов
Для толщины менее 20 мм и особенно для алюминия и высокопрочных сталей рекомендуется соблюдать минимальное расстояние 50 мм между зонами плавления, см. рисунок 12.
t2 <= t1
lmin = 3x x t2 (min 50 мм для 5 мм <= t2 <= 20 мм)
.
Определенная область a должна быть не более расчетной amax.
Рисунок 12 - Минимальный нахлест для нахлесточных соединений
7.3.11 Стыковые швы
Для сварных швов классов эксплуатации CP A и CP B необходимо использовать вводные и выводные планки в начале и в конце сварного шва, см. пример на рисунке 13. Для других стыковых швов вводные и выводные планки могут быть использованы для предотвращения непровара в начале и для предотвращения образования кратера - в конце сварки (см. EN 15085-4:2007, 5.2.1). Они должны быть указаны на чертеже.
Рисунок 13 - Пример применения вводных и выводных
планок для выполнения стыковых швов
Вводные и выводные планки должны быть изготовлены таким образом, чтобы имелась возможность начать и закончить сварку за пределами необходимой длины шва.
Детали сборки и планки к ним, интегрированные в конструкцию или устанавливаемые как небольшие пластины на свариваемые детали, являются единым целым.
Разделка кромок этих планок должна соответствовать разделке кромок сварного соединения.
Следует закрепить планки механическим или магнитным способом, прежде чем они будут применены в сварке стыка.
После выполнения сварного шва вводные и выводные планки можно удалить механическим путем или с помощью газовой или плазменной резки. Продольное шлифование следует производить после удаления планок.
Отбивание планок ударным способом недопустимо.
7.3.12 Соединения с жесткой фиксацией
Холодные и горячие трещины являются причиной многих разрушений. Конструктору необходимо учитывать, что жесткая фиксация при выполнении швов сварных соединений (внутренние напряжения) способствует развитию обоих видов трещин. Сварные соединения с высокими внутренними напряжениями, которые вызваны жесткой фиксацией, могут привести к образованию холодных и горячих трещин.
Некоторых конкретных соединений необходимо избегать, так как внутренние напряжения могут привести к появлению таких дефектов:
- во время приварки круглого стержня или толстостенной трубы к толстой плите сварной шов не будет свободно давать усадку (смотри рисунок 14 a));
- при приварке тонкой детали к толстой плите толстая плита сохранит форму (см. рисунок 14b));
- при сварке стенок труб изнутри с толстостенной трубой толстостенная труба сохранит свою форму (рисунок 14 c));
- при приварке в последнюю очередь деталей между двумя жесткими конструкциями жесткие конструкции сохранят свою форму.
Рисунок 14 - Соединения с жесткой фиксацией
Чтобы избежать образования трещин, угловые швы должны иметь минимальное поперечное сечение, зависящее от толщины свариваемых листов.
7.3.13 Смешанные соединения
Конструкций с такого рода соединениями следует избегать, так как при этом нагружается только один вид соединений.
Сварные и болтовые соединения не дополняют друг друга для передачи напряжения или снижения напряжений, вызванных усадкой при сварке.
В этом случае нагружается только сварной шов. Таким образом сварной шов является причиной возникновения усталостных трещин в смешанном соединении при циклической нагрузке. Поэтому расчеты выполняют только для сварного шва.
Рисунок 15 - Смешанные типы соединений
Только гайки с подтвержденной свариваемостью могут быть приварены для предотвращения проворачивания.
7.3.14 Предотвращение коррозии
Для предотвращения коррозии конструктор должен обеспечить герметичность соединения со стороны корня шва применением двусторонней сварки и/или подваркой корня шва, или с использованием герметика.
Рисунок 16 - Места возникновения коррозии
7.3.15 Граница сварного шва (пята сварного соединения) - улучшение формы сварного шва
Обработка сварного шва после сварки направлена на повышение устойчивости к усталостным нагрузкам сварного соединения.
Это улучшение может заключаться в увеличении срока службы (для заданной категории нагрузки) или в повышении предела усталости (для данного срока службы).
Уменьшение пиковых напряжений достигается снижением концентрации напряжений (эффект надреза) в геометрических поверхностных дефектах шва, наиболее значимых на границе перехода сварного шва к основному металлу для углового шва.
Последующая обработка границы перехода шва к основному металлу должна быть заложена в технологию сварки и приемлемость нагрузок должна быть проверена конструктором.
В случае шлифования границы глубина должна составлять k <= 0,3 мм, радиус r >= 3 мм, см. рисунок 17.
Рисунок 17 - Улучшение границы сварного шва
Направление шлифовки должно соответствовать направлению основных напряжений.
7.3.16 Обработка для уменьшения внутренних напряжений
7.3.16.1 Общие положения
Для снижения остаточных напряжений можно провести дополнительную обработку, например дробеструйную обработку шва, или снять внутренние напряжения термической обработкой.
7.3.16.2 Параметры и характеристики дробеструйной обработки
Параметры и характеристики дробеструйной обработки должны быть согласованы в установленном порядке с заказчиком.
В случае применения дробеструйной обработки необходимо указать следующие данные:
- материал стальной дроби, пригодной для выполнения работы (тип и размер);
- ширина сварного шва с зоной термического влияния.
Рекомендуемые значения остаточного напряжения сжатия для стали:
- больше 260 МПа при глубине 0,1 мм от поверхности;
- не менее 50 МПа при глубине 0,5 мм от поверхности.
7.3.16.3 Термическая обработка для снятия внутренних напряжений
При последующей термообработке, нормализации или отжиге для снятия напряжений должны быть приняты все меры для уменьшения конечных деформаций деталей или предотвращения необходимости холодной правки.
Конкретные условия термообработки должны быть указаны на соответствующих чертежах или отмечены в соответствующей документации.
Эта документация должна содержать следующие данные:
- максимальная температура печи в момент загрузки;
- средняя скорость нарастания температуры;
- время, в течение которого выдерживается температура обрабатываемой детали;
- температура обработки;
- максимальная скорость охлаждения;
- температура детали при выемке из печи;
- условия охлаждения детали после выемки из печи.
Температура должна быть запротоколирована, например, с использованием калиброванного записывающего пирометра.
7.3.17 Прерывистые сварные швы
Минимальная длина участков для прерывистых сварных швов должна составлять:
- для tmax < 10 мм: lmin > 5 x tmax, но не менее 20 мм для стали и не менее 30 мм для алюминиевых сплавов;
- для tmax > 10 мм: lmin > 3 x tmax, но не менее 50 мм, см. рисунок 18.
e <= 3 x L; v <= 0,5 x L
Рисунок 18 - Прерывистые сварные швы
Подписаться на обновления