Разновидности и технология сварки швов — потолочных, горизонтальных и вертикальных. Классификация сварных швов и соединений Виды сварных швов с эскизами
Конечная цель любого сварщика – получение качественного сварочного шва. От этого зависит прочность и долговечность соединения деталей. Для успешной работы важно правильно выполнить подключение; выбрать силу тока, угол наклона электрода; хорошо владеть техникой выполнения шва. Результатом правильной работы будет надежное сваривание металлических деталей.
Сварочные швы классифицируют по нескольким признакам. Виды и типы сварочных соединений нужно рассматривать последовательно, вникая в тонкости процесса. НА шов влияет расположение, направление и траектория движения электрода.
После закрепления выбранного электрода в фиксаторе, установки тока, подключения полярности начинается процесс сваривания.
У каждого мастера есть свой предпочтительный угол наклона электрода. Многие считает оптимальным значение 70 ° от горизонтальной поверхности.
От вертикальной оси при этом образуется угол, равный 20 °. Некоторые работают под максимальным углом 60 °. В целом, в большинстве учебных рекомендаций присутствует диапазон значений от 30 ° до 60 ° от вертикальной оси.
В определенных ситуациях, при сварке в труднодоступных местах, нужно ориентировать электрод строго перпендикулярно относительно поверхности свариваемого материала.
Перемещать электрод можно тоже по-разному, в противоположных направлениях: от себя или к себе .
Если материал требует глубокого прогрева, то электродом ведут к себе. В след за ним в направлении сварщика тянется рабочая зона. Образующийся шлак накрывает место сплава.
Если работа не предполагает сильного прогревания, то электрод перемещают от себя. За ним «ползет» сварочная зона. Глубина разогрева при таком исполнении шва минимальна. С направлением вопрос ясен.
Траектория движения
Особое влияние на шов оказывает траекторию движения электрода. Она в любом случае имеет колебательный характер. Иначе две поверхности сшить не удастся.
Колебания могут быть похожи на зигзаги с разным шагом между острыми углами траектории. Они могут быть плавными, напоминающими движение по смещенной восьмерке. Траектория может быть подобна елочке или прописной букве Z с вензелями вверху и внизу.
Идеальный шов имеет постоянную высоту, ширину, равномерный внешний вид без дефектов в виде кратеров, подрезов, пор, непроваров. Название возможных изъянов говорит само за себя. Хорошо отработав умения, можно успешно накладывать любой шов, сваривать разнообразные металлические детали.
Нормативы и понятие катета
Сварной шов начинает формироваться в рабочей зоне при расплавленном состоянии металлов, и окончательно образуется после застывания.
Существующая классификация группирует швы по различным признакам: типу соединения деталей, образующейся форме шва, его протяженности, количеству слоев, ориентации в пространстве.
Типы возможных сварных соединений отображены в стандарте для ручной и дуговой сварки ГОСТ 5264. Соединения, выполняемые дуговой сваркой в атмосфере защитного газа нормированы документом ГОСТ 14771.
В ГОСТах имеется обозначение каждого сварного соединения, а также таблица, содержащая основные характеристики, в частности значения катета сварочного шва.
Что такое катет, понять достаточно просто, взглянув на рисунок соединяемых деталей. Это сторона умозрительного равнобедренного треугольника максимальных размеров, который поместится в поперечном сечении шва. Правильно рассчитанное значение катета гарантирует прочность соединения.
У деталей неравномерной толщины за основу берут площадь сечения детали в самой тонкой ее части. Не следует пытаться неоправданно увеличивать катет. Это может привести к деформации сваренной конструкции. К тому же увеличится расход материалов.
Проверка размеров катета проводится с помощью универсальных справочных шаблонов, представленных в специальной литературе.
Виды соединений
В зависимости от взаимного расположения деталей сварочные соединения происходят:
- встык;
- внахлест;
- угловым способом;
- тавровым способом.
При сварке встык приваривают торцы двух деталей, расположенных в одной плоскости. Стык может выполняться с отбортовкой, без скоса и со скосом. Форма скоса может напоминать буквы Х, К, V.
В некоторых случаях сварку делают внахлест, тогда одна деталь частично водружена на другую, расположенную параллельно. Совмещенная часть является нахлестом. Сваривание при этом делают без скоса с двух сторон.
Часто появляется необходимость сделать сварной угол. Такое соединение относят к угловому типу. Оно всегда выполняется с двух сторон, может не иметь скосов или иметь скос на одной кромке.
Если сварные части образовали в результате букву Т, значит было сделано тавровое соединение. Иногда детали, сваренные тавровым швом, образуют острый угол.
В любом случае одна деталь приваривается при этом к боковой части другой. Сваривание проводят с двух сторон без скоса или со скосами с каждой стороны.
Форма и протяженность
Форма шва может быть выпуклой, ровной (плоской). Иногда появляется необходимость сделать вогнутую форму. Выпуклые соединения предназначены для усиленной нагрузки.
Вогнутые места сплавов хорошо выдерживают динамические нагрузки. Универсальностью характеризуются плоские швы, которые делают чаще всего.
По протяженности швы бывают сплошными, не имеющими интервалов между сплавленными соединениями. Иногда достаточно швов прерывистого типа.
Интересной промышленной разновидностью прерывистого шва является соединение, которое образует контактная шовная сварка. Делают ее на специальном оборудовании, оснащенном дисковыми вращающимися электродами.
Часто их называют роликами, а такой вид сварки – роликовой. На таком оборудовании можно выполнять также сплошные соединения. Полученный шов очень прочен, абсолютно герметичен. Способ используют в промышленных масштабах для изготовления труб, емкостей, герметичных модулей.
Слои и расположение в пространстве
Шов металла может состоять из валика, сделанного за один проход. В этом случае он называется однослойным. При большой толщине свариваемых деталей выполняют несколько проходов, в результате которых последовательно образуются валики один на другом. Такое сварочное соединение называется многослойным.
Учитывая многообразие производственных ситуаций, при которых происходит сварка, понятно, что сориентированы швы в каждом конкретном случае по-разному. Бывают швы нижние, верхние (потолочные), вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные швы проваривают обычно снизу верх. Применяется траектория перемещения электрода по полумесяцу, елочке или зигзагом. Начинающим сварщикам удобнее перемещать полумесяцем.
При горизонтальной сварке делают несколько проходов от нижней кромки соединяемых деталей до верхней кромки.
В нижнем положении проводят сварку встык или любым угловым способом. Хороший результат дает сварка под углом 45 °, «в лодочку», которая может быть симметричной и несимметричной. При сваривании в труднодоступных местах лучше применять несимметричную «лодочку».
Сложнее всего проводить сварку в потолочном положении. Для этого нужен опыт. Проблема заключается в том, что расплав пытается стечь из рабочей зоны. Чтобы этого не случилось, сварку проводят короткой дугой, силу тока уменьшают на 15-20 % по сравнению с обычными значениями.
Если толщина металла в месте сварки превышает 8 мм, то нужно выполнить несколько проходов. Диаметр первого прохода должен равняться 4 мм, последующих — по 5 мм.
В зависимости от ориентации шва выбирают соответствующее положение электрода . Для выполнения горизонтальных, вертикальных, потолочных соединений, сварки неповоротных стыков труб электрод направляют углом вперед.
При сварке угловых и стыковых соединений электрод направляют углом назад. Труднодоступные места проваривают электродом под прямым углом.
Обработка сварного соединения
При проведении сварки образуются шлаки. Если шлаковые включения попадают в шов, его качество ухудшается. Все шлаковые наслоения обязательно следует зачистить.
Если сварка выполняется несколькими проходками, то зачистка швов выполняется после каждого этапа сварки. При этом используют любые способы. Сначала сваренные детали оббивают молотком и чистят жесткой щеткой.
Затем проводят грубую зачистку. Мелкие детали чистят специальными ножами или шлифовальными кругами. Крупные болванки чистят на станках. На завершающей стадии место сварного соединения полируют.
Часто для этого применяют фибровый круг шлифовальной машины. Существуют другие способы полировки сварных соединений.
Сварочное дело постоянно развивается. Появляются новые материалы, совершенствуется технология. Необходимо следить за новостями в сварочном деле, чтобы узнавать много нового и интересного.
Неразъемное соединение, которое было выполнено с помощью сварки, называется сварным. Оно состоит из нескольких зон:
Зоны сварного соединения: 1 — сварного шва; 2 — сплавления; 3 — термического влияния; 4 — основного металла
— сварного шва;
— сплавления;
— термического влияния;
— основного металла.
По протяженности сварные соединения бывают:
— короткими (250-300 мм);
— средними (300-1000 мм);
— длинными (более 1000 мм).
В зависимости от длины сварного шва выбирают и способ его выполнения. При коротких соединениях шов ведут в одном направлении от начала к концу; для средних участков характерно наложение шва отдельными участками, причем его длина должна быть такой, чтобы для его завершения хватило целого числа электродов (два, три); длинные соединения сваривают обратноступенчатым способом, о котором говорилось выше.
По типу сварные соединения подразделяются на:
1. Стыковые. Это наиболее часто встречающиеся соединения при различных способах сварки. Им отдают предпочтение, потому что они характеризуются наименьшими собственными напряжениями и деформациями. Как правило, стыковыми соединениями сваривают конструкции из листового металла.
Основными достоинствами данного соединения, рассчитывать на которые можно при условии тщательной подготовки и подгонки кромок (благодаря притуплению последних предотвращаются прожог и протекание металла в процессе сварки, а соблюдение их параллельности обеспечивает качественный равномерный шов), являются следующие:
— минимальный расход основного и наплавленного металла;
— наименьший временной промежуток, необходимый для сварки;
— выполненное соединение может по своей прочности не уступать основному металлу.
В зависимости от толщины металла кромки при дуговой сварке могут быть обрезаны под разными углами к поверхности:
— под прямым углом, если соединяют стальные листы толщиной 4-8 мм. При этом между ними оставляют зазор в 1-2 мм, что облегчает проваривание нижней частей кромок;
— под прямым углом, если соединяют металл толщиной до 3 и до 8 мм при одно- или двусторонней сварке соответственно;
— с односторонним скосом кромок (V-образно), если толщина металла составляет от 4 до 26 мм;
— с двусторонним скосом (Х-образно), если листы имеют толщину 12-40 мм, причем этот способ более экономичен, чем предыдущий, поскольку количество наплавленного металла уменьшается практически в 2 раза. Это означает экономию электродов и электроэнергии. Кроме того, для двустороннего скоса в меньшей степени характерны деформации и напряжения при сварке;
— угол скоса можно уменьшить с 60° довести до 45°, если сваривать листы толщиной более 20 мм, что снизит объем наплавленного металла и сэкономит электроды. Наличие зазора в 4 мм между кромками обеспечит необходимый провар металла.
При сварке металла разной толщины кромку более толстого материала скашивают сильнее. При значительной толщине соединяемых дуговой сваркой деталей или листов применяют чашеобразную подготовку кромок, причем при толщине 20-50 мм проводят одностороннюю подготовку, а при толщине более 50 мм — двустороннюю.
Сказанное выше наглядно показано в табл.
2. Нахлестанные, чаще всего используемые при дуговой сварке конструкций, толщина металла которых составляет 10-12 мм. От предыдущего соединения данный вариант отличает отсутствие необходимости специальным образом подготавливать кромки — достаточно просто обрезать их. Хотя сборка и подготовка металла под нахлестанное соединение не столь обременительны, следует учесть, что расход основного и наплавленного металла увеличивается по сравнению со стыковыми соединениями. Для надежности и избегания коррозии вследствие попадания влаги между листами такие соединения проваривают с обеих сторон. Есть виды сварки, где применяют исключительно данный вариант, в частности при точечной контактной и роликовой.
3. Тавровые, широко распространенные при дуговой сварке. Для них кромки скашивают с одной или обеих сторон либо вообще обходятся без скоса. Особые требования предъявляются только к подготовке вертикального листа, который должен иметь равно обрезанную кромку. При одно- и двусторонних скосах кромки вертикального листа предусматривают зазор в 2-3 мм между вертикальной и горизонтальной плоскостями, чтобы проварить вертикальный лист на всю толщину. Односторонний скос выполняют в том случае, когда конструкция изделия такова, что невозможно проварить ее с обеих сторон.
4. Угловые, при которых элементы конструкции или детали совмещают под тем или иным углом и сваривают по кромкам, которые нужно предварительно подготовить. Подобные соединения встречаются при изготовлении резервуаров для жидкостей или газов, которые содержатся в них под небольшим внутренним давлением. Угловые соединения для усиления прочности могут быть проварены и с внутренней стороны.
5. Прорезные, к которым прибегают в тех случаях, когда на-хлесточный шов нормальной длины не дает необходимой прочности. Такие соединения бывают двух типов — открытые и закрытые. Прорезь проделывают с помощью кислородной резки.
6. Торцовые (боковые), при которых листы накладывают один на другой и сваривают по торцам.
7. С накладками. Для выполнения такого соединения листы состыковывают и перекрывают стык накладкой, что, естественно, влечет за собой дополнительный расход металла. Поэтому данный способ используют в том случае, когда выполнить стыковой или нахлесточный шов не представляется возможным.
8. С электрозаклепками. Данное соединение является прочным, но недостаточно плотным. Для него верхний лист просверливают и заваривают полученное отверстие таким образом, чтобы захватить и нижний лист. Если металл не слишком толстый, то просверливания и не требуется. Например, при автоматической сварке под флюсом верхний лист просто проплавляется сварочной дугой.
Конструктивный элемент сварного соединения, который при его выполнении образуется вследствие кристаллизации расплавленного металла по линии перемещения источника нагрева, называется сварным швом. Элементами его геометрической формы являются:
— ширина (Ь);
— высота (п);
— величина катета (К) для угловых, нахлесточных и тавровых соединений.
Классификация сварных швов основывается на различных признаках, которые представлены ниже. 1. По типу соединения:
— стыковые;
— угловые.
Угловые швы практикуют при некоторых видах сварных соединений, в частности при нахлесточных, стыковых, угловых и с накладками. Стороны такого шва называются катетами (к), зона ABCD на рис. 33 показывает степень выпуклости шва и не принимается во внимание при расчете прочности сварного соединения. При его выполнении необходимо, чтобы катеты были равны, а угол между сторонами OD и BD составлял 45°.
2. По виду сварки:
— швы дуговой сварки;
— швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом;
— швы дуговой сварки в среде защитных газов;
— швы электрошлаковой сварки;
— швы контактной сварки;
— швы газовой сварки.
3. По пространственному положению, в котором выполняется сварка:
— нижние;
— горизонтальные;
— вертикальные;
— потолочные.
Проще всего выполняется нижний шов, труднее всего — потолочный. В последнем случае сварщики проходят специальное обучение, причем потолочный шов легче сделать газовой сваркой, чем дуговой.
4. По протяженности:
— непрерывные;
— прерывистые.
Прерывистые швы практикуют достаточно широко, особенно в тех случаях, когда нет необходимости (расчет на прочность не предполагает выполнения сплошного шва) плотно соединять изделия. Длина (I) соединяемых участков составляет 50-150 мм, промежуток между ними приблизительно в 1,5-2,5 раза превосходит зону сваривания, а вместе они образуют шаг шва (t).
5. По степени выпуклости, т.е. форме наружной поверхности:
— нормальные;
— выпуклые;
— вогнутые.
Тип используемого электрода определяет выпуклостьшва (а"). Наибольшая выпуклость характерна для тонкопокрытых электродов, а толстопокрытые электроды дают нормальные швы, поскольку отличаются большей жидкотекучестью расплавленного металла.
Опытным путем было установлено, что прочность шва не возрастает с увеличением его выпуклости, тем более если соединение «работает» при переменных нагрузках и вибрации. Подобное положение объясняется так: при выполнении шва с большой выпуклостью невозможно добиться плавного перехода от валика шва к основному металлу, поэтому в этой точке кромка шва как бы подрезается, и здесь в основном концентрируются напряжения. В условиях переменных и вибрационных нагрузок в этом месте сварное соединение может подвергаться разрушению. Кроме того, выпуклые швы требуют повышенного расхода электродного металла, энергии и времени, т.е. является неэкономичным вариантом.
6. По конфигурации:
— прямолинейные;
— кольцевые;
— вертикальные;
— горизонтальные.
7. По отношению к действующим силам:
— фланговые;
— торцовые;
— комбинированные;
— косые.
Вектор действия внешних сил может быть параллельным оси шва (характерно для фланговых), перпендикулярным оси шва (при торцовых), проходить под углом к оси (для косых) или сочетать направление фланговых и торцовых сил (при комбинированных).
8. По способу удержания расплавленного металла шва:
— без подкладок и подушек;
— на съемных и остающихся стальных подкладках;
— на медных, флюсо-медных, керамических и асбестовых подкладках, флюсовых и газовых подушках.
При наложении первого слоя шва главное — суметь удержать жидкий металл в сварочной ванне. Чтобы предотвратить его вытекание, используют:
— стальные, медные, асбестовые и керамические подкладки, которые подводятся под корневой шов. Благодаря им можно увеличить сварочный ток, что обеспечивает сквозное проплавление кромок и гарантирует стопроцентный провар деталей. Кроме того, подкладки удерживают расплавленный металл в сварочной ванне, препятствуя образованию прожогов;
— вставки между свариваемыми кромками, которые выполняют те же функции, что и прокладки;
— подрубку и подварку корня шва с противоположной стороны, при этом не стремятся к сквозному проплавлению;
— флюсовые, флюсо-медные (при сварке под флюсом) и газовые (при ручной дуговой, автоматической и аргонно-дуговой сварке) подушки, которые подводят или подают под первый слой шва. Их цель — не допустить вытекания металла из сварочной ванны;
— соединения в замок при выполнении стыковых швов, которые предупреждают прожоги в корневом слое шва;
— специальные электроды, покрытие которых содержит особые компоненты, увеличивающие силу поверхностного натяжения металла и не позволяющие ему вытекать из сварочной ванны при выполнении вертикальных швов сверху вниз;
— импульсную дугу, благодаря которой происходит кратковременное расплавление металла, что способствует более быстрому охлаждению и кристаллизации металла шва.
9. По стороне, на которой накладывается шов:
— односторонние;
— двусторонние.
10. По свариваемым материалам:
— на углеродистых и легированных сталях;
— на цветных металлах;
— на биметалле;
— на пенопласте и полиэтилене.
11. По расположению соединяемых деталей:
— под острым или тупым углом;
— под прямым углом;
— в одной плоскости.
12. По объему наплавленного металла:
— нормальные;
— ослабленные;
— усиленные.
13. По расположению на изделии:
— продольные;
— поперечные.
14. По форме свариваемых конструкций:
— на плоских поверхностях;
— на сферических поверхностях.
15. По количеству наплавленных валиков:
— однослойные;
— многослойные;
— многопроходные.
Перед осуществлением сварочных работ кромки соединяемых изделий, конструкций или частей должны быть соответствующим образом подготовлены, поскольку от их геометрической формы зависит прочность шва. Элементами подготовки формы являются:
— угол разделки кромки (а), который должен быть выполнен, если толщина металла составляет более 3 мм. Если пропустить эту операцию, то возможны такие негативные последствия, как непровар по сечению сварного соединения, перегрев и пережог металла. Разделка кромок дает возможность осуществлять сварку несколькими слоями небольшого сечения, благодаря чему структура сварного соединения улучшается, а внутренние напряжения и деформации снижаются;
— зазор между соединяемыми кромками (а). От правильности установленного зазора и подобранного режима сварки зависит, насколько полным будет провар по сечению соединения при формировании первого (корневого) слоя шва;
— притупление кромок (S), необходимое для того, чтобы придать процессу наложения корневого шва определенную устойчивость. Игнорирование этого требования приводит к пережогу металла при сварке;
— длина скоса листа в том случае, если имеется разница по толщине (L). Этот элемент позволяет обеспечивать плавный и постепенный переход от более толстой детали к тонкой, что снижает или устраняет риск концентрации напряжений в сварных конструкциях;
— смещение кромок по отношению друг к другу (5). Поскольку это снижает прочностные характеристики соединения, а также способствует непровару металла и образованию очагов напряжений, ГОСТом 5264-80 установлены допустимые нормы, в частности смещение должно составлять не более 10% толщины металла (максимум 3 мм).
Таким образом, при подготовке к сварке необходимо выполнить следующие требования:
— очистить кромки от загрязнений и коррозии;
— снять фаски соответствующего размера (по ГОСТу);
— установить зазор в соответствии с ГОСТом, разработанным для того или иного типа соединения.
О некоторых видах кромок уже говорилось ранее (хотя они и рассматривались в другом аспекте) при описании стыковых соединений, но тем не менее необходимо еще раз заострить на этом внимание.
Выбор того или иного вида кромок определяется рядом факторов:
— способом сварки;
— толщиной металла;
— способом соединения изделий, частей и пр.
Для каждого способа сварки разработан отдельный стандарт, в котором указаны форма подготовки кромок, размер шва и допустимые отклонения. Например, ручная дуговая сварка осуществляется по ГОСТу 5264-80, контактная —по ГОСТу 15878-79, электрошлаковая — по ГОСТу 1516468 и т.д.
Кроме того, имеется стандарт на графическое обозначение сварного шва, в частности ГОСТ 2.312-72. Для этого используется наклонная линия с односторонней стрелкой, которая указывает участок шва.
Характеристика шва, рекомендованный способ сварки и иная информация представлены над или под горизонтальной полкой, соединенной с наклонной линией-стрелкой. Если шов видимый, т.е. находится на лицевой стороне, то характеристика шва дается над полкой, если невидимый — под ней.
К условным обозначениям сварного шва относятся и дополнительные знаки.
— дуговая сварка — Э, но поскольку этот вид наиболее распространенный, то в чертежах буква может и не указываться;
— газовая сварка — Г;
— электрошлаковая сварка — Ш;
— сварка в среде инертных газов — И;
— сварка взрывом — Вз;
— плазменная сварка — Пл;
— контактная сварка — Кт;
— сварка трением — Т;
— холодная сварка — X.
При необходимости (если реализуется несколько способов сварки) перед обозначением той или иной разновидности располагают буквенное обозначение используемого способа сварки:
— ручная — Р;
— полуавтоматическая — П;
— автоматическая — А.
— дуговая под флюсом — Ф;
— сварка в активном газе плавящимся электродом — УП;
— сварка в инертном газе плавящимся электродом — ИП;
— сварка в инертном газе неплавящимся электродом —
ИН.
Для сварных соединений также имеются специальные буквенные обозначения:
— стыковое — С;
— тавровое — Т;
— нахлесточное — Н;
— угловое — У.
По цифрам, проставленным после букв, определяют номер сварного соединения по ГОСТу на сварку.
Обобщая сказанное выше, можно констатировать, что условные обозначения сварных шов складываются в определенную структуру.
шва — длина шва, знак / или Z, шаг; 6— для точечного шва — размер точки; 7 — для контактной сварки — диаметр точки,
знак / или ~Z. , шаг; 8—для шовной сварки — длина шва;
9 — ширина и длина шва, знак или, шаг; 10 — знак и катет по стандарту; 11 — условное изображение способа сварки; 12 — тип шва; 13 — стандарт соединения
В качестве примера расшифруем обозначение:
— шов располагается на невидимой стороне — обозначение находится под полочкой;
— тавровое соединение, шов № 4 по ГОСТу 1477176 — Т4;
— сварка в углекислом газе — У;
— сварка полуавтоматическая — П;
— длина катета 6 мм — Г\ 6:
— шов прерывистый с шахматным расположением участков — 50 ~Z_ 150.
Сварным соединением называется соединение двух или нескольких элементов полученное сваркой.
Сварное соединение (рис.2) состоит: из сварного шва, имеющего литую структуру и образовавшегося в результате кристаллизации сварочной ванны, зоны сплавления, зоны термического влияния – участок основного металла, не подвергавшийся расплавлению, где в результате нагрева произошли структурные и фазовые изменения и части основного металла.
Рис. 2. Схема сварного соединения
1 – сварной шов, 2 – зона сплавления, 3 – зона термического влияния, 4 – основной металл
Существует 5 видов сварных соединений (рис.3) – стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцевые.
Рис. 3. Типы сварных соединений: а – стыковое, б – нахлесточное, в – торцовое, г – угловое,
д – тавровое
Наиболее типичные и предпочтительные стыковые соединения, но не всегда теплоты источника энергии хватает, чтобы проплавить на всю толщину, поэтому для деталей с толщиной больше 4 мм применяют специальную подготовку кромок (рис.4)
Рис. 4. Примеры (а-ж) подготовки кромок
Конструктивные элементы подготовки кромок следующие:
S – толщина соединяемых элементов;
С – притупление кромок (обычно 1-2мм);
β – для скоса от 25 до 45˚;
α – угол разделки, равен 2 β;
В – зазор, зависит от толщины и способа сварки;
R – Радиус закругления для фигурной разделки кромок.
Классификация сварных швов.
Все сварные швы классифицируются по признакам:
1. По типу сварного соединения на стыковые, образованные стыковыми соединениями и на угловые – тавровыми, нахлесточными, угловыми.
2. По положению относительно действующего усилия – на фланговые, лобовые и косые.
3. По положению в пространстве (рис. 5)
Рис. 5. Основные пространственные положения сварки:
1 – нижнее, 2 – вертикальное или горизонтальное, 3 – потолочное
4. По внешней форме (рис. 6) – на выпуклые, нормальные и вогнутые.
Рис.6. Форма сварных швов: а – нормальная, б – выпуклая, в – вогнутая
5. По протяженности (рис.7) – на непрерывные и прерывистые, которые делятся на цепные и шахматные.
Рис. 7. Классификация сварных швов по протяженности.
Их применяют как при малоэтажном строительстве, так и при постройках больших домов, офисных и спортивных центров. При помощи сварки соединяют 2 или более деталей в 1. При этом образуется прочный и надежный шов, который может прослужить длительное время, не нарушаясь и не вызывая повреждения детали в целом.
Кроме того, сварные соединения и швы могут быть использованы, как для стыка металлических деталей из однородного типа стали, так и элементов, выполненных из различных сплавов. При таких сложных работах необходимо правильно подобрать технологию сварки, силу тока, расходные материалы (электроды). Кроме того, сварщик должен обладать достаточным опытом и умениями, чтобы не допустить прожига детали, избежать лишних напряжений и деформации в дальнейшей эксплуатации.
Классификация сварочных швов
Все сварные соединения нормируются специальной документацией, которая определяет понятия, области и места выполнения сварки. Описанная терминология применима для технической документации, которая прилагается по окончании выполнения швов. Эти же понятия указаны в учебных и методических пособиях, по которым производится подготовка сварщиков, а также дальнейшее обучение и повышение их квалификации.
Таблица классификаций сварных швов.
Используя общепринятые сокращения, даже при отсутствии документации по маркировке соединения или общей спецификации можно определить, какое именно сварное соединение выполнено в том или ином месте строительной конструкции. Приняты следующие условные обозначения: стыковые сварные соединения принято обозначать буквой «С», при выполнении шва внахлест – указывают «Н», если предусмотрены тавровые стыки, то на спецификации обозначено «Т», угловые – «У».
В основном сварочные соединения и швы принять разделять по нескольким признакам:
По виду конечной формы поперечного сечения:
- Стыковые, то есть свариваемые детали располагают по одной плоскости.
- Угловые, когда металлические детали находятся друг к другу под углом, при этом его величина значения не имеет.
- Прорезные, если детали, наложенные друг на друга, взаимно проплавляются. При этом одна из деталей (верхняя) проплавлена целиком, а другая часть сварного соединения (нижняя) лишь частично. Сам шов представляет собой заклепку. Это соединение еще называют электрозаклепочным.
По конфигурации при сварке:
- прямолинейного характера;
- криволинейного вида;
- кольцевого вида.
По длительности сварного соединения:
- Соединения, выполненные сплошным швом. Их длина колеблется от 300 мм до 1 м и более.
- Которые выполнены прерывисто. При этом расположение шва может быть по цепочке, в шахматном порядке, в зависимости от конструктивных особенностей детали и предъявляемых требований.
По способу применяемой технологии сварки:
- дуговая сварка без применения дополнительных средств (газа, флюса);
- сварка, выполненная в среде с наличием газа (например, аргона).
По количеству нанесения сварочных элементов:
- односторонний;
- двухстороннее соединение;
- многослойные.
По количеству металла, который образовался в результате наплавления:
- нормальное;
- усиленное;
- ослабленное.
Обычно нет строгого разделения по всем типам классификаций. При работе сварные соединения могут быть прямолинейные стыковые усиленные. То есть сочетания могут быть самыми разнообразными, в зависимости от сложности металлической конструкции, требований жесткости и надежности, наличия расходных материалов, а также мастерства сварщика.
Характеристика сварных соединений
Основные типы сварных соединений.
В зависимости от того, каким должен получиться в итоге, необходимо учитывать особенности его выполнения и технологию исполнения.
Стыковые сварные соединения представляют собой соединение деталей путем сплавления между собой. Детали располагают в одной плоскости и чаще всего применяют дуговую сварку. При этом такие швы могут быть использованы для соединения деталей с различной кромкой. Обработка кромки для сваривания зависит от толщины листа. Если в процессе выполнения работ требуется соединить детали различной толщины, то более толстый край должен быть скошен под размер меньшего. Это обеспечивает надежный шов.
По типу краев, которые участвуют при сваривании, стыковые сварные соединения можно разделить на:
- детали, которые не имеют скоса кромки. Они должны быть толщиной 3-5 мм;
- элементы, которые имеют криволинейную кромку;
- детали с кромкой, образующей букву «U», их толщина составляет 20-60 мм;
- детали, у которых кромка имеет вид «Х», толщина металла 12-40 мм.
Более подробно о соединениях
Стыковые сварные швы обладают самым низким значением напряжения, менее склонны к деформациям. Это обуславливает частое их применение. При выполнении стыкового соединения расход металла является минимальным, сама подготовка к работе должна выполняться тщательно и скрупулезно.
Тавровые элементы представляют собой соединения деталей из металла, когда одна из них расположена перпендикулярно к другой. Получается стык в виде буквы «Т». При таком типе сам шов может располагаться как с одной из сторон, так и с двух. Все зависит от требований жесткости, технической и конструктивной возможности произвести работы. Тавровые системы используются для сборки каркасов для ферм, различных видов колонн, стоек. Кроме того, такое соединение хорошо применять для сварки балок.
Угловые соединения выполняют в тех случаях, где элементы в конструкции не будут нести значительных напряжений. Например, при сварке емкостей, резервуаров. Чтобы обеспечить необходимую надежность и прочность, толщина свариваемого металла не должна превышать 1-3 мм. При угловом соединении детали прикладывают друг к другу под необходимым углом и сваривают. Величина угла не имеет значения. Шов проделывают двухсторонним сплошным таким образом, чтобы в него не могла проникнуть влага.
Нахлесточные соединения образуются тогда, когда детали расположены параллельно друг к другу. Шов при этом находится на боковых поверхностях металлических элементов. Кромки металла не нуждаются в дополнительной обработке, в отличие от стыкового метода. Расходы металла как основного, так и наплавляемого будут значительными.
Толщина самой конструкции при такой обработке составляет не более 12 мм. Для исключения проникновения влаги в само соединение его необходимо выполнять двухсторонним.
Швы при тавровом, нахлесточном, угловом соединении могут исполняться в виде маленьких отрезков, то есть точечным методом. Если надо сделать предварительные наплавления, то они выполняются круглой формы. Т.е. образуются при полном проплавлении одной из детали и частично другой.
Дополнительные моменты
Известные способы выполнения дуговой сварки без дополнительной обработки кромок могут быть произведены при толщине металла 4 мм при ручном виде работ, 18 мм – при механизированной работе. Поэтому если требуется сварить детали значительной толщины, используя ручную дуговую методику, то кромки необходимо дополнительно обрабатывать.
К элементам геометрии соединения можно отнести зазор, который присутствует между элементами, угол разделки, скоса и отклонение деталей, участвующих в сварке по отношению друг к другу. Угол скоса определяет угол разделки, который является определяющим для обеспечения необходимого доступа дуги на всю глубину шва, значит, полноценного выполнения самого шва. Величина угла в зависимости от типа соединения и метода обработки в основном колеблется в пределах 20-60 ° с допуском в 5 °. Величина зазора составляет 0-4 мм.
Сварка по-прежнему остаётся одним из самых популярных методов получения неразъёмных конструкций из металлов и полимеров. Такая популярность определяет и разнообразие сварных стыков, которые в чём-то схожи между собой, а в чём-то принципиально различны. В данной статье мы рассмотрим все основные виды термических сварочных соединений.
Итак, какие бывают сварные соединения? Виды сварочных соединений следующие:
Стыковое
Наиболее широко применяемая разновидность, которая может быть одно- и двухсторонней, со съёмной и несъёмной подкладкой и вообще без неё. Стыковым сварочным соединением могут быть соединены детали с отбортовкой, с замковой кромкой, а также с разнообразными скосами: дву- и односторонними, симметричными и асимметричными, ломанными и криволинейными.
Угловое
Как становится уже ясным из самого названия, данное соединение сваривает угловые конструкции. Кроме того, при помощи угловых соединений производит сваривание конструкционных элементов в труднодоступных местах. Данный тип соединения применяется в следующих случаях:
- Скосы (односторонние или двусторонние) имеются у кромок двух соединяемых деталей;
- У кромок соединяемых деталей отсутствуют скосы;
- У одного края имеется отбортовка.
В других случаях угловое соединение применять нельзя, поскольку из-за сложности кромок качество связи резко ухудшается.
Тавровое
Применяется для сварки Т-образных конструкций, а также для деталей, которые соединяются под небольшим углом друг к другу. Данное соединение совместимо со следующими видами кромок:
- Скос отсутствует;
- На кромке могут быть симметричные или асимметричные одно- и двусторонние скосы;
- На кромке имеется криволинейный одно- или двусторонний скос, расположенный в одной плоскости.
Небольшое количество кромок, к которым применимо тавровое соединение, поясняется сложной геометрией соединяемых деталей.
Внахлёст
Данный тип сварки соединяет между собой концы деталей или конструкционных элементов. Сварочные работы внахлёст производятся только с кромками без скосов.
Торцевое
Достаточно редкий тип соединения, поскольку подразумевает варку одной детали к торцу другой. Поэтому нередко основные типы сварочных соединений не включают торцевое в отдельный пункт, а объединяют его с соединением внахлёст.
Классификации швов
Также виды сварных соединений различаются по шву, получаемого в результате сварочных работ. Действующие стандартны подразумевают несколько классификаций:
По пространственному расположению
По своему местоположению сварные швы могут быть:
- Нижними, если их угол относительно горизонтали не превышает 60 градусов;
- Вертикальными, если их угол относительно горизонтали расположен в диапазоне 60-120 градусов;
- Потолочными, если их угол относительно горизонтали расположен в диапазоне 120-180 градусов.
По их непрерывности
Сварные швы могут быть непрерывными (без разрывов) и прерывистыми (имеются разрывы). Последние более всего характерны для угловых и тавровых соединений.
По характеру разрывов прерывистые швы подразделяются на:
- Цепные – разрывы равномерные словно бы ячейки в цепи;
- Шахматные – разрывы сдвигают небольшие по длине швы друг относительно друга словно бы белые клетки на шахматной доске;
- Точечные – схожи с шахматными швами, только швы выглядят не в виде чёрточек, а в виде единичных точек.
Отметим, что непрерывные швы более надёжны и более устойчивы к коррозийному разрушению, но зачастую их невозможно применять по технологическим причинам.
По типу сварного соединения
Сварные соединения отличаются друг от друга ещё и по получаемому шву:
- Стыковой получается при одноименном соединении деталей;
- Угловой образуется не только при сварке деталей углами, но также ещё при тавровом и стыковом сваривании;
- Проплавной получается при тавровой сварке и при стыке внахлёст деталей, чья толщина не превышает 1 см;
- Электрозаклёпочный получается при сварке тавровых стыков и внахлёст. Технология выполнения данных швов следующая. Металлические детали, чья толщина не превышает 3 мм, варят без предварительной обработки, поскольку электрическая дуга пробивает их насквозь. Если толщина свариваемых деталей превышает 3 мм, то одна деталь просверливается и уже через неё сваркой прихватывается вторая;
- Торцевые получаются при сваривании деталей их торцами.
По характеру профильного сечения
Данная классификация указывает на форму сечения сварного шва в разрезе:
- Выпуклые выступают полукругом над поверхностью соединённых деталей;
- Вогнутые образуют небольшое углубление относительно поверхности соединённых деталей;
- Нормальные составляют одну линию с поверхностью;
- Специальные. Образуются при стыке деталей углом или тавром. В поперечном сечении они выглядят как неравнобедренный треугольник.
Внутреннее сечение определяет эксплуатационные характеристики сварных соединений. Так, например, выпуклое сечение придаёт хорошую устойчивость к статическим нагрузкам, такие швы считаются усиленными. Тогда как вогнутые, наоборот, считаются ослабленными, зато они лучше выдерживают динамические и разнонаправленные нагрузки. Эксплуатационные характеристики нормальных сварных швов схожи с характеристиками вогнутых. Специальные швы отлично справляются с переменными нагрузками. Также они снижают напряжение, возникающее в сваренных деталях в процессе их повседневной эксплуатации.
По технологии выполнения сварных работ
Здесь сварные швы классифицируются по ходу электрода при проведении сварных работ:
- Продольный образуется при движении электрода вдоль стыка соединяемых деталей;
- Поперечный получается при движении электрода поперёк стыка соединяемых деталей;
- Косой образуется, когда электрод движется под некоторым углом относительно крайних точек его траектории;
- Комбинированный образуется при попеременном использовании трёх выше указанных швов.
По числу слоёв
Предусмотренные сварные работы выполняются в один или в несколько слоёв (проходов). При одном проходе образуется валик из оплавленного металла. Валики могут выполняться на одном или на разных уровнях. В первом случае один слой будет состоять из нескольких валиков. Самый дальний от облицовочного уровня валик называется корнем шва.
Многослойные и многопроходные сварные соединения используются при варке толстостенных элементов или для избегания термических деформаций в структуре стального сплава.
Для избегания термических деформаций и прожогов часто применяют подварочный шов. Облицовочный же применяется для улучшения внешнего вида сварного стыка приваренных друг к другу конструкционных элементов.
Результаты нарушения технологии сварочных работ
При нарушении технологии сварочных работ в месте соединения могут возникнуть:
- Прожоги (подрезы) – зоны критического нагрева металла, в которых под воздействием высоких температур начались различные химические реакции (кристаллическая коррозия и др.);
- Непровары – зоны, в которых температура оказалась недостаточной для взаимного проникновения краёв друг в друга и образования единой монолитной структуры;
- Несплавление – соединяемые края не нагрелись до температуры плавления и не сплавились друг с другом;
- Шлаковое засорение – точки концентрация шлаковых веществ, проникших в жидком состоянии из некачественных электродов в сварочную ванну и по застывании образовавших инородные кристаллические вкрапления;
- Поры появляются из-за брызжущего металла вследствие внезапно возникших пиковых температур в сварочной ванне;
- Трещины появляются из-за некачественного соединения двух сортов стали, имеющих разную температуру плавления;
- Микрополости возникают из-за неравномерного нагрева и остывания металла.
Технологии контроля качества
Все виды сварных соединений обязательно подвергаются проверке. В зависимости от требований к качеству работы выполняются следующие технологии контроля качества:
- Визуальный осмотр позволяет определить лишь видимые нарушения качества (вкрапления шлака, трещины, прожоги и т.п.);
- Измерения длины и ширины указывают на соответствие полученного результата техническому заданию и ГОСТу;
- Проверка герметичности при помощи опрессовки. Применяется при изготовлении различных ёмкостей;
- Специальные контрольно-измерительные приборы устанавливают характеристики внутренней структуры полученного сварного стыка;
- Лабораторные исследования позволяют определить поведение сваренной конструкции под воздействием различных нагрузок и химических веществ.