Сварное соединение - это элемент конструкции или участок изделия, на котором с помощью сварки производится соединение двух его деталей в одну. При этом отдельные детали соединения могут состоять как из одного и того же металла, так и из разнородных металлов и их сплавов.
Сварные соединения и их характеристики - это очень важная классификация, на основании которой определяется применяемый метод сварки и выбираются ее режимы.
Виды сварных швов.
Сварной шов - это место сплава разных элементов одной конструкции. Во время сварки металл в этом месте расплавляется, а впоследствии, остывая, кристаллизуется, что обеспечивает прочность и герметичность шва.
Сварные швы могут иметь различную форму сечения. По этому параметру сварные швы подразделяются на
стыковые, отличительной особенностью которых является то, что отдельные элементы изделия перед сваркой прикладываются друг к другу на одной плоскости методом «встык».
- угловые, в которых составные части конструкции присоединяются друг к другу под определенным углом.
- прорезные или электрозаклепочные - здесь отдельные элементы конструкции присоединяются друг к другу в одной части с помощью установки специальной сварной заклепки. При этом верхняя деталь проплавляется полностью, а нижняя - частично
В зависимости от того, какой сварной шов наблюдается на месте соединения двух деталей изделия, различают различные виды сварного соединения, каждый из которых имеет свои отличительные особенности и сферы применения.
Все сварные соединения можно разделить на
- стыковые соединения
- угловые соединения
- тавровые соединения
- нахлесточные соединения
- торцевые соединения.
Характеристики сварных соединений.
Теперь рассмотрим поподробнее различные сварные соединения и их характеристики.
Стыковое соединение - это сплав двух деталей изделия, расположенных на одной плоскости, с использованием сварных технологий. При стыковом соединении части прикасаются друг к другу своей торцевой стороной. Выделяют разные подвиды стыковых соединений:
Соединение, не имеющее скоса кромки
Соединение со скосом кромки криволинейной формы
Соединение со скосом кромки V-образной формы
Соединение со скосом кромки Х-образной формы
Угловое соединение - это сплав разных составных частей конструкции или разных деталей одного изделия, размещенных под определенным углом по отношению друг к другу. Сварной шов при этом располагается в том месте, где отдельные детали соприкасаются.
Тавровое соединение - это сплав разных элементов одного изделия, где одна деталь конструкции своим торцевым концом присоединяется к боковой поверхности второй детали.
Нахлесточное сварное соединение - это сплав разных элементов изделия, при котором оба элемента расположены на параллельных плоскостях по отношению друг другу и отчасти друг на друга накладываются.
Торцевое сварное соединение отличается от прочих видов тем, что отдельные его элементы привариваются друг к другу боковыми поверхностями.
Выбор вида сварного соединения зависит от конфигурации конечного элемента и от того, какие требования к соединению предъявляются. В результате должно получиться работоспособное изделие, которое способно переносит высокие нагрузки, не поддаваться воздействию окружающей среды и не проявлять усталостное разрушение. Часто именно от качества сварного соединения и от правильности выбора его разновидности зависит долговечность получаемого изделия, поэтому очень важно внимательно подходить к этому этапу работы и учитывать при этом не только то, где именно и как должно работать получаемое изделие, но и то, из каких материалов и их сплавов оно состоит. При этом одинаково важна и квалификация самого сварщика, и квалификация мастера, занимающегося проектированием сварной конструкции.
Сварочные швы и соединения классифицируют по разным признакам. Также важно понимать, что это разные понятия.
Сварной шов - это то место в металле, которое во время сваривания находится в расплавленном состоянии. А когда металл остывает, шов кристаллизуется. Сварное соединение - это более широкое понятие. Соединение непосредственно включает в себя сам шов, а также прилегающие зоны, а именно: зону, которая подвергалась термическому воздействию в процессе сваривания, зону сплавления, часть металла, которая расположена возле зону подвергшейся нагреванию.
Важно различать сварные швы и соединения, так как свойства первого определяют форму, прочность металла собственно в месте, где происходило сваривание. А свойства соединения определяются свойствами самого шва и остальных зон соединения, пластических деформаций и, соответственно, влияют на характер распределения усилий, которые будут действовать в сварном соединении.
Также стоит понимать, что в одном сварном соединении может быть от одного и более швов.
Для того, чтобы понимать, в каких ситуациях и для каких работ применяются те или иные сварочные швы и соединения, следует подробно ознакомиться с их характеристиками.
Виды сварочных швов и их характеристики.
Классификация сварных швов происходит по таким признакам:
Форма поперечного сечения:
- Стыковые - элементы, расположенные в одной плоскости, стыкуют торцами и сваривают.
- Угловые - элементы сваривают под определенным углом.
- Прорезные - элементы (листы) накладывают друг на друга и проплавляют их друг в друга.
Основное отличие - разная геометрия и основные параметры швов. Если, к примеру, у стыкового шва главными являются высота усиления и ширина, то в угловом - катет шва.
Конфигурация сварного шва:
- Прямолинейные.
- Криволинейные.
- Кольцевые.
Протяжность сварного шва:
- Сплошные подразделяются на короткие - их длина составляет не более 300 мм, средние - до 1 метра и длинные - более 1 метра.
- Прерывистые - у них может быть цепное и шахматное расположение швов на сварном соединении.
Способ сварки, который применялся:
- Выполненные плавящимся электродом ручной дуговой сваркой.
- Выполненные в газовой среде плавящимся электродом.
Количество шовных слоев:
- Односторонние.
- Двухсторонние.
- Многослойные.
Объем наплавленного металла:
- Нормальные.
- Усиленные.
- Ослабленные.
Сварочные соединения: виды и свойства.
Основной признак, по которому классифицируют сварочные соединения, - расположение элементов друг относительно друга. Исходя из этого, различают такие типы:
- Стыковые - их образование обуславливается созданием швов стыкового типа.
- Угловые - создаются при сваривании угловых швов.
- Нахлесточные - эти соединения также образуются с помощью угловых, а также при помощи прорезных швов.
- Тавровые - для создания таких соединений также применяют угловые швы, реже - прорезные.
Стыковые соединения наиболее распространены, так как имеют самое низкое значение напряжения, а также меньше всего поддаются деформации в процессе сваривания. Этот тип соединений наименее расходный по металлу, но также требует наиболее тщательной подготовки деталей перед непосредственным свариванием. С помощью стыковых швов можно сваривать металлоизделия толщиной от 1 до 60 мм. Для каждой толщины есть рекомендации по форме скоса кромок листа - Х-образный, Y-образный U-образный и так далее.
Угловые соединения - элементы сваривания расположены под любым углом один к другому, но не несут большого напряжения. Различные сосуды, емкости, резервуары - чаще всего свариваются таким способом. Толщина металла не превышает 1-3 мм.
Нахлесточные соединения - этот тип соединения не требует особенной обработки кромок металла, как при стыковой сварке, но расход металла - основного и наплавленного будет большим. Толщина металла при этом типе сварки - не больше 12 мм. Чаще всего используется двухсторонний шов, чтобы с противоположной стороны шва не проникала влага.
Тавровые соединения - каркасы ферм, колонны, стойки, балки чаще всего свариваются с помощью этого типа соединения. В сечении это соединение представляет собой букву Т, причем сварочный шов может быть как с одной, так и с двух сторон.
Перед началом любых сварочных работ важно получить представление о том, какие существуют виды сварных швов и соединений. Эта информация поможет эффективно использовать ресурсы при выполнении работ и даст представление, для каких именно изделий предпочтительнее использовать те или иные сварные швы и соединения.
Сварные швы и соединения
Неразъемное соединение, которое было выполнено с помощью сварки, называется сварным. Оно состоит из нескольких зон (рис. 77):
Сварного шва;
Сплавления;
Рис. 77. Зоны сварного соединения: 1 – сварного шва; 2 – сплавления; 3 – термического влияния; 4 – основного металла
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 (рис. 78) 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.
Рис. 78. Виды сварных соединений: а – стыковые; б – тавровые; в – угловые; г – нахлесточные
Рис. 78 (окончание). д – прорезные; е – торцовые; ж – с накладками; 1–3 – основной металл; 2 – накладка: 3 – электрозаклепки; з – с электрозаклепками
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 ка чественный 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-об разно), если толщина металла составляет от 4 до 26 мм;
С двусторонним скосом (X-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. 44.
2. Нахлесточные, 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 нахлесточное 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.
Таблица 44
Выбор стыкового соединения в зависимости от толщины металла
5. Прорезные, к которым прибегают в тех случаях, когда нахлесточный 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 (рис. 79) являются:
Ширина (b);
Высота (h);
Величина катета (K) для угловых, нахлесточных и тавровых соединений.
Классификация сварных швов основывается на различных признаках, которые представлены ниже.
Рис. 79. Элементы геометрической формы сварного шва (ширина, высота, величина катета)
1. По типу соединения:
Стыковые;
Угловые (рис. 80).
Рис. 80. Угловой шов
Угловые швы практикуют при некоторых видах сварных соединений, в частности при нахлесточных, стыковых, угловых и с накладками.
Стороны такого шва называются катетами (k), зона ABCD на рис. 80 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 (рис. 81), в котором выполняется сварка:
Рис. 81. Сварные швы в зависимости от их пространственного положения: а – нижний; б – горизонтальный; в – вертикальный; г – потолочный
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 (рис. 82).
Рис. 82. Прерывистый сварной шов
Прерывистые швы практикуют достаточно широко, особенно в тех случаях, когда нет необходимости (расчет на прочность не предполагает выполнения сплошного шва) плотно соединять изделия.
Длина (l) 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 (рис. 83):
Нормальные;
Выпуклые;
Вогнутые.
Тип используемого электрода определяет выпуклость шва (a‘). Наибольшая выпуклость характерна для тонкопокрытых электродов, а толстопокрытые электроды дают нормальные швы, поскольку отличаются большей жидкотекучестью расплавленного металла.
Рис. 83. Сварные швы, различающиеся по форме наружной поверхности: а – нормальные; б – выпуклые в – вогнутые
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 (рис. 84):
Прямолинейные;
Кольцевые;
Рис. 84. Сварные швы различной конфигурации: а – прямолинейный; б – кольцевой
Вертикальные;
Горизонтальные.
7. По отношению к действующим силам (рис. 85):
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;
Рис. 85. Сварные швы по отношению к действующим силам: а – фланговый; б – торцовый; в – комбинированный; г – косой
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 (рис. 86):
Односторонние;
Двусторонние.
10. По свариваемым материалам:
На углеродистых и легированных сталях;
Рис. 86. Сварные швы, различающиеся своим расположением: а – односторонний; б – двусторонний
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 (рис. 87):
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 (рис. 88):
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
Рис. 87. Сварные швы, различающиеся по объему наплавленного металла: а – ослабленный; б – нормальный; в – усиленный
Рис. 88. Сварные швы, различающиеся количеством наплавленных валиков: а – однослойный; б – многослойный; в – многослойный многопроходный
Элементами подготовки формы являются (рис. 89):
Угол разделки кромки (?), 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;
Рис. 89. Элементы подготовки кромо
Зазор между соединяемыми кромками (a). 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 (?). 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 (рис. 90).
Выбор того или иного вида кромок определяется рядом факторов:
Способом сварки;
Толщиной металла;
Способом соединения изделий, частей и проч.
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 15164–68 и т. д.
Рис. 90. Виды кромок, подготовленных к сварке: а – со скосом обеих кромок; б – со скосом одной кромки; в – с двумя симметричными скосами одной кромки; г – с двумя симметричными скосами двух кромок; д – с криволинейным скосом двух кромок; е – с двумя симметричными криволинейными скосами двух кромок; ж – со скосом одной кромки; з – с двумя симметричными скосами одной кромки
Кроме того, имеется стандарт на графическое обозначение сварного шва, в частности ГОСТ 2.312–72. Для этого используется наклонная линия с односторонней стрелкой (рис. 91), 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.
Рис. 91. Графическое обозначение сварных швов
К условным обозначениям сварного шва относятся и дополнительные знаки (рис. 92).
Для различных видов сварки приняты буквенные обозначения:
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 в углекислом газе – У;
Сварка трением – Тр;
Холодная сварка – Х.
При необходимости (если реализуется несколько способов сварки) перед обозначением той или иной разновидности располагают буквенное обозначение используемого способа сварки:
Рис. 92. Дополнительные обозначения сварного шва: а – прерывистый шов с цепной последовательностью участков; б – прерывистый шов с шахматной последовательностью участков; в – шов по замкнутому контуру; г – шов по незамкнутому контуру; д – монтажный шов; е – шов со снятым усилением; ж – шов с плавным переходом к основному металлу
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 (рис. 93).
Сварка – один из основных методов скрепления двух элементов, а сварочные швы – зоны, соединяющие две металлические заготовки между собой. Получаются такие спайки в ходе расплавления и последующего остывания стали.
Хороший сварщик должен знать виды сварных соединений и уметь наносить все разновидности швов. Без этих навыков невозможно изготовить качественную и долговечную конструкцию.
Типы стыков
Сварные швы делятся на 5 вариаций:
- нахлёсточные;
- параллельные;
- стыковые;
- угловые;
- т – образные.
Нахлёсточные часто используют для создания резервуаров цилиндрической формы, которые планируется эксплуатировать в горизонтальном или вертикальном положении. Свариваемые элементы накладываются внахлёст, но полностью не перекрываются. В итоге получается структура, которая похожа на ступеньку. С торцевых сторон деталей наносятся сварочные швы.
Параллельные способы нанесения применяют для увеличения прочности структуры. Оба составляющих плотно прикладываются друг к другу и скрепляются сваркой со стороны рёбер. Данным приёмом можно укрепить конструкции, на наружность которых будет приходиться сильное механическое воздействие. Однако такую технологию запрещено использовать в ремонте движущихся механизмов.
Стыковая версия является самой популярной. Свариваемые части должны находиться в одинаковой плоскости, одна напротив другой. Такой стык используется для скрепления водопроводных труб, дымоходов, хранилищ или стальных колонн. Также эту систему эксплуатируют в машиностроении, при изготовлении воздушного и водного транспорта, на военных заводах. Да, и создание подобной «склейки» требует минимум средств и времени.
Угловые виды сварных швов хорошо применимы для скрепления нескольких заготовок, которые необходимо расположить под прямым углом. Заготовка делается следующим образом: под углом 90° устанавливаются детали (в виде символа «Г»), а в месте примыкания краёв накладывается сварной шов. Эта сварка распространена как в промышленности, так и в частном хозяйстве. А с её помощью можно изготовить прочные опоры или котлы.
Т – образный или тавровый сварной шов не похож на другие, поскольку готовая часть будет выглядеть как буква «Т». Неопытному человеку будет трудно создать подобное, поскольку в процессе важно учитывать ограничения, относящиеся к удержанию электрода (рекомендуется придерживаться угла в 60°). При этом толщина соединяемых листов может отличаться. Также для выполнения потребуется больше проволоки, а сваренные тавровым методом элементы могут выйти с дефектами.
Техника работы
Движение стержня по сплошной линии будет недостаточно для хорошей сварки, и чтобы стать мастером своего дела, нужно понять технику использования аппарата. Главные особенности технологии – постоянный контроль зазора между составляющими. Если расстояние будет слишком маленьким, то сталь плохо прогреется, что негативно отразиться на его крепости. Следует контролировать и скорость ведения штатива, и основную процедуру спайки. Главное, чтобы расплавленный металл равномерно распределялся по канавке.
Как правильно накладывать шов:
- Варить круговыми или зигзагообразными движениями. Траектория должна сохранятся на протяжении всей спайки.
- Держать ручку под правильным углом. Чем острее наклон, тем меньше глубина пропарки.
- Контролировать темп передвижения электрода. Тут всё зависит от напряжения аппарата. Большой ток позволяет двигать держатель с большей скоростью, а швы в итоге будут более тонкими.
- Грамотно выбрать слои спайки. В стыковых местах можно сделать несколько рядов, однако, этой методикой чаще изготавливают тавровый сварной шов.
Учёт этих правил поможет достичь желаемого результата, и специалист безошибочно произведёт любые виды сварочных швов.
Способы нанесения
К методам нанесения относятся:
- Горизонтальный тип. По правилам можно наносить шов как с права на лево, так и в обратную сторону. Тут важно соблюдать приемлемый угол наклона, поскольку излишки расплавленного металла будут вытекать наружу. Если у человека мало навыков, то всю процедуру можно выполнить за 2-3 прохода.
- Вертикальный тип. Рабочая поверхность может располагаться в потолочной или настенной зонах. Сварочные соединения также можно делать двумя методиками: сверху вниз, и снизу вверх. Однако выбирать лучше первый вариант, поскольку тепло от дуги способствует высокому прогреванию сплава.
- Потолочный тип. Выполнять весь процесс нужно очень быстро, сохраняя стабильный темп ведения стержня. Также для сохранения сплава в шве потребуется делать вращательные движения. Следует отметить, что текущая разновидность является самой сложной, и приступать к работе следует после получения необходимого опыта.
С первого раза тяжело понять, какие бывают разновидности, и изучить все технологии. Но регулярная практика сделает из любого новичка настоящего профессионала.
Термины и определения для сварных конструкций, узлов, соединений и швов установлены ГОСТ 2601-84.
Сварным соединением называют неразъемное соединение двух и более элементов (деталей), выполненное с помощью сварки. В сварное соединение входят сварной шов, прилегающая к нему зона основного металла со структурными и другими изменениями в результате термического действия сварки (зона термического влияния) и примыкающие к ней участки основного металла.
Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации.
Сварной узел представляет собой часть сварной конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы.
Сварной конструкцией называется металлическая конструкция, изготовленная из отдельных деталей или узлов с помощью сварки.
Металл деталей, подлежащих соединению сваркой, называют основным металлом.
Металл, подаваемый в зону дуги дополнительно к расплавленному основному металлу, называют присадочным металлом.
Переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или наплавленный на основной металл, называют наплавленным металлом.
Сплав, образованный переплавленным основным или основным и наплавленным металлами, называют металлом шва.
Работоспособность сварного изделия определяется типом сварного соединения, формой и размерами сварных соединений и швов, их расположением относительно действующих сил, плавностью перехода от сварного шва к основному металлу и др.
При выборе типа сварного соединения учитывают условия эксплуатации (статические или динамические нагрузки), способ и условия изготовления сварной конструкции (ручная сварка, автоматическая в заводских или монтажных условиях), экономию основного металла, электродов и др.
Типы сварных соединений. По форме сопряжения соединяемых деталей (элементов) различают следующие типы сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные (рисунок 1).
Сварные швы подразделяют по форме поперечного сечения на стыковые (рисунок 2, а) и угловые (рисунок 2, б). Разновидностью этих типов являются швы пробочные (рисунок 2, в) и прорезные (рисунок 2, г), выполняемые в нахлесточных соединениях. По форме в продольном направлении различают швы непрерывные и прерывистые.
С помощью стыковых швов образуют в основном стыковые соединения (рисунок 1, а), с помощью угловых швов - тавровые, крестовые, угловые и нахлесточные соединения (рисунок 1, б-д), с помощью пробочных и прорезных швов могут быть образованы нахлесточные и иногда тавровые соединения.
Стыковые швы, как правило, выполняют непрерывными; отличительным признаком для них обычно служит форма разделки кромок соединяемых деталей в поперечном сечении. По этому признаку различают следующие основные типы стыковых швов: с отбортовкой кромок (рисунок 3, а); без разделки кромок - односторонние и двусторонние (рисунок 3, б); с разделкой одной кромки - односторонней, двусторонней; с прямолинейной или криволинейной формой разделки (рисунок 3, в); с односторонней разделкой двух кромок; с V-образной разделкой (рисунок 3, г); с двусторонней разделкой двух кромок; Х-образной разделкой (рисунок 3, д). Разделка может быть образована прямыми линиями (скос кромок) либо иметь криволинейную форму (U-образная разделка, рисунок 3, е).
а) стыковые; б, в) тавровые; г) угловые; д) нахлесточные
Рисунок 1 – Основные типы сварных соединений
а) стыковые; б) угловые; в) пробочные; г) прорезные
Рисунок 2 – Основные типы сварных швов
Стыковое соединение наиболее распространено в сварных конструкциях, поскольку имеет ряд преимуществ перед другими видами соединений. Его применяют в широком диапазоне толщины свариваемых деталей от десятых долей миллиметра до сотен миллиметров почти при всех способах сварки. При стыковом соединении на образование шва расходуется меньше присадочного материала, легко и удобно контролировать качество.
а) с отбортовкой кромок; б) без разделки кромок;
в,г, д, е) с разделками кромок
Рисунок 3 – Подготовка кромок стыковых швов
Угловые швы различают по форме подготовки свариваемых кромок в поперечном сечении и сплошности шва по длине.
По форме поперечного сечения угловые швы могут быть без разделки кромок, (рисунок 4, а), с односторонней разделкой кромки (рисунок 4, б), с двусторонней разделкой кромок (рисунок 4, в). По протяженности угловые швы могут быть непрерывными (рисунок 5, а) и прерывистыми (рисунок 5, б), с шахматным (рисунок 5, в) и цепным (рисунок 5, г) расположением отрезков шва. Тавровые, нахлесточные и угловые соединения могут быть выполнены отрезками швов небольшой протяженности - точечными швами (рисунок 5, д).
Пробочные швы по своей форме в плане (вид сверху) обычно имеют круглую форму и получаются в результате полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листов (рисунок 6, а) - их часто называют электрозаклепками, либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное в верхнем листе отверстие (рисунок 6, б).
а) без разделки кромок; б, в) с разделкой кромки
Рисунок 4 – Подготовка кромок угловых швов тавровых
соединений
Рисунок 5 – Угловые швы тавровых соединений
Рисунок 6 – Форма поперечного сечения пробочных и
прорезных швов
Прорезные швы, обычно удлиненной формы, получаются путем приварки верхнего (накрывающего) листа к нижнему угловым швом по периметру прорези (рисунок 6, в). В отдельных случаях прорезь может заполняться и полностью.
Форму разделки кромок и
их сборку под сварку характеризуют
четыре основных конструктивных
элемента (рисунок 7): зазор b,
притупление с,
угол скоса кромки
и угол разделки кромок
,
равный
или 2
.
Существующие способы дуговой сварки без разделки кромок позволяют сваривать металл ограниченной толщины (при односторонней сварке ручной - до 4 мм, механизированной под флюсом - до 18 мм). Поэтому при сварке металла большой толщины необходимо разделывать кромки. Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла 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 градусов. Тип разделки и величина угла разделки кромок определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, производительность сварки. Так, например, Х-образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6- 1,7 раза. Уменьшается время на обработку кромок. Правда, в этом случае возникает необходимость вести сварку с одной стороны шва в неудобном потолочном положении или кантовать свариваемые изделия.
Притупление с обычно составляет 2 ± 1 мм. Его назначение - обеспечить правильное формирование и предотвратить прожоги в вершине шва. Зазор b обычно равен 1,5-2 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара вершины шва, но в отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8-10 мм и более.
Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой стороны (усиление шва), так и с обратной стороны, т. е. форма обратного валика. В стыковых, особенно односторонних швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.
Рисунок 7 – Конструктивные элементы разделки кромок и
сборки под сварку
Сварные швы классифицируют по ряду признаков. По внешнему виду швы делят на выпуклые, нормальные, вогнутые (рисунок 8). Как правило, все
швы выполняют с небольшим усилением (выпуклыми). Если требуются швы без усиления, это должно быть указано на чертеже. Ослабленными (вогнутыми) выполняют угловые швы, что также отмечается на чертеже. Такие швы требуются для улучшения работы сварных соединений, например при переменных нагрузках. Стыковые швы ослабленными не делают, вогнутость в этом случае является браком. Увеличение размеров сварных швов по сравнению с заданными приводит к увеличению массы свариваемой конструкции и перерасходу электродов. В результате возрастает себестоимость сварных конструкций, повышается трудоемкость сварочных работ.
а) выпуклые; б) нормальные; в) вогнутые
Рисунок 8 – Классификация швов по внешнему виду
Большое значение также имеет образование плавного перехода металла лицевого и обратного валиков к основному металлу, так как это обеспечивает высокую прочность соединения при динамических нагрузках. В угловых швах также бывает трудно проварить корень шва на всю его толщину, особенно при сварке наклонным электродом. Для этих швов рекомендуется вогнутая форма поперечного сечения шва с плавным переходом к основному металлу, что снижает концентрацию напряжений в месте перехода и повышает прочность соединения при динамических нагрузках.
По числу слоев и проходов различают однослойные, многослойные, однопроходные, многопроходные швы (рисунок 9, 10).
Слой сварного шва - часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик - металл сварного шва, наплавленный или переплавленный за один проход.
Рисунок 9 - Классификация швов по выполнению: а - односторонние; б – двусторонние
Рисунок 10 - Классификация швов по числу слоев и проходов:
I-IV - число слоев; 1~8 - число проходов
При сварке каждый слой многослойного шва отжигается при наложении последующего слоя. В результате такого теплового воздействия на металл сварного шва улучшаются его структура и механические свойства. Толщина каждого слоя в многослойных швах примерно равна 5-6 мм.
По действующему усилию швы делят на продольные (фланговые), поперечные (лобовые), комбинированные, косые (рисунок 11). Лобовой шов расположен перпендикулярно к усилию Р, фланговый - параллельно, а косой - под углом.
По положению в пространстве различают нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы (рисунок 12). Отличаются они друг от друга углами, под которыми располагается поверхность свариваемой детали относительно горизонтали. Наиболее труден для исполнения потолочный шов, лучше всего шов формируется в нижнем положении. Потолочные, вертикальные и горизонтальные швы приходится обычно выполнять при изготовлении и, особенно при монтаже крупногабаритных конструкций.
а) - продольные (фланговые); б) - поперечные (лобовые);
в) - комбинированные; г) – косые
Рисунок 11- Классификация швов по действующему усилию
Рисунок 12 - Классификация сварных швов по их положению
в пространстве
Примеры обозначения сварных швов по их положению в пространстве даны на рисунке 13
Н - нижние; П - потолочные; Пп - полупотолочные; Г - горизонтальные;
Пв -полувертикальные; В - вертикальные; Л - в лодочку;
Пг – полугоризонтальные
Рисунок 13 - Обозначение сварных швов по их положению
