Сварные швы и соединения. Сварочные швы: от простого к сложному Сварка металлов виды сварочных швов и соединений

Процесс современной сварки относится к высоким технологиям с классификацией и критериями качества. Поскольку главным финальным продуктом являются сварочные швы, они также хорошо описаны, классифицированы и имеют свои критерии качества и способы выполнения.

Стандарты в виде ГОСТов содержат исчерпывающие сведения и условные обозначения вариантов самого разного назначения.

Для начала определимся с понятиями «сварочный шов» и «сварочное соединение», потому что некоторые источники рассматривают их как одно и то же, другие разводят формулировки.

Самое короткое определение: – это неразъемное соединение сваркой.

Второй вариант раскрывает физику процесса сварки как таковой: сварочный шов – это участок, в котором соединены две или несколько деталей в результате кристаллизации или деформации вещества, или одного и другого вместе. Так или иначе, сварочные швы и соединения логичнее принимать за один и тот же процесс.

Один из самых старых и известных среди специалистов стандартов – «ГОСТ 5264 – 80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные». Этот ГОСТ был введен в действие еще в 1981 году, он до сих пор прекрасно справляется со своими задачами: четко и ясно перечислены основные виды сварных швов, их размеры, конструктивные элементы и инструкции, как правильно класть сварочный шов. Отличный пример документа, который не нуждается в корректировках в течение долгого времени.

Виды сварочных швов

Типы сварочных соединений.

Как и методы сварки, виды сварочных швов подпадают под стройную классификацию по разным критериями:

• Способу соединения деталей;
• Положению во время сварки;
• Протяженности ;
• Расположению к силе, действующей на шов.

Самые популярные и важные виды швов объединены в группу по способу соединения деталей:

1. Стыковые.
2. Угловые.
3. Тавровые.
4. Внахлест.

Важно! Какой бы вид шва от сварки вы не выбрали, нужно помнить и соблюдать одно простое правило: никакой ржавчины на металле! Предварительная обработка напильником или наждачной бумагой обязательна, вопрос больше не обсуждается.

Швы встык

Классификация электродов для сварки.

Виды сварных соединений включают как очень популярные способы, так и редкие. Стыковые способы можно отнести к высокой популярности: они используются при сварке листового металла или торцов труб. Принципиальное требование для стыкового способа – жесткая фиксация соединяемых деталей с зазором 1 – 2 мм, который заполняется металлом по ходу процесса сварки.

Важнейший «стыковой» вопрос – края деталей, которые будут плавиться и соединяться. Вернее, способ обработки этих краев. Стыковое соединение считается одним из самых надежных и экономичных с точки зрения прочности. Особенно это касается случаев, когда варят с обеих сторон. Предварительная подготовка краев – серьезная составляющая высокого качества шва. Все 32 типа стыковых соединений с вариантами обработки краев изложены в стандарте ГОСТ 5264-80.

Вот некоторые примеры:

1. Если лист металла тонкий – меньше 4 мм, предварительная обработка не требуется, это семейство с условными обозначениями С1, С2, С3.
2. Если толщина листа в пределах 4 – 12 мм, шов можно варить как с одной, так и с двух сторон. Но в этом случае необходима обработка края зачисткой. Здесь все зависит от требований к качеству сварки. Если вы решили варить с одной стороны, вам придется делать несколько проходов для заполнения шва. Если требуется высокое качество – зачищать и варить нужно с двух сторон. Зачистки бывают в виде V или U. Вариантов множество, все перечислены в ГОСТе, например, условные обозначения С28, С42.
3. Если металлический лист толще 12 мм, применяются только двойные швы с обработкой краев с обеих сторон в виде буквы Х. V или U формы зачистки кромок при большой толщине невыгодны: потребуется слишком много металла для их заполнения. А это снижает скорость процесса и повышает расход электродов. Условные обозначения С27, С39, С40.

Нет нужды излагать в данном обзоре все возможные способы сварки металлов дуговым методом в зависимости от толщины листов и способов обработки краев, лучше ГОСТа 5264-80 никто этого не сделает. Поэтому самым правильным решением будет сослаться на него и рекомендовать этот прекрасный образец технической инструкции для тщательного изучения.

Если коротко по ГОСТу, стыковое семейство делится на:

• Односторонние и двусторонние без обработки кромок;
• С обработкой одной из кромок;
• С обработкой обеих кромок;
• Распилкой в виде V или X;
• С двусторонней обработкой обеих кромок.

Тавровые соединения

Тавровый способ в разрезе представляет собой букву «Т»: торец одной детали приварен к боковой поверхности другой детали. Чаще всего элементы расположены перпендикулярно друг к другу. В ГОСТе 5264-80 описаны 9 тавровых видов: с Т1 по Т9. Для качественного таврового соединения необходимо глубокое плавление, которое выполняется с помощью автоматической сварки. Если сварка , тщательная обработка кромок обязательна.

Интересная особенность тавровых швов глубокого плавления: они прочнее основного металла. Прочность угловых швов (о них см. ниже), напротив, меньше основного металла. Такого рода различия нужно не просто учитывать, а заранее производить расчеты. Понятие «расчет сварных соединений» входит в особый раздел технической механики, который изучается на инженерных факультетах.

Эти задачи сопромата учитывают главные особенности и недостатки сварочных соединений: неравномерную прочность, неровные процессы нагрева и охлаждения, как результат, возможное коробление, остаточное напряжение или скрытые дефекты.

Угловые соединения

Схема создания вертикального шва.

В некоторых источниках угловые швы при сварке описываются как часть тавровых. Их описать так же легко, как тавровые: угловой профиль напоминает букву «Г», а в ГОСТе 5264-80 они обозначаются с начальной буквой «У»: от У1 до У10.

При кажущейся простоте в сварке углового соединения иногда возникают трудности: металл стекает с угла или вертикальной поверхности на горизонтальную. Решение такой проблемы – контроль движения электрода, чтобы соблюдать правильные углы его наклона, и чтобы это движение было ровным. В этом случае вы получите качественный ровно заполненный шов.

Отличным способом качественной угловой варки является метод, получивший название «сварка в лодочку»: детали расположены друг к другу под прямым углом, длина швов 8 мм и больше.

Если угловых соединений включает листы металла разной толщины – тонкий и толстый – электрод должен быть расположен к более толстой детали под углом 60 градусов, чтобы больше прогрева пришлось на нее. Тогда тонкий металл не прогорит.

Сварка угловых швов предусматривает выполнение правил геометрии сварочных соединений.

Главные геометрические критерии следующие:

• Ширина – зазор между краями сплавления металлов;
• Изогнутость – зазор в точке максимальной вогнутости;
• Выпуклость – зазор в точке максимальной выпуклости;
• Корень стыка – самая далекая от профиля грань (фактическая изнанка)

Сварка углового шва будет самой оптимальной при вогнутой форме уровня. Это объясняется риском неполной проварки угловых швов корня на всю толщину. Если говорить о самом прочном варианте из всех возможных, нужно помнить о множестве разнообразных факторов.

Основные типы сварных швов.

Основные нормы электросварки на величину шва:

• Напряжение тока дуги;
• Темп работы;
• Величина сечения проволоки;
• Величина, плотность, полярность напряжения.

Например, при увеличении силы тока увеличивается глубина провара (размер не меняется). Но в то время, когда дуга усиливается, шов расширяется и, как следствие, падает глубина провара.

Если уменьшается размер сечения сварной проволоки, ток в проводе усиливается, глубина провара увеличивается, а сам шов уменьшается в размерах. Примеров оптимального сочетания факторов сварки много. Все виды сварных соединений содержат главное требование – не нарушать технологии выполнения, заранее планировать и рассчитывать величины всех вводимых параметров.

Швы внахлест

Соединения внахлест: поверхности параллельны друг другу, частично перекрывают друг друга, сварены угловым способом. Это самые простые для исполнения швы – отличный старт для обучения новичков.

Соединение внахлест – схема.

Все типы сварных швов внахлест имеют строгое ограничение по толщине листового металла – он должен быть не больше 8 мм. Здесь важно найти правильный угол наклона электрода – диапазон от 15 до 45 градусов. В ГОСТе соединения внахлест условно обозначены как H1 и H2.

При работе с двумя заготовками часто используется односторонняя точеная сварка, у которой отмечается серьезный недостаток: между деталями формируются зазоры. Влага, коррозия становятся главными врагами при таком способе. Результат такого рода дефектов описывается одним словом – недолговечность.

Тем не менее, соединения внахлест имеют очень широкое применение, вот несколько таких примеров:

• Установка легких конструкций типа павильонов или ларьков;
• Установка рекламных щитов и других конструкций;
• Сборка тентов, навесов.

Сравниваем, оцениваем

Из вышеперечисленных вариантов самыми надежным и экономичным считается стыковой способ сварки. По действующим нагрузкам они практически равны целым элементам, которые не подвергались сварке, иными словами – основному материалу. Естественно, такая прочность достигается только при адекватном качестве работ.

Вместе с тем нужно помнить, что надежность и экономичность способа не означает простоту его исполнения. Требования к обработке краев, подгонка множества факторов под условия конкретной сварки, определенные ограничения в применении из-за формы – все это требует жесткой профессиональной дисциплины.

Сварка стыковых швов.

Тавровые соединения (включая угловые) тоже довольно популярны. Особенно часто их используют при сварке массивных конструкций.

Самые простые для исполнения – соединения внахлест. В них не требуется обработка , общая подготовка тоже намного проще. Очень популярны в сварке листов небольшой толщины (допускается толщина до 60 мм). Простота не означает экономичности: перерасход наплавленного и основного металлов – обычная для таких вариантов ситуация.

Швы по положению в пространстве

Следующий критерий классификации – положение поверхностей в пространстве. Таких положений четыре:

1. Нижние швы
2. Горизонтальные
3. Вертикальные
4. Потолочные

Если бы можно было выбирать, опытные мастера выбрали бы сварку в нижнем положении. Это самый удобный способ, к тому же лучше контролируется сварочная ванна. Подходящий способ для дебютных работ новичков – здесь практически не встречаются сложности. Зато три остальных пространственных варианта сопряжены с техническими нюансами и специальными требованиями к исполнению.

В сварке в горизонтальном положении главной проблемой выступает сила тяжести – из-за нее металл попросту сползает вниз. Такие соединения можно варить как справа налево, так и слева направо, кому как удобно. Но правило использования электрода одно на всех: угол его наклона должен быть достаточно большим. Конечно, при подборе угла нужно учитывать параметры тока и скорость движения, все взаимосвязано.

Подбирайте, пробуйте, главное – чтобы ванна не стремилась вниз. Если металл все-таки стекает, нужно уменьшить его прогрев – это можно сделать, увеличив скорость движения. Второй вариант – отрывать периодически дугу, чтобы металл хоть чуть-чуть остывал. Метод с отрывом дуги больше подходит новичкам

Классификация швов по положению в пространстве.

В вертикальных соединениях та же проблема – сила тяжести, но здесь вниз стремится не вся ванна, а капли металла. Обычно в таких случаях берут дугу покороче. Шов варить можно в любом направлении. В Регламенте аттестации сварщиков РД 03-495-02 эти варианты обозначаются как «положение при сварке В1» – вертикальное снизу-вверх (этот способ удобнее). «Положение при сварке В2» – вертикальное сверху вниз, его используют реже, так как здесь необходим жесткий контроль сварной ванны.

Потолочное соединение – самое сложное в подгруппе, для которого понадобится настоящее мастерство. В положении электрода нет никаких других вариантов – держать только под прямым углом к потолку. Дугу взять покороче, скорость круговых движения должна быть постоянной. Выделение газов и шлаков в данном случае затруднено, расплав трудно удержать от стекания. Даже если мастерство на должном уровне, и все технологические требования выполнены верно, потолочный способ уступает по прочности и общему качеству сварочным швам во всех других положениях.

Сварные соединения по очертанию

Как классифицируются сварные швы по очертанию:

• Продольные: требуют самой тщательной подготовки металла в виде доскональной зачистки от заусениц, кромок и любых неровностей, помимо всего необходимо обезжиривание поверхностей участка сварки.
• Кольцевые: это работы по окружностям со своими специальными требованиями – чрезвычайно высокими аккуратностью и точностью.

Варим трубопроводы, особые требования

К работе с промышленными трубопроводами допускают лишь опытных сертифицированных мастеров с высокой квалификацией. Трубные соединения относятся к вертикальному способу со всеми «вертикальными» нюансами. Особенность заключается в угле, под которым держится электрод, это угол в 45 градусов.

Ширина трубного шва может достигать 4 см, это зависит от толщины самой трубы. Для этого вида сварки предусмотрены отдельные стандарты, например, в ГОСТе 16037-80 описаны размеры швов для различных соединений конструкций трубопроводов.

Зачистка сварных швов

По своему виду вновь сваренные швы иногда напоминают келоидные рубцы на коже человека: они выпуклые и выступают над поверхностью. Шлак, окалина, капли металла часто остаются на поверхности. Убрать все это можно и нужно, процесс называется зачисткой швов.

Его этапы:

• Сбить окалину молотком или зубилом;
• Выровнять участок болгаркой;
• Иногда нужно нанести тонкий слой расплавленного олова (лужение).

Брак и швейные дефекты

Самый частый дефект в работе новичка – кривой шов с неровным заполнением. Такая картина – результат неравномерного ведения электрода, он буквально пляшет в руках юного мастера. Здесь вам понадобятся упорство и труд: с опытом все это проходит без следа. Вторая по частоте ошибка – неверный выбор силы тока или длины дуги, после чего остаются «подрезы» или неровное заполнение. При одних дефектах больше страдает эстетика, при других – прочность.

Непровар – недостаточное заполнение металлом стыка деталей. Его нужно исправлять, так как речь идет о прочности соединения.

В каких случаях появляется непровар:

• Некачественная обработка (или отсутствие таковой) кромок поверхностей;
• Слишком слабая сила тока;
• Слишком быстрое движение электрода.

Подрез – ненужная канавка вдоль шва. Диагноз простой, это выбор слишком длинной дуги. Лечение тоже понятное: либо дугу покороче, либо силу тока побольше.

Примеры схем движения электрода.

Прожог – банальная дырка в шве по следующим причинам:

• Широкий зазор между краями;
• Слишком большая сила тока;
• Низкая скорость движения электрода

И здесь ищем оптимальное соотношение трех составляющих: тока, ширины зазора, движения электрода.

Поры и наплывы – множественные отверстия малого размера. Это критический , влияющий на прочность соединения.

• Грязь и ржавчина на металле;
• Попадание кислорода к расплавленному металлу (при сквозняке);
• Некачественная обработка кромок;
• Электроды низкого качества;
• Использование присадочных проволок;

Трещины – серьезные нарушения целостности швов. Появляются после остывания металла и по своей сути являются предвестниками разрушения самого шва. В данном случае спасет только новая сварка или полное удаление старого шва и повторное накладывание нового.

Можно ли новичку самостоятельно научиться накладывать качественные швы? Да, без сомнений. В некоторых источниках присутствует слово «с легкостью». Легкости лучше не обещать, потому что сварка никогда не была легким и безопасным процессом. Но определить последовательные и выполнимые шаги вполне возможно самостоятельно. Принцип – от простого к сложному. Безусловно, все основные типы сварочных соединений имеют свои секреты и тонкости, которые нужно освоить.

Для дебютантов лучше всего подойдет электрическая дуговая сварка. Самый оптимальный вариант – начинать учиться под присмотром опытного наставника. Но если такой возможности нет, в сети огромное количество видеороликов с показом всех действий и подробнейшими разъяснениями к ним.

Однопроходные и многопроходные швы.

Главный начальный этап – это грамотная подготовка нужного оборудования.

Вот что нужно подготовить для электрической дуговой сварки:

1. Сварное оборудование (разные типы);
2. с правильно подобранным диаметром (чрезвычайно важно!)
3. Молоток для зачистки остывшего шва;
4. Металлическая щетка для той же зачистки сварного участка
5. Маска, специальный световой фильтр.

Требования к одежде простые: она должна быть плотной, с длинными рукавами и перчатками. Пригодятся выпрямитель с трансформатором (особенно если оборудование старое).

Итог

Основные типы сварных соединений уложены в рамки точной и ясной классификации с условными обозначениями и детальным описанием технологических особенностей и советов. Один из самых популярных стандартов – ГОСТ 5264-80 с описанием практически всех видов сварочных швов.

Научиться сварке можно самостоятельно по принципу «от простого к сложному». «Простым» началом для исполнения можно взять швы внахлест. Закончить можно работой высшего пилотажа – сваркой при потолочном расположении поверхностей. Желаем чистого металла, хороших заказов и рабочего настроения.

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:

1. Стыковые, то есть свариваемые детали располагают по одной плоскости.
2. Угловые, когда металлические детали находятся друг к другу под углом, при этом его величина значения не имеет.
3. 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:

1. Соединения, выполненные сплошным швом. Их длина колеблется от 300 мм до 1 м и более.
2. 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.

Сварные соединения и швы классифицируются по следующим основным признакам:

• виду соединения;
• положению, в котором выполняется сварка;
• конфигурации и протяженности;
• применяемому виду сварки;
• способу удержания расплавленного металла шва;
• количеству наложения слоев;
• применяемому для сварки материалу;
• расположению свариваемых деталей относительно друг друга;
• действующему на шов усилию;
• объему наплавленного металла;
• форме свариваемой конструкции;
• форме подготовленных кромок под сварку

По виду соединения сварные швы бывают стыковыми и угловыми. По расположению в пространстве швы сварных соединений подразделяются на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные. Выход шва из потолочного положения в вертикальное при сварке цилиндрических изделий называется полупотолочным положением.

По конфигурации швы сварных соединений бывают прямолинейными, кольцевыми, вертикальными и горизонтальными. По протяженности швы разделяются на сплошные и прерывистые. Сплошные швы в свою очередь делятся на короткие, средние и длинные.

По виду сварки швы сварных соединений разделяются на:

• швы дуговой сварки
• швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом
• швы дуговой сварки в защитных газах
• швы электрошлаковой сварки
• швы электрозаклепочные
• швы контактной электросварки
• швы паяных соединений

По способу удержания расплавленного металла швы сварных соединений делятся на швы, выполненные без подкладок и подушек; на съемных и остающихся стальных подкладках: на медных, флюсомедных. керамических и асбестовых подкладках, а также флюсовых и газовых подушках. В зависимости от того, с какой стороны накладывается шов, различают односторонние и двусторонние швы.

По применяемому для сварки материалу швы сварных соединений подразделяются на швы соединения углеродистых и легированных сталей; швы соединения цветных металлов; швы соединения биметалла; швы соединения винипласта и полиэтилена.

По расположению свариваемых деталей относительно друг друга швы сварных соединений могут быть под острым или тупым углом, под прямым углом, а также располагаться в одной плоскости.

По объему наплавленного металла различают нормальные, ослабленные и усиленные швы.

По форме свариваемой конструкции швы сварных соединений выполняются на плоских и сферических конструкциях, а по расположению на изделии швы бывают продольными и поперечными.

Сварными называют неразъемные соединения, выполненные при помощи сварки. Они могут быть стыковыми, угловыми, нахлесточными, тавровыми и торцевыми (рис.1).

Стыковым называют соединение двух деталей их торцами, расположенными в одной плоскости или на одной поверхности. Толщина свариваемых поверхностей может быть одинаковой или отличаться одна от другой. На практике стыковое соединение чаще всего применяют при сварке трубопроводов и различных резервуаров.

Угловое - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом относительно друг друга и сваренных в месте примыкания их краев. Такие сварные соединения нашли широкое применение в строительной практике.

Нахлесточное - сварное соединение предусматривает наложение одного элемента на другой в одной плоскости с частичным перекрытием друг друга. Такие соединения чаще всего встречаются в строительно-монтажных работах, при сооружении ферм, резервуаров и т.д.

Тавровым называют соединение, в котором к плоскости одного элемента приложен торец другого соединения под определенным углом.
Сварочные швы

Участок сварного соединения, сформированный как результат кристаллизации расплавленного металла, называется сварочным швом. В отличие от соединений сварные швы бывают стыковыми и угловыми (рис. 2).

Стыковой - это сварной шов стыкового соединения. Угловой - это сварной шов углового, нахлесточного и таврового соединений.

Сварочные швы различают по количеству слоев наложения, ориентации их в пространстве, по длине и т.д. Так, если шов полностью охватывает соединение, то его называют сплошным. Если в пределах одного соединения шов разрывается, то его называют прерывистым. Разновидностью прерывистого шва является прихваточный шов, который применяют для фиксации элементов относительно друг друга перед сваркой. Если сварочные швы накладывают один на другой, то такие швы называют многослойными.

По форме наружной поверхности сварочные швы могут быть плоскими, вогнутыми или выпуклыми. Форма сварочного шва оказывает влияние на его физико-механические свойства и на расход электродного металла, связанный с его формированием. Наиболее экономичны плоские и вогнутые швы, которые, к тому же, лучше работают при динамических нагрузках, так как отсутствует резкий переход от основного металла к сварному шву. Чрезмерный наплыв выпуклых, швов приводит к перерасходу электродного металла, а резкий переход от основного металла к сварному шву при концентрированных напряжениях может вызвать разрушения соединения. Поэтому при изготовлении ответственных конструкций выпуклость на швах снимают механическим способом (фрезы, абразивные круги и т.д.).

Различают сварочные швы по их положению в пространстве. Это нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы.

Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку

Элементами геометрической формы подготовки кромок под сварку (рис. 3, а) являются: угол разделки кромок α; зазор между стыкуемыми кромками а; притупление кромок S; длина скоса листа L при наличии разности толщин металла; смещение кромок относительно друг друга δ.

Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку ее отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик всегда старается увеличить величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок ухудшает прочностные свойства сварного соединения и способствует образованию непровара и концентраций напряжений. ГОСТ 5264-69 допускает смещение свариваемых кромок относительно друг друга до 10% толщины металла, но не более 3 мм.

Геометрия и классификация сварных швов

Элементами геометрической формы сварного шва являются: при стыковых соединениях - ширина шва «b», высота шва «h», при тавровых, угловых и нахлесточных соединениях- ширина шва «b», высота шва «h» и катет шва «К» (рис. 3, б).

Сварные швы классифицируются по количеству наплавленных валиков -однослойные и многослойные (рис. 4, а); по расположению в пространстве - нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные (рис. 4, б); по отношению к действующим усилиям на швы -фланговые, лобовые (торцовые) (рис. 4, в); по направлению - прямолинейные, круговые, вертикальные и горизонтальные (рис. 4, г).

Свойства сварных швов

На качественные показатели сварных соединений накладывает отпечаток множество факторов, к которым относятся свариваемость металлов, их чувствительность к термическим воздействиям, окисляемость и т.д. Поэтому для соответствия сварных соединений тем или иным эксплуатационным условиям следует эти критерии учитывать.

Свариваемость металлов определяет способность отдельных металлов или их сплавов образовывать при соответствующей технологической обработке соединения, отвечающие заданным параметрам. На этот показатель оказывают влияние физические и химические свойства металлов, строение их кристаллической решетки, наличие примесей, степень легирования и т.д. Свариваемость может быть физическая и технологическая.

Под физической свариваемостью понимают свойство материала или его составов создавать монолитное соединение с устойчивой химической связью. Физической свариваемостью обладают практически все чистые металлы, их технические сплавы и ряд сочетаний металлов с неметаллами.

К технологической свариваемости материала относят его реакцию на сварочный процесс и способность создать соединение, удовлетворяющее заданные параметры.

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.

Сварочный шов — линия расплавленного металла на кромках двух стыкующихся конструкций, возникающая в результате воздействия на сталь электрической дуги. Тип и конфигурация швов подбирается для каждого случая индивидуально, ее выбор зависит от таких факторов как мощность используемого оборудования, толщина и химический состав свариваемых сплавов. Такой шов также возникает при сварке полипропиленовых труб паяльником.

В данной статье рассмотрены виды сварочных швов и технология их выполнения. Мы изучим вертикальные, горизонтальные и потолочные швы, а также узнаем, как выполняется их зачистка и проверках на предмет дефектов.

1 Классификация сварочных швов

Классификация швов на разновидности выполняется по многим факторам, основным из которых является тип соединения. По данному параметру швы делятся на:

• шов встык;
• шов внахлест;
• тавровый шов.

Рассмотрим каждый из представленных вариантов подробнее.

1.1 Стыковое соединение

Данный способ соединения применяется при сварке торцевых частей труб, квадратного профиля и листового металла. Соединяющиеся детали размещаются так, чтобы между их кромками оставался зазор в 1.5-2 мм (желательна фиксация деталей струбцинами). При работе с листовым металлом, толщина которого не превышает 4 мм, шов прокладывается только с одной стороны, в листах 4-12 мм он может быть как двойным, таки одинарным, при толщине от 12 мм — только двойным.

Если толщина стенок деталей составляет 4-12 мм, необходима механическая зачистка краев и заделка кромок одним из нижеуказанных способов. Соединение особо толстого металла (от 12 мм) рекомендовано выполнять с использованием Х-образной зачистки, другие варианты тут невыгодны из-за потребности в большом количестве металла для заполнения образовавшегося шва, что увеличивает расход электродов.

Однако в ряде случаев сварщиком может приниматься решение варить толстый металл одним швом, что требует его заполнения в несколько проходов. Швы такой конфигурации называются многослойными, технология сварки многослойных швов приведена на изображении.

1.2

Нахлесточное соединение применяется исключительно при сварке листового металла толщиной 4-8 мм, при этом пластина проваривается с обеих сторон, что исключает возможность попадания между листами влаги и их последующей коррозии.

Технология выполнения такого шва крайне требовательна к соблюдению правильного угла наклона электрода, который должен варьироваться в диапазоне 15-40 градусов. В случае отклонения от нормы заполняющий шов металл будет смещаться с линии стыка, что значительно снизит прочность соединения.

1.3 Тавровый шов

Тавровое соединение выполняется в форме литеры «Т», оно может выполнятся как с двух, так и с одной стороны. Количество швов и потребность в разделке торцевой части детали зависит от ее толщины:

• до 4 мм — односторонний шов без разделки торцов;
• 4-8 мм — двойной, без разделки;
• 4-12 мм — одинарный с односторонней разделкой;
• более 12 мм — двухсторонний, двойная разделка.

Одной из разновидностей таврового соединения является угловой шов, используемый для соединения двух перпендикулярных либо наклоненных друг к другу листов металла.

2 Разновидности швов по пространственному положению

Помимо классификации по типу соединения, швы делятся на разновидности в зависимости от положения в пространстве, согласно которому они бывают:

• вертикальные;
• горизонтальные;
• потолочные.

Проблемой выполнения вертикальных швов является сползание расплавленного металла вниз, что происходит из-за силы тяжести. Тут необходимо применять короткую дугу — держать торец электрода максимально близко к металлу. Сварка вертикальных швов требует реализации предварительных работ — зачистки и разделки, которые подбираются исходя из типа соединения и толщины металла. После подготовки детали фиксируются в требуемом положении и производится черновое соединение поперечными «прихватами», которые препятствуют смещению заготовок.

Сварка вертикального шва может выполняться как сверху-вниз, так и снизу-вверх, в плане удобства работы последний вариант предпочтителен. Электрод необходимо удерживать перпендикулярно по отношению к соединяемым деталям, допустимо опирать его на кромки сварного кратера. Движение электрода выбирается исходя из требуемой толщины шва, наиболее прочный стык достигается при поперечном смещении электрода из стороны в сторону и при петлеобразном колебании.

На вертикальных плоскостях швы горизонтального типа выводятся слева-направо либо справа-налево. Сварка горизонтальных швов осложняется стеканием ванны вниз, что требует поддерживания значительного угла наклона электрода — от 80 до 90 0 . Чтобы не допустить наплыва металла в таких положениях необходимо перемещать электрод без поперечных колебаний, способом узких валиков.

Скорость движения электрода подбирается так, чтобы центр дуги проходил по верхней границе шва, а нижний контур расплавленной ванны не доходил до верхнего торца предыдущего валика. Особое внимание тут необходимо уделить верхней кромке, наиболее подверженной образованию различных дефектов. До начала сварки последнего валика нужно обязательно очистить сформированный шов от шлака и нагара.

Наиболее трудными в исполнении являются потолочные швы. Поскольку в таком пространственном положении расплавленная ванна удерживается исключительно поверхностным натяжением металла, сам шов необходимо делать максимально узким. Стандартная ширина валика — не более двукратной ширины используемых электродов, при этом в работе нужно применять электроды диаметром до 4 мм.

При прокладывании шва электрод необходимо удерживать под углом от 90 до 130 0 к соединяемым плоскостям. Валик формируется колебательными движениями электрода от кромки до кромки, при этом в крайнем боком положении электрод задерживается, что позволяет избежать подрезов. Отметим, что сварщикам без опыта за потолочные швы браться не рекомендуется.

2.1 Технология сварки потолочных швов (видео)

2.2 Зачистка и контроль дефектов

После формирования шва на поверхности соединенных деталей остается шлак, капли расплавленной стали и окалины, при этом сам шов может иметь выпуклую форму и выступать над плоскостью металла. Устранить данные недочеты позволяет зачистка, которая осуществляется поэтапно.

Первоначально посредством молотка и зубила нужно удалить окалину и шлак, далее с помощью болгарки, укомплектованной абразивным диском, либо шлифовальной машинки, выравниваются соединенные плоскости. Зернистость абразивного круга выбирается исходя из требуемой гладкости поверхность.

Дефекты сварного шва, часто встречающиеся у неопытных специалистов, как правило являются следствием неравномерного движения электрода либо неправильно выбранной силы и величины тока. Некоторые дефекты являются критичными, некоторые можно исправить — в любом случае контроль шва на предмет их наличия является обязательным.

Рассмотрим, какие дефекты бывают и как выполняется их проверка:

Также могут образовываться дефекты в виде трещин, которые появляются на стадии остывания металла. Трещины бывают двух конфигураций — направленные поперек либо вдоль шва. В зависимости от времени образования трещины классифицируются на горячие и холодные, последние появляются после отвердевания стыка из-за чрезмерных нагрузок, которые конкретный тип шва не может выдержать.

Холодные трещины являются критическим дефектом, который может привести к полному разрушению соединения. В случае их образования необходимо выполнить повторную сварку поврежденных мест, если их слишком много — шов нужно срезать и сделать заново.