Вогнутый сварной шов. Изучаем типы сварных швов и соединений. Типы сварочных соединений

Одним из способов соединения частей материала является сварка. Метод нашел очень широкое применение в разных областях. С помощью этого относительно дешевого и вместе с тем надежного метода получают неразъемные соединения. С учетом разновидностей металлов, у каждого из которых свои особенности сваривания, различий условий проведения работ и требования к соединению, выделяют разнообразные виды сварных швов и соединений.

Зоны сварки

Зона сплавления с частично оплавленными зернами - 0,1−0,4 мм главного металла. Когда металл в этой зоне прогреется, его структура становится игольчатой с высокой хрупкостью и низкой прочностью.

Зона термического делится на четыре участка:

Зона главного металла начинается от участка, прогревающегося менее чем на 450 °C. Структура здесь сходна со структурой основного металла, но сталь теряет крепость за счет прогревания. По границе выделяются оксиды и нитриды, ослабляющие связь зерен. Металл в этом месте становится более прочным, однако, получает меньшую пластичность и ударную вязкость.

Классификация сварных соединений и швов

Виды швов в зависимости от признаков делятся на несколько категорий. По внешнему виду выделяются:

Нормальные.
Выпуклые.
Вогнутые.

По типу сварные швы бывают одно- и двусторонними. По числу проходов - одно- и многопроходными. По числу слоев: односторонние и многослойные (при сваривании толстых металлов).

Есть также разновидности по протяженности:

Односторонние непрерывные.
Односторонние прерывистые.
Двусторонние цепные.
Двусторонние шахматные.
Точечные швы (создаваемые контактной сваркой).

Типы швов по вектору усилия воздействия:

Поперечный - усилие перпендикулярно шву.
Продольный - усилие параллельно шву.
Косой - усилие под углом.
Комбинированный - признаки и поперечного и продольного шва.

По пространственному положению:

По функциям швы делятся на следующие:

Прочные.
Прочно-плотные.
Герметичные.

По ширине:

Ниточные швы, чья ширина практически не превышает величину диаметра электрода.
Уширенные швы делаются поперечными колебательными движениями стержня.

Особенные соединения

Стыковое . Самый распространенный вариант, представляющий обыкновенное соединение торцевых поверхностей или листов. Для их формирования требуется минимум времени и металла. Могут выполняться без скоса кромок, если листы тонкие. Для изделий толстых нужно подготавливать металла под сварку, где нужно будет скашивать кромки, чтобы увеличить глубину проварки. Актуально это при толщине от 8 мм. Если толщина будет больше 12 мм, понадобится двустороннее стыковое соединение и скашивание кромок. Чаще эти соединения выполняются в горизонтальном положении.

Тавровое . Тавровые соединения имеют Т-образную форму и бывают одно- или двусторонними. С их помощью могут соединяться изделия разной толщины. Если меньшая деталь устанавливается перпендикулярно, в процессе сварки электрод наклоняется до 60°. Для осуществления более простого варианта сварки «в лодочку» пользуются прихватками. Благодаря этому уменьшается вероятность образования подрезов. Обычно шов накладывается за проход. Сегодня выпускается много аппаратов для автоматической тавровой сварки.

Угловое . У этих соединений (под разными углами) нередко подкашиваются кромки, чтоб шов залег на требуемую глубину. Двусторонняя проварка делает соединение крепче.

Внахлест . Данным способом сваривают листы толщиной менее 1 см. Они кладутся друг на друга внахлест и провариваются с двух сторон. Между ними не должно быть влаги. Для лучшего скрепления соединение иногда варится с торца.

Геометрия шва

S - толщина заготовки.

E - ширина.

B - зазор между заготовками.

H - глубина залегания проваренного участка.

T - толщина.

Q - величина выпуклой части.

P - расчетная высота, соответствующая перпендикулярной линии из места проплавления к гипотенузе наибольшего прямого треугольника, вписанного во внешнюю часть.

A - толщина углового шва, куда входит величина выпуклости и расчетной высоты.

K - катет представляет собой расстояние от поверхности одной заготовки до границы угла другой.

Q - выпуклость наплавленного участка.

Выбор

Виды швов и сварных соединений отличаются по свойствам, и для каждого случая подбираются параметры удачного сочетания. Первым делом оценивается пространственное положение. Чем легче идет работа, тем лучшим получается качество. Легче сделать горизонтальные швы, поэтому заготовки стараются выставить именно горизонтально. Иногда, для обеспечения качества деталь приходится переворачивать неоднократно.

Сваривание за проход помогает добиться лучшей крепости, чем в случае многократных проходов. Так что, требуется баланс между удобством и числом проходов.

Когда заготовки толстые, кромки разделываются, а поверхность обрабатывается для добавления ей чистоту. Стыковые варианты наиболее простые, предпочтительнее выбирать их, так как проще обеспечивается фиксация во избежание искажений геометрии готовых деталей. Кроме выбора типа внимание обращают также на температурный режим, потому что могут сместиться зоны проварки и изделие не доварится или переплавится.

Сварные швы классифицируют по назначению, конструктивному признаку, протяженности, положению относительно действующей силы и положению в пространстве.

По назначению швы подразделяются на рабочие и связующие, или конструктивные. Рабочие швы воспринимают расчетные усилия, их размеры определяются расчетом. Конструктивные, или связующие, швы служат для соединения элементов, прикрепления конструктивных деталей, устранения зазоров и применяются минимального сечения.

По конструктивному признаку швы подразделяются на стыковые, угловые и точечные.

Стыковой шов - это сварной шов стыкового соединения. Стыковые швы осуществляются при соединении элементов, расположенных обычно в одной плоскости, путем заполнения присадочным материалом пространства между деталями. При сварке элементов небольшой толщины для полного проплавления достаточно оставить между кромками зазор, равный */ 3 толщины металла, при этом стыковой шов может быть как на остающейся, так и на съемной подкладке.

При большой толщине металла, чтобы достичь полного проплавления по всей глубине шва, необходимо специально обработать кромки свариваемых элементов - произвести разделку кромок, при этом шов может состоять из одного или большего количества валиков, наплавленных в разделку.

Валиком называется металл сварного шва, наплавленный или переплавленный за один проход. Первый валик (рис. 2.7), наплавленный в разделку, называют корневым проходом или иногда корневым швом. Последующие валики образуют заполняющие слои. При двухстороннем сварном шве меньшая часть двухстороннего шва, выполняемая предварительно для предотвращения прожогов при последующей сварке пли накладываемая в последнюю очередь в корень шва, называется подарочным швом.

Рис.

1 - корневой проход; 2-4 - заполняющие слои; 5 - подварочный шов

Стыковые швы должны иметь с обеих сторон выпуклость в виде наплывов, имеющих плавное очертание, и по возможности небольшую высоту. Выпуклость компенсирует неровность наружной поверхности шва и возможные ослабления (поры, шлаковые включения) внутренней части.

Стыковой шов является основным и наиболее экономичным сварным соединением. Он передает усилие равномерно по всему сечению с наименьшими местными напряжениями, что делает его особенно целесообразным при вибрационной и динамической нагрузках.

Недостатками стыкового шва являются: производственные трудности в осуществлении равномерного зазора по всей длине соединяемых элементов; дополнительные расходы на обработку кромок; необходимость точной резки элементов.

Угловой шов - это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединения. Угловые швы накладываются в угол, образованный соединяемыми элементами, расположенными в разных плоскостях, и могут состоять из одного или нескольких валиков (рис. 2.8).

Рис. 2.8.

Нормальный угловой шов имеет вид равнобедренного треугольника, имеющего небольшую выпуклость. В соединениях, воспринимающих динамические усилия, угловые швы должны быть с вогнутой поверхностью. ГОСТ допускает выпуклость и вогнутость углового шва до 30% его катета. При этом вогнутость не должна приводить к уменьшению значения катета к п (величина катета углового шва, установленная при проектировании). Проектной величиной катета (к п) является катет наибольшего прямоугольного треугольника, вписанного во внешнюю часть углового шва (рис. 2.9). При симметричном шве за катет к и принимается любой из равных катетов, при несимметричном шве - меньший.

Рис. 2.9. Проектная величина катета (к „) угловых швов

Точечным швом называется сварной шов, в котором связь между сваренными частями осуществляется сварными точками. Сварная точка - это элемент точечного шва, представляющий собой в плане круг или эллипс. Точечные швы применяются для сварки нахлесточных соединений с отверстием в верхнем элементе (рис. 2.10). Отверстие может быть с вертикальными стенками или иметь скос кромки. Точечные швы имеют много общего с угловыми швами, за исключением того, что сечение шва образуется в результате заполнения отверстия в пластине наплавленным металлом. Данный тип сварных швов не получил широкого распространения.

Рис. 2.10.

По протяженности сварные швы подразделяются на непрерывные, прерывистые и прихватки.

Непрерывный шов - это сварной шов без промежутков по длине. Непрерывный шов проходит по всей длине соединения, от одного конца к другому (2.11, а).

Рис. 2.11. а - двухсторонний непрерывный; б - односторонний прерывистый, в - двухсторонний цепной; г - двусторонний шахматный

Прерывистый шов - это сварной шов с промежутками по длине (рис. 2.11, б). На неответственных конструкциях (сварка ограждений, настила и т.п.) использование прерывистых швов может дать ощутимый экономический эффект, и стоимость проведения сварочных работ может быть значительно снижена. Данный тип швов обычно применяется для сварки нахлесточных и тавровых соединений. Разновидностью прерывистых швов являются: цепной прерывистый шов и шахматный прерывистый шов.

Цепной прерывистый шов - это двухсторонний прерывистый шов, у которого промежутки расположены по обеим сторонам стенки - один против другого (рис. 2.11, в).

Шахматный прерывистый шов - это двухсторонний прерывистый шов, у которого промежутки на одной стороне расположены против сваренных участков шва с другой ее стороны (рис. 2.11, г).

Прихватка - это короткий сварной шов для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей. Конструкции, изготовляемые с помощью сварки, очень часто состоят из множества различных элементов. Эти элементы, собираемые с помощью сварки, и образуют окончательное сварное изделие. В процессе сборки возникает необходимость присоединения какого-то элемента к основной конструкции перед его сваркой. Это обеспечивается наложением серии коротких швов, расположенных друг от друга на некотором расстоянии. Прихватки должны быть достаточно прочными, для того чтобы удержать элемент в нужном положении и не разрушиться при сварке изделия. Количество и сечение прихваток определяются толщиной свариваемого металла, протяженностью шва, нагрузкой от холодной обработки, которую придется выдержать прихваткам, а также от применяемой технологии сварки.

По положению относительно действующей силы сварные швы подразделяются: на фланговые, лобовые, комбинированные и косые (рис. 2.12).

Лобовой стыковой шов передает приложенное усилие равномерно по всему сечению с наименьшими местными напряжениями. Прочность соединения не зависит от типа разделки кромок свариваемых элементов и при правильном производстве работ практически одинакова. Необходимо тщательно заваривать концы швов, особенно косых, не оставляя недоваров или незаверенных кратеров, которые могут служить очагами концентрации напряжений и появления трещин.

Рис. 2.12. Типы сварных швов по отношению к направлению действующих

на них усилий:

а - продольные (фланговые); б - поперечные (лобовые); в - комбинированные; г - косые

Лобовой двухсторонний угловой шов нахлесточного соединения в большинстве случаев имеет неравномерное распределение нагрузки. Распределение напряжений по длине флангового шва в упругой стадии работы происходит неравномерно, в крайних точках возникают большие перенапряжения.

Прочность фланговых швов несколько меньше, чем лобовых, так как разрушение их происходит в основном от среза при незначительном воздействии изгиба. Пластические свойства фланговых швов незначительны, и после появления у начала шва первой трещины разрушение происходит достаточно быстро.

При выполнении нахлесточных соединений только фланговыми швами необходимо, чтобы длина шва была больше ширины детали. При невозможности выполнения этого условия производят обварку по контуру как лобовыми, так и фланговыми швами. Обварка по контуру повышает прочность соединения по сравнению с лобовыми или фланговыми швами, но пересечение лобовых и фланговых швов - понижает. В углах создается повышенная концентрация напряжений, поэтому при обварке по контуру их желательно не обваривать (рис. 2.13).

Приняты следующие положения сварки (рис. 2.14): нижнее стыковое и в «лодочку»; нижнее тавровое; горизонтальное; потолочное стыковое; потолочное тавровое; вертикальное снизу вверх; вертикальное сверху вниз; наклонное под углом 45°.

Рис. 2.13.

Рис. 2.14.

Нижнее положение сварки - положение, когда плоскость, в которой расположен шов сварного соединения, находится под углом от 0 до 10° по отношению к горизонтальной плоскости. При сварке в нижнем положении поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение, что создает наиболее хорошие условия для формирования шва.

Горизонтальное положение сварки - положение, при котором шов сварного соединения расположен на вертикальной поверхности и находится под углом от 0 до 10° по отношению к горизонтальной плоскости.

Вертикальное положение при сварке - шов сварного соединения находится на вертикальной плоскости под углом 90° ± 10° по отношению к горизонтальной плоскости.

Сварка на подъем - это сварка плавлением в наклонном положении, при котором сварочная ванна перемещается снизу вверх. Сварка на спуск - это сварка плавлением в наклонном положении, при котором сварочная ванна перемещается сверху вниз.

Сварка в вертикальном положении сверху вниз и «на спуск» характеризуется тем, что направление силы тяжести жидкого металла и направление сварки совпадают, металл сварочной ванны подтекает под дугу, что уменьшает глубину проплавления. При сварке в вертикальном положении снизу вверх и «на подъем» направление силы тяжести жидкого металла противоположно направлению сварки, металл сварочной ванны вытекает из-под дуги, увеличивая при этом глубину проплавления.

Наклонное положение сварки - плоскость, на которой располагается сварной шов, находится под углом 45° ± 10° по отношению к горизонтальной плоскости.

Потолочное положение сварки - пространственное положение при сварке, когда последняя выполняется снизу соединения. При сварке в потолочном положении поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение, и металл ванны удерживается силами поверхностного натяжения и давления дуги. Такая сварка наиболее трудна и может осуществляться только высококвалифицированными сварщиками.

Сварка в вертикальном и потолочном пространственных положениях используется главным образом на тех предприятиях, где продукция крупногабаритная и не подлежит повороту. Вертикальное положение при сварке встречается чаще, чем потолочное.

Основными видами сварных соединений являются стыковые, угловые, тавровые и внахлестку:

- стыковые (С) – детали соединяются встык по торцевым поверхностям (рис. 1а);

- угловые (У ) – детали располагаются под углом и соединяются по кромкам снаружи угла (рис. 1б);

- тавровое (Т) – детали образуют форму буквы Т (рис.1в);

- внахлестку (Н) – детали частично перекрывают друг друга (рис. 1г).

Швы этих соединений обозначают буквой с индексом, соответствующим определенному характеру выполнения шва (табл. 3). Выполняются швы сварных соединений без скоса кромок, со скосом одной кромки, со скосом двух кромок и в стыковых соединениях с отбортовкой двух кромок.

а) б) в) г)

Рисунок 1 – Основные типы сварных соединений:

а) стыковое; б) угловое; в) тавровое; г) внахлестку

3 Условные изображения и обозначения сварных швов

Для каждого способа сварки разработаны стандарты, в которых указаны конструктивные элементы швов, их условные изображения и обозначения.

По характеру выполнения швы могут быть точечными, прерывистыми, непрерывными, т.е. сплошными. Прерывистый шов выполняется либо цепным, либо в шахматном порядке.

Сплошные видимые швы сварных соединений изображаются сплошной основной линией (рис. 2а); а невидимые – штриховой (рис. 2б). При этом за лицевую сторону одностороннего шва сварного соединения принимают сторону, с которой производят сварку. За лицевую сторону двустороннего шва сварного соединения с несимметрично подготовленными кромками принимают ту, с которой производят сварку основного шва. За лицевую сторону двустороннего шва с симметрично подготовленными кромками может быть принята любая сторона.

Рисунок 2 – Условные изображения швов:

а) видимый; б) невидимый

Видимые одиночные сварные точки независимо от способа сварки условно изображают пересекающимися тонкими сплошными линиями длиной 5…10мм (рис. 2а). Невидимые одиночные точки не изображают на чертежах.

При наличии на чертеже нескольких одинаковых швов условные обозначения наносят у одного изображения, а от остальных - проводят линии-выноски с полками (рис. 3а, б).

Одинаковым швам присваивают один номер, который наносят на линии-выноске с полкой, на которой находится обозначение шва, и указывают число швов (рис. 3а).

У остальных швов наносят только номер шва соответственно над полкой или под полкой линии-выноски, в зависимости от видимости сварного шва (рис. 3б).

Рисунок 3 – Условные изображения при наличии на чертеже одинаковых швов:

а) у одного изображения; б) у одинаковых изображений; в) упрощенное или все швы на чертеже одинаковые.

Если все швы на чертеже одинаковы и изображены с одной стороны (лицевой или обратной), порядковый номер им не присваивается, а швы без обозначения отмечают линиями-выносками, без полок (рис. 3в).

Линия-выноска для обозначения сварного шва наносится со стороны ведения сварки и предпочтительно на том изображении детали, где сварной шов вычерчен в натуральную величину.

На чертеже симметричного изделия допускается отмечать швы только на одной части изображения.

Условное обозначение шва наносят:

На полке линии-выноски, проведенной от изображения шва с лицевой стороны (рис 3а);

Под полкой линии-выноски, проведенной от изображения шва с оборотной стороны (рис. 3б). При этом предпочтительно линию-выноску проводить от изображения видимого шва.

Линия-выноска, проведенная от изображения шва или одиночной сварной точки, всегда заканчивается односторонней стрелкой (рис. 3). Если сварной шов невидимый, то односторонняя стрелка наносится сверху линии-выноски, если шов невидимый – снизу (рис. 3а, б).

Одинаковые требования, предъявляемые ко всем швам или группе швов, приводят один раз в технических требованиях или таблице швов (рис.4). В этом случае на изображении указывают только порядковый номер сварного шва.

Рисунок 4 – Таблица швов

Условное обозначение стандартных сварных соединений по ГОСТ 2.312-72 наносится по схеме, в соответствии с рисунком 5.

Рисунок 5 – Схема условного обозначения стандартных сварных швов.

В условное обозначение швов сварных соединений через знаки «дефис» входят:

1. Вспомогательные знаки шва по замкнутой линии и монтажного шва (см. табл. 2).

2. Обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (например, ГОСТ 5264-80; см. табл. 1).

3. Буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (например С2, см. табл.3).

4. Условное обозначение способа сварки по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (например, А, но можно и не указывать).

Таблица 2 - Вспомогательные знаки для обозначения сварки швов

Значение знака

Нанесение знака в обозначении шва на чертеже

Шов прерывистый или точечный с цепным расположением.

Угол наклона линии 60

Шов прерывистый или точечный с шахматным расположением

Шов по замкнутой линии. Диаметр знака – 3…5мм

Шов по незамкнутой линии. Знак применяют, если расположение шва ясно из чертежа

Шов выполнить при монтаже изделия, т.е. при установке его по монтажному чертежу на месте его применения

Усиление шва снять

Наплывы и неровности шва обработать с плавным переходом к основному металлу

5. Знак катета сварного шва  (равнобедренный прямоугольный треугольник) и размер катета (толщины) шва, согласно стандарту, на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (например, 5, табл. 3). Толщина шва должна находиться в пределах от 4мм до 1,2 толщины соединяемых элементов или равна. Знак выполняется сплошными тонкими линиями. Высота знака должна быть одинаковой с высотой цифр, входящих в обозначение шва.

6. Для прерывистого шва – размер длины провариваемого участка, знак / или Z и размер шага (например, 5/40; 6 Z 70).

Для одиночной сварной точки – размер расчетного диаметра точки (например, 6).

Для шва контактной точечной электросварки или электрозаклепочного – размер расчетного диаметра точки или электрозаклепки; знак / или Z и размер шага (например, 5/60; 4 Z 80).

Для шва контактной роликовой электросварки – размер расчетной ширины шва (например, Кр-5).

Для прерывистого шва контактной роликовой электросварки – размер расчетной ширины шва, знак умножения «», размер длины провариваемого участка, знак / и размер шага (например, 5  10/60).

Таблица 3 – Буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений

Тип соединения	Обозначение	Форма кромок	Толщина свариваемых элементов, мм
Стыковое
Внахлестку
Тавровое

Нахлесточное нестандартное

7. Остальные вспомогательные знаки (см. табл. 2).

8. Шероховатость механической обработки поверхности шва (в учебных целях можно не указывать).

Основные типы сварных соединений. Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений:

стыковые;
нахлесточные;
тавровые;
угловые;
торцовые.

Стыковое соединение - это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями.

Нахлесточное - сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

Тавровое - сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.

Угловое - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Торцовое - сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.

Классификация и обозначение сварных швов. Сварной шов - это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми.

Стыковой - это сварной шов стыкового соединения. Угловой - это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений (ГОСТ 2601-84).

Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (ГОСТ 11969-79):

нижнее - в лодочку - Л;
полугоризонтальные - Пг;
горизонтальные - Г;
полувертикальные - Пв;
вертикальные - В;
полупотолочные - Пп;
потолочные - П.

По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными. По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на:

продольные;
поперечные;
комбинированные;
косые.

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми. Соединения, образованные выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.

По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают электрическими шлифмашинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (выглаживание).

Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей, регламентированы ГОСТ 5264-80.

Конструктивные элементы сварных соединений. Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основные конструктивные элемента: зазор, притупление кромок, и угол скоса кромки.

Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. X-образная разделка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6-1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При X-образной и V-образной разделке, кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов.

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и т. п. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0-5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601-84: шириной; выпуклостью; глубиной проплавления (для стыкового шва) и катетом для углового шва; толщиной детали.

Основные элементы сварного шва показаны на рис. 1.

Рис. 1. : а - угловой шов; б - стыковой шов

Технологическая прочность сварного шва. Термин «Технологическая прочность» применяется для характеристики прочности конструкции в процессе ее изготовления. В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов. Это один из важных показателей свариваемости стали.

Технологическая прочность оценивается образованием горячих и холодных трещин.

Горячие трещины - это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния. Возникают в твердо-жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации, а так же в твердом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации.

Наличие температурно-временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин. Температурно-временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек, нарушающих металлическую сплошность сварного шва. Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких, сернистых соединений (сульфидов) FeS с температурой плавления 1189 °C и NiS с температурой плавления 810 °C. В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла, перерастающего в хрупкие трещины.

Вторая причина образования горячих трещин - высокотемпературные деформации. Они развиваются вследствие затрудненной усадки металла шва, формоизменения свариваемых заготовок, а так же при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработки, структурной и механической концентрации деформации.

Холодные трещины . Холодными считают такие трещины, которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 °C или в течении нескольких последующих суток. Они имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления.

Основные факторы, обуславливающие появление холодных трещин:

образование структур закалки (мартенсита и бейнита) приводит к появлению дополнительных напряжений, обусловленных объемным эффектом;
воздействие сварочных растягивающих напряжений;
концентрация диффузионного водорода.

Водород легко перемещается в незакаленных структурах. В мартенсите диффузионная способность водорода снижается, он скапливается в микропустотах мартенсита, переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление, способствующее образованию холодных трещин. Кроме того, водород, адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах, вызывает охрупчивание металла.

Свариваемость - свойство металла и сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Сложность понятия о свариваемости материалов объясняется тем, что при оценке свариваемости должна учитываться взаимосвязь сварочных материалов, металлов и конструкции изделия с технологий сварки.

Показателей свариваемости много. Показателем свариваемости легированных сталей, предназначенных например, для изготовления химической аппаратуры, является возможность получить сварочное соединение, обеспечивающее специальные свойства - коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах.

При сварке разнородных металлов показателем свариваемости является возможность образования в соединении межатомных связей. Однородные металлы соединяются сваркой без затруднений, тогда как некоторые пары из разнородных металлов совершенно не образуют в соединении межатомных связей, например, не сваривается медь со свинцом, или титан с углеродистой сталью.

Важным показателем свариваемости металлов является отсутствие в сварных соединениях закаленных участков, трещин и других дефектов, отрицательно влияющих на работу сварного соединения.

Единого показателя свариваемости металлов пока нет.

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:

Стыковые.
Угловые.
Тавровые.
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:

Если лист металла тонкий – меньше 4 мм, предварительная обработка не требуется, это семейство с условными обозначениями С1, С2, С3.
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.
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:

Нижние швы
Горизонтальные
Вертикальные
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:

Сварное оборудование (разные типы);
с правильно подобранным диаметром (чрезвычайно важно!)
Молоток для зачистки остывшего шва;
Металлическая щетка для той же зачистки сварного участка
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.