Для неразъемного соединения между собой металлических деталей сваркой используют различные типы сварных соединений.
Неразъемное соединение деталей выполненных из металлических заготовок и получаемое при помощи расплавления их краев электродуговой или газом. Одновременно с этим происходит наплавка дополнительного металла, это может быть расплавленный электрод или специально подаваемый в зону нагрева пруток. В результате этих манипуляций в месте соединения заготовок образуется сварочный шов.
Для соединения металлических деталей применяют различные виды сварки. Список сварочных технологий довольно большой, но к основным видам можно отнести:
- электродуговую;
- газопламенную;
- плазменную;
- лазерную и многие другие.
Основные типы сварочных соединений
Все вопросы, касающиеся сварочного дела, так или иначе, стандартизированы. Один из основополагающих документов это ГОСТ 2601-92. Этот документ нормирует термины и основные понятия в области сварочного дела. В этом же документе определены и основные виды соединений при помощи сварки. К ним относят:
Стыковые
Торцы плотно прилегают друг к другу. Это широко применяемый вид соединения, который можно получать при использовании различных сварочных технологий. Стыковые швы обладают рядом преимуществ, в сравнении с другими - высокая скорость выполнения работ, соответственно высокая производительность, выполняемых работ. Минимальный расход материала. Высокая прочность сварного соединения, разумеется, она достигается при полном соблюдении всех технологических норм и правил. Но использование стыкового соединения требует предварительной подготовки кромок, то есть, подготовить фаску, кроме того, необходимо обеспечить точность установки заготовок.
Такой вид используют для соединения листового, трубного и сортового проката.
Нахлесточные
При этом способе сборки, заготовки располагают так, что их плоскости расположены параллельно друг другу и при этом частично перекрывают друг друга. Соединения этого типа чаще всего используют при выполнении точечной и контактной сварки. В других случаях при выполнении такого шва неоправданно увеличивается расход самого металла и электродов. При выполнении соединения внахлест нет необходимости в предварительной разделке кромок. Но в любом случае листы должны быть обрезаны с применением специального оборудования, например, механических ножниц. Во избежание коррозии, которая может возникнуть между листами металла, целесообразно проварить такое соединение по всей длине.
Такое скрепление заготовок целесообразно использовать если их толщина не превышает 10 мм.
Угловое
Заготовки располагают друг относительно друга под определенным углом, а шов пролегает в месте их контакта.
Угловые соединения могут иметь одно- или двустороннее исполнение. Их используют при слиянии деталей из листового проката, фасонных изделий и труб. Угол может быть различным, все зависит от назначения конструкции. Небольшое осложнение вызывает то, что необходимо разделать кромки примыкающей заготовки.
Тавровое
Торец одной заготовки примыкает к плоскости другой, чаще всего под прямым углом.
Деталь, устанавливаемая вертикально должна в обязательном порядке иметь обрезанную кромку. Таким образом, обеспечивается примыкание одной детали к другой. Кстати, при подготовке ее к сварке, в зависимости от толщины, может потребоваться предварительная разделка кромки. Если металл довольно толстый, к примеру, свыше 20 мм, то фаску необходимо снимать с двух сторон заготовки. Такой подход обеспечит провар соединения.
Торцовое
Такая форма слияния поверхностей, при котором края свариваемых заготовок прилегают друг к другу и получаемая деталь напоминает бутерброд в разрезе.
Соединения, выполненные при помощи сварки, получили распространение в промышленности, строительстве. Сварка широко используется для замены кованых изделий и деталей, которые изготавливают с помощью литья.
Технологические особенности сварочных работ
Любая работа имеет свои секреты, которыми по большей части владеют профессионалы и сварка тут не исключение. Например, при выполнении таврового соединения, состоящего из листов разной толщины, следует держатель электрода установить таким образом, чтобы угол между ним и толстым листом составлял 60 градусов.
Другая особенность выполнения таврового типа заключается в установке листов в «лодочку», то есть угол между заготовкой и горизонтальной плоскостью должен составлять 45 градусов. При такой форме установки заготовок электрод может быть установлен строго вертикально. В результате вырастает скорость сварки и снижается вероятность появления таких дефектов, как подрез, кстати, это чаще всего встречающийся дефект таврового шва. В зависимости от толщины металла может возникнуть необходимость выполнения нескольких проходов электродом. Сварку в «лодочку» применяют при использовании автоматической сварки.
Классификация по расположению соединения
Кроме вышеприведенной квалификации, сварные швы можно классифицировать и по другим характеристикам. Одна из таких - это по степени выпуклости.
Сварные швы можно разделить на:
- нормальные;
- выпуклые;
- вогнутые.
Во многом этот параметр зависит от параметров сварочных материалов и от режимов сварочного аппарата. Если при выполнении сварки применяют длинную дугу, то шов выйдет ровным и широким. При использовании короткой дуги, ширина шва уменьшиться, а сам он станет выпуклым. Нельзя забывать и о том, что на качество и геометрию шва большое значение оказывает скорость движения электрода и, конечно, форма и размеры разделки кромки.
Сварные швы можно классифицировать по их положению в пространстве. То есть они могут быть расположены - внизу, вертикально и на потолке.
Оптимальным расположением сварочного шва считают нижнее. Такой вид шва рекомендуется использовать при разработке рабочей документации на изделия. Сварщик, при обработке нижнего шва, находиться поверх него и прекрасно видит и движение электрода, и процесс формирования шва.
Вертикально расположенные или потолочные швы могут выполнять только сварщики определенной квалификации. Потолочное расположение шва это самый трудоемкая и небезопасная работа.
Квалификация сварных соединений по протяженности
Неразъемные соединения, полученные при помощи сварки можно разделить на сплошные и прерывистые. Первые выполняют там, где необходимо обеспечить герметичность соединения или там, где по прочностным требованиям невозможно применить второй вариант (прерывистый)
Нормативная база
Сварочные соединения могут быть классифицированы по разным параметрам - это и геометрия шва, и тип соединения и многое другое. При проектирования изделия, в котором будут использоваться сварочные швы, проектировщик в первую очередь должен руководствоваться результатами прочностных расчетов. И только после этого выбирать способ соединения заготовок.
В своей работе проектировщики и изготовители должны руководствоваться следующими документами:
- ГОСТ 2601-84;
- ГОСТ5264;
- ГОСТ15878;
- ГОСТ15164.
На основании данных из этих нормативных документов, необходимо определить геометрию шва и тип сварки. Уже затем должны быть установлены критерии раздела кромок, если таковой требуется. На последней стадии определяют допустимые и предельные отклонения размеров шва.
Дефекты сварочных соединений
Сварочные работы относят к особо ответственным. И это понятно. Сварку используют и при изготовлении емкостей, работающих под давлением, и трубопроводов и котлов. И от качества выполненного соединения зависит работоспособность и, главное, безопасность работы оборудования. Практически на всех производствах и строительных площадках. Где используют сварку, применяют различные методы контроля качества. В соответствии с требованиями ГОСТ 3242-79 для контроля сварочных соединений предусмотрено несколько способов контроля. Среди них такие, как:
- Визуальный, его применяют при контроле неответственных соединений.
- Ультразвуковой - его применяют для контроля разных типов соединений.
На особо ответственные, например, на мостовых конструкциях или трубопроводах высокого давления, сварщик должен оставить отпечаток личного клейма.
Сварные швы и соединения
Неразъемное соединение, которое было выполнено с помощью сварки, называется сварным. Оно состоит из нескольких зон (рис. 77):
Сварного шва;
Сплавления;
Рис. 77. Зоны сварного соединения: 1 – сварного шва; 2 – сплавления; 3 – термического влияния; 4 – основного металла
Термического влияния;
Основного металла.
По протяженности сварные соединения бывают:
Короткими (250–300 мм);
Средними (300–1000 мм);
Длинными (более 1000 мм). В зависимости от длины сварного шва выбирают и способ его выполнения. При коротких соединениях шов ведут в одном направлении от начала к концу; для средних участков характерно наложение шва отдельными участками, причем его длина должна быть такой, чтобы для его завершения хватило целого числа электродов (два, три); длинные соединения сваривают обратноступенчатым способом, о котором говорилось выше.
По типу сварные соединения (рис. 78) подразделяются на:
1. Стыковые. Это наиболее часто встречающиеся соединения при различных способах сварки. Им отдают предпочтение, потому что они характеризуются наименьшими собственными напряжениями и деформациями. Как правило, стыковыми соединениями сваривают конструкции из листового металла.
Рис. 78. Виды сварных соединений: а – стыковые; б – тавровые; в – угловые; г – нахлесточные
Рис. 78 (окончание). д – прорезные; е – торцовые; ж – с накладками; 1–3 – основной металл; 2 – накладка: 3 – электрозаклепки; з – с электрозаклепками
Основными достоинствами данного соединения, рассчитывать на которые можно при условии тщательной подготовки и подгонки кромок (благодаря притуплению последних предотвращаются прожог и протекание металла в процессе сварки, а соблюдение их параллельности обеспечивает ка чественный равномерный шов), являются следующие:
Минимальный расход основного и наплавленного металла;
Наименьший временной промежуток, необходимый для сварки;
Выполненное соединение может по своей прочности не уступать основному металлу.
В зависимости от толщины металла кромки при дуговой сварке могут быть обрезаны под разными углами к поверхности:
Под прямым углом, если соединяют стальные листы толщиной 4–8 мм. При этом между ними оставляют зазор в 1–2 мм, что облегчает проваривание нижней частей кромок;
Под прямым углом, если соединяют металл толщиной до 3 и до 8 мм при одно– или двусторонней сварке соответственно;
С односторонним скосом кромок (V-об разно), если толщина металла составляет от 4 до 26 мм;
С двусторонним скосом (X-образно), если листы имеют толщину 12–40 мм, причем этот способ более экономичен, чем предыдущий, поскольку количество наплавленного металла уменьшается практически в 2 раза. Это означает экономию электродов и электроэнергии. Кроме того, для двустороннего скоса в меньшей степени характерны деформации и напряжения при сварке;
Угол скоса можно уменьшить с 60° довести до 45°, если сваривать листы толщиной более 20 мм, что снизит объем наплавленного металла и сэкономит электроды. Наличие зазора в 4 мм между кромками обеспечит необходимый провар металла.
При сварке металла разной толщины кромку более толстого материала скашивают сильнее. При значительной толщине соединяемых дуговой сваркой деталей или листов применяют чашеобразную подготовку кромок, причем при толщине 20–50 мм проводят одностороннюю подготовку, а при толщине более 50 мм – двустороннюю.
Сказанное выше наглядно показано в табл. 44.
2. Нахлесточные, чаще всего используемые при дуговой сварке конструкций, толщина металла которых составляет 10–12 мм. От предыдущего соединения данный вариант отличает отсутствие необходимости специальным образом подготавливать кромки – достаточно просто обрезать их. Хотя сборка и подготовка металла под нахлесточное соединение не столь обременительны, следует учесть, что расход основного и наплавленного металла увеличивается по сравнению со стыковыми соединениями. Для надежности и избегания коррозии вследствие попадания влаги между листами такие соединения проваривают с обеих сторон. Есть виды сварки, где применяют исключительно данный вариант, в частности при точечной контактной и роликовой.
3. Тавровые, широко распространенные при дуговой сварке. Для них кромки скашивают с одной или обеих сторон либо вообще обходятся без скоса. Особые требования предъявляются только к подготовке вертикального листа, который должен иметь равно обрезанную кромку. При одно– и двусторонних скосах кромки вертикального листа предусматривают зазор в 2–3 мм между вертикальной и горизонтальной плоскостями, чтобы проварить вертикальный лист на всю толщину. Односторонний скос выполняют в том случае, когда конструкция изделия такова, что невозможно проварить ее с обеих сторон.
Таблица 44
Выбор стыкового соединения в зависимости от толщины металла
5. Прорезные, к которым прибегают в тех случаях, когда нахлесточный шов нормальной длины не дает необходимой прочности. Такие соединения бывают двух типов – открытые и закрытые. Прорезь проделывают с помощью кислородной резки.
6. Торцовые (боковые), при которых листы накладывают один на другой и сваривают по торцам.
7. С накладками. Для выполнения такого соединения листы состыковывают и перекрывают стык накладкой, что, естественно, влечет за собой дополнительный расход металла. Поэтому данный способ используют в том случае, когда выполнить стыковой или нахлесточный шов не представляется возможным.
8. С электрозаклепками. Данное соединение является прочным, но недостаточно плотным. Для него верхний лист просверливают и заваривают полученное отверстие таким образом, чтобы захватить и нижний лист.
Если металл не слишком толстый, то просверливания и не требуется. Например, при автоматической сварке под флюсом верхний лист просто проплавляется сварочной дугой.
Конструктивный элемент сварного соединения, который при его выполнении образуется вследствие кристаллизации расплавленного металла по линии перемещения источника нагрева, называется сварным швом. Элементами его геометрической формы (рис. 79) являются:
Ширина (b);
Высота (h);
Величина катета (K) для угловых, нахлесточных и тавровых соединений.
Классификация сварных швов основывается на различных признаках, которые представлены ниже.
Рис. 79. Элементы геометрической формы сварного шва (ширина, высота, величина катета)
1. По типу соединения:
Стыковые;
Угловые (рис. 80).
Рис. 80. Угловой шов
Угловые швы практикуют при некоторых видах сварных соединений, в частности при нахлесточных, стыковых, угловых и с накладками.
Стороны такого шва называются катетами (k), зона ABCD на рис. 80 показывает степень выпуклости шва и не принимается во внимание при расчете прочности сварного соединения. При его выполнении необходимо, чтобы катеты были равны, а угол между сторонами OD и BD составлял 45°.
2. По виду сварки:
Швы дуговой сварки;
Швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом;
Швы дуговой сварки в среде защитных газов;
Швы электрошлаковой сварки;
Швы контактной сварки;
Швы газовой сварки.
3. По пространственному положению (рис. 81), в котором выполняется сварка:
Рис. 81. Сварные швы в зависимости от их пространственного положения: а – нижний; б – горизонтальный; в – вертикальный; г – потолочный
Горизонтальные;
Вертикальные;
Потолочные.
Проще всего выполняется нижний шов, труднее всего – потолочный.
В последнем случае сварщики проходят специальное обучение, причем потолочный шов легче сделать газовой сваркой, чем дуговой.
4. По протяженности:
Непрерывные;
Прерывистые (рис. 82).
Рис. 82. Прерывистый сварной шов
Прерывистые швы практикуют достаточно широко, особенно в тех случаях, когда нет необходимости (расчет на прочность не предполагает выполнения сплошного шва) плотно соединять изделия.
Длина (l) соединяемых участков составляет 50–150 мм, промежуток между ними приблизительно в 1,5–2,5 раза превосходит зону сваривания, а вместе они образуют шаг шва (t).
5. По степени выпуклости, т. е. форме наружной поверхности (рис. 83):
Нормальные;
Выпуклые;
Вогнутые.
Тип используемого электрода определяет выпуклость шва (a‘). Наибольшая выпуклость характерна для тонкопокрытых электродов, а толстопокрытые электроды дают нормальные швы, поскольку отличаются большей жидкотекучестью расплавленного металла.
Рис. 83. Сварные швы, различающиеся по форме наружной поверхности: а – нормальные; б – выпуклые в – вогнутые
Опытным путем было установлено, что прочность шва не возрастает с увеличением его выпуклости, тем более если соединение «работает» при переменных нагрузках и вибрации. Подобное положение объясняется так: при выполнении шва с большой выпуклостью невозможно добиться плавного перехода от валика шва к основному металлу, поэтому в этой точке кромка шва как бы подрезается, и здесь в основном концентрируются напряжения.
В условиях переменных и вибрационных нагрузок в этом месте сварное соединение может подвергаться разрушению. Кроме того, выпуклые швы требуют повышенного расхода электродного металла, энергии и времени, т. е. является неэкономичным вариантом.
6. По конфигурации (рис. 84):
Прямолинейные;
Кольцевые;
Рис. 84. Сварные швы различной конфигурации: а – прямолинейный; б – кольцевой
Вертикальные;
Горизонтальные.
7. По отношению к действующим силам (рис. 85):
Фланговые;
Торцовые;
Комбинированные;
Косые. Вектор действия внешних сил может быть параллельным оси шва (характерно для фланговых), перпендикулярным оси шва (при торцовых), проходить под углом к оси (для косых) или сочетать направление фланговых и торцовых сил (при комбинированных).
8. По способу удержания расплавленного металла шва:
Без подкладок и подушек;
На съемных и остающихся стальных подкладках;
Рис. 85. Сварные швы по отношению к действующим силам: а – фланговый; б – торцовый; в – комбинированный; г – косой
На медных, флюсо-медных, керамических и асбестовых подкладках, флюсовых и газовых подушках.
При наложении первого слоя шва главное – суметь удержать жидкий металл в сварочной ванне.
Чтобы предотвратить его вытекание, используют:
Стальные, медные, асбестовые и керамические подкладки, которые подводятся под корневой шов. Благодаря им можно увеличить сварочный ток, что обеспечивает сквозное проплавление кромок и гарантирует стопроцентный провар деталей. Кроме того, подкладки удерживают расплавленный металл в сварочной ванне, препятствуя образованию прожогов;
Вставки между свариваемыми кромками, которые выполняют те же функции, что и прокладки;
Подрубку и подварку корня шва с противоположной стороны, при этом не стремятся к сквозному проплавлению;
Флюсовые, флюсо-медные (при сварке под флюсом) и газовые (при ручной дуговой, автоматической и аргонно-дуговой сварке) подушки, которые подводят или подают под первый слой шва. Их цель – не допустить вытекания металла из сварочной ванны;
Соединения в замок при выполнении стыковых швов, которые предупреждают прожоги в корневом слое шва;
Специальные электроды, покрытие которых содержит особые компоненты, увеличивающие силу поверхностного натяжения металла и не позволяющие ему вытекать из сварочной ванны при выполнении вертикальных швов сверху вниз;
Импульсную дугу, благодаря которой происходит кратковременное расплавление металла, что способствует более быстрому охлаждению и кристаллизации металла шва.
9. По стороне, на которой накладывается шов (рис. 86):
Односторонние;
Двусторонние.
10. По свариваемым материалам:
На углеродистых и легированных сталях;
Рис. 86. Сварные швы, различающиеся своим расположением: а – односторонний; б – двусторонний
На цветных металлах;
На биметалле;
На пенопласте и полиэтилене.
11. По расположению соединяемых деталей:
Под острым или тупым углом;
Под прямым углом;
В одной плоскости.
12. По объему наплавленного металла (рис. 87):
Нормальные;
Ослабленные;
Усиленные.
13. По расположению на изделии:
Продольные;
Поперечные.
14. По форме свариваемых конструкций:
На плоских поверхностях;
На сферических поверхностях.
15. По количеству наплавленных валиков (рис. 88):
Однослойные;
Многослойные;
Многопроходные.
Перед осуществлением сварочных работ кромки соединяемых изделий, конструкций или частей должны быть соответствующим образом подготовлены, поскольку от их геометрической формы зависит прочность шва
Рис. 87. Сварные швы, различающиеся по объему наплавленного металла: а – ослабленный; б – нормальный; в – усиленный
Рис. 88. Сварные швы, различающиеся количеством наплавленных валиков: а – однослойный; б – многослойный; в – многослойный многопроходный
Элементами подготовки формы являются (рис. 89):
Угол разделки кромки (?), который должен быть выполнен, если толщина металла составляет более 3 мм. Если пропустить эту операцию, то возможны такие негативные последствия, как непровар по сечению сварного соединения, перегрев и пережог металла. Разделка кромок дает возможность осуществлять сварку несколькими слоями небольшого сечения, благодаря чему структура сварного соединения улучшается, а внутренние напряжения и деформации снижаются;
Рис. 89. Элементы подготовки кромо
Зазор между соединяемыми кромками (a). От правильности установленного зазора и подобранного режима сварки зависит, насколько полным будет провар по сечению соединения при формировании первого (корневого) слоя шва;
Притупление кромок (S), необходимое для того, чтобы придать процессу наложения корневого шва определенную устойчивость. Игнорирование этого требования приводит к пережогу металла при сварке;
Длина скоса листа в том случае, если имеется разница по толщине (L). Этот элемент позволяет обеспечивать плавный и постепенный переход от более толстой детали к тонкой, что снижает или устраняет риск концентрации напряжений в сварных конструкциях;
Смещение кромок по отношению друг к другу (?). Поскольку это снижает прочностные характеристики соединения, а также способствует непровару металла и образованию очагов напряжений, ГОСТом 5264–80 установлены допустимые нормы, в частности смещение должно составлять не более 10 % толщины металла (максимум 3 мм).
Таким образом, при подготовке к сварке необходимо выполнить следующие требования:
Очистить кромки от загрязнений и коррозии;
Снять фаски соответствующего размера (по ГОСТу);
Установить зазор в соответствии с ГОСТом, разработанным для того или иного типа соединения.
О некоторых видах кромок уже говорилось ранее (хотя они и рассматривались в другом аспекте) при описании стыковых соединений, но тем не менее необходимо еще раз заострить на этом внимание (рис. 90).
Выбор того или иного вида кромок определяется рядом факторов:
Способом сварки;
Толщиной металла;
Способом соединения изделий, частей и проч.
Для каждого способа сварки разработан отдельный стандарт, в котором указаны форма подготовки кромок, размер шва и допустимые отклонения. Например, ручная дуговая сварка осуществляется по ГОСТу 5264–80, контактная – по ГОСТу 15878–79, электрошлаковая – по ГОСТу 15164–68 и т. д.
Рис. 90. Виды кромок, подготовленных к сварке: а – со скосом обеих кромок; б – со скосом одной кромки; в – с двумя симметричными скосами одной кромки; г – с двумя симметричными скосами двух кромок; д – с криволинейным скосом двух кромок; е – с двумя симметричными криволинейными скосами двух кромок; ж – со скосом одной кромки; з – с двумя симметричными скосами одной кромки
Кроме того, имеется стандарт на графическое обозначение сварного шва, в частности ГОСТ 2.312–72. Для этого используется наклонная линия с односторонней стрелкой (рис. 91), которая указывает участок шва.
Характеристика шва, рекомендованный способ сварки и иная информация представлены над или под горизонтальной полкой, соединенной с наклонной линией-стрелкой. Если шов видимый, т. е. находится на лицевой стороне, то характеристика шва дается над полкой, если невидимый – под ней.
Рис. 91. Графическое обозначение сварных швов
К условным обозначениям сварного шва относятся и дополнительные знаки (рис. 92).
Для различных видов сварки приняты буквенные обозначения:
Дуговая сварка – Э, но поскольку этот вид наиболее распространенный, то в чертежах буква может и не указываться;
Газовая сварка – Г;
Электрошлаковая сварка – Ш;
Сварка в среде инертных газов – И;
Сварка взрывом – Вз;
Плазменная сварка – Пл;
Контактная сварка – Кт;
Сварка в углекислом газе – У;
Сварка трением – Тр;
Холодная сварка – Х.
При необходимости (если реализуется несколько способов сварки) перед обозначением той или иной разновидности располагают буквенное обозначение используемого способа сварки:
Рис. 92. Дополнительные обозначения сварного шва: а – прерывистый шов с цепной последовательностью участков; б – прерывистый шов с шахматной последовательностью участков; в – шов по замкнутому контуру; г – шов по незамкнутому контуру; д – монтажный шов; е – шов со снятым усилением; ж – шов с плавным переходом к основному металлу
Ручная – Р;
Полуавтоматическая – П;
Автоматическая – А.
Дуговая под флюсом – Ф;
Сварка в активном газе плавящимся электродом – УП;
Сварка в инертном газе плавящимся электродом – ИП;
Сварка в инертном газе неплавящимся электродом – ИН.
Для сварных соединений также имеются специальные буквенные обозначения:
Стыковое – С;
Тавровое – Т;
Нахлесточное – Н;
Угловое – У. По цифрам, проставленным после букв, определяют номер сварного соединения по ГОСТу на сварку.
Обобщая сказанное выше, можно констатировать, что условные обозначения сварных шов складываются в определенную структуру (рис. 93).
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 металлические соединения относятся к основным методам скрепления конструкций, использующихся в быту и производстве. Это весьма надежный метод получения единой конструкции, который еще и относительно дешевый.
Скрепления данного типа образуются путем расплавления металла в области соединения и последующей его кристаллизацией при остывании. Их качество зависит от правильного выбора режима работы электросварочного аппарата, электрода, шовного провара. Это регламентируется действующими нормами, а также стандартами. В них указаны все виды сварных швов, а также типы стыков и их характеристики.
Многочисленные металлы имеют собственные особенности сварки, отличающиеся условия выполнения работ, требования к выполнению скреплений. Для них применяются соответствующие разновидности электросварных соединений. При сварке металлических элементов используются основные виды электросварочных скреплений, о которых далее.
Классификация
Сварочные соединения подразделяются на несколько разновидностей, зависящих от их признаков. Классификация сварных швов охватывает весь спектр их использования. По внешнему параметру они бывают:
- выпуклого типа (с усилением);
- вогнутые (прослабленная конструкция);
- плоского типа (нормальные).
По типу исполнения они встречаются односторонними, а также двухсторонними, по количеству проходов электродом: однопроходные, двухпроходные. Кроме того, существуют однослойные способы провара и двухслойные.
По протяженности шовные скрепления бывают:
- односторонние с прерывистым шагом;
- сплошные односторонние;
- точечные (при контактной электросварке);
- цепные двусторонние;
- двусторонние шахматного порядка.
Разделение по пространственному расположению:
- горизонтальные, нижние;
- вертикальные, потолочные;
- в лодочку;
- полугоризонтального исполнения;
- полупотолочного типа;
- полувертикальные.
По вектору силового воздействия:
- продольный (фланговый) – усилие имеет параллельный к провару вектор;
- поперечный – усилие воздействует перпендикулярно;
- комбинированный – разновидность лобового, а также флангового;
- косой – воздействие происходит под углом.
По назначению и функциям электросварочные провары бывают прочными, а также прочно-плотными, герметичного исполнения. По ширине их различают на ниточный тип, не превышающий диаметр электросварочного электродного стержня и уширенные, выполняющиеся с помощью колебательных движений при сварке в поперечном направлении.
Для упрощения понимания классификации и применения тех или же иных разновидностей, составлена специальная таблица.
Все типы швов имеют строгое обозначение по ГОСТ. На чертежах используются специальные значки, которые содержат полную информацию о типе скрепления и его способе выполнения. Для тех, кто думает всерьез заниматься сварочными работами на профессиональном уровне следует дополнительно изучить чертежные обозначения сварных скреплений.
Разновидности сварных швов
В зависимости от используемого материала, толщины, а также конструктивных особенностей используются различные типы сварных швов. Для этого необходимо пройти необходимую теоретическую подготовку. Это позволит лучше понимать специфику сваривания деталей и избежать брака в работе. Начинающие сварщики зачастую недостаточно проваривают участки соединений, что влияет на слабое механическое сопротивление стыков. Выбирая правильные режимы работы и виды сварки, можно получить сварочные швы достаточной прочности, а также качества. Подготовка сварщика заключается не только в практических занятиях, но и в теоретической подготовке с изучением требований, норм и правил, а также включая типы сварочных соединений и используемое оборудование. Знание принципов использования тех или же иных электросварочных скреплений, техники их получения, стыки будут получаться весьма крепкими и долговечными.
Стыковые
Данный вариант соединений является наиболее используемым среди прочих разновидностей видов швов сварки. Это стыковое сваривание используется на торцевых участках, трубах или же на листовых конструкциях. Для его получения затрачивается минимальное количество времени, материала и усилий. Эти стыковые скрепления имеют некоторые особенности швов. На тонколистовом металле сваривание проводится без скоса кромок.
Изделия с большой толщиной участков соединений требуют предварительной подготовки стыков, заключающееся в их скашивании для увеличения глубины сварочного проваривания. Это необходимо при толщине металлических изделий свыше 8 мм и до 12 мм. Более толстые участки необходимо соединять двусторонней сваркой с предварительным скосом кромок. Стыковое сваривание выполняется чаще всего на изделиях в горизонтальной плоскости.
Тавровые
Эти разновидности электросварочных соединений выполняются как обычная буква «Т». Они соединяют предметы одинаковой или же различной толщины, от чего зависит ширина сварочного шва. Кроме того, данные типы используются одно- или двусторонними, на что влияют особенности скрепления. При работе с металлическими элементами различной толщины электрод удерживается в наклоненном положении под углом порядка 60 градусов. Процесс сварки можно значительно упростить, воспользовавшись прихватками, а также свариванием «в лодочку». Данный способ существенно снижает возникновение подрезов. Тавровый шов накладывается за один сварочный проход. Помимо ручной дуговой сварки, для данного типа широко используются автоматические электросварочные аппараты.
Нахлесточные
Данный способ используется для сварки листового металла при толщине до 12 мм. Соединяемые участки накладываются внахлест и провариваются вдоль стыков с обеих сторон. Нельзя допускать попадания влаги во внутреннюю часть свариваемой конструкции. Для усиления скрепления выполняется полная проварка по периметру.
При данном сваривании формирование соединительного стыка происходит между торцом одного изделия и поверхностью другого. При этом виде сварочных швов и соединений увеличивается расход материалов, что необходимо учитывать заранее. Перед началом работ следует выровнять листовые конструкции и позаботиться об их хорошем прижатии между собой.
Угловые
К данным соединениям относятся скрепления элементов, выполненные под некоторым углом друг к другу. Для них характерно использование предварительных скосов для обеспечения наилучшего провара шва. Это позволит увеличить глубину сварочного соединения, что повысит надежность конструкции. Для усиления прочности используется двустороннее сваривание металлических изделий, при этом не допускаются зазоры в соединяемых кромках. Эти типы электросварных швов характеризуются повышенным использованием объема наплавленного металла.
Потолочные
Сваривание потолочным швом, шов которого располагается над сварщиком, относится к наиболее трудным видам выполнения электросварных работ. Он наносится прерывистой сваркой при небольшом значении силы электротока. Вертикальные и потолочные соединения весьма трудные, поэтому не все сварщики могут их выполнять с достаточным качеством. Они используются в местах, где нет возможности изменить положение свариваемых конструкций. Это трубы, разнообразные металлические сооружения, а также потолочные балки и швеллеры на строительных площадках. Специфику выполнения потолочных швов, видео с которыми объяснит нюансы, можно освоить на постоянной практике.
Геометрия сварного шва
Изучив многочисленные виды и методы получения соединений путем сварки, необходимо ознакомиться с геометрией соединений, в чем помогут фото сварочных швов.
К основным параметрам шовного стыка относится его ширина – е, толщина сварки – c, выпуклость – q, зазор – b, глубина проваривания – h, а также толщина свариваемого материала – S.
Для угловых соединений используются следующие обозначения: выпуклость – q, толщина – a, катет – k и расчетная высота – p.
Различные способы нанесения сварочных швов, многочисленные их виды, а также параметры подготовленных кромок влияют на объем использования наплавленного и основного металлов. Его количество может заметно отличаться при изменении любых расчетных значений.
Виды сварочных соединений характеризуются коэффициентом формы, который высчитывается отношением ширины к толщине шовного соединения. Для стыковых скреплений данный параметр находится в пределах 1,2-2 (граничные значения – 0,8-4). Коэффициент выпуклости рассчитывается отношением ширины к выпуклости, величина которого должна быть от 0,8 до 4.
Сваривание металлических материалов под углом относительно друг друга требует точного соблюдения геометрии шва. От качества сварки, соблюдения требуемых параметров напрямую зависит надежность соединения, а также его долговечность пользования.
Виды контроля
От качественного выполнения электросварного скрепления зависти дальнейшая эксплуатация конструкции. Разнообразные дефекты значительно снижают прочность и уменьшают период использования изделия. Для недопущения брака, а также предотвращения аварийных ситуаций применяются различные виды контроля сварных швов. К ним относится внешний осмотр, который может на визуальном уровне определить нарушения, их виды, а также использование специального оборудования для определения скрытых дефектов сварных швов.
Способы контроля подразделяются на не разрушаемые и разрушаемые. При использовании первого метода прочность сварного соединения определяется без изменения его внешнего вида, параметров. Разрушаемые способы применяются при массовом выпуске конструкций, использующих однотипные электросварочные работы. Это предоставляет возможность с высокой точностью выявлять внутренние нарушения сварочных скреплений.
Скачать ГОСТ
Сварное соединение - это элемент конструкции или участок изделия, на котором с помощью сварки производится соединение двух его деталей в одну. При этом отдельные детали соединения могут состоять как из одного и того же металла, так и из разнородных металлов и их сплавов.
Сварные соединения и их характеристики - это очень важная классификация, на основании которой определяется применяемый метод сварки и выбираются ее режимы.
Виды сварных швов.
Сварной шов - это место сплава разных элементов одной конструкции. Во время сварки металл в этом месте расплавляется, а впоследствии, остывая, кристаллизуется, что обеспечивает прочность и герметичность шва.
Сварные швы могут иметь различную форму сечения. По этому параметру сварные швы подразделяются на
стыковые, отличительной особенностью которых является то, что отдельные элементы изделия перед сваркой прикладываются друг к другу на одной плоскости методом «встык».
- угловые, в которых составные части конструкции присоединяются друг к другу под определенным углом.
- прорезные или электрозаклепочные - здесь отдельные элементы конструкции присоединяются друг к другу в одной части с помощью установки специальной сварной заклепки. При этом верхняя деталь проплавляется полностью, а нижняя - частично
В зависимости от того, какой сварной шов наблюдается на месте соединения двух деталей изделия, различают различные виды сварного соединения, каждый из которых имеет свои отличительные особенности и сферы применения.
Все сварные соединения можно разделить на
- стыковые соединения
- угловые соединения
- тавровые соединения
- нахлесточные соединения
- торцевые соединения.
Характеристики сварных соединений.
Теперь рассмотрим поподробнее различные сварные соединения и их характеристики.
Стыковое соединение - это сплав двух деталей изделия, расположенных на одной плоскости, с использованием сварных технологий. При стыковом соединении части прикасаются друг к другу своей торцевой стороной. Выделяют разные подвиды стыковых соединений:
Соединение, не имеющее скоса кромки
Соединение со скосом кромки криволинейной формы
Соединение со скосом кромки V-образной формы
Соединение со скосом кромки Х-образной формы
Угловое соединение - это сплав разных составных частей конструкции или разных деталей одного изделия, размещенных под определенным углом по отношению друг к другу. Сварной шов при этом располагается в том месте, где отдельные детали соприкасаются.
Тавровое соединение - это сплав разных элементов одного изделия, где одна деталь конструкции своим торцевым концом присоединяется к боковой поверхности второй детали.
Нахлесточное сварное соединение - это сплав разных элементов изделия, при котором оба элемента расположены на параллельных плоскостях по отношению друг другу и отчасти друг на друга накладываются.
Торцевое сварное соединение отличается от прочих видов тем, что отдельные его элементы привариваются друг к другу боковыми поверхностями.
Выбор вида сварного соединения зависит от конфигурации конечного элемента и от того, какие требования к соединению предъявляются. В результате должно получиться работоспособное изделие, которое способно переносит высокие нагрузки, не поддаваться воздействию окружающей среды и не проявлять усталостное разрушение. Часто именно от качества сварного соединения и от правильности выбора его разновидности зависит долговечность получаемого изделия, поэтому очень важно внимательно подходить к этому этапу работы и учитывать при этом не только то, где именно и как должно работать получаемое изделие, но и то, из каких материалов и их сплавов оно состоит. При этом одинаково важна и квалификация самого сварщика, и квалификация мастера, занимающегося проектированием сварной конструкции.