Типы сварных соединений и классификация сварных швов. Сварочные швы: виды швов и соединений Сварные швы по форме наружной поверхности

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 и соединения

Неразъемное соединение, которое было выполнено с помощью сварки, называется сварным. Оно состоит из нескольких зон (рис. 77):

Сварного шва;

Сплавления;

Рис. 77. Зоны сварного соединения: 1 – сварного шва; 2 – сплавления; 3 – термического влияния; 4 – основного металла

Термического влияния;

Основного металла.

По протяженности сварные соединения бывают:

Короткими (250–300 мм);

Средними (300–1000 мм);

Длинными (более 1000 мм). В зависимости от длины сварного шва выбирают и способ его выполнения. При коротких соединениях шов ведут в одном направлении от начала к концу; для средних участков характерно наложение шва отдельными участками, причем его длина должна быть такой, чтобы для его завершения хватило целого числа электродов (два, три); длинные соединения сваривают обратноступенчатым способом, о котором говорилось выше.

По типу сварные соединения (рис. 78) подразделяются на:

1. Стыковые. Это наиболее часто встречающиеся соединения при различных способах сварки. Им отдают предпочтение, потому что они характеризуются наименьшими собственными напряжениями и деформациями. Как правило, стыковыми соединениями сваривают конструкции из листового металла.

Рис. 78. Виды сварных соединений: а – стыковые; б – тавровые; в – угловые; г – нахлесточные

Рис. 78 (окончание). д – прорезные; е – торцовые; ж – с накладками; 1–3 – основной металл; 2 – накладка: 3 – электрозаклепки; з – с электрозаклепками

Основными достоинствами данного соединения, рассчитывать на которые можно при условии тщательной подготовки и подгонки кромок (благодаря притуплению последних предотвращаются прожог и протекание металла в процессе сварки, а соблюдение их параллельности обеспечивает ка чественный равномерный шов), являются следующие:

Минимальный расход основного и наплавленного металла;

Наименьший временной промежуток, необходимый для сварки;

Выполненное соединение может по своей прочности не уступать основному металлу.

В зависимости от толщины металла кромки при дуговой сварке могут быть обрезаны под разными углами к поверхности:

Под прямым углом, если соединяют стальные листы толщиной 4–8 мм. При этом между ними оставляют зазор в 1–2 мм, что облегчает проваривание нижней частей кромок;

Под прямым углом, если соединяют металл толщиной до 3 и до 8 мм при одно– или двусторонней сварке соответственно;

С односторонним скосом кромок (V-об разно), если толщина металла составляет от 4 до 26 мм;

С двусторонним скосом (X-образно), если листы имеют толщину 12–40 мм, причем этот способ более экономичен, чем предыдущий, поскольку количество наплавленного металла уменьшается практически в 2 раза. Это означает экономию электродов и электроэнергии. Кроме того, для двустороннего скоса в меньшей степени характерны деформации и напряжения при сварке;

Угол скоса можно уменьшить с 60° довести до 45°, если сваривать листы толщиной более 20 мм, что снизит объем наплавленного металла и сэкономит электроды. Наличие зазора в 4 мм между кромками обеспечит необходимый провар металла.

При сварке металла разной толщины кромку более толстого материала скашивают сильнее. При значительной толщине соединяемых дуговой сваркой деталей или листов применяют чашеобразную подготовку кромок, причем при толщине 20–50 мм проводят одностороннюю подготовку, а при толщине более 50 мм – двустороннюю.

Сказанное выше наглядно показано в табл. 44.

2. Нахлесточные, чаще всего используемые при дуговой сварке конструкций, толщина металла которых составляет 10–12 мм. От предыдущего соединения данный вариант отличает отсутствие необходимости специальным образом подготавливать кромки – достаточно просто обрезать их. Хотя сборка и подготовка металла под нахлесточное соединение не столь обременительны, следует учесть, что расход основного и наплавленного металла увеличивается по сравнению со стыковыми соединениями. Для надежности и избегания коррозии вследствие попадания влаги между листами такие соединения проваривают с обеих сторон. Есть виды сварки, где применяют исключительно данный вариант, в частности при точечной контактной и роликовой.

3. Тавровые, широко распространенные при дуговой сварке. Для них кромки скашивают с одной или обеих сторон либо вообще обходятся без скоса. Особые требования предъявляются только к подготовке вертикального листа, который должен иметь равно обрезанную кромку. При одно– и двусторонних скосах кромки вертикального листа предусматривают зазор в 2–3 мм между вертикальной и горизонтальной плоскостями, чтобы проварить вертикальный лист на всю толщину. Односторонний скос выполняют в том случае, когда конструкция изделия такова, что невозможно проварить ее с обеих сторон.

Таблица 44

Выбор стыкового соединения в зависимости от толщины металла

5. Прорезные, к которым прибегают в тех случаях, когда нахлесточный шов нормальной длины не дает необходимой прочности. Такие соединения бывают двух типов – открытые и закрытые. Прорезь проделывают с помощью кислородной резки.

6. Торцовые (боковые), при которых листы накладывают один на другой и сваривают по торцам.

7. С накладками. Для выполнения такого соединения листы состыковывают и перекрывают стык накладкой, что, естественно, влечет за собой дополнительный расход металла. Поэтому данный способ используют в том случае, когда выполнить стыковой или нахлесточный шов не представляется возможным.

8. С электрозаклепками. Данное соединение является прочным, но недостаточно плотным. Для него верхний лист просверливают и заваривают полученное отверстие таким образом, чтобы захватить и нижний лист.

Если металл не слишком толстый, то просверливания и не требуется. Например, при автоматической сварке под флюсом верхний лист просто проплавляется сварочной дугой.

Конструктивный элемент сварного соединения, который при его выполнении образуется вследствие кристаллизации расплавленного металла по линии перемещения источника нагрева, называется сварным швом. Элементами его геометрической формы (рис. 79) являются:

Ширина (b);

Высота (h);

Величина катета (K) для угловых, нахлесточных и тавровых соединений.

Классификация сварных швов основывается на различных признаках, которые представлены ниже.

Рис. 79. Элементы геометрической формы сварного шва (ширина, высота, величина катета)

1. По типу соединения:

Стыковые;

Угловые (рис. 80).

Рис. 80. Угловой шов

Угловые швы практикуют при некоторых видах сварных соединений, в частности при нахлесточных, стыковых, угловых и с накладками.

Стороны такого шва называются катетами (k), зона ABCD на рис. 80 показывает степень выпуклости шва и не принимается во внимание при расчете прочности сварного соединения. При его выполнении необходимо, чтобы катеты были равны, а угол между сторонами OD и BD составлял 45°.

2. По виду сварки:

Швы дуговой сварки;

Швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом;

Швы дуговой сварки в среде защитных газов;

Швы электрошлаковой сварки;

Швы контактной сварки;

Швы газовой сварки.

3. По пространственному положению (рис. 81), в котором выполняется сварка:

Рис. 81. Сварные швы в зависимости от их пространственного положения: а – нижний; б – горизонтальный; в – вертикальный; г – потолочный

Горизонтальные;

Вертикальные;

Потолочные.

Проще всего выполняется нижний шов, труднее всего – потолочный.

В последнем случае сварщики проходят специальное обучение, причем потолочный шов легче сделать газовой сваркой, чем дуговой.

4. По протяженности:

Непрерывные;

Прерывистые (рис. 82).

Рис. 82. Прерывистый сварной шов

Прерывистые швы практикуют достаточно широко, особенно в тех случаях, когда нет необходимости (расчет на прочность не предполагает выполнения сплошного шва) плотно соединять изделия.

Длина (l) соединяемых участков составляет 50–150 мм, промежуток между ними приблизительно в 1,5–2,5 раза превосходит зону сваривания, а вместе они образуют шаг шва (t).

5. По степени выпуклости, т. е. форме наружной поверхности (рис. 83):

Нормальные;

Выпуклые;

Вогнутые.

Тип используемого электрода определяет выпуклость шва (a‘). Наибольшая выпуклость характерна для тонкопокрытых электродов, а толстопокрытые электроды дают нормальные швы, поскольку отличаются большей жидкотекучестью расплавленного металла.

Рис. 83. Сварные швы, различающиеся по форме наружной поверхности: а – нормальные; б – выпуклые в – вогнутые

Опытным путем было установлено, что прочность шва не возрастает с увеличением его выпуклости, тем более если соединение «работает» при переменных нагрузках и вибрации. Подобное положение объясняется так: при выполнении шва с большой выпуклостью невозможно добиться плавного перехода от валика шва к основному металлу, поэтому в этой точке кромка шва как бы подрезается, и здесь в основном концентрируются напряжения.

В условиях переменных и вибрационных нагрузок в этом месте сварное соединение может подвергаться разрушению. Кроме того, выпуклые швы требуют повышенного расхода электродного металла, энергии и времени, т. е. является неэкономичным вариантом.

6. По конфигурации (рис. 84):

Прямолинейные;

Кольцевые;

Рис. 84. Сварные швы различной конфигурации: а – прямолинейный; б – кольцевой

Вертикальные;

Горизонтальные.

7. По отношению к действующим силам (рис. 85):

Фланговые;

Торцовые;

Комбинированные;

Косые. Вектор действия внешних сил может быть параллельным оси шва (характерно для фланговых), перпендикулярным оси шва (при торцовых), проходить под углом к оси (для косых) или сочетать направление фланговых и торцовых сил (при комбинированных).

8. По способу удержания расплавленного металла шва:

Без подкладок и подушек;

На съемных и остающихся стальных подкладках;

Рис. 85. Сварные швы по отношению к действующим силам: а – фланговый; б – торцовый; в – комбинированный; г – косой

На медных, флюсо-медных, керамических и асбестовых подкладках, флюсовых и газовых подушках.

При наложении первого слоя шва главное – суметь удержать жидкий металл в сварочной ванне.

Чтобы предотвратить его вытекание, используют:

Стальные, медные, асбестовые и керамические подкладки, которые подводятся под корневой шов. Благодаря им можно увеличить сварочный ток, что обеспечивает сквозное проплавление кромок и гарантирует стопроцентный провар деталей. Кроме того, подкладки удерживают расплавленный металл в сварочной ванне, препятствуя образованию прожогов;

Вставки между свариваемыми кромками, которые выполняют те же функции, что и прокладки;

Подрубку и подварку корня шва с противоположной стороны, при этом не стремятся к сквозному проплавлению;

Флюсовые, флюсо-медные (при сварке под флюсом) и газовые (при ручной дуговой, автоматической и аргонно-дуговой сварке) подушки, которые подводят или подают под первый слой шва. Их цель – не допустить вытекания металла из сварочной ванны;

Соединения в замок при выполнении стыковых швов, которые предупреждают прожоги в корневом слое шва;

Специальные электроды, покрытие которых содержит особые компоненты, увеличивающие силу поверхностного натяжения металла и не позволяющие ему вытекать из сварочной ванны при выполнении вертикальных швов сверху вниз;

Импульсную дугу, благодаря которой происходит кратковременное расплавление металла, что способствует более быстрому охлаждению и кристаллизации металла шва.

9. По стороне, на которой накладывается шов (рис. 86):

Односторонние;

Двусторонние.

10. По свариваемым материалам:

На углеродистых и легированных сталях;

Рис. 86. Сварные швы, различающиеся своим расположением: а – односторонний; б – двусторонний

На цветных металлах;

На биметалле;

На пенопласте и полиэтилене.

11. По расположению соединяемых деталей:

Под острым или тупым углом;

Под прямым углом;

В одной плоскости.

12. По объему наплавленного металла (рис. 87):

Нормальные;

Ослабленные;

Усиленные.

13. По расположению на изделии:

Продольные;

Поперечные.

14. По форме свариваемых конструкций:

На плоских поверхностях;

На сферических поверхностях.

15. По количеству наплавленных валиков (рис. 88):

Однослойные;

Многослойные;

Многопроходные.

Перед осуществлением сварочных работ кромки соединяемых изделий, конструкций или частей должны быть соответствующим образом подготовлены, поскольку от их геометрической формы зависит прочность шва

Рис. 87. Сварные швы, различающиеся по объему наплавленного металла: а – ослабленный; б – нормальный; в – усиленный

Рис. 88. Сварные швы, различающиеся количеством наплавленных валиков: а – однослойный; б – многослойный; в – многослойный многопроходный

Элементами подготовки формы являются (рис. 89):

Угол разделки кромки (?), который должен быть выполнен, если толщина металла составляет более 3 мм. Если пропустить эту операцию, то возможны такие негативные последствия, как непровар по сечению сварного соединения, перегрев и пережог металла. Разделка кромок дает возможность осуществлять сварку несколькими слоями небольшого сечения, благодаря чему структура сварного соединения улучшается, а внутренние напряжения и деформации снижаются;

Рис. 89. Элементы подготовки кромо

Зазор между соединяемыми кромками (a). От правильности установленного зазора и подобранного режима сварки зависит, насколько полным будет провар по сечению соединения при формировании первого (корневого) слоя шва;

Притупление кромок (S), необходимое для того, чтобы придать процессу наложения корневого шва определенную устойчивость. Игнорирование этого требования приводит к пережогу металла при сварке;

Длина скоса листа в том случае, если имеется разница по толщине (L). Этот элемент позволяет обеспечивать плавный и постепенный переход от более толстой детали к тонкой, что снижает или устраняет риск концентрации напряжений в сварных конструкциях;

Смещение кромок по отношению друг к другу (?). Поскольку это снижает прочностные характеристики соединения, а также способствует непровару металла и образованию очагов напряжений, ГОСТом 5264–80 установлены допустимые нормы, в частности смещение должно составлять не более 10 % толщины металла (максимум 3 мм).

Таким образом, при подготовке к сварке необходимо выполнить следующие требования:

Очистить кромки от загрязнений и коррозии;

Снять фаски соответствующего размера (по ГОСТу);

Установить зазор в соответствии с ГОСТом, разработанным для того или иного типа соединения.

О некоторых видах кромок уже говорилось ранее (хотя они и рассматривались в другом аспекте) при описании стыковых соединений, но тем не менее необходимо еще раз заострить на этом внимание (рис. 90).

Выбор того или иного вида кромок определяется рядом факторов:

Способом сварки;

Толщиной металла;

Способом соединения изделий, частей и проч.

Для каждого способа сварки разработан отдельный стандарт, в котором указаны форма подготовки кромок, размер шва и допустимые отклонения. Например, ручная дуговая сварка осуществляется по ГОСТу 5264–80, контактная – по ГОСТу 15878–79, электрошлаковая – по ГОСТу 15164–68 и т. д.

Рис. 90. Виды кромок, подготовленных к сварке: а – со скосом обеих кромок; б – со скосом одной кромки; в – с двумя симметричными скосами одной кромки; г – с двумя симметричными скосами двух кромок; д – с криволинейным скосом двух кромок; е – с двумя симметричными криволинейными скосами двух кромок; ж – со скосом одной кромки; з – с двумя симметричными скосами одной кромки

Кроме того, имеется стандарт на графическое обозначение сварного шва, в частности ГОСТ 2.312–72. Для этого используется наклонная линия с односторонней стрелкой (рис. 91), которая указывает участок шва.

Характеристика шва, рекомендованный способ сварки и иная информация представлены над или под горизонтальной полкой, соединенной с наклонной линией-стрелкой. Если шов видимый, т. е. находится на лицевой стороне, то характеристика шва дается над полкой, если невидимый – под ней.

Рис. 91. Графическое обозначение сварных швов

К условным обозначениям сварного шва относятся и дополнительные знаки (рис. 92).

Для различных видов сварки приняты буквенные обозначения:

Дуговая сварка – Э, но поскольку этот вид наиболее распространенный, то в чертежах буква может и не указываться;

Газовая сварка – Г;

Электрошлаковая сварка – Ш;

Сварка в среде инертных газов – И;

Сварка взрывом – Вз;

Плазменная сварка – Пл;

Контактная сварка – Кт;

Сварка в углекислом газе – У;

Сварка трением – Тр;

Холодная сварка – Х.

При необходимости (если реализуется несколько способов сварки) перед обозначением той или иной разновидности располагают буквенное обозначение используемого способа сварки:

Рис. 92. Дополнительные обозначения сварного шва: а – прерывистый шов с цепной последовательностью участков; б – прерывистый шов с шахматной последовательностью участков; в – шов по замкнутому контуру; г – шов по незамкнутому контуру; д – монтажный шов; е – шов со снятым усилением; ж – шов с плавным переходом к основному металлу

Ручная – Р;

Полуавтоматическая – П;

Автоматическая – А.

Дуговая под флюсом – Ф;

Сварка в активном газе плавящимся электродом – УП;

Сварка в инертном газе плавящимся электродом – ИП;

Сварка в инертном газе неплавящимся электродом – ИН.

Для сварных соединений также имеются специальные буквенные обозначения:

Стыковое – С;

Тавровое – Т;

Нахлесточное – Н;

Угловое – У. По цифрам, проставленным после букв, определяют номер сварного соединения по ГОСТу на сварку.

Обобщая сказанное выше, можно констатировать, что условные обозначения сварных шов складываются в определенную структуру (рис. 93).

Сварка обеспечивает неразъемные соединения металлов за счет установления прочных межатомных связей между элементами (при их деформации). Какие бывают сварочные аппараты, знают специалисты. Швы, полученные с их помощью, способны соединять одинаковые и разнородные металлы, их сплавы, детали с дополнениями (графит, керамика, стекло), пластмассу.

Основа классификации

Эксперты разработали классификацию сварных швов по следующему принципу:

способу их выполнения;
внешним характеристикам;
числу слоев;
расположению в пространстве;
протяженности;
назначению;
ширине;
условиям функционирования сварных изделий.

По оценке способа выполнения сварочные швы бывают односторонними или двусторонними. Внешние параметры позволяют классифицировать их на усиленные, плоские и ослабленные, которые специалисты называют выпуклыми, нормальными и вогнутыми. Первые виды способны выдерживать длительное время статические нагрузки, но они недостаточно экономичны. Вогнутые и нормальные соединения хорошо выдерживают динамические или знакопеременные нагрузки, так как переход от металла к швам плавный, а риск концентрации напряжений, способных их разрушить, ниже 1-го показателя.

Сварка, учитывая количество слоев, может быть однослойной или многослойной, а по количеству проходов она бывает однопроходной и многопроходной. Многослойные спаи используют для работы с толстыми металлами и их сплавами и при необходимости уменьшения зоны термического воздействия. Проходом называют перемещение (1 раз) теплового источника в процессе наплавки или сваривания деталей в одном направлении.

Валик – часть шовного металла, которую можно наплавить в процессе одного прохода. Слой сварки – спай металла с несколькими валиками, расположенными на одном уровне поперечного сечения. Ориентируясь на их положение в пространстве, предусмотрено подразделение швов на нижние, горизонтальные, вертикальные, в «лодочку», полугоризонтальные, полувертикальные, потолочные, полупотолочные. Характеристика прерывистости или непрерывности говорит о протяженности. Первые типы используют для стыковых швов.

Принципы классификации

Сплошные соединения могут быть короткими, средними и длинными. Выделяют герметичные, прочные и прочноплотные швы (по их назначению). Ширина помогает подразделить их на следующие типы:

уширенные, которые выполнены с поперечными, колебательными движениями электрода;
ниточные, ширина которых может незначительно превышать или совпадать с диаметром электрода.

Условия, в которых будут в дальнейшем использоваться сварные изделия, предполагают, что спаи могут быть рабочими и нерабочими. Первые хорошо переносят нагрузки, а другие используются, чтобы соединить части сварного изделия. Сварные соединения классифицируются на поперечные (в них направление перпендикулярно оси шва), продольные (направлением, параллельным оси), косые (с размещенным под углом к оси направлением) и комбинированные (применение поперечного и продольного швов).

Способ удержания раскаленного металла позволяет подразделять на созданные:

на остающихся и на съемных подкладках из стали;
без дополнительных подкладок, подушек;
на подкладках из флюсомеди, меди, асбеста или керамики;
на газовых и флюсовых подушках.

Материал, который используется в процессе сваривания элементов, классифицируется на соединения цветных металлов, стали (легированной или углеродистой), винипласта и биметаллов.

В зависимости от расположения относительно друг друга частей изделий, которые подлежат сварке, бывают спаи под прямым углом, под тупым или острым углом и располагающиеся в одной плоскости.

Неразъемные соединения, которые возникают при использовании сварки, бывают:

угловыми;
стыковыми;
тавровыми;
нахлесточными или торцевыми.

Угловые виды используют при проведении строительных работ. Они предполагают надежное соединение элементов, которые расположены по отношению друг к другу под определенным углом и сварены в местах примыкания краев.

Стыковые виды нашли применение при сваривании резервуаров или трубопроводов. С их помощью детали свариваются торцами, которые расположены на одной поверхности или в одной плоскости. Толщина поверхностей не должна обязательно совпадать.

Нахлесточные виды используют при изготовлении металлических контейнеров, в строительных работах и при сварке резервуаров. Этот тип предполагает, что один элемент накладывается на другой, расположенный в аналогичной плоскости, частично перекрывая друг друга.

В процессе выполнения сварочных работ получаются различные способны соединять не только металлы, но и другие разнородные материалы. Состыкованные в неразъемный узел элементы представляют собой соединение, которое можно разграничить на несколько участков.

Зоны сварочного соединения

Соединение, полученное в процессе сварки, разбивают на такие зоны:

Место сплавления - граница между основным металлом и металлом полученного шва. В этой зоне находятся зерна, которые отличаются по своей структуре от состояния основного металла. Происходит это из-за частичного расплавления во время сварочного процесса.
Область термического влияния - зона основного металла, которая не подверглась оплавлению, хотя в процессе нагрева металла структура ее была изменена.
Сварочный шов - участок, который образовался во время кристаллизации в процессе остывания металла.

Типы сварочных соединений

В зависимости от расположения стыкуемых изделий друг относительно друга соединения делятся на такие типы:

Встык. Состыковка элементов конструкции осуществляется в одной плоскости торцами друг к другу. В зависимости от различной толщины соединяемых деталей торцы могут относительно друг друга вертикально смещаться.
Угловое соединение. В этом случае совмещение торцов производится под углом. Сварочный процесс осуществляется на примыкающих краях деталей.
Соединение внахлест. Детали под сварку расположены параллельно с частичным перекрытием.
Торцевое соединение. Свариваемые элементы совмещены параллельно друг другу и состыкованы по торцам.
Тавровое соединение. В этом случае торец одной детали примыкает к боковой части другой под углом.

Сварочные соединения также характеризуют виды сварочных швов, квалифицировать которые можно по некоторым признакам.

Показатели сварного шва

Существует несколько параметров, по которым можно охарактеризовать все полученные сварочные швы:

ширина - это размер между границами шва, которые прорисовываются видимыми линиями сплавления;
корень шва - обратная его сторона, которая находится в максимальной удаленности от лицевой части;
выпуклость - определяется в наиболее выпуклой части шва и обозначается расстоянием от плоскости основного металла до границы наибольшего выступа;
вогнутость - этот показатель актуален, если имеет место в сварном шве, потому что, по сути, является дефектом; определяется данный параметр в том месте, где шов имеет наибольший прогиб - от него до плоскости основного металла измеряется размер вогнутости;
катет шва - он имеет место только в угловом и тавровом соединении; измеряется этот показатель наименьшим расстоянием от боковой поверхности одной свариваемой детали до ограничительной линии шва на поверхности второй.

Виды швов по способу выполнения

Виды сварочных швов по пространственному положению и протяженности

Различают такие положения сварки:

нижнее, когда свариваемый шов находится в нижней горизонтальной плоскости, т. е. под углом 0º относительно земли;
горизонтальное, направление сварки ведется горизонтально, а деталь может находиться под углом от 0º до 60º;
вертикальное, в этом положении свариваемая поверхность находится в плоскости от 60º до 120º, и сварка ведется в вертикальном направлении;
потолочное, когда работа проводится под углом 120-180º, то есть сварочные швы расположены над мастером;
"в лодочку", это положение относится только к угловым или тавровым соединениям, деталь выставляется под наклоном, и сварка ведется «в угол».

Разбивка по протяженности:

непрерывные, так выполняются практически все швы, но бывают и исключения;
прерывистые швы, они имеют место только в угловых соединениях; двухсторонние швы такого типа могут выполняться как в шахматном, так и в цепном порядке.

Разделка кромок

Эта конструктивная особенность применяется в том случае, когда толщина металла, используемого для сварки, больше размера 7 мм. Разделка кромок - это удаление металла с кромок в определенной форме. Данный процесс выполняется при однопроходной сварке стыковых швов. Это необходимо для того, чтобы получить правильный сварочный шов. Что касается толстого материала, разделка необходима для того, чтобы проплавить первоначально корневой проход и затем следующими наплавляемыми валиками, равномерно заполняя полость, проварить металл по всей толщине.

Разделку кромок можно выполнять, если толщина металла не меньше 3 мм. Потому что более низкое ее значение приведет к прожогам. Разделка характеризуется такими конструктивными параметрами: зазор - R; угол разделки кромок - α; притупление - с. Расположение этих параметров показывает чертеж сварочного шва.

Разделка кромок увеличивает количество расходных материалов. Поэтому данную величину всячески пытаются минимизировать. Она подразделяется на несколько видов по конструктивному исполнению:

V-образная;
X-образная;
Y-образная;
U-образная;
щелевая.

Особенности разделки кромок

Для малых толщин свариваемого материала от 3 до 25 мм обычно применяется односторонняя V-образная разделка. Скос может выполняться на обоих торцах или на одном из них. Металл толщиной 12-60 мм целесообразно сваривать с двухсторонней X-образной разделкой. Угол α при разделке в X, V форме равен 60º, если скос выполняется только на одной кромке, тогда значение α будет равно 50º. Для толщины 20-60 мм наиболее экономным будет расход наплавляемого металла при U-образной разделке. Скос также может быть выполнен по одному или по обоим торцам. Притупление составит 1-2 мм, а значение зазора будет равно 2 мм. Для большой толщины металла (свыше 60 мм) самым эффективным способом будет щелевая разделка кромок. Для сварного соединения очень важна данная процедура, она влияет на несколько факторов шва:

Стандарты и ГОСТы

Ручная швы и соединения по ГОСТу 5264-80 включают типы, конструктивные размеры для сварки, покрытые электродами во всех пространственных положениях. Сюда не входят только трубопроводы из стали.
Сварка стальных трубопроводов. ГОСТ 16037-80 - определяет основные типы, разделку кромок, конструктивные размеры при механизированном способе сваривания.
из меди и медно-никелевых сплавов. ГОСТ 16038-80.
Дуговая сварка алюминия. ГОСТ 14806-80 - форма, размеры, подготовка кромок для ручной и механизированной сварки алюминия и его сплавов, процесс выполняется в защитной среде.
Под флюсом. ГОСТ 8713-79 - сварочные швы и соединения выполняются автоматической или механизированной сваркой на весу, на флюсовой подушке. Распространяется на толщину металла от 1,5 до 160 мм.
Сварка алюминия в инертных газах. ГОСТ 27580-88 - стандарт на ручную, полуавтоматическую и Она выполняется неплавящимся электродом в инертных газах с присадочным материалом и распространяется на толщину алюминия от 0,8 до 60 мм.

Обозначение сварочного шва

Согласно нормативным документам наличие сварочных швов показывается на или на общем виде. Изображаются сварочные швы сплошными линиями, если они видимые. А если наоборот - то штриховыми отрезками. От данных линий отводятся выноски с односторонними стрелками. Условное обозначение сварочных швов выполняется на полке от выноски. Надпись делается над полкой, если шов находится на лицевой стороне. В обратном варианте обозначение будет находиться под полкой. Сюда включается информация о шве в такой последовательности:

Вспомогательные знаки. На пересечении выноски с полкой может стоять значок:

○ - замкнутый шов;

┐ - сварка шва производится при монтаже.

их конструктивных элементов и ГОСТ соединения.
Наименование шва по стандарту.
Способ сварки по нормативным стандартам.
Указывается катет, этот пункт касается только угловых соединений.
Прерывистость шва, если таковая имеет место. Здесь указывается шаг и расположение отрезков сварки.
Дополнительные значки вспомогательного значения. Рассмотрим их отдельным пунктом.

Вспомогательные обозначения

Эти знаки также наносятся сверху полки, если сварочный шов на чертеже видимый, и под ней, когда невидимый:

---снятие усиления шва;
обработка поверхности, которая обеспечит плавный переход к основному металлу, исключив наплывы и неровности;
шов выполняется по незамкнутой линии; этот знак применяется только к видимым на чертеже сварочным швам;
чистота обработки поверхности сварного соединения.

Для упрощения, если все швы конструкции выполнены по одному ГОСТу, имеют одинаковые разделки кромок и конструктивные размеры, обозначение и стандарт на сварку указываются в технических требованиях. В конструкции могут быть не все, но большое количество одинаковых швов. Тогда их разбивают по группам и присваивают им порядковые номера в каждой группе в отдельности. На одном шве указывают полное обозначение. На остальных ставят только порядковые номера. Количество групп и число швов в каждой из них должно быть указано в нормативной документации.

Их применяют как при малоэтажном строительстве, так и при постройках больших домов, офисных и спортивных центров. При помощи сварки соединяют 2 или более деталей в 1. При этом образуется прочный и надежный шов, который может прослужить длительное время, не нарушаясь и не вызывая повреждения детали в целом.

Кроме того, сварные соединения и швы могут быть использованы, как для стыка металлических деталей из однородного типа стали, так и элементов, выполненных из различных сплавов. При таких сложных работах необходимо правильно подобрать технологию сварки, силу тока, расходные материалы (электроды). Кроме того, сварщик должен обладать достаточным опытом и умениями, чтобы не допустить прожига детали, избежать лишних напряжений и деформации в дальнейшей эксплуатации.

Классификация сварочных швов

Все сварные соединения нормируются специальной документацией, которая определяет понятия, области и места выполнения сварки. Описанная терминология применима для технической документации, которая прилагается по окончании выполнения швов. Эти же понятия указаны в учебных и методических пособиях, по которым производится подготовка сварщиков, а также дальнейшее обучение и повышение их квалификации.

Таблица классификаций сварных швов.

Используя общепринятые сокращения, даже при отсутствии документации по маркировке соединения или общей спецификации можно определить, какое именно сварное соединение выполнено в том или ином месте строительной конструкции. Приняты следующие условные обозначения: стыковые сварные соединения принято обозначать буквой «С», при выполнении шва внахлест – указывают «Н», если предусмотрены тавровые стыки, то на спецификации обозначено «Т», угловые – «У».

В основном сварочные соединения и швы принять разделять по нескольким признакам:

По виду конечной формы поперечного сечения:

Стыковые, то есть свариваемые детали располагают по одной плоскости.
Угловые, когда металлические детали находятся друг к другу под углом, при этом его величина значения не имеет.
Прорезные, если детали, наложенные друг на друга, взаимно проплавляются. При этом одна из деталей (верхняя) проплавлена целиком, а другая часть сварного соединения (нижняя) лишь частично. Сам шов представляет собой заклепку. Это соединение еще называют электрозаклепочным.

По конфигурации при сварке:

прямолинейного характера;
криволинейного вида;
кольцевого вида.

По длительности сварного соединения:

Соединения, выполненные сплошным швом. Их длина колеблется от 300 мм до 1 м и более.
Которые выполнены прерывисто. При этом расположение шва может быть по цепочке, в шахматном порядке, в зависимости от конструктивных особенностей детали и предъявляемых требований.

По способу применяемой технологии сварки:

дуговая сварка без применения дополнительных средств (газа, флюса);
сварка, выполненная в среде с наличием газа (например, аргона).

По количеству нанесения сварочных элементов:

односторонний;
двухстороннее соединение;
многослойные.

По количеству металла, который образовался в результате наплавления:

нормальное;
усиленное;
ослабленное.

Обычно нет строгого разделения по всем типам классификаций. При работе сварные соединения могут быть прямолинейные стыковые усиленные. То есть сочетания могут быть самыми разнообразными, в зависимости от сложности металлической конструкции, требований жесткости и надежности, наличия расходных материалов, а также мастерства сварщика.

Характеристика сварных соединений

Основные типы сварных соединений.

В зависимости от того, каким должен получиться в итоге, необходимо учитывать особенности его выполнения и технологию исполнения.

Стыковые сварные соединения представляют собой соединение деталей путем сплавления между собой. Детали располагают в одной плоскости и чаще всего применяют дуговую сварку. При этом такие швы могут быть использованы для соединения деталей с различной кромкой. Обработка кромки для сваривания зависит от толщины листа. Если в процессе выполнения работ требуется соединить детали различной толщины, то более толстый край должен быть скошен под размер меньшего. Это обеспечивает надежный шов.

По типу краев, которые участвуют при сваривании, стыковые сварные соединения можно разделить на:

детали, которые не имеют скоса кромки. Они должны быть толщиной 3-5 мм;
элементы, которые имеют криволинейную кромку;
детали с кромкой, образующей букву «U», их толщина составляет 20-60 мм;
детали, у которых кромка имеет вид «Х», толщина металла 12-40 мм.

Более подробно о соединениях

Стыковые сварные швы обладают самым низким значением напряжения, менее склонны к деформациям. Это обуславливает частое их применение. При выполнении стыкового соединения расход металла является минимальным, сама подготовка к работе должна выполняться тщательно и скрупулезно.

Тавровые элементы представляют собой соединения деталей из металла, когда одна из них расположена перпендикулярно к другой. Получается стык в виде буквы «Т». При таком типе сам шов может располагаться как с одной из сторон, так и с двух. Все зависит от требований жесткости, технической и конструктивной возможности произвести работы. Тавровые системы используются для сборки каркасов для ферм, различных видов колонн, стоек. Кроме того, такое соединение хорошо применять для сварки балок.

Угловые соединения выполняют в тех случаях, где элементы в конструкции не будут нести значительных напряжений. Например, при сварке емкостей, резервуаров. Чтобы обеспечить необходимую надежность и прочность, толщина свариваемого металла не должна превышать 1-3 мм. При угловом соединении детали прикладывают друг к другу под необходимым углом и сваривают. Величина угла не имеет значения. Шов проделывают двухсторонним сплошным таким образом, чтобы в него не могла проникнуть влага.

Нахлесточные соединения образуются тогда, когда детали расположены параллельно друг к другу. Шов при этом находится на боковых поверхностях металлических элементов. Кромки металла не нуждаются в дополнительной обработке, в отличие от стыкового метода. Расходы металла как основного, так и наплавляемого будут значительными.

Толщина самой конструкции при такой обработке составляет не более 12 мм. Для исключения проникновения влаги в само соединение его необходимо выполнять двухсторонним.

Швы при тавровом, нахлесточном, угловом соединении могут исполняться в виде маленьких отрезков, то есть точечным методом. Если надо сделать предварительные наплавления, то они выполняются круглой формы. Т.е. образуются при полном проплавлении одной из детали и частично другой.

Дополнительные моменты

Известные способы выполнения дуговой сварки без дополнительной обработки кромок могут быть произведены при толщине металла 4 мм при ручном виде работ, 18 мм – при механизированной работе. Поэтому если требуется сварить детали значительной толщины, используя ручную дуговую методику, то кромки необходимо дополнительно обрабатывать.

К элементам геометрии соединения можно отнести зазор, который присутствует между элементами, угол разделки, скоса и отклонение деталей, участвующих в сварке по отношению друг к другу. Угол скоса определяет угол разделки, который является определяющим для обеспечения необходимого доступа дуги на всю глубину шва, значит, полноценного выполнения самого шва. Величина угла в зависимости от типа соединения и метода обработки в основном колеблется в пределах 20-60 ° с допуском в 5 °. Величина зазора составляет 0-4 мм.