Сварочные швы — типы стыков, способы и техника нанесения

Сварочные швы представляют собой зону соединяемых заготовок, которая подвергается непосредственному тепловому воздействию пламени, электрической дуги/плазмы или лазерного луча. По внешнему виду сварного соединения судят о квалификации сварщика, о технологическом предназначении конструкции и даже о способе сварки.

Что такое сварочный шов

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: сварочный шов – 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.

Структура шва

Типовой сварочный шов включает в себя:

1. Зону наплавленного металла (из сварочного электрода или из основного металла соединенных между собой заготовок).
2. Зону механического сплавления.
3. Зону термического влияния.
4. Переходную зону к основному металлу.

При рассматривании шлифа сварного шва в любой металлографический микроскоп разграниченность вышеперечисленных зон определяется весьма четко. Исключение составляют лазерные технологии соединения тонкостенных и мелких деталей, когда из-за точной локализации светового потока некоторые зоны могут отсутствовать.

Зона наплавленного металла представляет собой сплошную литую структуру, формирование которой происходит с момента начала расплавления электрода или заготовки. На обычных микрошлифах эту зону рассмотреть невозможно вследствие особой мелкой дисперсности частиц, которые ее составляют. Зона отличается наибольшей твердостью, но часто имеет поверхностные дефекты, обусловленные совместным действием сварочных шлаков, кислорода воздуха, остатков сварочного флюса и т.д.

Протяженность зоны механического сплавления связана с термодиффузионной активностью металлов соединяемых деталей. При интенсивном проникновении одного металла в другой глубина зоны сплавления может достигать 40-50% от объема литой зоны. Состав зоны неоднороден: наряду со структурами основного металла, там могут присутствовать интерметаллидные соединения углерода и азота с легирующими элементами, которые имеются в основном металле. Чаще всего в этой зоне встречаются грубодисперсные карбиды вольфрама, хрома, железа, а также более мелкие по размерам нитриты тех же металлов.

Зона термического влияния по своей структуре напоминает поверхностные зоны термически обрабатываемого металла в условиях скоростной и поверхностной закалки или упрочнения. Непосредственно к объемам механического сплавления примыкает так называемый «белый слой» — нетравящаяся часть металла этой зоны. Твердость белого слоя — максимальна и часто превосходит показатели зоны механического сплавления. Причиной тому являются тепловые процессы, энергии которых уже недостаточно для расплавления, но вполне хватает для сверхскоростной закалки (особенно, если сварка ведется под слоем инертного газа). Далее по глубине располагаются зоны структурных превращений, состав которых зависит от марки стали. Например, после сварки нержавеющих сталей основной составляющей рассматриваемой зоны является аустенит, для инструментальных сталей — мартенсит и т.д.

В переходной к основному металлу зоне присутствуют структуры троостита, остаточного аустенита, перлита и других составляющих, которые формируются в условиях сравнительно небольших температурных перепадов.

Качество сварки определяется скачками твердости и структурной однородности: чем они меньше, тем долговечнее и прочнее будет сварочный шов.

Таким образом, структура сварного шва является неоднородной, а сопоставительный анализ ее основных физико-механических характеристик (твердости, прочности, однородности и пр.) определяет качество сварного соединения.

Какие бывают сварочные швы и соединения, классификация

В таблице 1 приведены основные типы  сварочных соединений, сгруппированные по форме поперечного сечения.

№ п/п	Сварные соединения и швы	Особенности расположения	Основное применение	Примечание
1	Стыковые	Соединяемые детали, элементы находятся в одной плоскости.	Сварка конструкций из листового металла, резервуаров и трубопроводов.	Экономия расходных материалов и времени на сварку, прочность соединения. Тщательная подготовка металла и выбор электродов.
2	Угловые	Соединяемые детали, элементы расположены под любым углом относительно друг друга.	Сварка емкостей, резервуаров.	Максимальная толщина металла 3 мм.
3	Нахлесточные	Параллельное расположение деталей.	Сварка конструкций из листового металла до 12 мм.	Большой расход материала без тщательной обработки.
4	Тавровые (буквой Т)	Торец одного элемента и боковая часть другого находятся под углом	Сварка несущих конструкций.	Тщательная обработка вертикального листа.
5	Торцовые	Боковые поверхности деталей примыкают друг к другу	Сварка сосудов без давления	Экономия материала и простота исполнения

По способу выполнения:

• Двухсторонние – сварка с двух противоположных сторон с удалением корня первой стороны;
•  Однослойные – выполнение за один «проход», с одним наплавленным валиком;
•  Многослойные – число слоев равно числу «проходов». Применяется при большой толщине металла.

По степени выпуклости:

• Выпуклые – усиленные;
• Вогнутые – ослабленные;
•  Нормальные – плоские.

На выпуклость шва влияют используемые сварочные материалы, режимы и скорость сварки, ширина разделки кромок.

По положению в пространстве:

• Нижние – сварка ведется под углом 0° – наиболее оптимальный вариант, высокие производительность и качество;
•  Горизонтальные – сварка ведется под углом от 0 до 60°      требуют повышенной
•  Вертикальные- сварка ведется под углом от 60 до 120°         квалификации сварщика;
•   Потолочные – сварка ведется под углом от 120 до 180° – наиболее трудоемкие, небезопасные, сварщики проходят специальное обучение.

По протяженности:

•  Сплошные – самые распространенные;
•  Прерывистые – негерметичность конструкции.

Виды сварных соединений и швов по взаимному расположению:

•  Расположены по прямой линии;
•  Расположены по кривой линии;
•  Расположены по окружности.

По направлению действующего усилию и вектору действия внешних сил:

• фланговые – вдоль оси сварного соединения;
• лобовые – поперек оси сварного соединения;
• комбинированные – сочетание фланговых и лобовых;
• косые –под некоторым углом к оси сварного соединения.

Виды сварных швов по форме свариваемых изделий:

• на плоских поверхностях;
• на сферических.

Виды швов зависят также от толщины рабочего материала и от длины самого стыка:

• короткие – не > 25 см, при этом сварка производится способом «за один проход»;
• средние – длиной < 100 см – используется обратно-ступенчатый способ сварки, при этом строчка разбивается на малые отрезки длиной в 100-300 мм;

Все протяженные швы обрабатываются обратно-ступенчатым способом, от центра к краям.

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.

Швы по положению в пространстве

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

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

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

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

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

Классификация швов по положению в пространстве.

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.

Советы от профессионалов

Мастера, которые с легкостью создают дорожки любой сложности и в любом положении делятся некоторыми советами с начинающими сварщиками, которые не понимают, почему у них не получается то или иное соединение:

• важно сохранить одинаковую ширину зазора вдоль всего шва, тогда он будет качественным и надежным;
• нельзя нарушать расстояние между деталью и электродом, так как при потере дуги деформируется соединение;
• электрод или горелку нужно держать под наклоном 60-75 градусов по отношению ко шву, таким образом, быстро кристаллизируется металл без потеков;
• при работе на вертикальной поверхности лучше варить снизу вверх, так получится избежать растекания металла, образующегося при сварке.

В завершение нужно отметить, что мы рассмотрели базовые методики, как сделать хороший шов. Детальнее можно ознакомится в следующем ролике:

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.

Скачать ГОСТ

ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

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 дефект, влияющий на прочность соединения.

Причины:

• 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.

Некоторые советы по сварке различных соединений

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

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

Однопроходные и многопроходные швы.

Главный начальный этап – это грамотная подготовка нужного оборудования.

Вот что нужно подготовить для электрической дуговой сварки:

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

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

Итог

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

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

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...