Типы сварных соединений

По профильным данным сечения

Если любое стыковое соединение разрезать, то можно точно определить вид шва по этой классификации:

• Выпуклый. Применяется для изделий, испытывающих статическую нагрузку. Считается усиленным. При выполнении такого шва используется большое количество электродов.
• Вогнутый. Характерен для конструкций с динамической и знаковопеременной нагрузкой. Считается ослабленным.
• Нормальный. Рекомендуется применение, как и для вогнутого.

Тавровые и угловые типы сварных соединений подразумевают ещё одну разновидность шва – специального. Если рассмотреть его в разрезе, то будет видно, что один из катетов будет больше, т. е. получается неравнобедренный треугольник. Используется для изделий с переменной нагрузкой. Снижает напряжение.

Дефекты сварных швов

Причинами возникновения дефектов могут быть:

• Некачественный материал или неисправность применяемого оборудования.
• Ошибки при проведении производственного процесса, недостаточная квалификация сварщика.
• Нарушение технологического процесса. Выбор электродов неправильного размера, включение на оборудовании несоответствующего виду сварки режима, колебания напряжения в электросети, неподходящая скорость процесса.
• При проведении сварки на свежем воздухе могут неблагоприятно подействовать плохие погодные условия.

Виды дефектов, в зависимости от места возникновения:

• Наружные дефекты хорошо видны при визуальном осмотре. К ним относятся наплывы, трещины, выпуклости и углубления, подрезы, свищи. Сюда же и относится наличие в сварном шве участков, различающихся по ширине, а при угловых соединениях — разная величина катетов.
• Внутренние (непровар, поры, трещины). Причины возникновения — недостаточно качественный основной материал, нарушение технологии сварки.
• Сквозные (поры, проходящие всю толщину шва) также можно обнаружить при визуальном осмотре.

Виды дефектов сварного шва и причины образования:

ГОСТ 5264-80 (Ручная дуговая сварка. Соединения сварные), ГОСТ 30242-97 (Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения) четко регламентируют требования к сварным швам, определяют, какие дефекты в каких швах допустимы.

Особенности

1. Если имеется малая толщина материала, которая составляет от 3 до 25 мм, то необходимо применять одностороннюю V-образную разделку. Скос можно выполнить на 2 торцах или только на одном.
2. Если металл имеет толщину в 12−60 мм, то лучше всего сваривать с двухсторонней X-образной разделкой.
3. Для толщины в 20−60 мм желательно использовать расход металла при U -образной разделке. Так будет намного экономнее. Скос можно выполнить по двум или одному торцам. Тогда притупление составит 1 или 2 мм, а значение зазора равняется двум миллиметры.
4. Если имеется большая толщина металла, то наиболее эффективным способом является щелевая разделка.

Чтобы произвести качественное сварное соединение необходимо правильно выбрать процедуру, поскольку всё это будет влиять на несколько факторов шва:

1. Работоспособность.
2. Прочность и качество соединения.
3. Экономичность.

Требования государственного стандарта

Нормативный стандарт ФНП определяет основные требования, предъявляемые к сварочным работам. В нем дается пояснение, какие бывают сварочные швы, и описываются требования к каждому из них. В содержании документа находится обоснование, каким именно требованиям должны соответствовать разные виды сварных соединений и типы швов.

В нормативных документах также поясняются обозначения, которые имеют все сварные соединения и виды сварки. В них необходимо разбираться всем исполнителям. Соблюдение этих требований является гарантией того, что швы сварных соединений получатся крепкими и надежными.

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».

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

Дополнительные технологии

Соединение сваркой может производиться с применением различных дополнительных технологий. К основным видам относятся следующие:

1. Подварочный. Предварительный шов. Предотвращает прожоги при осуществлении основного процесса.
2. Прихватка. Фиксирует детали, приготовленные для процесса сваривания.
3. Временный. Скрепляет заготовки на необходимое время, а затем удаляется.
4. Монтажный сварной шов. Применяется при монтаже всевозможных конструкций.

Дополнительные технологии облегчают проведение основного процесса и увеличивают положительные характеристики сварных швов.

Условное изображение сварных швов на чертежах согласно ГОСТ 2.312-72 “Условные изображения и обозначения швов сварных соединений”

В соответствии со стандартом ГОСТ 2.312-72 для условного изображения сварного шва независимо от способа сварки используется два типа линий: сплошная, если шов видимый или штриховая, если шов невидимый.

На линию шва указывает односторонняя стрелка.

Стрелка может выполняться с полкой для размещения условного обозначения шва и при необходимости вспомогательных знаков. Условное обозначение размещают над полкой, если стрелка указывает на лицевую сторону сварного шва (т.е. если он видимый), или под полкой, когда шов расположен с обратной стороны (т.е. если шов невидим). При этом, за лицевую сторону одностороннего шва сварного соединения принимают сторону, с которой производят сварку. За лицевую сторону двухстороннего шва сварного соединения с несимметрично подготовленными кромками принимают сторону, с которой производят сварку основного шва. За лицевую сторону двухстороннего шва сварного соединения с симметрично подготовленными кромками может быть принята любая сторона.

Вспомогательные знаки.

На приведенной ниже схеме показана структура условного обозначения стандартного сварного шва.

Буквенно–цифровое обозначение шва по соответствующему стандарту представляет собой комбинацию состоящую из буквы определяющей тип сварного соединение и цифры указывающей вид соединения и шва, а также форму разделки кромок. Например: С1, Т4, Н3.

Для обозначения сварных соединений используются следующие буквы:

• С – стыковое;
• У – угловое;
• Т – тавровое;
• Н – нахлесточное;
• О – особые типы, если форма шва не предусмотрена ГОСТом.

Условные обозначения швов для некоторых способов сварки представлены в таблице:

Обозначения способа сварки (А, Г, УП и другие) указывается в стандарте, по которому выполняется указанный на чертеже процесс сварки.

Условные обозначения некоторых способов сварки представлены ниже, например:

• А – автоматическая сварка под флюсом без применения подкладок и подушек и подварочного шва;
• Аф – автоматическая сварка под флюсом на флюсовой подушке;
• ИН – сварка в инертных газах вольфрамовым электродом без присадочного металла;
• ИНп – сварка в инертных газах вольфрамовым электродом, но с присадочным металлом;
• ИП – сварка в инертных газах плавящимся электродом;
• УП – сварка в углекислом газе плавящимся электродом.

Меры безопасности

Сварка является опасным видом деятельности для здоровья и жизни человека. Поэтому без применения средств индивидуальной защиты при таких работах не обойтись. Сварка сопровождается целым рядом вредных факторов: излучение, газы, расплавленные капли металла. Поэтому потребуется следующий комплект СИЗ:

• Костюм. Производится из брезентовых тканей.
• Ботинки сварщика или сапоги. При этом шнурки должны быть закрытыми.
• Очки, маска сварщика.
• Респиратор от сварочных газов.
• Рукавицы брезентовые.

Как видим, понадобится достаточно серьёзный комплект. Но именно он поможет уберечься от ожогов, потери зрения, отравления. Поэтому его использование является необходимым.

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.

В каких случаях появляется непровар:

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

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.

Условные обозначения

Сварные швы по ГОСТ 5264-80 имеют обозначение на чертеже с указанием характеристики соединения, разделки и варианта исполнения. Буквенно-числовое обозначение располагается на полке стрелки, которая указывает на шов. Расшифровка указывает:

1. ГОСТ, по которому изготавливается деталь.
2. Буквенно-числовое обозначение.
3. Способ сварки, аппарат.
4. Катет.
5. Для прерывистых швов длина провариваемых участков.

На чертеже видимые швы прочерчиваются жирной линией, невидимые – пунктиром. На боковом изображении прорисовывается форма выступающей за пределы поверхности соединенных элементов части шва.

Буква с числом – обозначение характера стыка электродуговой сварки:

• соединенные встык, С1 – С25;
• торцами под углом, У1 – У10;
• тавровые , Т1 – Т11;
• нахлесточные и накладные, Н1 – Н3.

Для швов, производимых на полуавтоматах, в среде защитных газов и другими способами вид соединения обозначается теми же буквами. Отличие технологии сварки определяется цифрами и выполняется о другим нормативным документам. Например, если применяется защитный газ, указывается ГОСТ 14771-76.

В конце маркировки характеристики соединения  при необходимости устанавливают дополнительные обозначения. Наклонная линия характеризует прерывистый шов стыкового соединения. Z ставят на тавровый стык и накладное соединение с шахматным расположением провариваемых отрезков.

Металлоконструкция имеет по контуру замкнутые,  незамкнутые  соединения. Они обозначаются кругом и квадратом без одной стороны. Марка свариваемого материала может указываться в маркировке или технологической карте.

Начальник конструкторского бюро проектирования крупных металлоконструкций завода ХСМК Долгополов С. В.: Если при изготовлении детали используются однотипные швы, обозначение может быть упрощено до стрелки с небольшой полкой. Она может иметь только схематическое обозначение характеристики шва и даже не иметь полки, только стрелка. Определить расположение соединения, с какой стороны от проекции чертежа оно находится, проще всего по маркировке: над линией видимый шов, невидимый – ГОСТ и все характеристики пишутся под линией полки».

Зоны сварного соединения

Это такие соединения, которые получаются в процессе сварочной работы. Их разделяют на несколько зон:

1. Сплавочное место. Так называют границу между основным материалом и металлом полученного шва. Именно в этом месте будут находиться зёрна, которые будут отличаться своей структурой от состояния основного вида материала. Это происходит из-за того, что имеется частичное расплавление материала во время сварной работы.
2. Область термического влияния. Так называется зона основного материала, которая не подвергается оплавлению, хотя процесс нагрева произошёл, и структура изменилась.
3. Сварочный шов. Это такой участок, который будет образовываться во время процесса кристаллизации. Всё это происходит, когда металл начинает остывать.

Понятие катета и общепринятые нормативы

Формирование сварного шва начинается сразу с расплавом металла и заканчивается после его полного остывания. Принятой классификацией предусмотрена группировка сварных соединение по нескольким признакам:

• форма шва;
• длина;
• способ соединения заготовок;
• ориентация стыка в пространстве (вертикальный, горизонтальный и т.п.);
• количество положенных слоев.

В положениях ГОСТа есть определение каждого типа соединения, его основные характеристики, включая и катет сварочного шва.

Катетом принято считать сторону равнобедренного треугольника, который можно вписать в поперечное сечение сварочного шва. На рисунке данный параметр показан наглядно.

Важно правильно уметь рассчитывать его величину, так как от этого зависит прочность соединения. Если операции выполняются с заготовками разной толщины, то площадь сечения рассчитывается для более тонкой ее части

Умышленное увеличение катета расчетным путем не приведет ни к чему хорошему, поскольку никак не укрепит сварочный шов. В конечном итоге неоправданные манипуляции приведут к деформации конструкции.

В профессиональной литературе есть справочники, позволяющие проверить размер катета при помощи специальных шаблонов.

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.

Разделка кромок под сварку

Сварной шов получится качественным после тщательно проведенных подготовительных работ. Они необходимы перед сваркой конструкций, толщина элементов которой превышает 5 миллиметров. При односторонней сварке. Подготовительная операция называется разделка кромок. Правила и качество таких работ определяется требованиями ГОСТ. Снятие загрязнений всего края должна производиться на расстоянии минимум 20 миллиметров до места будущей сварки.

Основными видами этой операции являются:

• посредством тщательной разделки;
• без предварительной разделки;
• так называемая отбортовка.

Подготовка кромок и их параметры

Подготовка осуществляется вручную (используя напильник, наждачную бумагу, щётку для металла) или применяя электрический инструмент (дрели, оснащённые необходимыми насадками, шлифовальные машины, заводское оборудование).

Для металла толщиной начиная 3 мм, заканчивая 26 мм, используется V-образный односторонний или двусторонний тип скоса края. Для металла толщиной от 12 до 60 мм делается Х-образный тип скоса.

Порядок подготовки кромок

Установлен порядок подготовки материала к последующей работе с любым типом сварных соединений. Он включает следующие пункты:

• зачистка края металла (снимаются любые загрязнения, налёты, коррозия);
• снятие необходимых фасок (эта операция зависит от способа, используемого при сварке);
• подготовка зазора (величина, качество должны соответствовать определённому типу).

Зачистка края металла

Параметры подготовки кромок

Чтобы правильно выполнить подготовку необходимо выдержать следующие параметры:

• величина угла разделки края;
• размер интервала между краями образующими надёжный контакт;
• степень притупления края заготовки.

Форма и протяженность

Форма шва может быть выпуклой, ровной (плоской). Иногда появляется необходимость сделать вогнутую форму. Выпуклые соединения предназначены для усиленной нагрузки.

Вогнутые места сплавов хорошо выдерживают динамические нагрузки. Универсальностью характеризуются плоские швы, которые делают чаще всего.

По протяженности швы бывают сплошными, не имеющими интервалов между сплавленными соединениями. Иногда достаточно швов прерывистого типа.

Интересной промышленной разновидностью прерывистого шва является соединение, которое образует контактная шовная сварка. Делают ее на специальном оборудовании, оснащенном дисковыми вращающимися электродами.

Часто их называют роликами, а такой вид сварки – роликовой. На таком оборудовании можно выполнять также сплошные соединения. Полученный шов очень прочен, абсолютно герметичен. Способ используют в промышленных масштабах для изготовления труб, емкостей, герметичных модулей.

https://youtube.com/watch?v=z1m34-RYFb0

Из чего состоит сварочное соединение

Сварочное соединение состоит из следующих элементов:

1. Непосредственно сварной шов – зона стыка деталей.
2. Зона сплавления.
3. Зона термического влияния сварочного аппарата – это участок металла, где заметны термические изменения в результате воздействия сварки.
4. Основной металл – остальная площадь металлических деталей, которые соединили с помощью сварки.

Иногда путают термины «сварное соединение» и «сварочный шов». Неразъемное соединение двух или более металлических элементов называют сварным соединением. Шов – это зона, где стыкуются две металлические детали. В свою очередь, сварочное соединение является частью сварной конструкции – металлической конструкции, состоящей из нескольких элементов, сваренных в одно целое.

При выполнении сварки в несколько слоев, выделяют также корневой шов – это самый первый сварочный слой, расположенный глубже других. При его выполнении воздействие должно быть максимальным и по возможности – непрерывным.

Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка – это сварка покрытым металлическим электродом, к которому подводится сварочный ток для образования и поддержания электрической дуги. Дуга зажигается при кратковременном прикосновении конца электрода к свариваемому изделию.

Схема процесса ручной дуговой сварки:

	1) Закристаллизовавшийся метал шва.
2) Затвердевший шлак.
3) Сварочная ванна.
4) Газовая атмосфера дуги.
5) Электродный стержень.
6) Покрытие электрода.
7) Капли расплавленного электродного метала.
8) Глубина проплавления.
9) Свариваемое изделие.
10) Направление сварки.

Более подробно рассмотрим все процессы, происходящие в процессе сварки:

• Под действием электрической дуги расплавляется металлический стержень электрода и металл свариваемого изделия. Электродный металл в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну, где смешивается с основным металлом, а расплавленный шлак всплывает на поверхность.
• Шлак, покрывая капли расплавленного электродного металла и поверхность сварочной ванны, препятствует их взаимодействию с воздухом, а также способствует очищению расплавленного металла от примесей.
• При плавлении покрытия электрода вокруг дуги и над сварочной ванной образуется газовая атмосфера, оттесняющая воздух из зоны сварки для предотвращения его взаимодействия с расплавленным металлом.
• Завершающий шаг — металл сварочной ванны кристаллизуется и образуется шов.