4 вида сварочных швов: описание и свойства каждого

Рисунок 1 — Основные типы сварных соединений: а — стыковые; б — тавровые; в — угловые; г — нахлесточные
Сварные швы подразделяют по форме поперечного сечения на стыковые (рисунок 2.а) и угловые (рисунок 2.б). Разновидностью этих типов являются швы пробочные (рисунок 2.в) и прорезные (рисунок 2.г), выполняемые в нахлесточных соединениях. По форме в продольном направлении различают швы непрерывные и прерывистые.

С помощью стыковых швов образуют в основном стыковые соединения (рисунок 1.а), с помощью угловых швов — тавровые, крестовые, угловые и нахлесточные соединения (рисунок 1.б — 1.д), с помощью пробочных и прорезных швов могут быть образованы нахлесточные и иногда тавровые соединения.

Стыковые швы, как правило, выполняют непрерывными; отличительным признаком для них обычно служит форма разделки кромок соединяемых деталей в поперечном сечении. По этому признаку различают следующие основные типы стыковых швов: с отбортовкой кромок (рисунок 3.а); без разделки кромок — односторонние и двусторонние (рисунок 3.б); с разделкой одной кромки — односторонней, двусторонней; с прямолинейной или криволинейной формой разделки (рисунок 3.в); с односторонней разделкой двух кромок; с V- образной разделкой (рисунок 3.г); с двусторонней разделкой двух кромок; Х-образной разделкой (рисунок 3.д). Разделка может быть образована прямыми линиями (скос кромок) либо иметь криволинейную форму (U-образная разделка, рисунок 3.е).

Рисунок 2 — Основные типы сварных швов: а — стыковые; б — угловые; в — пробочные; г — прорезные

Стыковое соединение наиболее распространено в сварных конструкциях, поскольку имеет ряд преимуществ перед другими видами соединений. Его применяют в широком диапазоне толщины свариваемых деталей от десятых долей миллиметра до сотен миллиметров почти при всех способах сварки. При стыковом соединении на образование шва расходуется меньше присадочного материала, легко и удобно контролировать качество.

Угловые швы различают по форме подготовки свариваемых кромок в поперечном сечении и сплошности шва по длине.

По форме поперечного сечения угловые швы могут быть без разделки кромок (рисунок 4.а), с односторонней разделкой кромки (рисунок 4.б), с двусторонней разделкой кромок (рисунок 4.в). По протяженности угловые швы могут быть непрерывными (рисунок 5. а) и прерывистыми (рисунок 5.б), с шахматным (рисунок 5.в) и цепным (рисунок 5.г) расположением отрезков шва. Тавровые, нахлесточные и угловые соединения могут быть выполнены отрезками швов небольшой протяженности — точечными швами (рисунок 5.д).

Рисунок 4 — Подготовка кромок угловых швов тавровых соединений: а — с отбортовкой кромок; б — без разделки кромок; в, г, д, е — с разделками кромок

Рисунок 4 — Подготовка кромок угловых швов тавровых соединений: а — без разделки кромок; б, в — с разделкой кромки

Пробочные швы по своей форме в плане (вид сверху) обычно имеют круглую форму и получаются в результате полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листов (рисунок 6.а) — их часто называют электрозаклепками — либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное в верхнем листе отверстие (рисунок 6.б).

Рисунок 5 — Угловые швы тавровых соединений

Рисунок 6 — Форма поперечного сечения пробочных и прорезных швов

Прорезные швы, обычно удлиненной формы, получаются путем приварки верхнего (накрывающего) листа к нижнему угловым швом по периметру прорези (рисунок 6. в). В отдельных случаях прорезь может заполняться и полностью.

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента (рисунок 7): зазор b, притупление с, угол скоса кромки в и угол разделки кромок а, равный в или 2в.

Существующие способы дуговой сварки без разделки кромок позволяют сваривать металл ограниченной толщины (при односторонней сварке ручной — до 4 мм, механизированной под флюсом — до 18 мм). Поэтому при сварке металла большой толщины необходимо разделывать кромки. Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла разделки кромок, что необходимо для доступа дуги вглубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину.

Рисунок 7 — Конструктивные элементы разделки кромок и сборки под сварку

Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа сварки и типа соединения изменяется в пределах от (60±5) до (20±5) градусов. Тип разделки и величина угла разделки кромок определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, производительность сварки. Так, например, Х- образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6 — 1,7 раза. Уменьшается время на обработку кромок. Правда, в этом случае возникает необходимость вести сварку с одной стороны шва в неудобном потолочном положении или кантовать свариваемые изделия.

Притупление с обычно составляет (2 ± 1) мм. Его назначение — обеспечить правильное формирование и предотвратить прожоги в вершине шва. Зазор b обычно равен 1,5 — 2 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара вершины шва, но в отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8 — 10 мм и более.

Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой стороны (усиление шва), так и с обратной стороны, т. е. форма обратного валика. В стыковых и особенно односторонних швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.

Сварные швы классифицируют по ряду признаков. По внешнему виду швы делят на выпуклые, нормальные, вогнутые (рисунок 8). Как правило, все швы выполняют с небольшим усилением (выпуклыми). Если требуются швы без усиления, это должно быть указано на чертеже. Ослабленными (вогнутыми) выполняют угловые швы, что также отмечается на чертеже. Такие швы требуются для улучшения работы сварных соединений, например при переменных нагрузках. Стыковые швы ослабленными не делают, вогнутость в этом случае является браком. Увеличение размеров сварных швов по сравнению с заданными приводит к увеличению массы свариваемой конструкции и перерасходу электродов. В результате возрастает себестоимость сварных конструкций, повышается трудоемкость сварочных работ.

Рисунок 8 — Классификация швов по внешнему виду: а — выпуклые; б — нормальные; в — вогнутые

Большое значение также имеет образование плавного перехода металла лицевого и обратного валиков к основному металлу, так как это обеспечивает высокую прочность соединения при динамических нагрузках. В угловых швах также бывает трудно проварить корень шва на всю его толщину, особенно при сварке наклонным электродом. Для этих швов рекомендуется вогнутая форма поперечного сечения шва с плавным переходом к основному металлу, что снижает концентрацию напряжений в месте перехода и повышает прочность соединения при динамических нагрузках.

По числу слоев и проходов различают однослойные, многослойные, однопроходные, многопроходные швы (рисунки 9, 10).

Рисунок 9 — Классификация швов по выполнению: а — односторонние; б — двусторонние

Рисунок 10 — Классификация швов по числу слоев и проходов: I — IV — число слоев; 1 — 8 — число проходов

Слой сварного шва — часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик — металл сварного шва, наплавленный или переплавленный за один проход.

При сварке каждый слой многослойного шва отжигается при наложении последующего слоя. В результате такого теплового воздействия на металл сварного шва улучшаются его структура и механические свойства. Толщина каждого слоя в многослойных швах примерно равна 5 — 6 мм.

По действующему усилию швы делят на продольные (фланговые), поперечные (лобовые), комбинированные, косые (рисунок 11). Лобовой шов расположен перпендикулярно к усилию Р, фланговый — параллельно, а косой — под углом.

Рисунок 11- Классификация швов по действующему усилию: а — продольные (фланговые); б — поперечные (лобовые); в — комбинированные; г — косые

По положению в пространстве различают нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы (рисунок 12). Отличаются они друг от друга углами, под которыми располагается поверхность свариваемой детали относительно горизонтали. Наиболее труден для исполнения потолочный шов, лучше всего шов формируется в нижнем положении. Потолочные, вертикальные и горизонтальные швы приходится обычно выполнять при изготовлении и особенно при монтаже крупногабаритных конструкций.

Примеры обозначения сварных швов по их положению в пространстве даны на рисунке 13.

Рисунок 12 — Классификация сварных швов по их положению в пространстве

Рисунок 13 — Обозначение сварных швов по их положению в пространстве: Н — нижние; П — потолочные; Пп — полупотолочные; Г — горизонтальные; Пв — полувертикальные; В — вертикальные; Л — в лодочку; Пг — полугоризонтальные

Наклон электрода

Сварочные швы классифицируют по нескольким признакам. Виды и типы сварочных соединений нужно рассматривать последовательно, вникая в тонкости процесса. НА шов влияет расположение, направление и траектория движения электрода.

После закрепления выбранного электрода в фиксаторе, установки тока, подключения полярности начинается процесс сваривания.

У каждого мастера есть свой предпочтительный угол наклона электрода. Многие считает оптимальным значение 70 ° от горизонтальной поверхности.

От вертикальной оси при этом образуется угол, равный 20 °. Некоторые работают под максимальным углом 60 °. В целом, в большинстве учебных рекомендаций присутствует диапазон значений от 30 ° до 60 ° от вертикальной оси.

В определенных ситуациях, при сварке в труднодоступных местах, нужно ориентировать электрод строго перпендикулярно относительно поверхности свариваемого материала.

Перемещать электрод можно тоже по-разному, в противоположных направлениях: от себя или к себе.

Если материал требует глубокого прогрева, то электродом ведут к себе. В след за ним в направлении сварщика тянется рабочая зона. Образующийся шлак накрывает место сплава.

Если работа не предполагает сильного прогревания, то электрод перемещают от себя. За ним «ползет» сварочная зона. Глубина разогрева при таком исполнении шва минимальна. С направлением вопрос ясен.

Электрическая дуга

Электрическая дуга – это пространство, которое находиться между поверхностью и электродом в момент максимального нагрева. Его должно хватить для появления электрического разряда. Первое, что учатся делать сварщики на практике – это её контроль. Есть 3 дуговых промежутка во время сварки:

1. Короткий (0,1-0,15 см). Главным отличием этой дуги является то, что металл плохо нагревается по ширине. На краях шва образовывается небольшое углубление, что показывает низкое качество.
2. Длинный (0,35 – 0,6 см). Дуга периодически гаснет, что отмечает также недостаточный прогрев. Также на выходе получается брак.
3. Нормальный (0,2-0,3 см). Вариант, подходящий для сварщика, который только учится работать с аппаратом.

Важно помнить, что от длины дуги зависит её напряжение, а также с её помощью устанавливается правильная или нет структура шва.

Нормальная дуга Источник atl-met.ru

Траектория движения

Особое влияние на шов оказывает траекторию движения электрода. Она в любом случае имеет колебательный характер. Иначе две поверхности сшить не удастся.

Колебания могут быть похожи на зигзаги с разным шагом между острыми углами траектории. Они могут быть плавными, напоминающими движение по смещенной восьмерке. Траектория может быть подобна елочке или прописной букве Z с вензелями вверху и внизу.

Идеальный шов имеет постоянную высоту, ширину, равномерный внешний вид без дефектов в виде кратеров, подрезов, пор, непроваров. Название возможных изъянов говорит само за себя. Хорошо отработав умения, можно успешно накладывать любой шов, сваривать разнообразные металлические детали.

Результаты нарушения технологии сварочных работ

При нарушении технологии сварочных работ в месте соединения могут возникнуть:

• Прожоги (подрезы) – зоны критического нагрева металла, в которых под воздействием высоких температур начались различные химические реакции (кристаллическая коррозия и др.);
• Непровары – зоны, в которых температура оказалась недостаточной для взаимного проникновения краёв друг в друга и образования единой монолитной структуры;
• Несплавление – соединяемые края не нагрелись до температуры плавления и не сплавились друг с другом;
• Шлаковое засорение – точки концентрация шлаковых веществ, проникших в жидком состоянии из некачественных электродов в сварочную ванну и по застывании образовавших инородные кристаллические вкрапления;
• Поры появляются из-за брызжущего металла вследствие внезапно возникших пиковых температур в сварочной ванне;
• Трещины появляются из-за некачественного соединения двух сортов стали, имеющих разную температуру плавления;
• Микрополости возникают из-за неравномерного нагрева и остывания металла.

Нормативы и понятие катета

Сварной шов начинает формироваться в рабочей зоне при расплавленном состоянии металлов, и окончательно образуется после застывания.

Существующая классификация группирует швы по различным признакам: типу соединения деталей, образующейся форме шва, его протяженности, количеству слоев, ориентации в пространстве.

Типы возможных сварных соединений отображены в стандарте для ручной и дуговой сварки ГОСТ 5264. Соединения, выполняемые дуговой сваркой в атмосфере защитного газа нормированы документом ГОСТ 14771.

В ГОСТах имеется обозначение каждого сварного соединения, а также таблица, содержащая основные характеристики, в частности значения катета сварочного шва.

Что такое катет, понять достаточно просто, взглянув на рисунок соединяемых деталей. Это сторона умозрительного равнобедренного треугольника максимальных размеров, который поместится в поперечном сечении шва. Правильно рассчитанное значение катета гарантирует прочность соединения.

У деталей неравномерной толщины за основу берут площадь сечения детали в самой тонкой ее части. Не следует пытаться неоправданно увеличивать катет. Это может привести к деформации сваренной конструкции. К тому же увеличится расход материалов.

Проверка размеров катета проводится с помощью универсальных справочных шаблонов, представленных в специальной литературе.

Потолочный шов

Теперь можно разобраться с тем, как варить потолочный шов электросваркой. Его необходимо на маленьком расстоянии от поверхности с помощью тугоплавкого электрода. Из-за этого на торце возникает чехольчик, способный предотвратить растекание материала. По мере создания шва конец электрода равномерно удаляется, а потом приближается к дуге. Во время отдаления она гаснет, а металл затвердевает. Чтобы знать, как варить потолочный шов, следует ознакомиться с информацией о том, какие электроды для него используются. Несмотря на направление ведения шва, он должен быть маленького диаметра.

При работе с потолочной сваркой в корне шва всплывают пузыри газа. Из-за этого может получиться брак. Её рекомендуется использовать только при невозможном выполнении нижнего шва.

Потолочное соединение Источник i.ytimg.com

Виды соединений

В зависимости от взаимного расположения деталей сварочные соединения происходят:

• встык;
• внахлест;
• угловым способом;
• тавровым способом.

При сварке встык приваривают торцы двух деталей, расположенных в одной плоскости. Стык может выполняться с отбортовкой, без скоса и со скосом. Форма скоса может напоминать буквы Х, К, V.

В некоторых случаях сварку делают внахлест, тогда одна деталь частично водружена на другую, расположенную параллельно. Совмещенная часть является нахлестом. Сваривание при этом делают без скоса с двух сторон.

Часто появляется необходимость сделать сварной угол. Такое соединение относят к угловому типу. Оно всегда выполняется с двух сторон, может не иметь скосов или иметь скос на одной кромке.

Если сварные части образовали в результате букву Т, значит было сделано тавровое соединение. Иногда детали, сваренные тавровым швом, образуют острый угол.

В любом случае одна деталь приваривается при этом к боковой части другой. Сваривание проводят с двух сторон без скоса или со скосами с каждой стороны.

Подготовка к свариванию

Чтобы шов был качественным, требуется правильная подготовка сторон к свариванию. Если металл толще 5 мм, выполняется односторонняя разделка кромок с углом 45º. При толщине пластин 10 мм разделка требуется с двух сторон. Без такой подготовки металл не получится проплавить глубоко и соединение будет поверхностным. Исходя из этого виды фасок бывают:

• V-образными;
• Y-образными;
• X-образными;
• U-образными.

Ржавый металл приводит к нестабильному горению дуги, «плевкам» шлака. Стороны в зоне сварки (минимум по 20 мм от линии соединения) требуется зачистить от ржавчины, следов краски, масла. Если предстоит варить тонкий металл 1-1.5 мм встык, используется медная подложка, предотвращающая прожоги.

Чтобы заготовку не повело при сварке, предварительно выполняются прихватки, причем они должны быть с двух сторон. Это относится ко всем видам соединений.

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.

Коротко о главном

Существует 4 основных способа создания швов: потолочный, горизонтальный, вертикальный, и нижний.

Последний самый простой, а первый более тяжёлый и применяется только в случае, если все остальные невозможно выполнить.

Также есть несколько видов траекторий, самые популярные это треугольником и ёлкой.

Необходимо следить за длиной дуги, чтобы она не превышала 2-3 мм, иначе получится брак.

Шлак после сварки необходимо зачищать. Можно это сделать тремя способами обработки: термическая, механическая и химическая. Лучше всего работает совмещение последних двух.

Оценок 0

Прочитать позже

Слои и расположение в пространстве

Шов металла может состоять из валика, сделанного за один проход. В этом случае он называется однослойным. При большой толщине свариваемых деталей выполняют несколько проходов, в результате которых последовательно образуются валики один на другом. Такое сварочное соединение называется многослойным.

Учитывая многообразие производственных ситуаций, при которых происходит сварка, понятно, что сориентированы швы в каждом конкретном случае по-разному. Бывают швы нижние, верхние (потолочные), вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные швы проваривают обычно снизу верх. Применяется траектория перемещения электрода по полумесяцу, елочке или зигзагом. Начинающим сварщикам удобнее перемещать полумесяцем.

При горизонтальной сварке делают несколько проходов от нижней кромки соединяемых деталей до верхней кромки.

В нижнем положении проводят сварку встык или любым угловым способом. Хороший результат дает сварка под углом 45 °, «в лодочку», которая может быть симметричной и несимметричной. При сваривании в труднодоступных местах лучше применять несимметричную «лодочку».

Сложнее всего проводить сварку в потолочном положении. Для этого нужен опыт. Проблема заключается в том, что расплав пытается стечь из рабочей зоны. Чтобы этого не случилось, сварку проводят короткой дугой, силу тока уменьшают на 15-20 % по сравнению с обычными значениями.

Если толщина металла в месте сварки превышает 8 мм, то нужно выполнить несколько проходов. Диаметр первого прохода должен равняться 4 мм, последующих — по 5 мм.

В зависимости от ориентации шва выбирают соответствующее положение электрода. Для выполнения горизонтальных, вертикальных, потолочных соединений, сварки неповоротных стыков труб электрод направляют углом вперед.

При сварке угловых и стыковых соединений электрод направляют углом назад. Труднодоступные места проваривают электродом под прямым углом.

Зачистка швов

После окончания всех работ необходимо зачистить сварку от шлака, иначе есть шанс образования коррозии. Есть 3 основных способа:

1. Термическая обработка. Убирает из материала остаточное напряжение, формирующееся во время сварки. Есть двух видов: местная (нагревается или охлаждается сам шов) и общая (обрабатывается весь шов).
2. Механическая обработка. Снимает с детали остаточный шлак. Зачищенный шов после этого необходимо проверить на прочность, постучав молотком или плоскогубцами.
3. Химическая обработка. Наносится специальный антикоррозийный материал.

Термическая зачистка Источник gidpokraske.ru
Для зачистки можно использовать много инструментов, главное – правильно их подобрать. Можно использовать щётку по металлу, специальную шлифовальную машинку или УШМ с абразивным кругом.

Для механической обработки самый простой способ – это ручной, так как для его применения нужна только металлическая щётка. Но наличие специальных машинок, указанных выше, ускорит процесс. С помощью такой зачистки можно убирать заусеницы, окислы, окалины и следы побежалости. Также важно помнить, что для качественной обработки необходимо правильно подобрать диск для шлифовки.

Химическая зачистка считается эффективной, если совместить её с механической. Можно обрабатывать травлением или пассивацией. Для первого варианта используют специальный состав, формирующий однородный слой, который через определённое время можно убрать механически. На материале после этого не образовывается коррозия.

Коррозия на соединении Источник otoplenie-gid.ru

Обработка сварного соединения

При проведении сварки образуются шлаки. Если шлаковые включения попадают в шов, его качество ухудшается. Все шлаковые наслоения обязательно следует зачистить.

Если сварка выполняется несколькими проходками, то зачистка швов выполняется после каждого этапа сварки. При этом используют любые способы. Сначала сваренные детали оббивают молотком и чистят жесткой щеткой.

Затем проводят грубую зачистку. Мелкие детали чистят специальными ножами или шлифовальными кругами. Крупные болванки чистят на станках. На завершающей стадии место сварного соединения полируют.

Часто для этого применяют фибровый круг шлифовальной машины. Существуют другие способы полировки сварных соединений.

Сварочное дело постоянно развивается. Появляются новые материалы, совершенствуется технология. Необходимо следить за новостями в сварочном деле, чтобы узнавать много нового и интересного.

Вертикальная сварка с помощью инвертора

После разбора, как правильно варить вертикальный шов электросваркой, можно узнать, как варить вертикальный шов инвертором. Второй способ ручной, но он работает немного по другому принципу, с использованием электрода из сварочной проволоки (плавящийся). При таком методе работы следует внимательно следить за тем, как ведётся конец устройства. Если неправильно выбрать положение держатели или угол наклона, то получится брак.

Соединение деталей следует производить отдельными участками (точками) постоянно убирая электрод и прикладывая его обратно, чтобы материал брызгами растекался по поверхности. Таким образом шов выходит лучше, чем с помощью обычного аппарата, так как дуга будет непрерывно контактировать с поверхность во время образования точки.

Инвертор Источник i1.rozetka.ua