Какие бывают швы в сварке?

Разновидности и способы выполнения сварочных швов

Конечная цель любого сварщика – получение качественного сварочного шва. От этого зависит прочность и долговечность соединения деталей. Для успешной работы важно правильно выполнить подключение; выбрать силу тока, угол наклона электрода; хорошо владеть техникой выполнения шва. Результатом правильной работы будет надежное сваривание металлических деталей.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Виды сварных соединений и швов

Нередко причиной брака у начинающих сварщиков становится неправильно выбранные сварные соединения. Что неудивительно, так как со дня проведения первой сварки было разработано больше сотни разновидностей. В них несложно разобраться, поскольку сварные швы и соединения объединены в несколько групп по технике выполнения, положению деталей и другим признакам.

Что такое сварочное соединение

Новички ошибочно полагают, что понятия сварной шов и соединение равноценны. На самом деле шов ― это место стыковки двух заготовок расплавленным металлом с последующим охлаждением. Сварное соединение ― это три участка, которые подверглись действию высокой температуры. К ним относят:

1. Один или несколько швов, которые образуются при плавлении только основного или с добавлением присадочного металла.
2. Зону сплавления, расположенную между сварным швом и основным металлом деталей. Она не нагревается до температуры плавления, но может насыщаться элементами, которые вводят в сварочную ванну электродами или флюсом. Поэтому по составу отличается от основного металла.
3. Зону термического воздействия. Это полоса, примыкающая к зоне сплавления, где под действием температуры изменились свойства металла.

Важно не путать два абсолютно разных понятия — сварочный шов и сварное соединение!

Сварочный шов ― это место стыковки двух заготовок расплавленным металлом с последующим охлаждением. Сварное соединение ― это три участка, которые подверглись действию высокой температуры.

Виды сварных соединений

В зависимости от того как расположены заготовки между собой к основным видам сварочных соединений относят:

• стыковые;
• угловые;
• нахлесточные;
• тавровые;
• торцевые.

Стыковые

Самые простые по выполнению швы даже для начинающих сварщиков. Ими соединяют заготовки, примыкающие друг к другу торцами, размещенные в одной плоскости или на ровной поверхности. При сварке деталей с разной толщиной допускается смещение поверхностей. Стыковым способом сваривают конструкции из листового проката, резервуары, трубы. Сравнительно с другими сварными соединениями сокращаются сроки выполнения работы и расход материалов, но нужно тщательно подготавливать кромки.

Угловые

Это сварные соединения двух металлических деталей под любым углом. Если заготовки разной толщины, толстостенную размещают снизу, чтобы на тонкой не появились прожиги и подрезы, сварочную ванну создают за счет плавления металла толстой заготовки. Для повышения прочности соединения швы накладывают с обеих сторон. Внутренний угол сваривают малым током, чтобы снаружи не образовалось закругление.

Угловые сварные соединения удобно выполнять способом «в лодочку». Заготовки прихватывают под нужным углом, затем устанавливают так, как будто это плывущий кораблик. После расплавления металл будет равномерно растекаться по обеим сторонам без образования дефектов.

Угловым способом сваривают каркасы небольших строений, емкости, навесы, кузова грузовиков. Кроме этого устанавливают детали конструкций в труднодоступных местах.

Нахлесточные

Такими сварными швами соединяют параллельно расположенные металлические пластины, которые наложены одна на другую с небольшим перекрытием. Для повышения прочности на разрыв и предотвращения проникновения влаги внутрь сварку выполняют с обеих сторон. Этим способом можно соединять листы толщиной до 12 мм. Для выполнения нахлесточных соединений от сварщика не требуется высокая квалификация, так как нет опасности прожога и не нужно подготавливать кромки. Недостатком считают повышенный расход металла.

Тавровые

Это сварное соединение торца одной детали с боковой поверхностью другой под прямым или небольшим углом. Если толщина заготовки больше 4 мм сварка проводится с обеих сторон с тщательной подготовкой кромок вертикальной пластины. Тавровые соединения применяют преимущественно при сборке несущих конструкций. Поэтому, если есть возможность изменения положения, сварку ответственных узлов лучше выполнять «в лодочку».

Торцевые

При выполнении таких соединений сваривают торцы заготовок, которые плотно примыкают одна к другой или расходятся от места стыка под углом не больше 30⁰. Способ применяют при производстве кожухов, вентиляционных коробов, контейнеров, металлических шкафов и пр. К достоинствам торцевого типа сварочных соединений относят низкую вероятность образования прожогов и внутренних напряжений, вызывающих деформацию. Недостатками считают завышенный расход материала и появление коррозии при проникновении воды между листами через дефекты шва.

Выбор сварного соединения зависит от расположения заготовок относительно друга друга.

Классификация сварных швов

Даже в одном типе соединения сварочные швы могут отличаться по конфигурации, протяженности, технологии и т. д. Поэтому в нормативных документах они сгруппированы по параметрам.

По положению в пространстве

По пространственному положению сварные швы могут быть:

1. Нижними, когда стык находится внизу относительно сварщика. Расплавленный металл не вытекает из сварочной ванны, а шлак и газы беспрепятственно поднимаются на поверхность. При сварке электрод или пламя горелки ведут вдоль стыка с небольшими поперечными движениями.
2. Горизонтальными, если сваривают вертикально установленные детали справа налево или наоборот. Для предотвращения стекания металла нижнюю заготовку смещают на 1 мм, чтобы получился уступ. После завершения работы разница будет незаметна. Важно не ошибиться со скоростью сварки, поскольку при медленном перемещении дуги или пламени горелки появятся потеки, а при быстром ― непровары.
3. Вертикальными, когда вертикально установленные детали соединяют сверху вниз или в обратном направлении. Для удержания расплава в сварочной ванне сварку ведут снизу вверх прерывистой дугой на малом токе.
4. Потолочными, если стык расположен над головой мастера. Расплавленный металл удерживается поверхностным натяжением.

По конфигурации

В эту группу занесены три вида сварочных швов, которые зависят от формы стыков. Они бывают прямолинейными, криволинейными, кольцевыми (спиральными). Конфигурация швов не зависит от пространственного положения заготовок.

По степени выпуклости

По форме поперечного сечения сварные швы квалифицируют как:

1. Выпуклые (усиленные). Используют для сборки узлов эксплуатируемых с большой статической нагрузкой.
2. Вогнутые (ослабленные). Используют при сварке тонкого металла.
3. Нормальные (плоские). Хорошо противостоят динамическим и разнонаправленным воздействиям.
4. Специальные в виде неравнобедренных треугольников применяют в угловых и тавровых соединениях, на которые действуют переменные нагрузки.

По протяженности

В эту классификацию входят сплошные и прерывистые сварные швы, которые выполняют отрезками по 10 — 30 см, но учитывается суммарная протяженность соединения. По расположению отрезков сварки прерывистые типы называют:

• цепными одно или двухсторонними, если разрывы равномерно расположены по обе стороны заготовки;
• шахматными двухсторонними, когда отрезки сварки на одной стороне сдвинуты относительно участков на другой;
• точечными при контактной сварке.

В зависимости от длины сварные швы относят к трем категориям:

• короткие ― до 25 см;
• средние ― 25 — 100 см;
• длинные ― больше 1 м.

По количеству проходов

Независимо от типа сварочные швы выполняют одним или несколькими проходами. Выбор варианта определяется толщиной металла и необходимой прочностью. При каждом проходе наплавляется один валик. Если их расположить на одном уровне образуется слой сварного шва.

Детали толщиной до 5 мм соединяют однопроходными швами. Угловые соединения из заготовок со стенками 6 — 8 мм сваривают одним слоем, а стыковые двумя. Многослойные швы используют при работе с толстостенными элементами и для предотвращения термических деформаций.

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

По этим критериям соединения и швы подразделяются на 4 вида:

• продольный (фланговый) ― усилие параллельно стыку;
• поперечный (лобовой) ― вектор направлен под углом 90⁰;
• комбинированный ― сочетает признаки предыдущих;
• косой ― направление усилия меньше 90⁰.

По виду сварки

Классификацию по этому критерию проводят по типу сварочного аппарата, который создает условия для выполнения сварки. Из длинного списка технологий можно выделить основные виды;

• ручная электродуговая;
• автоматическая;
• в среде инертных газов;
• плазменная;
• лазерная;
• газопламенная.

Требования к сварным швам

Требования к швам зависят от условий эксплуатации, видов нагрузки, свойств металла, технологии сварки и пр. Для их классификации по конкретным условиям были разработаны ГОСТы. Например, требования к соединениям ручной сварки приведены в ГОСТ 5264-80.

К общим для всех швов независимо от условий относят:

• прочность;
• надежность;
• долговечность;
• стойкость к коррозии и агрессивным веществам.

Чтобы шов был качественным, необходимо соблюдать технологию подготовки металла и выполнения сварки.

О длине и толщине швов в зависимости от особенностей конструкции и марки металла, методах проверки качества и т. д. можно узнать из тематических СНиПов, которые нетрудно найти в свободном доступе. Полученные сведения можно использовать как шпаргалку при выполнении сложной работы.

Что влияет на качество сварного соединения

Качество соединения сваркой зависит не только от соблюдения технологии, но и от подготовки деталей. Даже форма кромок влияет на качество соединения. Независимо от вида соединения подготовку проводят в следующем порядке:

• зону шириной не меньше 20 мм от линии стыка очищают от грязи и коррозии;
• на кромках, если толщина металла больше 3 мм, снимают фаски, оставляя притупление;
• устанавливают зазор между деталями.

Зависимость угла разделки, величины притупления и зазора от толщины металла показана в таблице:

Знание основных видов соединений и принципов их применения поможет правильно выбирать сварочный шов нужного типа для каждого конкретного случая. Для повышения квалификации полезно следить за технологическими новостями, чтобы не пропустить появление новых сплавов и методов сварки.

Описание и типы сварных соединений

Процесс соединения двух или более деталей в одну неразборную конструкцию методом расплавления металла электрической дугой, пламенем горелки, пластической деформацией или комбинацией деформации и нагревания называется сваркой. Соединение, выполненное сваркой, называется сварное соединение. Со дня проведения первой сварки разработано более сотни разновидностей, которые разделены на группы по видам, технике исполнения, расположению деталей относительно друг друга, форме поперечного сечения, протяженности, форме свариваемых поверхностей.

1. Что такое сварной шов
2. Классификация и виды сварных швов и соединений
3. Положение шва в пространстве
4. По конфигурации
5. По протяженности
6. По количеству проходов
7. По степени выпуклости
8. По виду сварки
9. Схема автоматической сварки
10. Сварка в среде защитного газа
11. Точечная сварка
12. Чем определяются свойства сварного соединения
13. Требования к сварным швам
14. Что влияет на качество сварного соединения

Что такое сварной шов

Сварной шов – это участок сварного соединения образовавшегося в результате кристаллизации расплавленного металла. Именно от качества сварочных швов зависит долговечность всей конструкции полученной сваркой.

Качество сварки зависит от следующих параметров геометрии сварного шва:

• ширина – размер от края до края;
• корень – внутренняя часть, находящаяся на противоположной от внешней поверхности стороне;
• выпуклость – выступ на поверхности;
• вогнутость – прогиб на поверхности;
• катет – одна из сторон треугольника, вписанного в поперечное сечение соединяемых деталей.

Классификация и виды сварных швов и соединений

Согласно ГОСТ 5264-80 существуют основные виды сварных соединений, их конструктивных элементов и размеров.

Все сварочные соединения подразделяется на группы по следующим параметрам:

• положение в пространстве;
• по конфигурации;
• по протяженности;
• по количеству проходов;
• по степени выпуклости;
• по виду сварки.

Положение шва в пространстве

Расположение в пространстве подразумевает в каком положении шов при сварке располагается относительно электрода.

Нижнее – шов внизу, электрод сверху – самое удобное расположение. Сварочные детали расположены горизонтально. Работа ведется под углом близким к 0 о . Такое положение считается самым удобным для сварщика так как это положение обеспечивает высокую производительность. Электрод держится вертикально, расплавленный металл остается в сварочной яме, а газы уходят в воздух. Минусом такого положения является возможность провара.

Горизонтальным – называется положение, когда сварочные детали находятся под углом к горизонту от 0 до 60 о . Работа в таком положении, как и вертикальные, является более сложным видом и и требует серьезных навыков от сварщика.

Вертикальные – сварка в положении, когда сварочные детали находятся под углом от 60 до 120 о и требуют от сварщика опыта и высокой квалификации.

Потолочные – поверхность на которой ведутся работы находится под углом от 120 до 180 о , то есть на потолке. Такое положение очень трудоемко и опасно возможностью падения капель расплавленного металла вниз где может находиться сам сварщик. Сварщик для выполнения таких работ должен пройти специальное обучение и получить сертификат.

По конфигурации

Сварочные швы бывают:

• стыковым соединением называется шов, в котором соединяемые элементы находятся в одной плоскости и при сварке максимально близко придвигаются друг другу (в стык);
• угловые – тип соединения элементов, находящихся под углом друг к другу;
• нахлесточные — соединяемые элементы конструкции находятся параллельно друг к другу и наложены одна на другую;
• тавровые – торец одного и плоскость другого находятся под углом (в профиль часто образуют букву «Т»);
• торцевые – детали примыкают друг к другу плоскостями, а сварка производится торцами обоих деталей.

По протяженности

По протяженности разделяются на:

• непрерывные – одно — и двухсторонние;
• прерывистые – односторонние и двухсторонние прерывистые, двухсторонние цепные, двухсторонние шахматные;
• точечные односторонние и точечные двухсторонние.

Точечные и прерывистые швы часто являются предварительными, когда сварщик первоначально «прихватывает» детали между собой, а потом проваривает это уже окончательно.

По количеству проходов

По количеству проходов швы подразделяются однослойные или однопроходные – работа выполняется за один проход и один слой.

Многослойные в случае, когда слой делается за несколько раз или проходов (двухсторонний шов обязательно будет иметь как минимум два прохода).

По степени выпуклости

В зависимости от используемых сварочных материалов, режимов сварки, скорости сварки и ширины разделки кромок делятся на:

• выпуклые – их делают для усиления сварного шва;
• вогнутые – там, где не нужны большие усилия, шов получается ослабленным;
• нормальные – обеспечивает форму, практически не выступающую над плоскостями сварных деталей.

По виду сварки

По виду сварки разделяются в зависимости от сварочного аппарата и среды в которой происходит работа.

Самыми основными видами являются:

Ручная дуговая сварка – работы вручную, электродом;

Автоматическая сварка – выполняется специальным сварочным автоматом. Расплавление металла производится или электрической дугой, или газовой горелкой (чаще электродуговой способ). В сварную ванну подают флюсовую смесь, которая как одеялом накрывает зону расплава и не дает образовываться окислам и присадочную проволоку, металл которой расплавляется и образует шов. Скорость и направление движения электрода задается автоматически. После кристаллизации металла и его остывании флюсовая смесь остается на поверхности в виде шлака и удаляется механическим способом. Такие соединения, из-за отсутствия нарушения технологии сварки, получаются очень прочными. Процесс обеспечивает высокую скорость и качество.

Схема автоматической сварки

Сварка в среде защитного газа – выполняется в среде инертного газа (обычно аргона) или в среде углекислого газа. Сварка может быть автоматической или полуавтоматической. Качество добивается с помощью того, что сварочная ванна защищена углекислотой или аргоном от образования окисной пленки. Кислород воздуха не попадает в зону расплава и не ухудшает качества. Сварка ведется несгораемым электродом (обычно вольфрамом). Такой вид соединения поверхностей подойдет для выполнения сварочных работ с нержавеющих сталей, титана, алюминия.

Сварка в среде защитного газа

Точечная сварка – сварочные работы ведутся обязательно внахлест. Две детали с предварительно подготовленными поверхностями сильно зажимают между электродами и подается электрический ток. В месте контакта сопротивления электрическому току всегда выше, чем в толщине металла. Соответственно именно в месте контакта происходит моментальный нагрев и расплавление металла деталей. После кристаллизации образуется надежное соединение.

Точечная сварка

Газовая сварка — нагрев происходит в результате горения смеси ацетилена и кислорода. При расплаве в сварочную ванну подается проволока и образуется качественный сварной шов.

Пайка – процесс при котором шов происходит за счет легкоплавкого металла или смеси металлов называемого припоем. Припой — это обычно смесь олова и свинца, но могут быть и другие материалы. Сплавляемые детали могут состоять из разных материалов (например, медь и сталь). Предварительно спаиваемые материалы очищают в месте пайки от окисной пленки флюсом. Припой расплавляют паяльником или горелкой.

Чем определяются свойства сварного соединения

Методы определения механических свойств сварного соединения в целом и его участков, а также свойства наплавленного материала регламентируется положениями ГОСТ 6996-66. Испытания проводятся для определения качества и отработки технологии в крупносерийном и массовом производстве.

Согласно ГОСТ испытания производятся для определения качества следующими способами:

• Статическим – плавно увеличивают разрушающую нагрузку на разрывных машинах, испытания растянуты по времени, так чтобы напряжение было постоянным.
• Динамическим – проверяется на специальных маятниковых копрах. Нагрузка действует в короткий промежуток времени, возрастая до максимума почти мгновенно.
• Усталостным – на специальных машинах многократно нагружают образец нагрузкой с разной по знаку и значению. Количество циклов –до нескольких миллионов раз.
• Твердость участков шва и прилегающего металла измеряют на машинах, измеряющих твердость по методу Роквелла, Бриннеля, Веклера.

Для определения качества при приемке применяют неразрушающие методы:

Визуально-измерительный контроль – проверка внешним осмотром на наличие в зоне контроля сварочных дефектов.

Ультразвуковой метод – в зоне контроля производится излучение волн ультразвуковой частоты. Отражаясь от обратной стороны металла волны возвращаются и принимаются датчиком. В месте дефекта отражение волн не происходит и это видно на индикаторе.

Капиллярный метод – основан на способности некоторых жидкостей (пенетрантов) проникать в микротрещины. Жидкости содержат красящие пигменты и по появлению краски на поверхности определяют наличие дефектов.

Пневматический метод – подают воздух под давлением, а с другой стороны мыльный раствор. По образованию пузырей определяются наличие свищей и непроваров.

Гидравлический – заливают жидкость и выдерживают пока жидкость не заполнит микротрещины. Потом изделие достают и обстукивают молотком. По наличию течи определяют дефекты.

Для стальных деталей используют магнитный метод – намагничивают постоянным током изделия и поверх рассыпают металлический порошок. Порошок под действием магнитного поля выстраивается вдоль магнитных линий. При наличии дефектов порошок выявляет их искажениями рисунка.

Требования к сварным швам

Предъявляются требования, отраженные в ГОСТ 23118-99 и Сводных правилах СП105-34-96 и ведомственных инструкциях. Любые сварные конструкции осматривают на отсутствие дефектов.

• неоднородностей;
• трещин;
• раковин;
• свищей;
• сколов;
• непроваров;
• складок.

Другие параметры, определяемые при приемке – это относительное удлинение металла, ударная вязкость, твердость металла, сопротивление разрыву.

Что влияет на качество сварного соединения

На качество сварки влияют такие параметры:

• • размеры и форма шва;
  • величину сварочного тока;
  • напряжение дуги;
  • полярность;
  • диаметр электрода;
  • скорость сварки;
  • наличие серы и фосфора в металле в зоне кристаллизации;
  • качество и состав флюса или электродной обмазки;
  • положение электрода и изделия при сварке.

Виды сварных соединений и швов

Идеальный сварочный шов является основной целью в работе сварщика. От этого зависит насколько долго будут удерживаться детали и какие нагрузки сможет выдержать конструкция. Для достижения желаемого результата нужно соблюсти несколько факторов. Основные из них: правильно выбрать угол наклона электрода и силу тока, обладать нужным уровнем мастерства.

• Наклон электрода
• Траектория движения
• Понятие катета и общепринятые нормативы
• Виды сварочных швов
• Протяженность и форма
• Слои и расположение в пространстве
• Обработка швов

Наклон электрода

Классификация сварочных швов выполняется по нескольким основным признакам. На его формирование оказывает влияние расположение, скорость и траектория перемещения электрода. Существующие типы сварочных соединений следует рассматривать с учетом всех тонкостей процесса.

Работа начинается уже после закрепления стержня в держателе. Естественно, что предварительно была установлена нужная сила тока и полярность подключения. Каждый мастер имеет собственный «почерк» выполнения сварочных работ, куда входит и наклон электрода. Согласно мнению большинства специалистов оптимальным считается его расположение под углом 70 градусов относительно рабочей поверхности. При этом относительно вертикали образуется острый угол величиной примерно в 20 градусов.

В специфической ситуации, когда изменять положение электрода необходимо в ограниченном пространстве, приемлемо даже строго перпендикулярное расположение расходных материалов. Направление перемещения электрода: его можно двигать и к себе, и в обратную сторону. Это имеет существенное значение. В случаях, когда не требуется сильное прогревание кромок, то электрод перемещают по направлению «от себя». А вот для лучшего прогрева его перемещают в обратном направлении.

Траектория движения

Казалось бы, не имеющий никакого значения параметр. Но нет, траектория перемещения электрода оказывает большое влияние на формирование сварочного шва. В любом случае она носит колебательный характер, поскольку иначе просто нет возможности «склеить» воедино две заготовки.

Колебания могут иметь различную конфигурацию: могут быть плавными или резкими с разными углами, похожими на восьмерки или любыми другими. Качественный шов имеет приятный внешний вид с ровными краями, одинаковой шириной и высотой наплава. Не должно быть дефектов в виде не проваренных зон, подрезов, кратеров и т.п.

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.

Виды сварочных швов

Расположение сварочных заготовок определяет вид соединения.

• Встык. Соединяются торцевые части элементов, которые находятся в одной плоскости. Существует несколько вариантов выполнения операции: со скосом или без, с отбортовкой.
• Внахлест. Чаще всего используется для труб и профильных соединений. Детали располагаются параллельно и одна из них частично погружается в другую.
• Угол. Сварные швы укладываются с двух сторон. Может выполняться без скосов или же только с одним.
• Тавровое. Визуально место стыка напоминает букву «Т». Иногда две заготовки располагаются под острым углом. В любом случае торец одной из них соединяется с боковой частью другой. Сварочный шов укладывается с обеих сторон со скосами или без таковых.

Протяженность и форма

Сварочный шов бывает плоским или выпуклым. Очень редко возникает потребность в создании шва вогнутой формы. Такие виды соединений используются, когда предвидятся динамические нагрузки. Наиболее «приспособленными» являются плоские швы, которые по праву считаются универсальными.

Протяженность сварочного шва бывает сплошной без интервалов, и реже – прерывистого типа. Последний вид имеет разновидность, которая очень часто используется на промышленных предприятиях. Речь идет о контактной шовной сварке. Она выполняется на специальном оборудовании, оснащенном вращающимися дисковыми электродами. Их еще называют роликами, а сам способ сваривания – роликовым.

Стоит отметить, что оборудование отлично подходит и для формирования сплошного шва. Он получается полностью герметичным и очень прочным. В промышленных масштабах таким методом провариваются стыки труб, емкости и другие герметичные модули.

Слои и расположение в пространстве

Шов, сделанный за один проход, принято называть однослойным. В случаях, когда приходится работать с толстыми заготовками для крепости соединения этого будет недостаточно: требуется несколько проходов. В результате таких манипуляций образуется несколько валиков, уложенных один поверх другого. Такое соединение принято называть многослойным.

Учитывая большое количество ситуаций, где необходима сварка металла, несложно предположить, что сварочные швы располагаются по-разному в каждом случае. К примеру, различают швы потолочные, нижние, горизонтальные и вертикальные.

При формировании вертикального сварочного шва специалист, как правило, ведет электрод по направлению от низа к верху. Оптимальная для такого случая траектория – полумесяц, зигзаг или елочка. Первый вариант наиболее прост и подходит для новичков. Сварка встык или под углом выполняется приемом «в лодочку» — как симметричным, так и несимметричным. В труднодоступных местах больше подходит несимметричный способ формирования шва.

Наиболее тяжело выполнять так называемые «потолочные» сварочные работы. Без опыта рассчитывать на кое-какой приемлемый результат не стоит. Сложность состоит в том, что жидкий расплав стремится покинуть ванну, да и рабочую зону в целом.

Предотвратить подобный итого помогают два приема: выполнение работ короткой дугой и уменьшение силы тока на 15-50 процентов. В случаях, когда потолочным способом приходится сваривать толстые заготовки (стенки 8 и более миллиметров), то следует сделать несколько проходов. Толщина первого шва составляет примерно 4 мм, остальные на 1 мм больше.

Положение электрода выбирается в зависимости от пространственной ориентации шва. Горизонтальные, потолочные и вертикальные соединения провариваются с расположением электрода углом вперед. Точно так же следует его расположить при работе с неповоротными стыками труб. А вот поверхности, расположенные под углом и встык свариваются электродами, наклоненными назад. В труднодоступных местах их можно удерживать перпендикулярно к поверхности.

Обработка швов

После завершения сварочных работ на поверхности заготовок есть шлаки. Если такие включения попадают в сам шов, то его прочность сильно уменьшается. Подобные наслоение зачищаются в обязательном порядке. Если сварщик делает несколько проходов, то зачистке подвергается каждый шов. При этом применяются два способа. Изначально стык оббивается молотком, а после обрабатывается жесткой проволочной щеткой.

Грубая очистка предполагает использование шлифовальных кругов или специальных ножей. Заготовки большого размера зачищают на станках. Завершающая стадия подразумевает полировку поверхности. Наиболее часто применяют фибровый круг для шлифмашинки. Не исключаются и любые иные методы завершающей отделки сварного соединения.

Виды сварных швов и соединений

Сварочные швы представляют собой зону соединяемых заготовок, которая подвергается воздействию пламени, электрической дуги/плазмы или лазерного луча.

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.

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.

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.

Классификация видов сварных швов

С точки зрения месторасположения сварных соединений их подразделяют на:

1. Горизонтальные.
2. Вертикальные.
3. Наклонные.
4. Нижние.

Из всех типов сварных швов нижний, при котором разделка кромок исходной заготовки производится со стороны сварщика, считается не только самым доступным для освоения, но и самым прочным. Это объясняется удобством формирования расплава (как при ручном, так и при автоматическом процессах), когда силы тяжести металла способствуют лучшему заполнению зазоров между соединяемыми поверхностями. Нижний тип еще и наиболее экономичен. Используется два основных приема его формирования — от себя и на себя.

Еще тяжелее условия для производства вертикальных швов. Здесь, кроме возрастающих потерь металла, увеличивается и неравномерность геометрических характеристик: на последних участках шов получается более толстым, а вероятность ухудшения механических параметров, в сравнении с горизонтальным и нижним типами, увеличивается.

Хуже всего качество у вертикально расположенных швов. Даже при автоматической сварке потери металла велики. Кроме того, в данном случае требуются особые меры безопасности процесса, которые бы исключали возгорание поверхностей, оплавление смежных площадей соединяемых заготовок и т.д. Количество швов, налагаемых вертикально, при проектировании сварных конструкций должно быть минимальным.

Типы сварного соединения могут классифицироваться и по конструктивному принципу своего образования. Соответственно, сварочные швы могут быть:

1. Встык.
2. Внахлестку.
3. Угловыми.
4. Тавровыми.
5. Под электрозаклепки.

Соединение внахлестку используется для ситуаций, когда свободного пространства для сварки обычным способом недостаточно. Толщина заготовок не должна превышать 8-10 мм, а для обеспечения равнопрочности подготовку необходимо выполнять с обеих сторон. Если разделка кромок невозможна, то сечение приходится увеличивать. Вариантом соединения внахлестку является прорезное, когда торцы одной из деталей искусственно увеличивают для того, чтобы добиться желаемой прочности.

Тавровое соединение считается более сложным вариантом углового, когда сваркой формируются обе полки такого составного профиля. Подготовка кромок в этом случае не обязательна, зато имеются определенные ограничения в направлении удерживаемого электрода, который должен располагаться к вертикальной стенке тавра под углом не выше 60 0 . При тавровом способе вероятность дефектов выше (как, впрочем, и расход сварочной проволоки, поскольку сварку приходится проводить за несколько проходов горелки).

Когда особых требований к герметичности готового соединения нет, используется шов под электрозаклепки. Подготовленные к соединению изделия плотно прижимаются плоскими поверхностями друг к другу, после чего в верхней детали любым способом получают отверстие. В него вводят горелку и расплавляют металл, который далее проникает вовнутрь, сваривая изделия между собой. Такой метод чрезвычайно экономичен и, при последующей шлифовке, обеспечивает необходимый внешний вид поверхности.

Классификация сварных швов помогает выбрать оптимальную последовательность их получения.

Основные характеристики сварочного шва

Виды сварочных швов, в частности, ширина, высота и толщина, зависят от требуемых прочностных показателей соединения. Такая зависимость не является однозначной: чрезмерно массивный шов, наоборот, снижает качество соединения, поскольку сцепление зон наплавки и механического сплавления ослабляется, а качество поверхности может ухудшиться из-за наличия сварочного грата, а также интенсификации процессов окисления и обезуглероживания материала деталей.

Классификация сварных швов и форма их поверхности важны и с точки зрения долговечности готовых конструкций. Вогнутые швы, оформляемые по параболической зависимости высоты шва от его толщины, снижают уровень внутренних напряжений и минимизируют остаточные деформации. Наоборот, ровные швы, когда сохраняются острые углы при переходе от одной поверхности к смежной, уровень остаточных напряжений и деформаций повышают.

• Для наилучшего соотношения ширины к высоте — 1,2-1,5;
• Для наилучшего соотношения ширины к выпуклости — не более 8;
• Для наилучшего соотношения площадей поверхности шва к площади металла в зоне соединения — 0,85-1,0.

Виды сварных швов и технология их получения определяют качество процесса. Для оценки используют такие параметры, как глубина провара металла и количество проходов.

Глубина провара определяет однородность структуры в зоне соединения. Она принимается в пределах 0,5-0,8 (при меньших значениях ухудшается прочность сварного стыка, а при увеличенных — возрастает опасность проплавления).

Количество проходов зависит от способа разделки кромок и толщины соединяемых элементов. При увеличенных зазорах и обычном профиле кромок (со скосом) количество проходов и амплитуду колебаний горелки приходится изменять, что повышает уровень внутренних сварочных напряжений. Проблема (для сварки толстых листов) снимается оптимизацией формы подготовки кромок. Число проходов для глубоких швов может достигать 6-8, при этом стараются заполнить сначала основной зазор (между кромками), а затем обварить место стыка с обеих сторон.

На качество сварных швов и соединений влияют также относительные размеры корня по отношению к катету и высоте. Если корень шва меньше указанных параметров, то качество готового соединения будет хуже из-за уменьшенной глубины провара металла. При статических нагрузках на соединение это обстоятельство не критично, однако при динамических нагрузках может стать причиной разрушения сваренной конструкции.

Классификация сварочных швов основывается на технологии их образования, соотношении геометрических размеров и последовательности выполнения сварки.