Виды сварных соединений. Сварочные швы. Что собой представляет сварочный шов

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

Зоны сварного соединения: 1 — сварного шва; 2 — сплавления; 3 — термического влияния; 4 — основного металла

— сварного шва;
— сплавления;
— термического влияния;
— основного металла.
По протяженности сварные соединения бывают:
— короткими (250-300 мм);
— средними (300-1000 мм);
— длинными (более 1000 мм).
В зависимости от длины сварного шва выбирают и способ его выполнения. При коротких соединениях шов ведут в одном направлении от начала к концу; для средних участков характерно наложение шва отдельными участками, причем его длина должна быть такой, чтобы для его завершения хватило целого числа электродов (два, три); длинные соединения сваривают обратноступенчатым способом, о котором говорилось выше.

Виды сварных соединений: а — стыковые; б — тавровые; в — угловые; г — нахлесточные

д — прорезные; е — торцовые; ж — с накладками; 1-3 — основной металл; 2 — накладка: 3 — электрозаклепки; з — с электрозаклепками

По типу сварные соединения подразделяются на:
1. Стыковые. Это наиболее часто встречающиеся соединения при различных способах сварки. Им отдают предпочтение, потому что они характеризуются наименьшими собственными напряжениями и деформациями. Как правило, стыковыми соединениями сваривают конструкции из листового металла.
Основными достоинствами данного соединения, рассчитывать на которые можно при условии тщательной подготовки и подгонки кромок (благодаря притуплению последних предотвращаются прожог и протекание металла в процессе сварки, а соблюдение их параллельности обеспечивает качественный равномерный шов), являются следующие:
— минимальный расход основного и наплавленного металла;
— наименьший временной промежуток, необходимый для сварки;
— выполненное соединение может по своей прочности не уступать основному металлу.
В зависимости от толщины металла кромки при дуговой сварке могут быть обрезаны под разными углами к поверхности:
— под прямым углом, если соединяют стальные листы толщиной 4-8 мм. При этом между ними оставляют зазор в 1-2 мм, что облегчает проваривание нижней частей кромок;
— под прямым углом, если соединяют металл толщиной до 3 и до 8 мм при одно- или двусторонней сварке соответственно;
— с односторонним скосом кромок (V-образно), если толщина металла составляет от 4 до 26 мм;
— с двусторонним скосом (Х-образно), если листы имеют толщину 12-40 мм, причем этот способ более экономичен, чем предыдущий, поскольку количество наплавленного металла уменьшается практически в 2 раза. Это означает экономию электродов и электроэнергии. Кроме того, для двустороннего скоса в меньшей степени характерны деформации и напряжения при сварке;
— угол скоса можно уменьшить с 60° довести до 45°, если сваривать листы толщиной более 20 мм, что снизит объем наплавленного металла и сэкономит электроды. Наличие зазора в 4 мм между кромками обеспечит необходимый провар металла.
При сварке металла разной толщины кромку более толстого материала скашивают сильнее. При значительной толщине соединяемых дуговой сваркой деталей или листов применяют чашеобразную подготовку кромок, причем при толщине 20-50 мм проводят одностороннюю подготовку, а при толщине более 50 мм — двустороннюю.
Сказанное выше наглядно показано в табл.

2. Нахлестанные, чаще всего используемые при дуговой сварке конструкций, толщина металла которых составляет 10-12 мм. От предыдущего соединения данный вариант отличает отсутствие необходимости специальным образом подготавливать кромки — достаточно просто обрезать их. Хотя сборка и подготовка металла под нахлестанное соединение не столь обременительны, следует учесть, что расход основного и наплавленного металла увеличивается по сравнению со стыковыми соединениями. Для надежности и избегания коррозии вследствие попадания влаги между листами такие соединения проваривают с обеих сторон. Есть виды сварки, где применяют исключительно данный вариант, в частности при точечной контактной и роликовой.
3. Тавровые, широко распространенные при дуговой сварке. Для них кромки скашивают с одной или обеих сторон либо вообще обходятся без скоса. Особые требования предъявляются только к подготовке вертикального листа, который должен иметь равно обрезанную кромку. При одно- и двусторонних скосах кромки вертикального листа предусматривают зазор в 2-3 мм между вертикальной и горизонтальной плоскостями, чтобы проварить вертикальный лист на всю толщину. Односторонний скос выполняют в том случае, когда конструкция изделия такова, что невозможно проварить ее с обеих сторон.
4. Угловые, при которых элементы конструкции или детали совмещают под тем или иным углом и сваривают по кромкам, которые нужно предварительно подготовить. Подобные соединения встречаются при изготовлении резервуаров для жидкостей или газов, которые содержатся в них под небольшим внутренним давлением. Угловые соединения для усиления прочности могут быть проварены и с внутренней стороны.
5. Прорезные, к которым прибегают в тех случаях, когда на-хлесточный шов нормальной длины не дает необходимой прочности. Такие соединения бывают двух типов — открытые и закрытые. Прорезь проделывают с помощью кислородной резки.
6. Торцовые (боковые), при которых листы накладывают один на другой и сваривают по торцам.
7. С накладками. Для выполнения такого соединения листы состыковывают и перекрывают стык накладкой, что, естественно, влечет за собой дополнительный расход металла. Поэтому данный способ используют в том случае, когда выполнить стыковой или нахлесточный шов не представляется возможным.
8. С электрозаклепками. Данное соединение является прочным, но недостаточно плотным. Для него верхний лист просверливают и заваривают полученное отверстие таким образом, чтобы захватить и нижний лист. Если металл не слишком толстый, то просверливания и не требуется. Например, при автоматической сварке под флюсом верхний лист просто проплавляется сварочной дугой.
Конструктивный элемент сварного соединения, который при его выполнении образуется вследствие кристаллизации расплавленного металла по линии перемещения источника нагрева, называется сварным швом. Элементами его геометрической формы являются:

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

— ширина (Ь);
— высота (п);
— величина катета (К) для угловых, нахлесточных и тавровых соединений.
Классификация сварных швов основывается на различных признаках, которые представлены ниже. 1. По типу соединения:
— стыковые;
— угловые.

Угловой шов

Угловые швы практикуют при некоторых видах сварных соединений, в частности при нахлесточных, стыковых, угловых и с накладками. Стороны такого шва называются катетами (к), зона ABCD на рис. 33 показывает степень выпуклости шва и не принимается во внимание при расчете прочности сварного соединения. При его выполнении необходимо, чтобы катеты были равны, а угол между сторонами OD и BD составлял 45°.
2. По виду сварки:
— швы дуговой сварки;
— швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом;
— швы дуговой сварки в среде защитных газов;
— швы электрошлаковой сварки;
— швы контактной сварки;
— швы газовой сварки.

Сварные швы в зависимости от их пространственного положения: а — нижний; б — горизонтальный; в — вертикальный; г — потолочный

3. По пространственному положению, в котором выполняется сварка:
— нижние;
— горизонтальные;
— вертикальные;
— потолочные.
Проще всего выполняется нижний шов, труднее всего — потолочный. В последнем случае сварщики проходят специальное обучение, причем потолочный шов легче сделать газовой сваркой, чем дуговой.
4. По протяженности:
— непрерывные;
— прерывистые.

Прерывистый сварной шов

Прерывистые швы практикуют достаточно широко, особенно в тех случаях, когда нет необходимости (расчет на прочность не предполагает выполнения сплошного шва) плотно соединять изделия. Длина (I) соединяемых участков составляет 50-150 мм, промежуток между ними приблизительно в 1,5-2,5 раза превосходит зону сваривания, а вместе они образуют шаг шва (t).
5. По степени выпуклости, т.е. форме наружной поверхности:

Сварные швы, различающиеся по форме наружной поверхности: а — нормальные; б — выпуклые; в — вогнутые

— нормальные;
— выпуклые;
— вогнутые.
Тип используемого электрода определяет выпуклостьшва (а"). Наибольшая выпуклость характерна для тонкопокрытых электродов, а толстопокрытые электроды дают нормальные швы, поскольку отличаются большей жидкотекучестью расплавленного металла.
Опытным путем было установлено, что прочность шва не возрастает с увеличением его выпуклости, тем более если соединение «работает» при переменных нагрузках и вибрации. Подобное положение объясняется так: при выполнении шва с большой выпуклостью невозможно добиться плавного перехода от валика шва к основному металлу, поэтому в этой точке кромка шва как бы подрезается, и здесь в основном концентрируются напряжения. В условиях переменных и вибрационных нагрузок в этом месте сварное соединение может подвергаться разрушению. Кроме того, выпуклые швы требуют повышенного расхода электродного металла, энергии и времени, т.е. является неэкономичным вариантом.
6. По конфигурации:

Сварные швы различной конфигурации: а — прямолинейный

Сварные швы различной конфигурации: б — кольцевой

— прямолинейные;
— кольцевые;
— вертикальные;
— горизонтальные.
7. По отношению к действующим силам:

Сварные швы по отношению к действующим силам: а — фланговый; б — торцовый; в — комбинированный; г — косой

— фланговые;
— торцовые;
— комбинированные;
— косые.
Вектор действия внешних сил может быть параллельным оси шва (характерно для фланговых), перпендикулярным оси шва (при торцовых), проходить под углом к оси (для косых) или сочетать направление фланговых и торцовых сил (при комбинированных).
8. По способу удержания расплавленного металла шва:
— без подкладок и подушек;
— на съемных и остающихся стальных подкладках;
— на медных, флюсо-медных, керамических и асбестовых подкладках, флюсовых и газовых подушках.
При наложении первого слоя шва главное — суметь удержать жидкий металл в сварочной ванне. Чтобы предотвратить его вытекание, используют:
— стальные, медные, асбестовые и керамические подкладки, которые подводятся под корневой шов. Благодаря им можно увеличить сварочный ток, что обеспечивает сквозное проплавление кромок и гарантирует стопроцентный провар деталей. Кроме того, подкладки удерживают расплавленный металл в сварочной ванне, препятствуя образованию прожогов;
— вставки между свариваемыми кромками, которые выполняют те же функции, что и прокладки;
— подрубку и подварку корня шва с противоположной стороны, при этом не стремятся к сквозному проплавлению;
— флюсовые, флюсо-медные (при сварке под флюсом) и газовые (при ручной дуговой, автоматической и аргонно-дуговой сварке) подушки, которые подводят или подают под первый слой шва. Их цель — не допустить вытекания металла из сварочной ванны;
— соединения в замок при выполнении стыковых швов, которые предупреждают прожоги в корневом слое шва;
— специальные электроды, покрытие которых содержит особые компоненты, увеличивающие силу поверхностного натяжения металла и не позволяющие ему вытекать из сварочной ванны при выполнении вертикальных швов сверху вниз;
— импульсную дугу, благодаря которой происходит кратковременное расплавление металла, что способствует более быстрому охлаждению и кристаллизации металла шва.
9. По стороне, на которой накладывается шов:

Сварные швы, различающиеся своим расположением: а — односторонний; б — двусторонний

— односторонние;
— двусторонние.
10. По свариваемым материалам:
— на углеродистых и легированных сталях;
— на цветных металлах;
— на биметалле;
— на пенопласте и полиэтилене.
11. По расположению соединяемых деталей:
— под острым или тупым углом;
— под прямым углом;
— в одной плоскости.
12. По объему наплавленного металла:

Сварные швы, различающиеся по объему наплавленного металла: а — ослабленный; б — нормальный; в — усиленный

— нормальные;
— ослабленные;
— усиленные.
13. По расположению на изделии:
— продольные;
— поперечные.
14. По форме свариваемых конструкций:
— на плоских поверхностях;
— на сферических поверхностях.
15. По количеству наплавленных валиков:

Сварные швы, различающиеся количеством наплавленных валиков: а однослойный; б — многослойный; в — многослойный многопроходный

— однослойные;
— многослойные;
— многопроходные.
Перед осуществлением сварочных работ кромки соединяемых изделий, конструкций или частей должны быть соответствующим образом подготовлены, поскольку от их геометрической формы зависит прочность шва. Элементами подготовки формы являются:

Элементы подготовки кромок

— угол разделки кромки (а), который должен быть выполнен, если толщина металла составляет более 3 мм. Если пропустить эту операцию, то возможны такие негативные последствия, как непровар по сечению сварного соединения, перегрев и пережог металла. Разделка кромок дает возможность осуществлять сварку несколькими слоями небольшого сечения, благодаря чему структура сварного соединения улучшается, а внутренние напряжения и деформации снижаются;
— зазор между соединяемыми кромками (а). От правильности установленного зазора и подобранного режима сварки зависит, насколько полным будет провар по сечению соединения при формировании первого (корневого) слоя шва;
— притупление кромок (S), необходимое для того, чтобы придать процессу наложения корневого шва определенную устойчивость. Игнорирование этого требования приводит к пережогу металла при сварке;
— длина скоса листа в том случае, если имеется разница по толщине (L). Этот элемент позволяет обеспечивать плавный и постепенный переход от более толстой детали к тонкой, что снижает или устраняет риск концентрации напряжений в сварных конструкциях;
— смещение кромок по отношению друг к другу (5). Поскольку это снижает прочностные характеристики соединения, а также способствует непровару металла и образованию очагов напряжений, ГОСТом 5264-80 установлены допустимые нормы, в частности смещение должно составлять не более 10% толщины металла (максимум 3 мм).
Таким образом, при подготовке к сварке необходимо выполнить следующие требования:
— очистить кромки от загрязнений и коррозии;
— снять фаски соответствующего размера (по ГОСТу);
— установить зазор в соответствии с ГОСТом, разработанным для того или иного типа соединения.
О некоторых видах кромок уже говорилось ранее (хотя они и рассматривались в другом аспекте) при описании стыковых соединений, но тем не менее необходимо еще раз заострить на этом внимание.

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

Выбор того или иного вида кромок определяется рядом факторов:
— способом сварки;
— толщиной металла;
— способом соединения изделий, частей и пр.
Для каждого способа сварки разработан отдельный стандарт, в котором указаны форма подготовки кромок, размер шва и допустимые отклонения. Например, ручная дуговая сварка осуществляется по ГОСТу 5264-80, контактная —по ГОСТу 15878-79, электрошлаковая — по ГОСТу 1516468 и т.д.
Кроме того, имеется стандарт на графическое обозначение сварного шва, в частности ГОСТ 2.312-72. Для этого используется наклонная линия с односторонней стрелкой, которая указывает участок шва.

Графическое обозначение сварных швов

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

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

— дуговая сварка — Э, но поскольку этот вид наиболее распространенный, то в чертежах буква может и не указываться;
— газовая сварка — Г;
— электрошлаковая сварка — Ш;
— сварка в среде инертных газов — И;
— сварка взрывом — Вз;
— плазменная сварка — Пл;
— контактная сварка — Кт;

— сварка трением — Т;
— холодная сварка — X.
При необходимости (если реализуется несколько способов сварки) перед обозначением той или иной разновидности располагают буквенное обозначение используемого способа сварки:
— ручная — Р;
— полуавтоматическая — П;
— автоматическая — А.
— дуговая под флюсом — Ф;
— сварка в активном газе плавящимся электродом — УП;
— сварка в инертном газе плавящимся электродом — ИП;
— сварка в инертном газе неплавящимся электродом —
ИН.
Для сварных соединений также имеются специальные буквенные обозначения:
— стыковое — С;
— тавровое — Т;
— нахлесточное — Н;
— угловое — У.
По цифрам, проставленным после букв, определяют номер сварного соединения по ГОСТу на сварку.
Обобщая сказанное выше, можно констатировать, что условные обозначения сварных шов складываются в определенную структуру.

Структура условных обозначений сварного шва: 1 — сварной шов; 2 — вспомогательные знаки шва по замкнутой линии; 3 — дефис; 4 — вспомогательные знаки; 5 — для прерывистого
шва — длина шва, знак / или Z, шаг; 6— для точечного шва — размер точки; 7 — для контактной сварки — диаметр точки,
знак / или ~Z. , шаг; 8—для шовной сварки — длина шва;
9 — ширина и длина шва, знак или, шаг; 10 — знак и катет по стандарту; 11 — условное изображение способа сварки; 12 — тип шва; 13 — стандарт соединения

В качестве примера расшифруем обозначение:

— шов располагается на невидимой стороне — обозначение находится под полочкой;
— тавровое соединение, шов № 4 по ГОСТу 1477176 — Т4;
— сварка в углекислом газе — У;
— сварка полуавтоматическая — П;
— длина катета 6 мм — Г\ 6:
— шов прерывистый с шахматным расположением участков — 50 ~Z_ 150.

Термины и определения для сварных конструкций, узлов, соединений и швов установлены ГОСТ 2601-84.

Сварным соединением называют неразъемное соединение двух и более элементов (деталей), выполненное с помощью сварки. В сварное соединение входят сварной шов, прилегающая к нему зона основного металла со структурными и другими изменениями в результате термического действия сварки (зона термического влияния) и примыкающие к ней участки основного металла.

Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации.

Сварной узел представляет собой часть сварной конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы.

Сварной конструкцией называется металлическая конструкция, изготовленная из отдельных деталей или узлов с помощью сварки.

Металл деталей, подлежащих соединению сваркой, называют основным металлом.

Металл, подаваемый в зону дуги дополнительно к расплавленному основному металлу, называют присадочным металлом.

Переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или наплавленный на основной металл, называют наплавленным металлом.

Сплав, образованный переплавленным основным или основным и наплавленным металлами, называют металлом шва.

Работоспособность сварного изделия определяется типом сварного соединения, формой и размерами сварных соединений и швов, их расположением относительно действующих сил, плавностью перехода от сварного шва к основному металлу и др.

При выборе типа сварного соединения учитывают условия эксплуатации (статические или динамические нагрузки), способ и условия изготовления сварной конструкции (ручная сварка, автоматическая в заводских или монтажных условиях), экономию основного металла, электродов и др.

Типы сварных соединений. По форме сопряжения соединяемых деталей (элементов) различают следующие типы сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные (рисунок 1).

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-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).

а) стыковые; б, в) тавровые; г) угловые; д) нахлесточные

Рисунок 1 – Основные типы сварных соединений

а) стыковые; б) угловые; в) пробочные; г) прорезные

Рисунок 2 – Основные типы сварных швов

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.

а) с отбортовкой кромок; б) без разделки кромок;

в,г, д, е) с разделками кромок

Рисунок 3 – Подготовка кромок стыковых швов

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).

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).

а) без разделки кромок; б, в) с разделкой кромки

Рисунок 4 – Подготовка кромок угловых швов тавровых

соединений

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 и угол разделки кромок, равныйили 2.

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.

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, особенно односторонних швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.

Рисунок 7 – Конструктивные элементы разделки кромок и

сборки под сварку

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.

а) выпуклые; б) нормальные; в) вогнутые

Рисунок 8 – Классификация швов по внешнему виду

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 (рисунок 9, 10).

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.

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

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.

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.

а) - продольные (фланговые); б) - поперечные (лобовые);

в) - комбинированные; г) – косые

Рисунок 11- Классификация швов по действующему усилию

Рисунок 12 - Классификация сварных швов по их положению

в пространстве

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

Н - нижние; П - потолочные; Пп - полупотолочные; Г - горизонтальные;

Пв -полувертикальные; В - вертикальные; Л - в лодочку;

Пг – полугоризонтальные

Рисунок 13 - Обозначение сварных швов по их положению

Участок металлической структуры, в которой объединяются разные детали при эксплуатации сварки, называется сварочным соединением. Сварные швы могут быть различными по прочности. Сварочное соединение может включать в себя один сварной шов. Это место термического воздействия на точку соединения металлов. В результате такого воздействия металл расплавляется, а при остывании кристаллизуется. Во многом на качество шва влияет характеристика металла в точке термического воздействия.

Разновидность сварных точек по типу соединения

Швы стыковые используются в стыковых соединениях. Выполняются они неотрывными. Отличием являются действия по подготовке плоскости в торце сечения и элементов, подготавливаемых к контакту. Благодаря этому открывается полный доступ к месту сварки и обеспечивается максимально эффективное проваривание плоскостей на всю толщину.

Среди стыковых швов можно различить разные виды:

1. Односторонние и двухсторонние без распилки краев.
2. С односторонней или двухсторонней распилкой одного из краев.
3. С односторонней распилкой обоих краев.
4. Распилкой V или X-вида.
5. Двухсторонней распилкой обоих краев.

Угловой тип соединений применяют, когда нужна сварка угловых швов. В изготовлении таких соединений используются угловые швы. Разделить их можно по беспрерывности и по зазору.

Дополнить вышеуказанные виды можно еще разновидностью, относящейся и к стыковым, и к угловым. Таковыми служат пробочные и прорезные разновидности. Прорезной тип используется, когда нужно верхний пласт, а возможно, и нижележащие, проплавить до основного элемента. В контакте утолщенных пластов прорезные швы и соединения выполняются по изготовленным жерлам. В таком виде они будут называться “пробочными” или в случае дуговой сварки «электрозаклепкой».

Вернуться к оглавлению

Различные виды сварочных швов

Различия сварки и виды сварочных швов по пребыванию в пространстве:

• сварка горизонтальных швов;
• сварка потолочных швов;
• нижние швы.

Применяется при сварочных работах, находящихся снизу на ровной плоскости. Они технически простейшие по исполнению. Высокая прочность стыков объясняется удобными условиями, в которых растопленный металл под своим весом устремляется в сварную ванну, которая расположена горизонтально. Эта работа самая легкая в исполнении и за ней легко уследить. В нахлесточных структурах угольные в нижней позиции выполняются непрерывными, без производства поперечных колебаний.

Горизонтальные сварные швы. Ход сваривания горизонтальных точек связан с некоторыми трудностями. В ходе сваривания поперечным швом на вертикальной поверхности расплавленный металл может стекать на нижний край. Как следствие на верхнем краю может появиться подрез. Использование этого способа в сваривании угольных точек, производимых в горизонтальном расположении, довольно простое и не вызывает каких-либо затруднений. Сама работа похожа на сварочные работы в нижнем расположении и зависит от требуемого шва.

Вертикальные сварочные швы. В сварке вертикально стоящих деталей расположенный снизу металл призван удерживать плавящийся металл сверху, но при этом он получается грубым и в виде чешуи. Значительно сложнее получить качественное соединение при работе, направленной вниз. Сварка вертикальных швов в стоячей плоскости возможна лишь в ориентации снизу вверх и наоборот.

Потолочные швы. Сложнейший по исполнению вид сварных работ. В процессе работы затруднено выделение газов и шлаков, а также сложно расплав удерживать от стекания и добиваться прочности точки. Но несмотря на соблюдение всех техник потолочной сварки, швы все равно уступают по надежности сварочным швам, исполненным в остальных позициях.

Классификация особенностей сварных соединений по очертанию:

• сварка продольных швов;
• создание кольцевых швов.

Для выполнения продольного типа сварочных работ требуется провести доскональную подготовку металла в точке предполагаемой сварки. Поверхности деталей должны быть очищены от заусениц, кромок и неровностей. В работе продольной сварки шов возможен только при полной очистке и обезжиривании требуемых поверхностей.

Кольцевые сварные швы. Сварные работы по окружностям требуют большой аккуратности и точности, тут же необходима калибровка сварочных токов, особенно при работе с малыми диаметрами.

Сварка кольцевых швов различается по очертанию. Они бывают:

• выпуклые;
• вогнутые;
• плоские.

Вернуться к оглавлению

Геометрия сварочных швов

Основными геометрическими параметрами являются: ширина, изогнутость, выпуклость и корень стыка.

Шириной называется зазор между обозримо различными гранями сплавления металлов. Изогнутость – это зазор промеж площади, протекающей по обозримым граням точки сварки и определенного металла в точке предельной вогнутости.

Для измерения выпуклости определяется зазор относительно уровней, протекающий по обозримым граням шва и основного металла в точке предельной выпуклости. Корень – это предельно отдаленная от профильного уровня грань, которая фактически является его обратной стороной.

Можно разделить такие швы по размерным нормам:

• катет;
• толщина;
• расчетная высота.

В угловом сварном шве для угловой сварки длина от уровня первой свариваемой детали до края шва на следующей детали и есть катет угольного шва. Катет относится к важным характеристикам, которые необходимо соблюдать в ходе сварных работ. При простых угольных соединениях с единым размером катет шва задается размером его краев. В сваривании тавровых конструкций катет имеет фиксированную величину, при этом используют единую размерность материалов. А при применении в сварных работах тавровых конструкций разной размерности он приравнивается к толщине более тонкого металла. Катет должен иметь правильные размеры для достижения максимальной крепости соединения, если пользоваться слишком большим катетом, то возможны сварные дефекты.

Начинающим можно упростить работу с деталями, расположив их для сварки «в лодочку». При сварке “в лодочку” сокращается вероятность появления подрезов, и замок получится прочнее.

Толщина угольного шва – это предельное удаление от его уровня до контакта предельного проплавления основного металла.

Что нужно помнить при сварке угловых соединений? Для угловых швов благоприятной считается вогнутая форма уровня с плавным переходом к основе. Это связано с проблематичностью проварки в угольных швах корня на всю толщину. В большинстве вариантов катет и толщину замеряют определенными лекалами.

Чтобы получить максимально прочное соединение, нужно ссылаться на множество факторов. Их учитывают при определении типа соединения в зависимости от необходимых характеристик свариваемых изделий.

Сварные металлические соединения относятся к основным методам скрепления конструкций, использующихся в быту и производстве. Это весьма надежный метод получения единой конструкции, который еще и относительно дешевый.

Скрепления данного типа образуются путем расплавления металла в области соединения и последующей его кристаллизацией при остывании. Их качество зависит от правильного выбора режима работы электросварочного аппарата, электрода, шовного провара. Это регламентируется действующими нормами, а также стандартами. В них указаны все виды сварных швов, а также типы стыков и их характеристики.

Многочисленные металлы имеют собственные особенности сварки, отличающиеся условия выполнения работ, требования к выполнению скреплений. Для них применяются соответствующие разновидности электросварных соединений. При сварке металлических элементов используются основные виды электросварочных скреплений, о которых далее.

Классификация

Сварочные соединения подразделяются на несколько разновидностей, зависящих от их признаков. Классификация сварных швов охватывает весь спектр их использования. По внешнему параметру они бывают:

• выпуклого типа (с усилением);
• вогнутые (прослабленная конструкция);
• плоского типа (нормальные).

По типу исполнения они встречаются односторонними, а также двухсторонними, по количеству проходов электродом: однопроходные, двухпроходные. Кроме того, существуют однослойные способы провара и двухслойные.

По протяженности шовные скрепления бывают:

• односторонние с прерывистым шагом;
• сплошные односторонние;
• точечные (при контактной электросварке);
• цепные двусторонние;
• двусторонние шахматного порядка.

Разделение по пространственному расположению:

• горизонтальные, нижние;
• вертикальные, потолочные;
• в лодочку;
• полугоризонтального исполнения;
• полупотолочного типа;
• полувертикальные.

По вектору силового воздействия:

• продольный (фланговый) – усилие имеет параллельный к провару вектор;
• поперечный – усилие воздействует перпендикулярно;
• комбинированный – разновидность лобового, а также флангового;
• косой – воздействие происходит под углом.

По назначению и функциям электросварочные провары бывают прочными, а также прочно-плотными, герметичного исполнения. По ширине их различают на ниточный тип, не превышающий диаметр электросварочного электродного стержня и уширенные, выполняющиеся с помощью колебательных движений при сварке в поперечном направлении.

Для упрощения понимания классификации и применения тех или же иных разновидностей, составлена специальная таблица.

Все типы швов имеют строгое обозначение по ГОСТ. На чертежах используются специальные значки, которые содержат полную информацию о типе скрепления и его способе выполнения. Для тех, кто думает всерьез заниматься сварочными работами на профессиональном уровне следует дополнительно изучить чертежные обозначения сварных скреплений.

Разновидности сварных швов

В зависимости от используемого материала, толщины, а также конструктивных особенностей используются различные типы сварных швов. Для этого необходимо пройти необходимую теоретическую подготовку. Это позволит лучше понимать специфику сваривания деталей и избежать брака в работе. Начинающие сварщики зачастую недостаточно проваривают участки соединений, что влияет на слабое механическое сопротивление стыков. Выбирая правильные режимы работы и виды сварки, можно получить сварочные швы достаточной прочности, а также качества. Подготовка сварщика заключается не только в практических занятиях, но и в теоретической подготовке с изучением требований, норм и правил, а также включая типы сварочных соединений и используемое оборудование. Знание принципов использования тех или же иных электросварочных скреплений, техники их получения, стыки будут получаться весьма крепкими и долговечными.

Стыковые

Данный вариант соединений является наиболее используемым среди прочих разновидностей видов швов сварки. Это стыковое сваривание используется на торцевых участках, трубах или же на листовых конструкциях. Для его получения затрачивается минимальное количество времени, материала и усилий. Эти стыковые скрепления имеют некоторые особенности швов. На тонколистовом металле сваривание проводится без скоса кромок.

Изделия с большой толщиной участков соединений требуют предварительной подготовки стыков, заключающееся в их скашивании для увеличения глубины сварочного проваривания. Это необходимо при толщине металлических изделий свыше 8 мм и до 12 мм. Более толстые участки необходимо соединять двусторонней сваркой с предварительным скосом кромок. Стыковое сваривание выполняется чаще всего на изделиях в горизонтальной плоскости.

Тавровые

Эти разновидности электросварочных соединений выполняются как обычная буква «Т». Они соединяют предметы одинаковой или же различной толщины, от чего зависит ширина сварочного шва. Кроме того, данные типы используются одно- или двусторонними, на что влияют особенности скрепления. При работе с металлическими элементами различной толщины электрод удерживается в наклоненном положении под углом порядка 60 градусов. Процесс сварки можно значительно упростить, воспользовавшись прихватками, а также свариванием «в лодочку». Данный способ существенно снижает возникновение подрезов. Тавровый шов накладывается за один сварочный проход. Помимо ручной дуговой сварки, для данного типа широко используются автоматические электросварочные аппараты.

Нахлесточные

Данный способ используется для сварки листового металла при толщине до 12 мм. Соединяемые участки накладываются внахлест и провариваются вдоль стыков с обеих сторон. Нельзя допускать попадания влаги во внутреннюю часть свариваемой конструкции. Для усиления скрепления выполняется полная проварка по периметру.

При данном сваривании формирование соединительного стыка происходит между торцом одного изделия и поверхностью другого. При этом виде сварочных швов и соединений увеличивается расход материалов, что необходимо учитывать заранее. Перед началом работ следует выровнять листовые конструкции и позаботиться об их хорошем прижатии между собой.

Угловые

К данным соединениям относятся скрепления элементов, выполненные под некоторым углом друг к другу. Для них характерно использование предварительных скосов для обеспечения наилучшего провара шва. Это позволит увеличить глубину сварочного соединения, что повысит надежность конструкции. Для усиления прочности используется двустороннее сваривание металлических изделий, при этом не допускаются зазоры в соединяемых кромках. Эти типы электросварных швов характеризуются повышенным использованием объема наплавленного металла.

Потолочные

Сваривание потолочным швом, шов которого располагается над сварщиком, относится к наиболее трудным видам выполнения электросварных работ. Он наносится прерывистой сваркой при небольшом значении силы электротока. Вертикальные и потолочные соединения весьма трудные, поэтому не все сварщики могут их выполнять с достаточным качеством. Они используются в местах, где нет возможности изменить положение свариваемых конструкций. Это трубы, разнообразные металлические сооружения, а также потолочные балки и швеллеры на строительных площадках. Специфику выполнения потолочных швов, видео с которыми объяснит нюансы, можно освоить на постоянной практике.

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.

Виды контроля

От качественного выполнения электросварного скрепления зависти дальнейшая эксплуатация конструкции. Разнообразные дефекты значительно снижают прочность и уменьшают период использования изделия. Для недопущения брака, а также предотвращения аварийных ситуаций применяются различные виды контроля сварных швов. К ним относится внешний осмотр, который может на визуальном уровне определить нарушения, их виды, а также использование специального оборудования для определения скрытых дефектов сварных швов.

Способы контроля подразделяются на не разрушаемые и разрушаемые. При использовании первого метода прочность сварного соединения определяется без изменения его внешнего вида, параметров. Разрушаемые способы применяются при массовом выпуске конструкций, использующих однотипные электросварочные работы. Это предоставляет возможность с высокой точностью выявлять внутренние нарушения сварочных скреплений.

Скачать ГОСТ

Сварочные швы – зоны сварных соединений, которые образованы первоначально расплавленным, а затем кристаллизованным при остывании металлом.

Срок службы всей сварочной конструкции зависит от качества сварочных швов. Качество сварки характеризуется следующими геометрическими параметрами сварного шва:

• Ширина – расстояние между его краями;
• Корень – внутренняя часть, противоположная его внешней поверхности;
• Выпуклость – наибольший выступ от поверхности соединяемого металла;
• Вогнутость – наибольший прогиб от поверхности соединяемого металла;
• Катет – одна из равных сторон треугольника, вписанного в поперечное сечение двух соединяемых элементов.

Какие бывают сварочные швы и соединения, классификация

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

	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.

Разделка кромок под сварку

Для создания прочного и качественного сварного шва кромки соединяемых изделий проходят необходимую подготовку и им придается определенная форма (V, X, U, I, K, J, Y – образная). Во избежание прожога подготовку кромок можно выполнять при толщине металла не менее 3 мм.

Порядок подготовки кромок:

1. Очищение краев металла от ржавчины и загрязнений;
2. Снятие фасок определенного размера – в зависимости от способа сварки;
3. Величина зазора – в зависимости от типа сварных соединений.

Параметры подготовки кромок:

В таблице 2 приведены особенности подготовки кромок в зависимости от толщины металла.

Таблица 2

№,п/п	Толщина металла, мм	Разделка кромки	Угол, α	Зазор b,мм	Притупление кромок c, мм
1	3-25	Односторонняя V-образная	50	–	–
2	12-60	Двухсторонняя X-образная	60	–	–
3	20-60	Односторонняя, двухсторонняя U-образная	–	2	1-2
4	>60	I-образная	–	–	–