Чем отличается стыковое соединение от нахлесточного кратко

Обновлено: 02.07.2024

Рис. 4. Схема сварки в среде защитных газов плавящимся (а) и неплавящимся (б) электродом. 1 – сопло сварочной головки; 2 – сварочная дуга; 3 – сварной шов; 4 – свариваемая деталь; 5 – сварочная проволока (плавящийся электрод); 6 – подающий механизм

Рис. 5. Схема электрошлаковой сварки:

1 – свариваемые детали; 2 – фиксирующие скобы; 3 – сварной шов; 4 – медные ползуны (пластины); 5 – шлаковая ванна; 6 – сварочная проволока; 7 – подающий механизм; 8 – токоподводящий направляющий мундштук; 9 – металлическая ванна; 10 – карман – полость для формирования начала шва, 11 – выводные планки

Обычно электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей кожухов доменных печей, турбин и других изделий толщиной от 50 мм до нескольких метров. Электрошлаковый процесс применяют также для переплава стали из отходов и получения отливок.

Электронно-лучевая сварка производится в специальной камере в глубоком вакууме (до 13-105 Па). Энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, получается в результате интенсивной бомбардировки места сварки быстро движущимися в вакуумном пространстве электронами. Вольфрамовый или металлокерамический катод излучает поток электронов под воздействием тока низкого напряжения. Поток электронов фокусируется в узкий луч и направляется на место сварки деталей. Для ускорения движения электронов к катоду и аноду подводится постоянное напряжение до 100 кВ. Электронно-лучевая сварка широко применяется при сварке тугоплавких металлов, химически активных металлов, для получения узких и глубоких швов с высокой скоростью сварки и малыми остаточными деформациями (рис. 6).

Лазерная сварка – эта сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера. Термин "лазер" получил свое название по первым буквам английской фразы, которая в переводе означает: "усиление света посредством стимулированного излучения".

Современные промышленные лазеры и системы обработки материалов показали существенные преимущества лазерной технологии во многих специальных отраслях машиностроения. Промышленные СО2-лазеры и твердотельные снабжены микропроцессорной системой управления и применяются для сварки, резки, наплавки, поверхностной обработки, прошивки отверстий и других видов лазерной обработки различных конструкционных материалов. С помощью СО2-лазера производится резка как металлических материалов, так и неметаллических: слоистых пластиков, стеклотекстолита, гетинакса и др. Лазерная сварка и резка обеспечивают высокие показатели качества и производительности.

Рис. 6. Схема формирования пучка электронов при электронно-лучевой сварке: 1 – катодная спираль; 2 – фокусирующая головка; 3 – первый анод с отверстием; 4 – фокусирующая магнитная катушка для регулирования диаметра пятна нагрева на детали; 5 – магнитная система отклонения пучка; 6 – свариваемая деталь (анод); 7 – высоковольтный источник постоянного тока; 8 – сфокусированный пучок электронов; 9 – сварной шов

Контрольные вопросы:

1. Что такое сварочная ванна?

2. Из чего состоит металл сварного шва при сварке плавящимся и неплавящимся электродами?

3. Какие функции выполняют плавящиеся и неплавящиеся электроды?

4. Для чего необходима защита сварочной ванны, дуги и конца нагретого электрода?

5. На какие виды подразделяется электрическая сварка плавлением по способу защиты?

6. Расскажите, в чем сущность сварки покрытыми электродами?

7. За счет чего осуществляется защита зоны горения дуги при сварке под слоем флюса?

8. В чем сущность сварки в защитных газах?

9. Кратко охарактеризуйте электрошлаковую сварку.

10. Каковы достоинства электронно-лучевой и лазерной сварки?

Глава 2
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ

1. Основные типы сварных соединений

Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые и торцовые (рис. 7).

Стыковое – это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями.

Нахлесточное – сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

Рис. 7. Сварные соединения: а– стыковое; б – нахлесточное; в – торцовое; г – угловое; д – тавровое

Тавровое – сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.

Угловое – сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Торцовое – сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.

Контрольные вопросы:

1. Какое сварное соединение называется стыковым?

2. Чем отличается стыковое соединение от нахлесточного?

3. Какое сварное соединение называется тавровым?

4. Чем отличается угловое соединение от торцового?

2. Классификация и обозначение сварных швов

Сварной шов – это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением, или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми. Стыковой – это сварной шов стыкового соединения. Угловой – это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений. Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (в соответствии с существующими стандартами): нижнее – Н и в лодочку – Л, полугоризонтальные – Пг, горизонтальные – Г, полувертикальные – Пв, вертикальные – В, полупотолочные – Пп, потолочные – П (рис. 8).

По протяженности швы различают сплошные (непрерывные) и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными (рис. 9, а).

Рис. 8. Основные положения сварки и их обозначения: 1 – нижнее; 2 – вертикальное или горизонтальное на вертикальной поверхности; 3 – потолочное

Рис. 9. Классификация сварных швов: а – по протяженности; б – по отношению к направлению действующих усилий

По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на продольные, поперечные, комбинированные и косые (рис. 9, б).

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми (рис. 10). Соединения, образованные выпуклыми швами, лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.

По конструктивным признакам (по взаимному расположению соединяемых элементов) сварные соединения разделяют на:

стыковые - свариваемые элементы примыкают торцовыми поверхностями и являются продолжением один другого, область применения таких соединений расширяется;
нахлесточные - боковые поверхности соединяемых элементов частично перекрывают друг друга;
тавровые - торец одного элемента примыкает под углом (обычно 90°) и приварен к боковой поверхности другого элемента;
угловые - соединяемые элементы приваривают по кромкам один к другому. В силовых конструкциях угловые швы почти не применяют и на прочность не рассчитывают.
торцовые - соединяемые элементы соединяют боковыми поверхностями и сваривают с торца. Этот вид соединений на прочность, как правило, не рассчитывают.

На рисунке 1 приведены примеры перечисленных выше типов сварных швов.

В зависимости от типа сварного шва различают сварные соединения:

со стыковыми швами (в стыковых и тавровых соединениях) ;
с угловыми швами (в нахлесточных, тавровых, угловых и торцовых соединениях) .

Исходное условие проектирования сварного соединения - обеспечение равнопрочности сварного шва и соединяемых элементов.
Условие равнопрочности, например, для сварного нахлесточного соединения сводится к тому, что расчет параметров сварного шва следует выполнять по силе [F] , определяемой по прочности элемента с наименьшим поперечным сечением:

где: δ - толщина свариваемой детали; b - ширина свариваемой детали; [σ]_р – допускаемое напряжение растяжения.

Сварные швы разделяют на рабочие и связующие. На прочность рассчитывают только рабочие швы, которые непосредственно передают рабочую нагрузку между соединяемыми элементами.
Связующие швы испытывают напряжения только от совместной деформации с основным металлом. Они мало нагружены и на прочность их не рассчитывают.

Сварные стыковые соединения

Стыковым соединением называется сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями и размещенных на одной поверхности или в одной плоскости.

Стандартом ГОСТ 5264-80 предусмотрено 32 типа стыковых соединений, условно обозначенных С1, С2, . С28 и т.д., имеющих различную подготовку кромок в зависимости от толщины, расположения свариваемых элементов, технологии сварки и наличия оборудования для обработки кромок.

Стыковые соединения являются наиболее простыми и надежными из всех сварных соединений. Их рекомендуют в конструкциях, подверженных воздействию переменных напряжений.
Встык можно сваривать листы, полосы, трубы, швеллеры, уголки и другие фасонные профили.
Если стыковое соединение образуют два металлических листа, то их сближают до соприкосновения по торцам и сваривают.

Выступ стыкового шва над основным металлом является концентратором напряжений. Поэтому в ответственных соединениях его удаляют механическим способом.

При автоматической сварке в зависимости от толщины δ деталей сварку выполняют односторонним (рис. 1, б, в, г) или двусторонним (рис. 1,а) швами.
При толщинах δ до 15мм сварку выполняют без специальной подготовки кромок. При большей толщине листов предварительно выполняют специальную подготовку кромок.

При ручной сварке без подготовки кромок сваривают листы толщиной до 8мм. Шов накладывают с одной стороны (при δ ≤ 3 мм) или с двух сторон (3 .

В районе сварного шва из-за высокой местной температуры может произойти изменение физических, химических, структурных свойств основного металла и, как следствие, понижение его механических характеристик - появляется так называемая зона термического влияния. Поэтому разрушение сварного соединения происходит обычно в зоне влияния, т.е. вблизи сварного шва.

Расчет стыкового соединения выполняют по размерам сечения детали в зоне термического влияния.
Условие прочности при нагружении растягивающей силой F соединения в виде полосы:

Допускаемые напряжения для расчета сварных соединений принимают по механическим характеристикам материала в зоне влияния сварного шва и отмечают штрихом [σ]'_р в отличие от допускаемых напряжений основного металла [σ]_р .

В стыковом соединении, нагруженном изгибающим моментом М , вычисляют напряжения σ_и изгиба:

Как уже указывалось выше, стыковое соединение может быть выполнено не только из листов или полос, но и из труб, уголков, швеллеров и других фасонных профилей. Во всех случаях сварная конструкция получается близкой к целой.

Сварные нахлёсточные соединения

Нахлесточным соединением называют сварное соединение, в котором сваренные угловыми швами элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.
Стандартом предусмотрено два таких соединения: Н1 и Н2, которые отличаются только тем, что в соединении H1 к поверхности элементов привариваются два торца, а в соединении H2 - только один торец.
Иногда применяют разновидности нахлесточного соединения: с накладкой и с точечными швами, соединяющими части элементов конструкции.

Сварное нахлесточное соединение выполняют фланговыми (рис. 2,а) или лобовыми (рис. 3) швами. При этом шов заполняет угол между боковой поверхностью одного элемента и кромкой другого. Такие швы называют угловыми .
Угловые швы выполняют однопроходными и многопроходными, без скоса кромок и со скосом кромок.

Основными характеристиками углового шва являются (рис. 2,б) : k - катет (по аналогии со стороной прямоугольного треугольника), а - рабочая высота (определяет наименьшее сечение в плоскости, проходящей через биссектрису прямого угла, по которому происходит разрушение - срез) .
Обычно для шва при ручной сварке а = 0,7k (высота прямоугольного треугольника с катетами k ) .
Автоматическую сварку характеризует более глубокий провар: а = k . Условия работы такого шва более благоприятные.
Не рекомендуется применять катет менее 3мм.

Фланговым называют шов, располагаемый параллельно, а лобовым – перпендикулярно линии действия внешней силы. Величина нахлестки l должна быть не менее 4δ , где δ – толщина листа.

Вследствие различной жесткости соединяемых элементов касательные напряжения τ (напряжения среза) по длине флангового шва распределены неравномерно (рис. 2,а) . Чем длиннее шов, тем больше неравномерность. Поэтому длину шва ограничивают:

где: k – катет сварного шва, мм, l - длина шва.

В швах длиной менее 30 мм не успевает установиться тепловой режим и получается некачественный шов. А при длинных швах существует высокая неравномерность в распределении напряжений.

Угловой шов при нагружении испытывает сложное напряженное состояние. Однако для простоты такой шов условно рассчитывают на срез под действием средних касательных напряжений τ .

Условие прочности флангового шва (рис. 2) :

τ = F/(a×2l) ≤ [τ]’ (здесь 2 – число швов)

Во избежание возникновения повышенных изгибающих напряжений лобовые швы следует накладывать с двух сторон (рис. 3) .
Как показывает практика, разрушение лобовых швов происходит вследствие их среза по биссектральной плоскости. Поэтому расчет лобовых швов условно ведут по напряжениям среза τ .
Поверхность разрушения определяют размеры а и b :

Применяют также комбинированные швы, состоящие из фланговых и лобовых.
Для простоты считают, что сила F растяжения нагружает швы равномерно:

где: L – периметр комбинированного шва : L = 2l +b

Сварные угловые соединения

Угловым соединением называется сварное соединение двух элементов, размещенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (см. рис. 1, д, е, ж) .
Стандартом предусмотрено десять типов угловых соединений: от У1 до У10.

Иногда при сварке применяют угловое соединение со стальной подкладкой, которая обеспечивает надежный провар элементов по всему сечению. При толщине металла 8. 100 мм применяют двустороннюю разделку примыкающего элемента под углом примерно 45°.

Расчеты угловых сварных соединений на прочность проводятся редко, поскольку в силовых конструкциях их почти не применяют. Способы расчета такого соединения на прочность аналогичны способам расчетов для таврового соединения и зависит от типа шва.
Подробнее методика таких расчетов изложена ниже.

Сварные тавровые соединения

Тавровым соединением называется такое сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и присоединен к боковой поверхности другого элемента. Чаще всего тавровое соединение образуют элементы, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 1, з, и, к) .
Такое соединение может быть выполнено швами с глубоким проплавлением, получаемыми при автоматической сварке и при сварке с предварительной подготовкой кромок (стыковым швом), или угловыми швами при ручной сварке.
Стандартом предусмотрено несколько типов таких соединений: с Т1 по T9.

Метод расчета углового и таврового соединения зависит от типа шва.

Швы с глубоким проплавлением прочнее основного металла. При нагружении соединения силой F разрушение происходит по сечению детали в зоне термического влияния. Расчет проводят по нормальным напряжениям растяжения σ_р :

Учет сварки проявляется в том, что принимают допускаемые напряжения для сварного шва, хотя расчет проводят по основному металлу.

Угловой шов менее прочен, чем основной металл. Поверхность разрушения расположена в биссектральной плоскости шва, как в лобовых и фланговых швах нахлесточных соединений.

Если соединение нагружено сжимающей силой, то часть силы передает основной металл и допускаемые напряжения можно повысить примерно на 60 %.

Характерные виды брака в сварных швах и соединениях

На рисунке 4 представлены наиболее часто встречающиеся виды брака при сварке изделий, которые могут значительно снизить прочность шва и конструкции в целом.

Сравнительная характеристика сварных швов

Из перечисленных сварных соединений наиболее надежными и экономичными являются стыковые соединения , в которых действующие нагрузки и усилия воспринимаются так же, как в целых элементах, не подвергавшихся сварке, т. е. они практически равноценны основному металлу, конечно, при соответствующем качестве сварочных работ. Однако надо иметь в виду, что обработка кромок стыковых соединений и их подгонка под сварку достаточно сложны, кроме того, применение их бывает ограничено особенностями формы конструкций.
Угловые и тавровые соединения также распространены в конструкциях. Их положительные свойства сказываются при изготовлении объемных конструкций.

Нахлесточные соединения наиболее просты в работе, так как не нуждаются в предварительной разделке кромок, и подготовка их к сварке проще, чем стыковых и угловых соединений. Вследствие этого, а также из-за конструктивной формы некоторых сооружений они получили распространение для соединения элементов небольшой толщины, но допускаются для элементов толщиной до 60 мм.
Недостатком нахлесточных соединений является их неэкономичность, вызванная перерасходом основного и наплавленного металла. Кроме того, из-за смещения линии действия усилий при переходе с одной детали на другую и возникновения концентрации напряжений снижается несущая способность таких соединений.

Кроме перечисленных сварных соединений и швов при ручной дуговой сварке применяют соединения под острыми и тупыми углами по ГОСТ 11534-75, но они встречаются значительно реже.
Для сварки в защитном газе, сварки алюминия, меди, других цветных металлов и их сплавов применяют сварные соединения и швы, предусмотренные отдельными стандартами. Например, форма подготовки кромок и швов конструкций трубопроводов предусмотрена ГОСТ 16037-80, в котором определены основные размеры швов для различных видов сварки.

Сварочный шов – неразъемное соединение, получаемое в результате сварки. Задача каждого сварщика – получение качественного сварного шва, которое гарантирует надежное соединение элементов. Для выполнения поставленной задачи нужно знать виды сварочных швов и техники их выполнения.

Основные виды сварочных швов

В первую очередь все швы делят по способу соединения деталей. По данному признаку выделяют следующие виды швов:

стыковые – получаемые между заготовками, примыкающими торцевыми поверхностями друг к другу,
нахлесточные – получаемые за счет наложения деталей друг на друга с частичным перекрытием,
тавровые – получаемые за счет приваривания торцевой поверхности одной заготовки к плоскости другой заготовки,
угловые – получаемые между заготовками, расположенными под углом друг к другу, шов получается в месте примыкания деталей,
торцевые – получаемые за счет сваривания торцов заготовок.

Стыковые швы

Стыковые швы являются самыми распространенным видом швов. Они используются при сварке металлических листов или труб различной толщины. Для сварки заготовки должны быть надежно зафиксированы. Между деталями остается небольшой зазор – около 1-2мм. В процессе сварки он заполняется расплавленным металлом заготовок или присадочным материалом.

Различают односторонние и двухсторонние швы. При односторонней сварке шов формируется только на одной стороне деталей. В случае двухстороннего шва сварка проводится на обеих сторонах заготовок.

В зависимости от толщины свариваемых деталей для стыковых швов по-разному готовят сварочные кромки. Соответственно этому различают формы:

с отбортовкой – для деталей толщиной до 4мм,
без скоса – для деталей толщиной до 8мм,
с V-образным скосом – для деталей толщиной от 3 до 60мм,
с X-образным скосом – для деталей толщиной от 8 до 120мм,
с K-образным скосом – для деталей толщиной от 8 до 100мм,
с криволинейным скосом – для деталей толщиной от 15 до 100мм.

Для тонких деталей возможна стыковая сварка без обработки кромок или с обработкой только на одной стороне.

Нахлесточные швы

При выполнении швов внахлест поверхности свариваемых деталей параллельны друг другу и частично друг друга перекрывают. Такие швы считаются самыми простыми и удобными для практики неопытных сварщиков.

Тавровые швы

Тавровые швы выполняются привариванием торца одной заготовки к боковой поверхности другой заготовки и в разрезе напоминают букву Т. Чаще всего сварка проводится под прямым углом, но возможно и другие варианты. В процессе сварки заполняется угол, образованный между деталями. Поэтому важно обеспечить глубокое проплавление деталей. Обычно это достигается за счет использования методов автоматической сварки.

Тавровые швы всегда двухсторонние. Форма подготовленных кромок возможна без скоса и с одним или двумя скосами одной кромки. Обрабатывается только привариваемый торец. Как правило, без скоса свариваются детали небольшой толщины – от 2 до 40мм. Для деталей толщиной от 8 до 100мм производится обработка кромки.

При сваривании тавровых швов важно знать их особенность: получаемые швы в итоге прочнее основного металла. Поэтому перед сварочными работами нужно проводить расчеты по получаемому сопротивлению материалов. Это необходимо, чтобы избежать неравномерной прочности деталей, разной стойкости к нагреву и охлаждению и другим скрытым дефектам.

Угловые швы

Угловые швы часто относят к подвиду тавровых швов. Но при этом угловые швы больше распространены, чем тавровые. По форме угловые швы напоминают букву Г. Угол между деталями может быть любой, но чаще всего – прямой. В работе необходимо выполнять правила геометрии шва: ширину, изогнутость, выпуклость шва и корень стыка.

При работе с угловыми швами главной проблемой является стекание металла по углу или с вертикальной поверхности на горизонтальную. Поэтому важно контролировать ровное ведение электрода, соблюдая углы наклона. Так для сварки листов разной толщины нужно держать электрод под углом 60 o по отношению к более толстой заготовке. В результате основное тепло придется на более толстую деталь, а более тонкая не перегреется и не прогорит.

Угловые швы бывают односторонние и двухсторонние. Для двухстороннего шва сварка выполняется и на внутреннем, и на внешнем угле. Возможна сварка без обработки кромок или скосами. Скос может выполняться с одной или с двух сторон одной кромки. Вторая кромка при этом не обрабатывается.

Прочность угловых швов ниже прочности основного металла. Этот момент нужно учитывать при проектировании и проведении работ.

Торцевые швы

Торцевые швы используются для сваривания деталей разной формы, прилегающими друг к другу боковыми поверхностями. Угол прилегания может находиться в пределах от 0 o до 30 o . Такая сварка подходит для работы как с тонкими, так и с толстыми металлами, а также для сварки деталей разной толщины. Перед сваркой выполняется разделка кромок под односторонние скосы.

Торцевые швы отличаются высокой выносливостью к нагрузкам. Но при этом возможно попадание влаги или загрязнений между поверхностями деталей, что в будущем приведет к коррозии. Особенно это вероятно при наличии непроваров.

Другие критерии классификации сварных соединений

Кроме способа соединения деталей швы различаются по другим параметрам:

по форме шва различают выпуклые и плоские швы,
по протяженности бывают сплошные и прерывистые швы,
по положению свариваемых поверхностей в пространстве бывают горизонтальные, вертикальные, потолочные и нижние швы и другие классификации.

Перед началом работ важно определить вид сварочного шва по всем параметрам. Это поможет подобрать оптимальную технику выполнения сварки в каждом конкретном случае. Например, сварка углового соединения в вертикальном положении потребует более тщательной подготовки, чем сварка стыкового шва в нижнем положении.

Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными (рис. 5).

Рис. 5. Сварные соединения:

А – стыковое; б – угловое; в – нахлесточное; г – тавровое; д – торцовое.

Стыковым называется сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности и примыкающих друг к другу торцами.

Угловым называется соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Нахлесточным называется сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Разновидностью нахлесточного является торцовое соединение, в котором боковые поверхности свариваемых элементов примыкают друг к другу.

Тавровым называется сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент.

Часть конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы, называется сварным узлом.

Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми (рис. 6, а – г). Стыковой шов – сварной шов стыкового соединения. Угловой шов – сварной шов углового, таврового и нахлесточного соединений. Разновидностью этих типов являются швы пробочные и прорезные, выполняемые в нахлесточных соединениях.

Рис. 6. Сварные швы:

А – стыковые; б – угловые; в – пробочные; г – прорезные; д – непрерывные; е – прерывистые цепные; ж – прерывистые шахматные; з – односторонние; и – двусторонние; к – многослойные (показано 2 слоя); л – основные и промежуточные пространственные положения сварных швов (I – нижнее; II – вертикальное или горизонтальное; III – потолочное); м – о – прихватки.

По форме в продольном направлении сварные швы могут быть непрерывными, прерывистыми, одно– и многослойными, одно– и двусторонними (рис. 6, д – к). С помощью стыковых швов образуют в основном стыковые соединения, с помощью угловых швов – тавровые, крестовые, угловые и нахлесточные, с помощью пробочных и прорезных швов могут быть образованы нахлесточные и иногда тавровые соединения.

Сварные швы, применяемые для фиксации взаимного расположения, размеров и формы собираемых под сварку элементов, называются прихватками. Длина каждой прихватки составляет от 3 до 6 толщин свариваемого металла, расстояние между ними выдерживается от 20 до 40 толщин. Ставят прихватки с лицевой стороны соединения, очищают от шлака, а при сварке полностью удаляют или полностью переплавляют. На коротких и средних швах прихватки расставляют от центра к краям, поочередно в каждую сторону (рис. 6, м). На длинных швах поступают наоборот – прихватывают вначале края, затем центр и поочередно с каждой стороны двигаются от краев к центру (рис. 6, н). При кольцевых швах (рис. 6, о) прихватки ставят попеременно по главным координатным осям (под 90°), а при необходимости – и по дополнительным диагоналям (под 45°).

Стыковые швы, как правило, выполняют непрерывными; отличительным признаком для них обычно служит форма разделки кромок[2] соединяемых деталей в поперечном сечении (рис. 7, а – е). По этому признаку различают следующие основные типы стыковых швов: с отбортовкой кромок (применяются при газовой сварке тонкого металла); без разделки кромок – односторонние (при толщине свариваемых деталей 1–6 мм) и двусторонние (при толщине деталей 3–8 мм); с разделкой одной кромки – односторонней, двусторонней (до 60 мм); с прямолинейной или криволинейной формой разделки; с односторонней разделкой двух кромок; с V-образной разделкой; с двусторонней разделкой двух кромок; с Х-образной разделкой (с толщиной деталей до 120 мм). Разделка может быть образована прямыми линиями (скос кромок) либо иметь криволинейную форму (U-образная разделка).

Угловые швы различают по форме подготовки свариваемых кромок в поперечном сечении и степени непрерывности шва по длине (рис. 7, ж – и). По форме поперечного сечения швы могут быть без разделки кромок (при толщине свариваемых деталей от 2 до 30 мм), с односторонней разделкой кромки (3–60 мм), с двусторонней разделкой кромок (до 100 мм). По протяженности угловые швы могут быть непрерывными и прерывистыми, с шахматным и цепным расположением отрезков шва (рис. 6, д – ж). Тавровые, нахлесточные и угловые соединения могут быть выполнены отрезками швов небольшой протяженности – точечными швами.

Рис. 7. Подготовка кромок стыковых (а – е) и угловых (ж – и) швов:

А – с отбортовкой кромок; б – без разделки кромок; в – с разделкой одной кромки: г – с односторонней разделкой двух кромок; д – с Х-образной разделкой двух кромок; е – с U-образной разделкой; ж – без разделки; з – с односторонней разделкой; и – с двусторонней разделкой; к – конструктивные элементы разделки.

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 (их часто называют электрозаклепками) либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное отверстие.

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

Подготовку кромок при ручной сварке регламентирует ГОСТ 5264–80. Чаще всего приходится разделывать кромки при сварке металла большой толщины. Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента: зазор b, притупление с, угол скоса кромки β и угол разделки кромок α, равный β или 2β (рис. 7, к). Стандартный угол разделки кромок, в зависимости от способа сварки и типа соединения, изменяется в пределах от 45 ± 2° до 12 ± 2°. 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 кромки, т. е. нескошенная часть торца кромки, подлежащей сварке, обычно составляет 2 ± 1 мм и выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла. Его назначение – обеспечить правильное формирование шва и предотвратить прожоги в корне шва. Зазор b обычно равен 1–2 мм (допускается до 5 мм), так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара корня шва. Чем больше зазор, тем глубже проплавление металла.

Основными геометрическими параметрами сварных швов являются: при стыковых соединениях – ширина, выпуклость и глубина проплавления шва; при угловых, тавровых и нахлесточных соединениях – ширина, толщина и катет шва (рис. 8, г – д).

Рис. 8. Виды сварных швов (а – плоский; б – выпуклый; в – вогнутый) и характеристики стыкового (г) и углового (д) швов:

Е – ширина шва; h – глубина проплавления; g – выпуклость шва; а – толщина шва; k – катет шва.

Глубина проплавления стыкового шва (h) – наибольшая глубина расплавления основного металла в сечении шва.

Толщина углового шва (а) – наибольшее расстояние от поверхности углового шва до точки максимального проплавления основного металла.

Катет углового шва (k) – кратчайшее расстояние от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части. При симметричном угловом шве за расчетный катет принимается любой из равных катетов, при несимметричном шве – меньший.

Выпуклость сварного шва (g) – выпуклость шва, определяемая расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом, и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости.

Основным показателем формы швов является коэффициент формы сварного шва (ψ). Для стыкового шва этот коэффициент равен отношению ширины шва к глубине проплавления ψ = e/h; для углового шва – отношению ширины к толщине шва ψ = е/а. Форма и размеры сварного шва существенно влияют на качество сварного соединения. При ручной сварке покрытыми электродами коэффициент формы провара колеблется в пределах ψ = 1,0–2,5.

Таким образом, по форме наружной поверхности стыковые швы могут быть нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми (рис. 8, а – в). Причем вогнутость стыковых швов недопустима, это является серьезным браком сварки.

Угловые швы выполняются выпуклыми, плоскими, вогнутыми. Вогнутость угловых швов при сварке во всех пространственных положениях допускается не более 3 мм. Выпуклость сварных швов допускается не более 2 мм при сварке в нижнем положении и не более 3 мм при сварке в остальных положениях. Допускается увеличение выпуклости сварных швов, выполненных в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях на 1 мм при толщине основного металла до 26 мм и на 2 мм при толщине основного металла свыше 26 миллиметров.

Сварные соединения с выпуклыми (стыковыми и угловыми) швами лучше работают на статическую нагрузку. Но чрезмерно выпуклые швы нежелательны из-за повышенного расхода электродов и электрической энергии, а также из-за концентрации напряжений в точках пересечения поверхности шва с основным металлом.

Сварные соединения с плоскими (стыковыми и угловыми) и вогнутыми (угловыми) швами лучше работают на переменную и динамическую нагрузку, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.

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

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, и тогда рекомендуется вогнутая форма поперечного сечения шва с плавным переходом к основному металлу. Это снижает концентрацию напряжений в месте перехода и повышает прочность соединения при динамических нагрузках.

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:

Один или несколько швов, которые образуются при плавлении только основного или с добавлением присадочного металла.
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.
Зону термического воздействия. Это полоса, примыкающая к зоне сплавления, где под действием температуры изменились свойства металла.

Схема сварного соединения: 1 — сварной шов; 2 — зона сплавления; 3 — зона термического влияния; 4 — основной металл

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.

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

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:

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.
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.
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.
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:

Выпуклые (усиленные). Используют для сборки узлов эксплуатируемых с большой статической нагрузкой.
Вогнутые (ослабленные). Используют при сварке тонкого металла.
Нормальные (плоские). Хорошо противостоят динамическим и разнонаправленным воздействиям.
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.

Типы сварных швов по количеству проходов: а) однослойный, однопроходной; б) многослойный; в) многопроходной

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.

Читайте также: