Сварочные стыки. Сварочные швы: от простого к сложному

Сварка по-прежнему остаётся одним из самых популярных методов получения неразъёмных конструкций из металлов и полимеров. Такая популярность определяет и разнообразие сварных стыков, которые в чём-то схожи между собой, а в чём-то принципиально различны. В данной статье мы рассмотрим все основные виды термических сварочных соединений.

Итак, какие бывают сварные соединения? Виды сварочных соединений следующие:

Стыковое

Наиболее широко применяемая разновидность, которая может быть одно- и двухсторонней, со съёмной и несъёмной подкладкой и вообще без неё. Стыковым сварочным соединением могут быть соединены детали с отбортовкой, с замковой кромкой, а также с разнообразными скосами: дву- и односторонними, симметричными и асимметричными, ломанными и криволинейными.

Угловое

Как становится уже ясным из самого названия, данное соединение сваривает угловые конструкции. Кроме того, при помощи угловых соединений производит сваривание конструкционных элементов в труднодоступных местах. Данный тип соединения применяется в следующих случаях:

Скосы (односторонние или двусторонние) имеются у кромок двух соединяемых деталей;
У кромок соединяемых деталей отсутствуют скосы;
У одного края имеется отбортовка.

В других случаях угловое соединение применять нельзя, поскольку из-за сложности кромок качество связи резко ухудшается.

Тавровое

Применяется для сварки Т-образных конструкций, а также для деталей, которые соединяются под небольшим углом друг к другу. Данное соединение совместимо со следующими видами кромок:

Скос отсутствует;
На кромке могут быть симметричные или асимметричные одно- и двусторонние скосы;
На кромке имеется криволинейный одно- или двусторонний скос, расположенный в одной плоскости.

Небольшое количество кромок, к которым применимо тавровое соединение, поясняется сложной геометрией соединяемых деталей.

Внахлёст

Данный тип сварки соединяет между собой концы деталей или конструкционных элементов. Сварочные работы внахлёст производятся только с кромками без скосов.

Торцевое

Достаточно редкий тип соединения, поскольку подразумевает варку одной детали к торцу другой. Поэтому нередко основные типы сварочных соединений не включают торцевое в отдельный пункт, а объединяют его с соединением внахлёст.

Классификации швов

Также виды сварных соединений различаются по шву, получаемого в результате сварочных работ. Действующие стандартны подразумевают несколько классификаций:

По пространственному расположению

По своему местоположению сварные швы могут быть:

Нижними, если их угол относительно горизонтали не превышает 60 градусов;
Вертикальными, если их угол относительно горизонтали расположен в диапазоне 60-120 градусов;
Потолочными, если их угол относительно горизонтали расположен в диапазоне 120-180 градусов.

По их непрерывности

Сварные швы могут быть непрерывными (без разрывов) и прерывистыми (имеются разрывы). Последние более всего характерны для угловых и тавровых соединений.

По характеру разрывов прерывистые швы подразделяются на:

Цепные – разрывы равномерные словно бы ячейки в цепи;
Шахматные – разрывы сдвигают небольшие по длине швы друг относительно друга словно бы белые клетки на шахматной доске;
Точечные – схожи с шахматными швами, только швы выглядят не в виде чёрточек, а в виде единичных точек.

Отметим, что непрерывные швы более надёжны и более устойчивы к коррозийному разрушению, но зачастую их невозможно применять по технологическим причинам.

По типу сварного соединения

Сварные соединения отличаются друг от друга ещё и по получаемому шву:

Стыковой получается при одноименном соединении деталей;
Угловой образуется не только при сварке деталей углами, но также ещё при тавровом и стыковом сваривании;
Проплавной получается при тавровой сварке и при стыке внахлёст деталей, чья толщина не превышает 1 см;
Электрозаклёпочный получается при сварке тавровых стыков и внахлёст. Технология выполнения данных швов следующая. Металлические детали, чья толщина не превышает 3 мм, варят без предварительной обработки, поскольку электрическая дуга пробивает их насквозь. Если толщина свариваемых деталей превышает 3 мм, то одна деталь просверливается и уже через неё сваркой прихватывается вторая;
Торцевые получаются при сваривании деталей их торцами.

По характеру профильного сечения

Данная классификация указывает на форму сечения сварного шва в разрезе:

Выпуклые выступают полукругом над поверхностью соединённых деталей;
Вогнутые образуют небольшое углубление относительно поверхности соединённых деталей;
Нормальные составляют одну линию с поверхностью;
Специальные. Образуются при стыке деталей углом или тавром. В поперечном сечении они выглядят как неравнобедренный треугольник.

Внутреннее сечение определяет эксплуатационные характеристики сварных соединений. Так, например, выпуклое сечение придаёт хорошую устойчивость к статическим нагрузкам, такие швы считаются усиленными. Тогда как вогнутые, наоборот, считаются ослабленными, зато они лучше выдерживают динамические и разнонаправленные нагрузки. Эксплуатационные характеристики нормальных сварных швов схожи с характеристиками вогнутых. Специальные швы отлично справляются с переменными нагрузками. Также они снижают напряжение, возникающее в сваренных деталях в процессе их повседневной эксплуатации.

По технологии выполнения сварных работ

Здесь сварные швы классифицируются по ходу электрода при проведении сварных работ:

Продольный образуется при движении электрода вдоль стыка соединяемых деталей;
Поперечный получается при движении электрода поперёк стыка соединяемых деталей;
Косой образуется, когда электрод движется под некоторым углом относительно крайних точек его траектории;
Комбинированный образуется при попеременном использовании трёх выше указанных швов.

По числу слоёв

Предусмотренные сварные работы выполняются в один или в несколько слоёв (проходов). При одном проходе образуется валик из оплавленного металла. Валики могут выполняться на одном или на разных уровнях. В первом случае один слой будет состоять из нескольких валиков. Самый дальний от облицовочного уровня валик называется корнем шва.

Многослойные и многопроходные сварные соединения используются при варке толстостенных элементов или для избегания термических деформаций в структуре стального сплава.

Для избегания термических деформаций и прожогов часто применяют подварочный шов. Облицовочный же применяется для улучшения внешнего вида сварного стыка приваренных друг к другу конструкционных элементов.

Результаты нарушения технологии сварочных работ

При нарушении технологии сварочных работ в месте соединения могут возникнуть:

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

Технологии контроля качества

Все виды сварных соединений обязательно подвергаются проверке. В зависимости от требований к качеству работы выполняются следующие технологии контроля качества:

Визуальный осмотр позволяет определить лишь видимые нарушения качества (вкрапления шлака, трещины, прожоги и т.п.);
Измерения длины и ширины указывают на соответствие полученного результата техническому заданию и ГОСТу;
Проверка герметичности при помощи опрессовки. Применяется при изготовлении различных ёмкостей;
Специальные контрольно-измерительные приборы устанавливают характеристики внутренней структуры полученного сварного стыка;
Лабораторные исследования позволяют определить поведение сваренной конструкции под воздействием различных нагрузок и химических веществ.

Приветствую вас, уважаемые читатели. В сегодняшней статье мы расскажем вам об основных видах сварных соединений и швов . Многие специалисты сварочного производства называют данные соединения сварными, некоторые – сварочными , хотя от этого смысл не меняется.

В этой статье они так же будут упоминаться по разному, в зависимости от оборота речи, но помните: сварной и сварочный по отношению к соединениям и швам – это одно и то же.

Сварные соединения и швы классифицируются по нескольким признакам

Существует ряд типов сварных швов в зависимости от вида соединения :

- шов стыкового соединения
- шов таврового соединения
- шов нахлесточного соединения
- шов углового соединения

Стыковое соединение

Стыковое соединение представляет собой соединение двух листов или труб их торцевыми поверхностями. Данное соединение является самым распространенным, благодаря меньшему расходу металла и времени на сварку.

Стыковое соединение может быть, в зависимости от расположения шва:

- Односторонним
- Двусторонним

По подготовке соединения под сварку, в зависимости от толщины свариваемых изделий:

- Без скоса кромок
- Со скосом кромок

Одностороннее соединение без скоса кромок предполагает сварку листов толщиной до 4 мм (исключение - процесс Laser Hybrid Weld). Двусторонне соединение бес скоса кромок рекомендуется выполнять при сварке толщин до 8 мм. В обоих случаях для обеспечения качественного провара, необходимо делать небольшой зазор при соединении листов под сварку, оклоло 1- 2 мм.

Скос кромок при одностороннем сварном соединении рекомендуется делать при толщинах от 4 до 25 мм. Наиболее популярным является соединение со скосом кромок V-образного типа. Менее популярными, но также применяются односторонние скосы кромок и скосы U-образного типа. Для предотвращения возможностей прожогов во всех случаях делается небольшое притупление кромок.

При толщинах от 12 мм и более при двусторонней сварке рекомендуется делать X-образную разделку, которая имеет ряд преимуществ перед V-образной разделкой. Эти преимущества заключаются в уменьшении объема требуемого металла для заполнения разделки (почти в 2 раза), и соответственно увеличении скорости сварки и экономии сварочных материалов.

Тавровое соединение

Тавровое соединение представляет собой два листа, когда между ними образуется соединение в виде буквы «Т». Как и в случае со стыковыми соединениями, в зависимости от толщины металла выполняется сварка с одной или с обеих сторон, с разделкой или без. Основные типы таврового сварного соединения представлены на рисунке.

1. При сварке таврового соединения тонкого металла с более толстым, необходимо, чтобы угол наклона электрода или сварочной горелки был около 60° к более толстому металлу. Как это показано ниже:

2. Сварку таврового соединения (и углового в такой же степени) можно значительно упростить, расположив его для сварки «в лодочку». Это позволяет проводить сварку преимущественно в нижнем положении, увеличивая скорость сварки и уменьшая вероятность появления подрезов, которые являются очень частым дефектом таврового сварного соединения, наряду с непроваром. В некоторых случаях одного прохода будет недостаточно, поэтому для заполняющих швов требуется осуществлять колебания горелки.
Сварка "в лодочку" используется также при автоматической и роботизированной сварке, где изделие кантуется при помощи специального кантователя в нужное для сварки положение.

3. В настоящее время существуют специальные сварочные процессы для увеличенного проплавления. Применяя их, можно добиться односторонней сварки достаточно толстого металла с гарантированным проваром и формированием обратного валика с другой стороны. Подробнее о сварочном процессе Rapid Weld можно ознакомиться . О сварочном оборудовании для односторонней сварки таврового шва с обратным вормированием валика можно узнать в разделе

Соединение внахлестку

Данный тип соединения рекомендуется применять при сварке листов толщиной до 10 мм, причем сваривать листы требуется с обеих сторон. Делается это из-за того, чтобы не было возможности попадания влаги между ними. Так как сварочных швов при этом соединении два, то соответственно увеличивается и время на сварку и расходуемые сварочные материалы.

Угловое соединение

Угловым сварочным соединением называют тип соединения двух металлических листов, расположенных друг к другу под прямым или другим углом. Данные соединения также могут быть со скосом кромок или без, в зависимости от толщин. Иногда угловое соединение проваривается и изнутри.

Классификация по другим признакам

Сварные соединения и швы также классифицируют по другим признакам.

Типы соединений по степени выпуклости:

- нормальные
- выпуклые
- вогнутые

Выпуклость шва зависит как от применяемых сварочных материалов, так и режимов сварки. Например, при длинной дуге шов получается пологим и широким, и, наоборот, при сварке на короткой дуге шов получается более узким и выпуклым. Так же на степень выпуклости влияет скорость сварки и ширина разделки кромок.

Типы соединений по положению в пространстве:

- нижнее
- горизонтальное
- вертикальное
- потолочное

Наиболее оптимальным для сварки является нижнее положение шва. Поэтому при проектировании изделия и составлении технологии сварочного процесса следует это учитывать. Сварка в нижнем положении способствует высокой производительности, является наиболее простым процессом с получением качественного сварного шва.

Горизонтальное и вертикальное положение сварного соединения требует от сварщика повышенной квалификации, а потолочное является наиболее трудоемким и не безопасным.

Типы сварных соединений по степени протяженности:

- сплошные (непрерывные)
- прерывистые

Прерывистые сварные швы применяются в соединениях, где не требуется герметичности.

Надеюсь, данная информация по типам сварных швов и соединений будет полезна вам и поможет увеличить качество и производительность ваших сварных конструкций при проектировании. А так же поможет сделать сам сварочный процесс безопасным и наиболее оптимальным. Спасибо за внимание, читайте также другие статьи.

Сварные соединения и швы классифицируются по следующим основным признакам:

виду соединения;
положению, в котором выполняется сварка;
конфигурации и протяженности;
применяемому виду сварки;
способу удержания расплавленного металла шва;
количеству наложения слоев;
применяемому для сварки материалу;
расположению свариваемых деталей относительно друг друга;
действующему на шов усилию;
объему наплавленного металла;
форме свариваемой конструкции;
форме подготовленных кромок под сварку

По виду соединения сварные швы бывают стыковыми и угловыми. По расположению в пространстве швы сварных соединений подразделяются на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные. Выход шва из потолочного положения в вертикальное при сварке цилиндрических изделий называется полупотолочным положением.

По конфигурации швы сварных соединений бывают прямолинейными, кольцевыми, вертикальными и горизонтальными. По протяженности швы разделяются на сплошные и прерывистые. Сплошные швы в свою очередь делятся на короткие, средние и длинные.

По виду сварки швы сварных соединений разделяются на:

швы дуговой сварки
швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом
швы дуговой сварки в защитных газах
швы электрошлаковой сварки
швы электрозаклепочные
швы контактной электросварки
швы паяных соединений

По способу удержания расплавленного металла швы сварных соединений делятся на швы, выполненные без подкладок и подушек; на съемных и остающихся стальных подкладках: на медных, флюсомедных. керамических и асбестовых подкладках, а также флюсовых и газовых подушках. В зависимости от того, с какой стороны накладывается шов, различают односторонние и двусторонние швы.

По применяемому для сварки материалу швы сварных соединений подразделяются на швы соединения углеродистых и легированных сталей; швы соединения цветных металлов; швы соединения биметалла; швы соединения винипласта и полиэтилена.

По расположению свариваемых деталей относительно друг друга швы сварных соединений могут быть под острым или тупым углом, под прямым углом, а также располагаться в одной плоскости.

По объему наплавленного металла различают нормальные, ослабленные и усиленные швы.

По форме свариваемой конструкции швы сварных соединений выполняются на плоских и сферических конструкциях, а по расположению на изделии швы бывают продольными и поперечными.

Сварными называют неразъемные соединения, выполненные при помощи сварки. Они могут быть стыковыми, угловыми, нахлесточными, тавровыми и торцевыми (рис.1).

Стыковым называют соединение двух деталей их торцами, расположенными в одной плоскости или на одной поверхности. Толщина свариваемых поверхностей может быть одинаковой или отличаться одна от другой. На практике стыковое соединение чаще всего применяют при сварке трубопроводов и различных резервуаров.

Угловое - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом относительно друг друга и сваренных в месте примыкания их краев. Такие сварные соединения нашли широкое применение в строительной практике.

Нахлесточное - сварное соединение предусматривает наложение одного элемента на другой в одной плоскости с частичным перекрытием друг друга. Такие соединения чаще всего встречаются в строительно-монтажных работах, при сооружении ферм, резервуаров и т.д.

Тавровым называют соединение, в котором к плоскости одного элемента приложен торец другого соединения под определенным углом.
Сварочные швы

Участок сварного соединения, сформированный как результат кристаллизации расплавленного металла, называется сварочным швом. В отличие от соединений сварные швы бывают стыковыми и угловыми (рис. 2).

Стыковой - это сварной шов стыкового соединения. Угловой - это сварной шов углового, нахлесточного и таврового соединений.

Сварочные швы различают по количеству слоев наложения, ориентации их в пространстве, по длине и т.д. Так, если шов полностью охватывает соединение, то его называют сплошным. Если в пределах одного соединения шов разрывается, то его называют прерывистым. Разновидностью прерывистого шва является прихваточный шов, который применяют для фиксации элементов относительно друг друга перед сваркой. Если сварочные швы накладывают один на другой, то такие швы называют многослойными.

По форме наружной поверхности сварочные швы могут быть плоскими, вогнутыми или выпуклыми. Форма сварочного шва оказывает влияние на его физико-механические свойства и на расход электродного металла, связанный с его формированием. Наиболее экономичны плоские и вогнутые швы, которые, к тому же, лучше работают при динамических нагрузках, так как отсутствует резкий переход от основного металла к сварному шву. Чрезмерный наплыв выпуклых, швов приводит к перерасходу электродного металла, а резкий переход от основного металла к сварному шву при концентрированных напряжениях может вызвать разрушения соединения. Поэтому при изготовлении ответственных конструкций выпуклость на швах снимают механическим способом (фрезы, абразивные круги и т.д.).

Различают сварочные швы по их положению в пространстве. Это нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы.

Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку

Элементами геометрической формы подготовки кромок под сварку (рис. 3, а) являются: угол разделки кромок α; зазор между стыкуемыми кромками а; притупление кромок S; длина скоса листа L при наличии разности толщин металла; смещение кромок относительно друг друга δ.

Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку ее отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик всегда старается увеличить величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок ухудшает прочностные свойства сварного соединения и способствует образованию непровара и концентраций напряжений. ГОСТ 5264-69 допускает смещение свариваемых кромок относительно друг друга до 10% толщины металла, но не более 3 мм.

Геометрия и классификация сварных швов

Элементами геометрической формы сварного шва являются: при стыковых соединениях - ширина шва «b», высота шва «h», при тавровых, угловых и нахлесточных соединениях- ширина шва «b», высота шва «h» и катет шва «К» (рис. 3, б).

Сварные швы классифицируются по количеству наплавленных валиков -однослойные и многослойные (рис. 4, а); по расположению в пространстве - нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные (рис. 4, б); по отношению к действующим усилиям на швы -фланговые, лобовые (торцовые) (рис. 4, в); по направлению - прямолинейные, круговые, вертикальные и горизонтальные (рис. 4, г).

Свойства сварных швов

На качественные показатели сварных соединений накладывает отпечаток множество факторов, к которым относятся свариваемость металлов, их чувствительность к термическим воздействиям, окисляемость и т.д. Поэтому для соответствия сварных соединений тем или иным эксплуатационным условиям следует эти критерии учитывать.

Свариваемость металлов определяет способность отдельных металлов или их сплавов образовывать при соответствующей технологической обработке соединения, отвечающие заданным параметрам. На этот показатель оказывают влияние физические и химические свойства металлов, строение их кристаллической решетки, наличие примесей, степень легирования и т.д. Свариваемость может быть физическая и технологическая.

Под физической свариваемостью понимают свойство материала или его составов создавать монолитное соединение с устойчивой химической связью. Физической свариваемостью обладают практически все чистые металлы, их технические сплавы и ряд сочетаний металлов с неметаллами.

К технологической свариваемости материала относят его реакцию на сварочный процесс и способность создать соединение, удовлетворяющее заданные параметры.

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;
торцовые.

Стыковое соединение - 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.

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.

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 (ГОСТ 2601-84).

Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (ГОСТ 11969-79):

нижнее - в лодочку - Л;
полугоризонтальные - Пг;
горизонтальные - Г;
полувертикальные - Пв;
вертикальные - В;
полупотолочные - Пп;
потолочные - П.

По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными. По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на:

продольные;
поперечные;
комбинированные;
косые.

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми. 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 условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают электрическими шлифмашинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (выглаживание).

Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей, регламентированы ГОСТ 5264-80.

Конструктивные элементы сварных соединений. Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основные конструктивные элемента: зазор, притупление кромок, и угол скоса кромки.

Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. X-образная разделка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6-1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При X-образной и V-образной разделке, кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов.

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и т. п. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0-5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601-84: шириной; выпуклостью; глубиной проплавления (для стыкового шва) и катетом для углового шва; толщиной детали.

Основные элементы сварного шва показаны на рис. 1.

Рис. 1. : а - угловой шов; б - стыковой шов

Технологическая прочность сварного шва. Термин «Технологическая прочность» применяется для характеристики прочности конструкции в процессе ее изготовления. В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов. Это один из важных показателей свариваемости стали.

Технологическая прочность оценивается образованием горячих и холодных трещин.

Горячие трещины - это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния. Возникают в твердо-жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации, а так же в твердом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации.

Наличие температурно-временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин. Температурно-временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек, нарушающих металлическую сплошность сварного шва. Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких, сернистых соединений (сульфидов) FeS с температурой плавления 1189 °C и NiS с температурой плавления 810 °C. В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла, перерастающего в хрупкие трещины.

Вторая причина образования горячих трещин - высокотемпературные деформации. Они развиваются вследствие затрудненной усадки металла шва, формоизменения свариваемых заготовок, а так же при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработки, структурной и механической концентрации деформации.

Холодные трещины . Холодными считают такие трещины, которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 °C или в течении нескольких последующих суток. Они имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления.

Основные факторы, обуславливающие появление холодных трещин:

образование структур закалки (мартенсита и бейнита) приводит к появлению дополнительных напряжений, обусловленных объемным эффектом;
воздействие сварочных растягивающих напряжений;
концентрация диффузионного водорода.

Водород легко перемещается в незакаленных структурах. В мартенсите диффузионная способность водорода снижается, он скапливается в микропустотах мартенсита, переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление, способствующее образованию холодных трещин. Кроме того, водород, адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах, вызывает охрупчивание металла.

Свариваемость - свойство металла и сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Сложность понятия о свариваемости материалов объясняется тем, что при оценке свариваемости должна учитываться взаимосвязь сварочных материалов, металлов и конструкции изделия с технологий сварки.

Показателей свариваемости много. Показателем свариваемости легированных сталей, предназначенных например, для изготовления химической аппаратуры, является возможность получить сварочное соединение, обеспечивающее специальные свойства - коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах.

При сварке разнородных металлов показателем свариваемости является возможность образования в соединении межатомных связей. Однородные металлы соединяются сваркой без затруднений, тогда как некоторые пары из разнородных металлов совершенно не образуют в соединении межатомных связей, например, не сваривается медь со свинцом, или титан с углеродистой сталью.

Важным показателем свариваемости металлов является отсутствие в сварных соединениях закаленных участков, трещин и других дефектов, отрицательно влияющих на работу сварного соединения.

Единого показателя свариваемости металлов пока нет.

Сварные швы классифицируют по назначению, конструктивному признаку, протяженности, положению относительно действующей силы и положению в пространстве.

По назначению швы подразделяются на рабочие и связующие, или конструктивные. Рабочие швы воспринимают расчетные усилия, их размеры определяются расчетом. Конструктивные, или связующие, швы служат для соединения элементов, прикрепления конструктивных деталей, устранения зазоров и применяются минимального сечения.

По конструктивному признаку швы подразделяются на стыковые, угловые и точечные.

Стыковой шов - это сварной шов стыкового соединения. Стыковые швы осуществляются при соединении элементов, расположенных обычно в одной плоскости, путем заполнения присадочным материалом пространства между деталями. При сварке элементов небольшой толщины для полного проплавления достаточно оставить между кромками зазор, равный */ 3 толщины металла, при этом стыковой шов может быть как на остающейся, так и на съемной подкладке.

При большой толщине металла, чтобы достичь полного проплавления по всей глубине шва, необходимо специально обработать кромки свариваемых элементов - произвести разделку кромок, при этом шов может состоять из одного или большего количества валиков, наплавленных в разделку.

Валиком называется металл сварного шва, наплавленный или переплавленный за один проход. Первый валик (рис. 2.7), наплавленный в разделку, называют корневым проходом или иногда корневым швом. Последующие валики образуют заполняющие слои. При двухстороннем сварном шве меньшая часть двухстороннего шва, выполняемая предварительно для предотвращения прожогов при последующей сварке пли накладываемая в последнюю очередь в корень шва, называется подарочным швом.

Рис.

1 - корневой проход; 2-4 - заполняющие слои; 5 - подварочный шов

Стыковые швы должны иметь с обеих сторон выпуклость в виде наплывов, имеющих плавное очертание, и по возможности небольшую высоту. Выпуклость компенсирует неровность наружной поверхности шва и возможные ослабления (поры, шлаковые включения) внутренней части.

Стыковой шов является основным и наиболее экономичным сварным соединением. Он передает усилие равномерно по всему сечению с наименьшими местными напряжениями, что делает его особенно целесообразным при вибрационной и динамической нагрузках.

Недостатками стыкового шва являются: производственные трудности в осуществлении равномерного зазора по всей длине соединяемых элементов; дополнительные расходы на обработку кромок; необходимость точной резки элементов.

Угловой шов - это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединения. Угловые швы накладываются в угол, образованный соединяемыми элементами, расположенными в разных плоскостях, и могут состоять из одного или нескольких валиков (рис. 2.8).

Рис. 2.8.

Нормальный угловой шов имеет вид равнобедренного треугольника, имеющего небольшую выпуклость. В соединениях, воспринимающих динамические усилия, угловые швы должны быть с вогнутой поверхностью. ГОСТ допускает выпуклость и вогнутость углового шва до 30% его катета. При этом вогнутость не должна приводить к уменьшению значения катета к п (величина катета углового шва, установленная при проектировании). Проектной величиной катета (к п) является катет наибольшего прямоугольного треугольника, вписанного во внешнюю часть углового шва (рис. 2.9). При симметричном шве за катет к и принимается любой из равных катетов, при несимметричном шве - меньший.

Рис. 2.9. Проектная величина катета (к „) угловых швов

Точечным швом называется сварной шов, в котором связь между сваренными частями осуществляется сварными точками. Сварная точка - это элемент точечного шва, представляющий собой в плане круг или эллипс. Точечные швы применяются для сварки нахлесточных соединений с отверстием в верхнем элементе (рис. 2.10). Отверстие может быть с вертикальными стенками или иметь скос кромки. Точечные швы имеют много общего с угловыми швами, за исключением того, что сечение шва образуется в результате заполнения отверстия в пластине наплавленным металлом. Данный тип сварных швов не получил широкого распространения.

Рис. 2.10.

По протяженности сварные швы подразделяются на непрерывные, прерывистые и прихватки.

Непрерывный шов - это сварной шов без промежутков по длине. Непрерывный шов проходит по всей длине соединения, от одного конца к другому (2.11, а).

Рис. 2.11. а - двухсторонний непрерывный; б - односторонний прерывистый, в - двухсторонний цепной; г - двусторонний шахматный

Прерывистый шов - это сварной шов с промежутками по длине (рис. 2.11, б). На неответственных конструкциях (сварка ограждений, настила и т.п.) использование прерывистых швов может дать ощутимый экономический эффект, и стоимость проведения сварочных работ может быть значительно снижена. Данный тип швов обычно применяется для сварки нахлесточных и тавровых соединений. Разновидностью прерывистых швов являются: цепной прерывистый шов и шахматный прерывистый шов.

Цепной прерывистый шов - это двухсторонний прерывистый шов, у которого промежутки расположены по обеим сторонам стенки - один против другого (рис. 2.11, в).

Шахматный прерывистый шов - это двухсторонний прерывистый шов, у которого промежутки на одной стороне расположены против сваренных участков шва с другой ее стороны (рис. 2.11, г).

Прихватка - это короткий сварной шов для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей. Конструкции, изготовляемые с помощью сварки, очень часто состоят из множества различных элементов. Эти элементы, собираемые с помощью сварки, и образуют окончательное сварное изделие. В процессе сборки возникает необходимость присоединения какого-то элемента к основной конструкции перед его сваркой. Это обеспечивается наложением серии коротких швов, расположенных друг от друга на некотором расстоянии. Прихватки должны быть достаточно прочными, для того чтобы удержать элемент в нужном положении и не разрушиться при сварке изделия. Количество и сечение прихваток определяются толщиной свариваемого металла, протяженностью шва, нагрузкой от холодной обработки, которую придется выдержать прихваткам, а также от применяемой технологии сварки.

По положению относительно действующей силы сварные швы подразделяются: на фланговые, лобовые, комбинированные и косые (рис. 2.12).

Лобовой стыковой шов передает приложенное усилие равномерно по всему сечению с наименьшими местными напряжениями. Прочность соединения не зависит от типа разделки кромок свариваемых элементов и при правильном производстве работ практически одинакова. Необходимо тщательно заваривать концы швов, особенно косых, не оставляя недоваров или незаверенных кратеров, которые могут служить очагами концентрации напряжений и появления трещин.

Рис. 2.12. Типы сварных швов по отношению к направлению действующих

на них усилий:

а - продольные (фланговые); б - поперечные (лобовые); в - комбинированные; г - косые

Лобовой двухсторонний угловой шов нахлесточного соединения в большинстве случаев имеет неравномерное распределение нагрузки. Распределение напряжений по длине флангового шва в упругой стадии работы происходит неравномерно, в крайних точках возникают большие перенапряжения.

Прочность фланговых швов несколько меньше, чем лобовых, так как разрушение их происходит в основном от среза при незначительном воздействии изгиба. Пластические свойства фланговых швов незначительны, и после появления у начала шва первой трещины разрушение происходит достаточно быстро.

При выполнении нахлесточных соединений только фланговыми швами необходимо, чтобы длина шва была больше ширины детали. При невозможности выполнения этого условия производят обварку по контуру как лобовыми, так и фланговыми швами. Обварка по контуру повышает прочность соединения по сравнению с лобовыми или фланговыми швами, но пересечение лобовых и фланговых швов - понижает. В углах создается повышенная концентрация напряжений, поэтому при обварке по контуру их желательно не обваривать (рис. 2.13).

Приняты следующие положения сварки (рис. 2.14): нижнее стыковое и в «лодочку»; нижнее тавровое; горизонтальное; потолочное стыковое; потолочное тавровое; вертикальное снизу вверх; вертикальное сверху вниз; наклонное под углом 45°.

Рис. 2.13.

Рис. 2.14.

Нижнее положение сварки - положение, когда плоскость, в которой расположен шов сварного соединения, находится под углом от 0 до 10° по отношению к горизонтальной плоскости. При сварке в нижнем положении поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение, что создает наиболее хорошие условия для формирования шва.

Горизонтальное положение сварки - положение, при котором шов сварного соединения расположен на вертикальной поверхности и находится под углом от 0 до 10° по отношению к горизонтальной плоскости.

Вертикальное положение при сварке - шов сварного соединения находится на вертикальной плоскости под углом 90° ± 10° по отношению к горизонтальной плоскости.

Сварка на подъем - это сварка плавлением в наклонном положении, при котором сварочная ванна перемещается снизу вверх. Сварка на спуск - это сварка плавлением в наклонном положении, при котором сварочная ванна перемещается сверху вниз.

Сварка в вертикальном положении сверху вниз и «на спуск» характеризуется тем, что направление силы тяжести жидкого металла и направление сварки совпадают, металл сварочной ванны подтекает под дугу, что уменьшает глубину проплавления. При сварке в вертикальном положении снизу вверх и «на подъем» направление силы тяжести жидкого металла противоположно направлению сварки, металл сварочной ванны вытекает из-под дуги, увеличивая при этом глубину проплавления.

Наклонное положение сварки - плоскость, на которой располагается сварной шов, находится под углом 45° ± 10° по отношению к горизонтальной плоскости.

Потолочное положение сварки - пространственное положение при сварке, когда последняя выполняется снизу соединения. При сварке в потолочном положении поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение, и металл ванны удерживается силами поверхностного натяжения и давления дуги. Такая сварка наиболее трудна и может осуществляться только высококвалифицированными сварщиками.

Сварка в вертикальном и потолочном пространственных положениях используется главным образом на тех предприятиях, где продукция крупногабаритная и не подлежит повороту. Вертикальное положение при сварке встречается чаще, чем потолочное.