Какие конструктивные элементы характеризуют форму разделки кромок при подготовке металла к сварке

Обновлено: 18.05.2024

Надежность сварного шва зависит от глубины провара металла. При монтаже деталей толще 3 мм предусмотрено предварительное оформление краев – разделка под сварку. Когда кромки скошенные, формируется глубокая ванна расплава, образуется надежный диффузный слой. Процесс подготовки металла перед свариванием оговаривается в стандартах. Все они перечислены в одном из разделов статьи.

Назначение разделки кромок под сварку

Правильно сформированная ванна – залог прочного соединения сварных деталей, образуется глубокий однородный слой, после кристаллизации в диффузном слое не возникает внутренних напряжений.

Процессом разделки кромок под сварку подразумевают изменение геометрии стыка, его увеличивают с одной или двух сторон. Разделку выполняют с целью упрочнения соединения толстых деталей, проварить встык на всю глубину невозможно. Появляется доступ к центральной части шва, увеличивается размер ванны расплава.

При правильной подготовке деталей снижается риск брака, не образуются пустоты, раковины, несплошности в месте шва.

Подготовка заготовок под разделку

Торцевые поверхности зачищают, убирают:

загрязнения, снижающие качество соединений;
оксидную тугоплавкую пленку;
следы ржавчины;
пятна маслянистых жидкостей, они приводят к браку.

С металла снимают слой до 2 мм.

Зачистка бывает двух видов:

механическая заключается в обработке стальными щетками, наждачной бумагой, напильниками, абразивным инструментом (работы производят вручную или используя специальный инструмент);
химическая проводится для растворения загрязнений и оксидной пленки, применяют органические растворители, кислоты.

Второй этап подготовки металла – разделочные операции, обеспечивающие доступ ко всей области стыка.

Подготовка заготовок под разделку кромок обязательна!

Виды предварительных операций:

ручная правка, необходима для соединения плит, проводится молотком;
механическая заключается в прокатке на правильных вальцах, устраняются складки, коробления, неровности;
разметка проводится при ремонтных работах, криволинейных швах, когда нужно сверлить отверстия для крепежа;
термическая подготовка, некоторые металлы предварительно прогревают для увеличения пластичности, упорядочивания внутренней структуры металла, снятия остаточных напряжений.

Подготовка кромок бывает трех видов:

без разделки, поверхности хорошо зачищают, укладывают на определенном расстоянии;
с разделкой, снимают фаски с одной или двух сторон, с одной детали или обеих, или делают угловой скос граней;
с отбортовкой – сглаживают острые края.

До разделки

Первое правило – эффективно, полномерно подготовить изделие к самой отделке. Прежде следует выпрямить стальной лист, устранить искривления. Выравнивание поверхности заготовки называют правкой металла.

Для этого используют пресс, или прокатывают материал в правильных вальцах. Сделать выправку, устранить местные неровности и деформации можно и ручным способом- молотком, но это слишком трудоемко.

Следующий этап – очищение от масел, оксидных пленок, окалины. Без тщательной зачистки загрязнения попадут в сварной шов и приведут к дефекту. Лучше всего это сделать с помощью уайт-спирита или другого растворителя.

Для удаления сильной грязи, ржавчины используют металлическую щетку, болгарку или абразивный круг. Листы из нержавейки должны блестеть.

После чистки свариваемые конструкции легонько прогревают с помощью специальных нагревательных приборов. Затем по чертежу делается разметка и вырезаются нужные заготовки с помощью режущих инструментов по металлу.

Второе правило намеченной работы по разделке — точно сделать сами скосы кромок, придать им соответствующую форму. Иначе не добиться качественного и прочного шва.

Формы скосов кромок

Стоит рассмотреть различные виды оформления торцов, зависит от толщины заготовки, физических свойств металла, способа сварки.

V-образная

Самая популярная разделка, практикуется для всех видов сварки, пластин толще 3–5 мм. Заключается в симметричном скосе краев у одной и другой заготовки. Используются все существующие виды обработки.

X-образная

Такая разделка толстых пластин проводится при двухстороннем соединии. По сути – это два встречных V-образных соединения, металл проваривается на всю глубину. Образуется шов, способный работать под нагрузкой. Шов наплавляется слоями, валики образуются широкими. Рекомендованный угол скоса – 45 или 60° в зависимости от физических свойств заготовок. Для вязких нужен большой скос, текучие варят с наименьшим углом скоса.

Х- и К-образные скосы делают на заготовках толщиной от 12 до 40 мм. При ручной сварке стальных заготовок плавящимися электродами скашивают кромки свыше 5 мм, при односторонней или симметричной разделке совокупный угол должен быть не менее 60°, но не более 80°. Наклон влияет на прочность шва.

U-образная

Края разделывают с одной или двух сторон. Сделать углубление правильной формы новинкам бывает сложно, для этого требуется практика. Особенностью такой разделки заготовок толщиной от 20 до 60 мм считают экономию расходных материалов, быстрый провар. При U-образном оформлении скоса образуется ровный шовный валик, зона термического влияния меньше, чем при V-образной разделке.

K-образная

Этот способ оформления краев толстостенных деталей схож с Х-образной разделкой. К-образная предусматривает скос кромок только одной из заготовок, метод применяется при двухсторонней сварке. Нужно учитывать, что деталь со скошенными гранями прогревается сильнее.

Односторонняя применяется для стыковых и угловых швов (V или U), двухсторонняя при стыковой, когда заготовки проваривают снизу и сверху (K или X). Угол скоса кромок под сварку зависит от вида сварочного оборудования:

для газовой рекомендуемый угол наклона в пределах 45°;
электродуговой – 30-35°.

Притупление краев делается на высоту от 1 до 3 мм.

Особенности методов резки

При газовой кислородной резке легированных сталей свободный углерод образует карбиды, удалить которые очень трудно. Поэтому подготовку таких сплавов, как хромированная нержавейка, например, проводят другими способами. Газовую разделку кромок применяют в основном к углеродистым сталям.

Качество термической резки, проведенной вручную, почти всегда оставляет желать лучшего, поэтому требуется дополнительно обрабатывать срез абразивом. К тому же изменяется состав и свойства верхнего слоя, что приводит к деформации изделий.

Читать также: Влагоотделитель для компрессора своими руками видео

Плазменная резка позволяет получить качественный срез практически любых металлов. В роли плазмообразующего газа применяют воздух. Переносные устройства терморезки оснащаются газовыми и плазменными горелками. При установке трех горелок можно делать скосы кромок К-образной формы.

При машинной термической резке, качество кромок получается высоким, и удовлетворяет требованиям ГОСТов. Лазерная разделка кромок используется, когда ее нечем заменить, стоит она очень дорого.

Механическая резка обеспечивает получение качественных скосов кромок. К достоинствам относится создание скосов сложной формы. Но есть и существенные недостатки, среди которых невысокая производительность и трудность формирования кромок на крупных заготовках.

При формировании двусторонних скосов механическим методом требуется кантовка заготовок. Резка стыков абразивами является вредным производством и требует много ручного труда. Элементы абразива вызывают трещины.

Способы обработки кромок

Обработку кромок под сварку проводят разными способами:

вручную, используют зубило, напильник или наждачку;
с использованием механизации: а) вращающиеся вокруг оси заготовки обтачивают на карусельном, расточном или токарном станке; б) для остальных деталей используют фрезерование, шлифовальный инструмент, строгальные станки, дробеструйное и пескоструйное оборудование; в) криволинейные края под сварку делают на специальных фрезеровальных станках или универсальных центрах;
термическим способами: а) газовым резаком (газовая завершается ручной доводкой); б) плазмотроном, (плазменная обрезка кромок самая точная).

Разделка кромок под сварку труб

Вид подготовки краев зависит от расположения свариваемых деталей, типа сварного соединения. Трубы соединяют:

стыковкой с соблюдением соосности;
под определенным углом;
внахлест, если меняется диаметр трубопровода или приваривается фланец.

При монтаже трубы соединяют между собой и арматурными элементами – важными частями трубопроводов (врезают заглушки, отводы, фитинги, уголки, краны, приборы учета и др.).

В стандарте регламентирована механическая и химическая подготовка поверхности, подготовка краев толстостенных заготовок.

Отводы приваривают встык со скосом одной или двух кромок с наклоном 45° к оси трубы. Угловые швы варят без снятия фаски. Отводной штуцер присоединяют внахлест или угловым швом, предусмотрена односторонняя подготовка кромок. При сварке труб угол раскрытия 60 –70°, размер притупления 2–2,5 мм, величина зазора 2–3 мм.

Зная особенности подготовки кромок, можно получать надежные стыковые, угловые соединения, сваривать металл внахлест. При правильной подготовке деталей снижается риск брака, не образуются пустоты, раковины, несплошности в месте шва. Особенно важно правильно подготовить заготовки из сильно текучих и слишком вязких металлов.

Оборудование для механической разделки

Основные механические способы подготовки стыков – это фрезеровка, строжка, долбежка и резка абразивом.

Кромкострогальные станки используются при разделке стыков прямолинейных заготовок и позволяют получать любые виды разделки кромок. Кромкофрезерное оборудование может работать с криволинейными заготовками.

Переносные устройства используют, чтобы подготавливать стыки трубопроводов. Кромкоскалывающее оборудование работает на высокой скорости, но кромки требуют дальнейшей доводки.

Для доводки стыков абразивом применяют шлифовальные машинки. Данная обработка используется после фрезеровки изделий из нержавейки и алюминия.

Все методы разделки кромок имеют свои полюсы и минусы, все зависит от конкретики, вида обрабатываемых заготовок, условий работы и требуемой точности обработки.

9.1. Подготовка кромок (продолжение)

Основными конструктивными элементами разделки являются: угол разделки кромок, притупление и зазор в стыке. Угол разделки кромок для V- и Х-образных соединений берут равным 60°, а для V-образного соединения со скосом одной кромки так же, как и для К-образного соединения, равным 50°.

Величина нескошенной части или так называемое притупление составляет 1—2 мм, а величина зазора принимается равной 2 мм.

Существующие способы ручной дуговой сварки позволяют сваривать без разделки кромок металл ограниченной толщины – до 5 мм. Поэтому при сварке металла большой толщины выполняют разделку кромок под сварку для доступа сварочной дуги в глубь соединения и обеспечения качественного провара и формирования сварного шва.

Читать также: Красивый объемный широкий браслет из бисера

Разделка кромок –

придание кромкам, подлежащим сварке, необходимой формы (рис. 3.11).

Элементами геометрической формы подготовки кромок под сварку являются: угол разделки кромок – а, угол скоса кромки – р, зазор – Ъ,

притупление кромок –
с.
Угол разделки кромок

– угол между скошенными кромками свариваемых частей. В зависимости от способа сварки и типа соединения он изменяется от 60 до 90°. От типа и величины разделки кромок зависят количество дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. Так, например, Х-образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6-1,7 раза.

Конструктивные элементы разделки кромок:
а
– разделка одной кромки;
б –
разделка двух кромок

Угол скоса кромки –

острый угол между плоскостью скоса кромки и плоскостью торца. Обычно составляет 30-50°.

Скос кромки –

прямолинейный наклонный срез кромки, подлежащей сварке.

кратчайшее расстояние между кромками собранных для сварки деталей. В зависимости от толщины свариваемого металла он обычно составляет 0-5 мм. Наличие зазора необходимо для провара корня шва. Чем больше зазор, тем глубже проплавление металла.

Притупление кромки –

нескошенная часть торца кромки, подлежащей сварке. В зависимости от толщины свариваемого металла составляет 1-3 мм. Его назначение – обеспечить правильное формирование шва и предотвратить прожоги в корне шва.

Рис. 3.12.
Смещение Д свариваемых кромок
При сборке деталей под сварку может возникать смещение Д свариваемых кромок друг относительно друга (рис. 3.12). Допустимое смещение свариваемых кромок в зависимости от толщины свариваемого металла указано в табл. 3.3.

Разделка кромок под сварку

Одним из этапов подготовки металлических деталей для их сваривания в неразъемное соединение является работа с их кромками. Придание им определенной формы называется разделкой. С какой целью выполняют разделку кромок свариваемых деталей? Это необходимо для повышения качества будущей сварной конструкции. Скос кромок обеспечивает хороший провар по всей ширине шва. Кроме того, это гарантирует доступ инструмента сварщика к корню сварного шва. Это главные причины, для чего выполняется разделка кромок при сварке.

Размеры скосов относятся к конструктивным значениям, регламентируемым нормативными документами. Они разделяются в зависимости от формы соединений и способа сварки. Так, например, ГОСТ 5264, в котором содержатся требования к ручной дуговой сварке, не распространяется на соединения трубопроводов, описания которых изложены в ГОСТе 16037. При автоматической сварке и с применением полуавтомата следует обратиться к ГОСТу 11533. Суть разделки кромок под сварку заключается в удалении части металла на торце под определенным углом, называемым скосом.

Нюансы разделки кромок

Разделка под сварку имеет свои особенности. При разделке увеличивается ширина сварного шва. Это приводит к дополнительному расходу материалов. При некоторых ситуациях разделка кромок отсутствует, и сварка производится без этого подготовительного этапа. Если свариваются тонкие детали, то прибегают к отбортовке.

Отбортовкой называется загиб кромок соединяемых деталей. Выполняют отбортовку ручным или машинным способом. Вручную она может выполняться на наковальне с применением молотка или кувалды. Механическая обработка также может проводиться строганием, фрезерованием, долблением, применением абразивов, что требует соответствующего оборудования, например, строгальных или фрезеровальных станков.

Устройство строгальных станков достаточно простое. Высокопрочный резец, проходя вдоль торца под установленным углом, снимает за каждый проход слой металла. Затем механизм станка изменяет его положение и операции повторяются. Фрезеровальные станки находят применение, когда поверхность деталей имеет криволинейную форму. Фаска образуется с помощью фрезы, совершающей перемещение вдоль линии шва.

Для больших конструкций и трубопроводов используют кромкоскалыватели, работающие методом долбления. Абразивную обработку применяют для заготовок маленького размера и для окончательной доводки после строгания и фрезерования. Снимать кромку можно с помощью газового резака. Для машинного способа используют зигмашину.

Фаски на кромках делают с одной стороны или с обеих. Односторонние скосы на прямых деталях способствуют легкости протекания процесса сварки. При двухсторонних фасках необходимо обеспечить сварщику доступ к обеим сторонам соединения.

Конструктивные параметры

Типы разделки кромок под сварку различаются в зависимости от выбранных конструктивных параметров:

Угол скоса. Обозначается буквой "β". Это острый угол между двумя плоскостями: торца и скошенной поверхностью. Находится в диапазоне от 10 до 30 градусов. Если скашивается только одна кромка, то угол составляет 45 градусов.
Угол разделки. Обозначается буквой "α". Под этим термином подразумевается угол между скошенными поверхностями. Когда угол скоса обеих деталей одинаков, то угол разделки равняется его двойному значению. Соответственно, находится в диапазоне от 20 до 60 градусов. Правильный выбор угла раскрытия обеспечивает проникновение электрода вглубь, достаточного для хорошей проварки корня шва.
Величина притупления. Обозначается буквой "С". Часть торца кромки, оставшаяся нескошенной, может иметь острую форму. Это может помешать процессу сварки и вызвать в этой тонкой части прожоги металла. Чтобы этого избежать прибегают к затуплению кромок. Размер притупления составляет порядка 2 мм.
Зазор. Обозначается буквой "b". Является расстоянием между кромками в зоне корня шва. Зазор оставляют для лучшего провара в этой области. Его значение обычно составляет около 1,5 мм. Эта величина может быть уменьшена или увеличена в зависимости от технологии процесса сварки.
Длина скоса. Обозначается буквой "L". Регулирует плавность перехода от минимального размера скошенной части до толщины детали. Правильно выбранное значение устранит дополнительные напряжения в этой области.
Высота и ширина обозначаются как "h" и "в" соответственно.
Катет шва. Обозначается буквой "К". Это наименьшее расстояние от плоскости одной детали до границы треугольного шва на другой.

Элементы геометрической подготовки формы кромок под сварку имеют свое обозначение, которое используется на чертежах, в технологической и конструкторской документации.

Виды разделок

Классификация предлагает различные виды разделки кромок под сварку. Они находят применение в зависимости от толщины элементов, применяемой технологии, типа шва. Каждый вид получил название по латинской букве, которую он напоминает. Три вида имеют прямолинейный скос, а один - криволинейный.

Является наиболее часто применяемой. Это объясняется простотой выполнения и возможностью использования для различных толщин свариваемых деталей. Диапазон толщин - от 3 до 26 мм.

Представляет собой разделку обеих кромок с одной стороны. Угол разделки - 60 градусов. Применяется для стыковых, угловых и тавровых соединений.

Используется также достаточно часто. Скосы выполняют с обеих сторон. Способ применяется для соединения деталей, имеющих толщину от 12 до 60 мм. Угол разделки такой же, как в предыдущем варианте. С каждой стороны осуществляется несколько проходов. При таком способе значительно снижается расход электродов при сварке. Остаточные деформации при нагреве являются незначительными.

Единственный вид криволинейного скоса. Иногда называется "рюмочным". Разделка кромок для сварки таким способом является наиболее трудной. Применение оправдано, когда необходимо получит высокое качество шва. Обе кромки скашиваются одинаково с одной стороны. Подходящая толщина деталей - от 20 до 60 мм. При сварке кромок таким способом происходит уменьшенный расход электродов. Вручную выполнять трудно, поэтому применяются кромкорезы.

К-образная

Наиболее редко применяемый способ. Скос кромок под сварку в соединении делается только для одной детали. Одна из кромок односторонняя, а вторая имеет сразу два скоса. Если возникли затруднения, какая подходит разделка кромок под сварку таблица поможет сделать правильный выбор.

Из нее видно, что форма кромок зависит от типа соединения, характера шва и толщины свариваемых деталей.

Смещение деталей

Кромки не обязаны отличаться симметричностью и быть параллельными между собой. Однако, смещение кромок сварных стыковых соединений имеет ограничение. Все допуски указаны в нормативных документах. Величина допускаемого смещения зависит от толщины соединяемых деталей.

Свои нюансы имеет сварка трубопроводов и других различных труб. Это потребует повышенной точности. Допустимое смещение кромок при сварке труб будет гораздо меньшем, чем у деталей, имеющих плоскую форму. Способом предупреждения появления значительного смещения является надежная фиксация соединяемых элементов. Оправдавшим себя методом фиксации является выполнение прихваток - коротких поперечных швов.

Кромки для труб

К соединениям из труб, в частности к трубопроводам, предъявляются повышенные требования. Они являются наиболее трудными при сварке, требуют прочности, надежности и долговечности. Разделка кромок под сварку трубопроводов из стали определена требованиями ГОСТа 16037.

Большое значение придается перпендикулярности оси трубы к ее торцевой поверхности. Чтобы выдержать это требование, перед началом разделки кромок следует совершить обрезку торцов и проконтролировать получение требуемого прямого угла. Угол раскрытия должен составлять 60-70 градусов. Величина притупления кромок составляет 2-2,5 мм. Кромки под сварку труб могут обрабатываться различными способами: с помощью механической обработки, газовой резкой и другими.

При сборке соединения необходимо отслеживать, чтобы совпадали оси и поверхности стыков. Жесткое требование предъявляется к величине зазора. Его значение находится в диапазоне 2-3 мм. Чтобы не произошло перекоса соединения, зазор должен быть одинаковым по всей окружности.

Интересное видео

Конструктивные элементы подготовки кромок и размеры швов

Виды подготовки кромок по сварку

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 варки 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 свариваемое изделия.

Стандарты на конструктивные элементы сварных соединений по способам сварки

Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой стороны (так называемое усиление шва), так и с обратной стороны, т. е. форма так называемого 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.

Важное 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.

Подготовка кромок технологических трубопроводов (НГДО4,12, ОХНВП16, МО2, ГДО)

Отклонение от перпендикулярности торца трубы относительно образующей:
05мм. для Dу до 65мм.; 1,0мм. для Dу св.65мм. до 125мм.; 1,5мм для Dу свыше 125мм. до 500мм.; 2,0 мм для Dу свыше 500мм.(п. 7.1.18. ПБ 03-585-03)

Кромки труб (элементов) и прилегающие к ним участки по внутренней и наружной поверхностям шириной не менее 20 мм. должны быть очищены от ржавчины и загрязнений до металлического блеска и обезжирены (п. 7.1.19. ПБ 03-585-03)

Газовую, воздушно-дуговую или плазменную резку труб из закаливающихся теплоустойчивых сталей необходимо производить с предварительным подогревом 200-250 С и медленным охлаждением. После резки кромки должны быть проконтролированы капиллярной или порошковой дефектоскопией. Обнаруженные трещины удаляются механической зачисткой по всей кромке. (п.п. 7.1.16., 7.1.17 ПБ 03-585-03)

После термической резки кромки труб из закаливающихся сталей должны быть зачищены на глубину не менее 3 мм., а из углеродистых и аустенитных сталей на глубину не менее 0,5 мм. от наибольшей впадины реза (п.п. 18.20,18.21 РД 38.13.004)

Подготовка кромок трубопроводов котельного оборудования (КО1,2)

Концы труб из углеродистых и низколегированных сталей разрешается обрабатывать кислородной, плазменно-дуговой или воздушно-дуговой резкой с последующей зачисткой кромок режущим или абразивным инструментом до удаления следов огневой резки.Подготовленные к сборке кромки должны быть без вырывов, заусенцев, резких переходов и острых углов.

Кромки и прилегающие к ним участки поверхностей деталей должны быть зачищены до металлического блеска и обезжирены на ширину: по наружной поверхности не менее чем на 20 мм. от кромки разделки, –по внутренней не менее 10 мм. При установке штуцера поверхность со стороны наложения шва должна быть зачищена на ширину 15-20 мм. от отверстия, а поверхность очка на всю глубину. (п. 6.2.4. РД 153-34.1-003)

Кислородную резку труб из хромо молибденовых и хромо ванадиевых сталей с толщиной стенки более 12 мм. при температуре воздуха ниже 0 С необходимо производить с предварительным подогревом 200 С и медленным охлаждением. (п. 6.1.5. РД 153-34.1-003)

При термической резке высоколегированных сталей (мартенситного мартенситно-ферритного и аустенитного классов)должен быть предусмотрен припуск не менее 1 мм. на последующую механическую обработку (п. 6.1.4. РД 153-34.1-003)

Подготовка кромок строительных конструкций

Непосредственно перед сваркой кромки и прилегающие к ним участки на ширину 20 мм. при ручной или механизированной дуговой сварке и не менее 50 мм. для автоматической, а также места примыкания начальных и выводных планок должны быть тщательно очищены от окалины грязи, краски, масла, ржавчины,влаги, снега и льда. (п. 5.6. РД 3415.132, п.1.4.2 ОСТ 36-58, п. 6.5 ОСТ 36-60)

Огневую резку кромок деталей из стали С345 и более прочных при температуре окружающего воздуха ниже минус 15 С нужно проводить с предварительным подогревом металла в зоне реза до 100 С. (п. 5.5. РД 3415.132)

После термической (кислородной, воздушно-дуговой, плазменной) резки поверхности реза должны быть механически обработаны:

на элементах из сталей С235 до С285 – до удаления следов резки
на элементах из сталей С345 до С375 – с удалением слоя толщиной не менее 1 мм.
на элементах из сталей С390 до С440 — с удалением слоя толщиной не менее 2 мм.

При обработке абразивным инструментом следы зачистки должны быть направлены вдоль кромок (п. 5.3. РД 34 15.132).

Подготовка кромок трубопроводов газового оборудования (ГО 1,2)

Типы конструктивные элементы и размеры сварных соединений должны соответствовать ГОСТ 16037 (п.7.49. СП 42-102)

Подготовка кромок под стандартную разделку выполняется механической обработкой или газовой резкой с последующей зачисткой шлиф машинкой (п. 7.51. СП 42-102)

Подготовка кромок трубопроводов газового оборудования

Кромки труб (элементов) и прилегающие к ним участки по внутренней и наружной поверхностям шириной не менее 10 мм. должны быть очищены до металлического блеска (п. 7.52. СП 42-102)

Подготовка кромок магистральных и промысловых газопроводов (СТО Газпром 2-2.2-136)

Геометрические параметры торцов труб, СДТ, ЗРА должны соответствовать ТР-1 – ТР-23 Таблица А8

Свариваемые кромки и прилегающие к ним внутренние и наружные поверхности свариваемых элементов должны быть зачищены механическим способом шлиф машинкой на ширину не менее 15 мм.
(п 10.2.13)

Допускается производить резку труб, в т.ч. для выполнения
специальных сварных соединений (захлестов и др.), с применением оборудования механизированной орбитальной газовой или воздушно-плазменной резки с последующей механической обработкой торцов труб станком подготовки кромок или шлиф машинками до требуемой разделки при этом, металл должен быть сошлифован на глубину от 0,5 до 1,0 мм, а внутреннее усиление заводского шва должно быть сошлифовано «заподлицо» с внутренней поверхностью трубы (п.10.2.7)

Подготовка кромок сосудов, работающих под давлением (ГОСТ Р 52630-2007) (КО 3, ОХНВП 1,2)

Форма подготовки кромок должна соответствовать требованиям технической документации или проекта.

Кромки подготовленных под сварку элементов сосудов должны быть зачищены на ширину не менее 20 мм, Кромки не должны иметь следов ржавчины, окалины, масла и прочих загрязнений. Кромки должны проходить визуальный осмотр для выявления пороков металла. Не допускаются расслоения, закаты, трещины, а для двухслойной стали — также и отслоения коррозионно-стойкого слоя.

При толщине листового проката более 36 мм зону, прилегающую к кромкам, дополнительно следует контролировать ультразвуковым методом на ширине не менее 50 мм для выявления трещин, расслоений и т.д.

Технологические особенности подготовки под сварку и сварки стыковых, угловых, тавровых и нахлесточных соединений одно- и двухсторонних, со скосами и без скоса кромок, на весу и на подкладках.

При стыковом шве в верхнем диапазоне толщины листа должна быть проведена подготовка корня шва с обратной стороны. Это рекомендуется и для предотвращения возникновения дефектов и при всех случаях сваривания подварочных слоев и при двустороннем свариванииX-образных и двойных Y-образных швов в верхнем диапазоне толщины листа. УV-образных швов и швов HV фаза корня может быть несколько ломаной, высота притупления Y-образного шва зависит от используемой силы тока. U- образные швы и двусторонние U-образные швы по экономическим соображениям используются прежде всего при сваривании листов большой толщины, так как из-за небольшого угла раскрытия заполняемый объем шва меньше, чем при V-образных, Y- образных,X-образных и двойных Y-образных швах. У угловых швов зазор между кромками должен быть как можно меньшим, чтобы в него не мог попасть шлак. Это касается в первую очередь Т-образных соединений, соединений внахлестку и угловых швов.

Разделка сварных кромок у нелегированных и низколегированных сталей производится, как правило, газовыми автогенными резаками. Высоколегированные стали и металлы, подвергаемые ручной сварке, могут разрезаться плазменной струей. Удаление возникающей при термической резке оксидной пленки требуется, как правило, только в исключительных случаях. При наличии особенных требований в отношении соблюдения небольших допусков рекомендуется механическая доработка кромок. В особенности это относится к кольцевым швам. Современные технологии резки электронным или лазерным лучом чаще используются в механизированном производстве и являются скорее исключением при ручной сварке стержневым электродом.

Факторы, влияющие на выбор типа сварного соединения

При выборе типа сварного соединения учитывают:

условия нагружения сварной конструкции при эксплуатации (статические или динамические нагрузки постоянные,переменные и др.)
способ и условия изготовления сварной конструкции (ручная сварка, автоматическая в заводских или монтажных условиях)
удобства и возможности при сборке и сварке, достигаемую экономию основного металла, электродов и др.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Подготовка металла под сварку

Подготовка деталей к сварке - первый необходимый этап сварочного процесса. Можно применять дорогое оборудование, соблюдать все правила технологии, но, если на металлических поверхностях останутся лишние частицы, ржавчина, пятно масла, то это приведет к образованию дефектов. Подготовка сварного соединения включает в себя также разделку кромок, разметку поверхностей и их надежную фиксацию.

Необходимо помнить, что проще выполнить подготовку к сварке, чем потом решать трудоемкую задачу по ее переделке, которая к тому же не всегда является успешной.

Правка

При хранении и транспортировке части будущего сварного соединения могут потерять свою форму. К искажениям относятся:

вмятины;
выпучивания;
коробление;
волнистость;
искривления.

Исправляют металл в холодном виде и при нагревании. Исправления нагретого металла проходят легче. Выполнять правку можно машинным способом и вручную. Машинный способ применяют в промышленности. Ручную правку удобно проводить, используя наковальню. Подходит и стальная или чугунная плиты большой толщины.

Для осуществления процесса правки необходимо подготовить слесарный инструмент. Возвращать исходную форму, прежде всего, можно при помощи молотка. Однако, подойдет не любой, а изготовленный из мягкого материала. В некоторых случаях можно использовать даже резиновый. Форма бойка предпочтительно круглая - квадратная оставит на металле следы. Поверхность бойка должна быть отполированной. Кроме молотка можно использовать деревянную или металлическую гладилку.

Выпуклость и волнообразность исправляют, ударяя по краям и постепенно двигаясь к центру. По мере приближения к центральной части ударяют чаще, но силу ударов уменьшают. Для корректировки тонких изделий целесообразно применять бруски-гладилки. Правка закаленного металла осуществляется рихтованным молотком.

Разметка

Подготовка металла под сварку включает в себя приведение в соответствие размеров деталей с указанными в чертежах. Прежде, чем приступать к резке, необходимо их разметить. Для разметки применяется острый предмет, мел, ручка, тонкий фломастер, карандаш. Из инструментов также понадобятся линейка, рулетка, угольник, штангенциркуль. При крупном производстве используются шаблоны.

Кроме контура деталей на металлической детали отмечают места сгибов.

Резка

Это является одним из самых важных этапов подготовки к металлу к сварке. Отрезанный в сторону уменьшения металлический элемент можно сразу отнести к браку. Хорошо еще, если существует возможность использовать его для других целей. Не слишком удачно, если требуется корректировка в несколько миллиметров, поскольку выполнить такой процесс достаточно трудно.

Инструменты для разрезания:

ножницы по металлу;
гильотина;
болгарка.

Для толстых деталей можно использовать сварку. Для этого надо расплавить деталь, а потом удалять металл, чтобы получался не шов, а сквозное отверстие. Если двигаться по намеченной линии, получится разрез, хотя и не слишком аккуратный. Термическая резка применима для деталей различной конфигурации. Находят широкое применение дуговая сварка, кислородный резак.

В промышленном производстве применяют отрезные станки.

Зачистка

Подготовка металла к сварке включает его зачистку. Невыполнение этого этапа приведет к образованию дефектов. Даже небольшие частички грязи могут вызвать растрескивание детали, появление в структуре сварного шва пор, возникновению в металле очагов напряжения.

Очищение металлических поверхностей - это самый легкий подготовительный процесс, но очень важный. Особо сложных инструментов при этом не потребуется. Применяются щетки из металла, болгарки. На производстве к этому процессу подходят более серьезно и используют дробеструйные и пескоструйные аппараты.

Не следует забывать о необходимости удаления ржавчины, а также оксидной пленки, образование которой получается при контакте металла с кислородом воздуха. Для удаления следов краски и масляных пятен деталь небольшого размера можно погрузить в емкость с растворителем. Металлическую поверхность перед сваркой необходимо просушить.

Подготовка кромок

Для улучшения условий сварочного процесса производится обработка кромок изделия. Особенно это важно при сваривании толстых изделий. Подготовка кромок под сварку может производиться термическим и химическим способами. Результатом обработки является приобретение формы, способствующей лучшему соединению деталей. Разделка увеличивает ширину шва.

В промышленности используются фрезерные станки, специальные кромкострогальные, пневматические зубила, пламенная резка. Более простые варианты - шлифовка и вырубка. Для механической разделки применяют ножницы по металлу, болгарку, зубило, напильник. Главными параметрами являются скос, угол разделки, ширина зазора, величина притупления. Скос образуется при снятии под углом или закруглением части металла.

Если сварка производится под углом, то разделку кромок можно проводить только при толщине деталей больше 3 см. Важную роль наличие скоса играет, когда свариваются детали разной толщины. Иногда приходится прибегать к притуплению кромок. Это целесообразно, если они имеют на конце острую форму. Иначе это может вызвать образование прожогов, деформацию шва, создание дополнительного напряжения, уменьшение прочности соединения.

Разделки бывают только с одной стороны или двухсторонними. Различные типы скосов используют для разных соединений:

Односторонний скос одной или обеих кромок имеет вид буквы "V". Применяется в большом диапазоне толщин. Является наиболее популярным. При разделке обеих кромок угол составляет 60 градусов, а только одной - 50.
Двухсторонний скос обеих кромок напоминает букву "X". Применяется для изделий, имеющих толщину 10-60 мм. Угол - 60 градусов.
Скос в виде буквы "U" выполняется с одной стороны. Такую криволинейную форму используют для металлов с толщиной 20-60 мм. Для начинающих способ является сложным.
Скос в виде буквы "К" применяют редко. В этом случае для одной из кромок делают двухсторонний скос, а для второй - односторонний.

Обозначение на чертежах скоса "β", а угла раскрытия "α". Скос не должен иметь перепадов. Для контроля разделки могут применяться шаблоны.

Отдельный вариант - подготовка кромок под сварку труб. При этом процессе необходимо осуществлять контроль перпендикулярности торца трубы к ее оси. Требования изложены в нормативном документе РД 153-34.1-003-01. Общий угол раскрытия, образованный двумя круговыми кромками обеих труб - 60-70 градусов. Притупление делают на размере 2-2,5 мм.

Подготовка труб к сварке предполагает градацию согласно толщине стенок свариваемых труб. При небольшой величине применяются скосы, имеющие V-образную или X-образную форму. При более значительной толщине делают U-образный скос.

Подготовка труб под сварку предполагает также выбраковку. Сваривание недопустимо, если разница внутренних диаметров приготовленных для сваривания труб составляет более 3 мм. Если торцы имеют механические дефекты, то их подрезают.

Гибка

Подготовительно-сварочные работы включают при необходимости гибку металлов. Если детали имеют форму листов или полос, то находят применение листогибочные машины. Детали с профилем сгибают с помощью специальных прессов.

Если необходимо сделать сгибание небольшого диаметра, а также при большой толщине, то рекомендуется предварительный нагрев. Это сделает металл более податливым и усилий потребуется меньше.

Фиксация

Подготовка деталей под сварку включает их надежную фиксацию друг с другом. Это обеспечит правильное положение при сварке и убережет от их сдвига. Методом, гарантирующим надежную фиксацию, служит выполнение прихваток. Под этим понимаются небольшие швы, выполненные поперек соединения деталей.

Размер их сечения имеет ограничение - оно не должно превышать половины ширины шва. Длина каждой прихватки не более 2 см. Сборка трубопроводов предполагает выполнение более длинных прихваток. Расстояние между ними составляет от 10 до 80 см в зависимости от длины шва. Величина шага зависит также от толщины материалов. Для коротких швов применятся точечное соединение на их краях. Высота прихваток не должна быть слишком большой.

Маленькие швы предотвращают смещение деталей в соединениях, сохраняют постоянство величины зазора между ними и придают конструкции дополнительную жесткость. Особенно это важно для крупных соединений. Прихватки выполняются за один проход.

Прихватки делятся на временные, которые после выполнения сварочного шва удаляют, и те, которые остаются. Выполняют их на оборотной стороне соединения. Перед началом процесса необходимо сделать такую же очистку поверхностей, как и для выполнения основного шва.

Сборка изделий

Подготовка поверхности металла под сварку заканчивается их сборкой. Точность взаимного расположения будет влиять на качество соединения. Перед началом сборки проверяют все детали на соответствие их размеров требованиям чертежей. Для сборки могут использоваться шаблоны, а при серийном производстве используются кондукторы, которые облегчают процесс сборки.

Сборка под сварку проводится на специальных стендах. Допускается применение подпорок и струбцин. По мере формирования шва их убирают.

Подготовка оборудования

Помимо приведения в порядок металлических поверхностей необходимо позаботиться об оборудовании для сварки. Подготовка к работе сварочного полуавтомата или других аппаратов заключается в проверке их работоспособности и установке выбранных режимов.

Конструктивные элементы сварных соединений

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основных конструктивных элемента: зазор, притупление кромок и угол скоса кромки (рис. 11).

Тип и угол разделки кромок; определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. Х-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 Х-образной и V-образной разделке кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов.

Рис. 11. Конструктивные элементы разделки

кромок под сварку: а – угол разделки кромок; в —зазор; с – притупление; р – угол скоса кромок; 1 – без разделки кромок; 2-е разделкой кромок одной детали; β – V-образная разделка; 4 – Х-образная разделка; 5 – U-образная разделка

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. 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 противлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии со существующими стандартами (рис. 12).

Рис. 12. Основные геометрические параметры сварных швов:

е – ширина; q– выпуклость; h– глубина провара; b– зазор; k– катет; S– толщина детали

Контрольные вопросы:

1. Какие конструктивные элементы характеризуют форму разделки кромок?

2. Какие формы разделки кромок вы знаете? Что обозначают V-, Х– и U-образные виды разделки кромок? Какую роль выполняет зазор при сборке под сварку? Что такое притупление кромок и для чего оно делается? Расскажите о конструктивных элементах сварного шва.

Глава 3

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАЛЯХ И ИХ СВАРИВАЕМОСТИ

Углеродистые стали

Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные.

Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

группа А – по механическим свойствам;

группа Б – по химическому составу;

группа В – по механическим свойствам и химическому составу.

Изготавливают стали следующих марок:

группа А – Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4, Ст 5, Ст 6;

группа Б – БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСт 3, БСт 4, БСт 5, БСт 6;

группа В – ВСт 0, ВСт 1, ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5.

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная. Кипящая сталь, содержащая кремния (Si) не более 0,07 %, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения вредных примесей (серы и фосфора) по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержит кремния (Si) не менее 0,12 %; сера и фосфор распределены в ней более равномерно, чем в кипящей стали. Эта сталь менее склонна к старению и отличается меньшей реакцией на сварочный нагрев.

Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью. Полуспокойные стали с номерами марок 1—5 выплавляют с нормальным и повышенным содержанием марганца, примерно до 1 %. В последнем случае после номера марки ставят букву Г (например, БСтЗГпс).

Стали группы А не применяются для изготовления сварных конструкций. Стали группы Б делятся на две категории. Для сталей первой категории регламентировано содержание углерода, кремния марганца и ограничено максимальное содержание серы, фосфора, азота и мышьяка; для сталей второй категории ограничено также максимальное содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Полное обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории. Например, ВСтЗГпс5 обозначает следующее: сталь группы В, марка СтЗГ, полуспокойная, 5-й категории. Состав сталей группы В такой же, как сталей соответствующих марок группы Б, 2-й категории. Стали

ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степени раскисления выпускают с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ поставляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика.

Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с существующими стандартами. Сталь имеет пониженное содержание серы. Допустимое отклонение по углероду (0,03—0,04 %). Стали с содержанием углерода до 0,20 % включительно могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Остальные стали – только спокойные. Для последующих спокойных сталей после цифр буквы «сп» не ставят. Углеродистые качественные стали для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации и закалки с отпуском.

Углеродистые стали в соответствии с существующими стандартами подразделяются на три подкласса: низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25 %; среднеуглеродистые с содержанием углерода (0,25—0,60 %) и высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60 %.

В сварных конструкциях в основном применяют низкоуглеродистые стали.

В сварочном производстве очень важным является понятие о свариваемости различных металлов.

Свариваемостью называется способность металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

По свариваемости углеродистые стали условно подразделяются на четыре группы: I – хорошо сваривающиеся, с содержанием углерода до 0,25 %; II – удовлетворительно сваривающиеся, с содержанием углерода от 0,25 до 0,35 %, т. е. для получения качественных сварных соединений деталей из этих сталей необходимо строгое соблюдение режимов сварки, специальные присадочные материалы, определенные температурные условия, а в некоторых случаях – подогрев, термообработка; III – ограниченно сваривающиеся, с содержанием углерода от 0,35 до 0,45 %, для получения качественных сварных соединений которых дополнительно необходим подогрев, предварительная или последующая термообработка; IV – плохо сваривающиеся, с содержанием углерода свыше 0,45 %, т. е. сварные швы склонны к образованию трещин, свойства сварных соединений пониженные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций.

Все низкоуглеродистые стали хорошо свариваются существующими способами сварки плавлением. Обеспечение равнопрочности сварного соединения не вызывает затруднений. Швы имеют удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием углерода. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу, вероятность возникновения холодных трещин повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях предупреждают появление трещин путем предварительного подогрева до 120—200 °С.

Легированные стали

Сталь, содержащая один или несколько легирующих элементов, вводимых для придания изделию определенных физико-механических свойств, называется легированной. Содержание некоторых элементов, когда они не являются легирующими, не должно превышать: кремния (Si) – 0,5 %; марганца (Мп) – 0,8 %; хрома (Сг) 0,3 %; никеля (Ni) – 0,3 %; меди (Cu) – 0,3 %.

Легированные стали подразделяют на подклассы: низко-, средне-и высоколегированные. Низколегированная сталь – это сталь, легированная одним элементом при содержании его не более 2 % (по верхнему пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержании 3,5 % (по верхнему пределу). Среднелегированная сталь – легированная одним элементом, при содержании его не более 8 % (по верхнему пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержании, как правило, не более 12 % (по верхнему пределу). Высоколегированная – это сталь с суммарным содержанием легирующих элементов не менее 10 % (по верхнему пределу), при содержании одного из них не менее 8 % (по нижнему пределу), при содержании железа более 45 %.

Маркировка всех легированных конструкционных сталей однотипная (табл. 1). Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы являются условным обозначением легирующих элементов, цифра после буквы обозначает содержание легирующего элемента в процентах, причем содержание, равное 1 % и меньше, не ставится, буква «А» в конце марки показывает, что сталь высококачественная и имеет пониженное содержание серы и фосфора.

Основными элементами, влияющими на свойства стали, являются углерод, марганец и кремний.

Углерод при повышении его содержания в стали ведет к повышению прочности и твердости и уменьшению пластичности. Окисление углерода во время сварки вызывает появление большого количества газовых пор.

Читайте также: