Соединение металлических элементов внахлест

Обновлено: 05.10.2024

Швы и соединения

Большинство металлоконструкций создается путем сварки. Такой способ помогает повысить надежность и прочность объекта. Одним из типов сварочных швов является нахлесточное соединение. Оно характеризуется минимальной чувствительностью к ошибкам при работе. Шов могут выполнить начинающие сварщики.

Что такое сварка внахлест

При формировании такого соединения листовые детали размещают параллельно. Край одной заготовки частично перекрывает кромку другой. Способ применяют для сварки листов высотой 4-8 мм. Размер нахлеста должен слегка превышать суммарную толщину деталей. Поверхности при выполнении нахлесточного шва не требуют сложной подготовки. Достаточно зачистки кромок. Листы проваривают с 2 сторон, что исключает вероятность проникновения воды в зазор.

При сварке внахлест заготовки прочно стягивают. Соединение делают косым, боковым, лобовым или комбинированным способами. Реже применяют заклепочные или прорезные швы.

Во втором случае прожигают отверстия в детали, расположенной сверху. После этого формируют кольцевой шов. При заклепочном соединении электрод ведут по периметру прорези в пластине.

Когда применяется соединение внахлест

Используют при работе с массивными деталями, перемещать которые с нужной точностью невозможно. Соединение внахлест нельзя применять при сварке заготовок, подвергающихся влиянию переменных нагрузок. Лобовые швы уместны при работе с листовыми конструкциями: обшивкой, емкостями, сосудами. Фланговые соединения предназначены для изготовления профильных объектов: стропил, колонн, мачт, подкрановых ферм. Швы с пазами и отверстиями используются для прикрепления настила к балкам.

Технологические требования

При формировании нахлесточного сварного соединения соблюдают следующие нормы:

Согласно российским стандартам, внахлест можно укладывать арматурные пруты диаметром не более 2,5 см.
При работе учитывают параметры электродов. Стержень диаметром 4-5 мм подойдет для сварки деталей толщиной 4-5 см.
Нахлесточные швы выполняют ручным или полуавтоматическим аппаратом. Применяют контактные, ванно-шовные или электродуговые технологии.
Соединение формируют длинными швами. Однако допустимо применение точечной сварки.

Разновидности соединений

Существуют 4 основных вида швов: одно- или двусторонние, со скосом кромок или без такового.

Одностороннее

В этом случае проваривают только 1 сторону шва. Соединение применяется при создании конструкций, эксплуатирующихся в нормальных условиях с минимальными нагрузками.

Двустороннее

Соединение проваривают с обеих сторон. Этот тип швов считается более распространенным. Он отличается повышенной прочностью и надежностью, может применяться при работе с конструкциями, испытывающими увеличенные нагрузки.

Со скошенными кромками

В этом случае часть краев срезают под нужным углом, величина которого подбирается с учетом толщины детали. Это способствует лучшему провару соединения.

Без скоса кромок

Метод используется при работе с тонкими металлическими листами. Необходимо достаточно глубокое залегание соединения.

Плюсы и минусы

К положительным качествам нахлесточного сварного соединения относятся:

простота формирования;
необязательность строгого соблюдения параметров и размеров (незначительные погрешности не сильно влияют на качество сварки);
повышенная прочность соединения на разрыв;
невысокая стоимость процесса.

Недостатками рассматриваемого способа сварки считаются:

непереносимость динамических нагрузок (по этому качеству нахлесточные соединения уступают стыковым);
необходимость усиления швов при работе с некоторыми типами конструкций;
узкая специализация соединений (сварка внахлест редко используется при строительстве каркасов или создании приборов).

Особенности нахлесточного соединения

При сварке этим способом учитывают, что:

Нахлесточный шов делают путем перекрытия поверхности одной детали частью другой. В стандартных условиях сварку выполняют по нижнему краю заготовки. Для повышения устойчивости к излому формируют вспомогательные швы в верхней части.
Добавляемые к нахлесту соединения на чертеже имеют отдельные обозначения.
Для усиления шва применяют дополнительные процедуры. По возможности нижний край прогревают и сгибают, после чего возвращают в прежнее состояние. Процедура усиливает связь, однако может ухудшать свойства металлов. Разогрев и загиб могут использоваться не для всех видов свариваемых деталей.

Параметры сварочного аппарата

Правильная настройка агрегата повышает качество шва. Рекомендованные параметры работы аппарата можно изучить с помощью таблицы.

Толщина заготовки, мм	Сила сварочного тока, А	Диаметр электрода, мм
1	25-40	1,5
2	60-70	2
3	90-140	4
4	120-160	4
5	150-180	4
6	160-220	4
7	220-300	5
8	280-340	5
более 10	от 400	5

Выбор электродов

При отсутствии разделанных краев размер стержня выбирают по указанной выше таблице. При срезании кромок корневой сварной шов формируют с помощью электрода диаметром 2-4 мм. Использование более толстых стержней нежелательно. Это способствует возникновению дефектов: непроваров, шлаковых включений.

Верхние слои соединения накладывают стержнем диаметром 4 мм. Если толщина заготовок превышает 1,2 см, возможно применение электрода диаметром 5 мм.

Для снижения температуры нагрева основного метала и риска появления трещин используют стержень диаметром 2 мм. Это способствует образованию тонкого валика.

Обозначение соединения на чертеже

Для любых способов сопоставления деталей предусматриваются собственные отметки, с помощью которых сварщик понимает, какое соединение нужно делать. Нахлесточный сварной шов обозначают буквой Н. Ее ставят возле схематичного рисунка с параметрами. Нередко встречаются обозначения Н1, Н2. Цифра отражает номер соединения в классификации, использовавшейся при составлении чертежа.

Сваривание армирующего слоя внахлест

Для армирования металлопластиковых труб используют алюминиевую ленту. Ей можно придавать любые формы. Она устойчива к разрывам при любых технологиях сварки. Для улучшения свойств металл отжигают при температуре +360 °С, поэтому предъявляются особые требования к сварке ленты.

Если формируют нахлесточный шов, обрабатываемая зона нагревается до +330 °С, что меньше температуры плавления металла. Такая технология не ухудшает свойства алюминия.

При использовании стыкового соединения наблюдается перегрев сварочной ванны, из-за чего армирующий слой может потерять защитные качества.

Сварка в разных положениях

В зависимости от размещения деталей в пространстве выбирают контактную или дуговую технологию.

Электродуговой метод

Применяют в процессе сборки стальных конструкций. Сварка не вызывает затруднений при возможности перемещения заготовок. Сложности возникают, когда лист приваривается к металлическому потолку. В остальных случаях детали соединяют одинарным или двойным швом. Электродуговая технология исключает прожоги. При ее использовании к заготовкам не предъявляют строгих требований. Допустимы неточности в расчетах. Однако дуговой метод имеет и недостатки:

перерасход металла, возникающий из-за наложения листов друг на друга;
сниженная, по сравнению со стыковой сваркой, прочность;
перерасход электродов из-за необходимости двустороннего сваривания.

Контактный способ сварки

Метод используется в производственных условиях. Шов приобретает хорошие эстетические качества, следы от электродов отсутствуют. Стержень ведут по краю кромки. Предварительная подготовка деталей не требуется. Сварочные точки не должны располагаться слишком близко к краю. Это же касается расстояния между элементами. Несмотря на эти требования, контактная сварка широко распространена в приборо- и машиностроении, производстве бытовой техники.

Частые виды брака при нахлесточном шве

При сварке этим способом иногда появляются такие недостатки:

Непровары – недостаточность заполнения шва расплавом. Такой дефект уменьшает прочность шва. Они возникают из-за слабости тока, слишком высокой скорости сварки.
Подрезы – канавки, идущие вдоль стыка. Возникают из-за удлинения дуги, расширения сварочной ванны, недостаточного прогрева металла.
Прожоги – сквозные дефекты. Отверстия появляются при низкой скорости сварки, неправильном выполнении одностороннего скоса кромки, высокой силе тока.
Поры – пустоты, располагающиеся по всей длине шва. Появляются при разрушении защитного газового облака.

Большинство дефектов устраняют путем повторной сварки с установкой правильных параметров работы аппарата.

Нахлесточное соединение

Сварка нахлесточного соединения не является сложной, даже неопытные сварщики способны быстро его освоить. Такой тип шва практически невозможно испортить, что делает его довольно распространенным в самых разных сферах.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Однако, несмотря на свою простоту, нахлесточное соединение все же требует определенных навыков и соблюдения правил. В нашей статье мы расскажем о технологических требованиях к таким швам, поговорим об их разновидности и опишем особенности создания соединений внахлест.

Понятие нахлесточного соединения

Для формирования нахлесточного соединения листовые заготовки размещают параллельно друг другу таким образом, чтобы край одной частично закрывал кромку другой. Технология подходит для сварки металлических листов толщиной 0,4–0,8 см. Размер нахлеста должен быть больше толщины обеих заготовок. До начала сварных работ кромки необходимо зачистить, специальная подготовка деталей не требуется. Место соединения проваривают с двух сторон во избежание попадания внутрь шва воды и, как следствие, снижения его качества.

Для сваривания внахлест заготовки прочно скрепляют друг с другом при помощи косого, бокового, лобового или комбинированного способов соединения. В редких случаях пользуются заклепочными или прорезными швами.

В первом случае в листе делают прорези, по которым проходятся электродом при сварочных работах. Во втором – в расположенной сверху заготовке прожигаются отверстия.

Сфера применения нахлесточного соединения в сварке

Сварка нахлесточных соединений широко применяется в самых разных сферах производства. При помощи специальных сварочных аппаратов:

собирают различные павильоны и комплексы, автотенты;
изготавливают рекламные конструкции и баннеры с разными параметрами и различной конфигурации;
конструируют навесы, предназначенные для защиты от солнца.

Сварка нахлесточным соединением широко применяется в автосервисе. С ее помощью приваривают заплаты, ремонтные вставки, соединяют детали. В основном технологию используют при работе с силовыми элементами автомобиля.

Также поговорим о соединении проволоки. Делают это двумя способами:

два пересекающихся элемента соединяют вместе точечной сваркой;
концы проволоки соединяют и сваривают встык.

Плюсы и минусы сварки внахлест

Достоинства сварки нахлесточным соединением заключаются в:

простоте сборки, возможности изменять габариты изделия за счет размера нахлеста;
отсутствии скошенных краев заготовки;
небольшой усадке металла при сварке внахлест.

Среди недостатков сварки нахлесточным соединением отметим:

небольшую эффективность при динамической и переменной нагрузке;
больший расход металла для формирования соединения;
повышенной вероятности появления коррозии из-за проникновения влаги в зазор между элементами изделия.

Виды нахлесточных сварных соединений

Выделяют четыре основных вида сварных соединений:

Одностороннее, при котором шов проваривают только с одной стороны. Сварка односторонним нахлесточным соединением подходит для изделий, которые предполагается использовать для работы с минимальными нагрузками в нормальных условиях.
Двустороннее, при котором шов проваривают с двух сторон. Это наиболее распространенное нахлесточное соединение сварки. Данный тип шва прочнее, надежнее, выдерживает большие нагрузки по сравнению с односторонним.
Со скошенными кромками, при котором кромки соединяемых заготовок срезают под определенным углом в зависимости от толщины металла. Такой прием помогает лучше сваривать шов.
Без скошенных кромок. Сварка таким нахлесточным соединением подходит для заготовок из тонколистовых металлов. Нахлест должен быть достаточно большим.

Подготовка металла к сварке внахлест

До начала сварных работ нахлесточным способом металлические заготовки нужно соответствующим образом подготовить.

Поверхность должна быть очищена от загрязнений, ржавчины, остатков краски, грунта, смазки, антикоррозионных составов.

2 метода нахлесточных соединений при сварке

1. Электродуговая сварка.

Выбор типа сварки для нахлесточного соединения зависит от расположения деталей в пространстве. Во избежание коррозии шов лучше проваривать с обеих сторон.

Электродуговой способ нахлесточного сваривания элементов используют при проведении монтажных и сборочных работ стальных конструкций. Если положение заготовок можно менять, то сложностей в работе у сварщика не возникает.

Например, при необходимости соединения внахлест листовой заготовки с металлическим потолком формирование потолочного шва будет затруднено.

Использование одного или двух нахлесточных швов зависит от конкретных требований, предъявляемых к изделиям.

Формирование сварного шва с края заготовки практически полностью исключает появление прожигов металла. Края деталей не нуждаются в тщательной подготовке, как, к примеру, при стыковой технологии сварочных работ.

Детали могут немного не совпадать по размерам, главное условие – соответствие требованиям внешних габаритов.

Сварка внахлест может выполняться по технологии углового соединения деталей, если свариваемые заготовки соединяют под углом друг к другу.

2. Контактная сварка.

Для металлических листов обычно используют сваривание нахлесточным способом при помощи специальных выступов – рельефов. Для работы берут сферические рельефы. Такую сварочную технологию относят к контактным видам крепления деталей.

Для сварных работ используют рельефы, изготовленные методом холодной штамповки с образованием лунок. Высокопластичные материалы позволяют создавать рельефы различной формы и сложности. При невозможности применения рельефы заменяют специальными вставками.

Разница между обычной контактной и рельефной сваркой заключается в способе формирования шва. Во втором случае шов образуется за счет пластической деформации, а не плавления материала заготовки.

Такая сварка нахлесточным соединением позволяет получать эстетичные и привлекательные швы, на которых отсутствуют следы плавления электродов, кроме того, она не требует предварительной тщательной обработки поверхностей заготовок, поскольку они соединяются по краям кромок. Технологию применяют в массовом производстве.

При контактной технологии сварных работ нельзя располагать точки сварки в непосредственной близости от краев стыка. Также они не должны быть близко друг к другу из-за воздействия шунтирующих токов.

Тем не менее контактную нахлесточную сварку широко используют в автомобиле- и приборостроении, для производства бытовой техники. При этой технологии детали всегда соединяются внахлест.

Нюансы нахлесточного соединения при сварке арматуры

Для придания строительным конструкциям прочности и долговечности используют бетонные элементы, прочность которых увеличена каркасами из арматуры. Арматурные пруты соединяются при помощи сварки.

Создать прочный армированный металлический каркас достаточно сложно. Качество готовых арматурных стержней во многом зависит от соблюдения технологии и нормативных требований при проведении работ.

Сварка арматуры нахлесточным соединением применима в тех случаях, когда нагрузка должна быть равномерно распределена по поверхности конструкции. Нахлест образуют в местах наименьшего напряжения. Арматурные пруты должны иметь одинаковый диаметр, толщина стержней не должна превышать 2 см.

При соединении арматуры учитывают рельефы и швы, сварные работы выполняют ручным электродуговым способом.

Тавровые сварочные соединения должны соответствовать инвентарной форме, при работе используется один электрод. При применении флюса отсутствует необходимость в дополнительном использовании присадочной проволоки.

Внахлест сваривают арматурные прутья марок А400С и А500С, поскольку они хорошо соединяются сваркой.

Сталь этих марок относится к дорогостоящей, поэтому чаще всего используют арматурные стержни марки А400. Однако при нагревании ее прочность и коррозионная устойчивость снижаются.

Места перекрещивания арматурных прутьев сваривать запрещено в соответствии с западными нормативными документами и разрешено российскими стандартами при условии, что толщина арматуры составляет не более 2,5 см.

Сварка нахлесточным соединением выполняется с учетом диаметра электродов. В соответствии с требованиями ГОСТ 14098 и ГОСТ 10922 при длине нахлеста свыше десяти диаметров арматурных прутов используются электроды толщиной 4,4–0,5 см.

Нахлесточные соединения формируются электрошлаковым полуавтоматическим способом, при помощи ручной электродуговой, ванно-шовной, контактной технологий сварных работ.

Горизонтальные и вертикальные крепления арматурного каркаса выполняют длинными швами внахлест или с помощью накладок.

Помимо длинных швов, используются также дуговые точки. Нахлест может быть длинным или коротким, шов проваривают с одной или двух сторон.

Длина сварного стыка накладки и арматурного стержня может различаться. Допустимо смещение накладок по длине. Для сварки нахлесточным соединением арматуры используют различные фланговые швы.

При сварочных работах с вертикально расположенными арматурными прутами требуется снижение тока на 10–20 %. Если нахлесточное соединение формируется за счет двустороннего шва, возникает риск появления горячих трещин. Во избежание подобных дефектов важно строго следовать технологию работы и тщательно подходить к выбору электродов.

Технологические требования к нахлесточным соединениям

Для того чтобы выполнить сварку нахлесточным соединением и получить качественный шов, важно правильно настроить сварочное оборудование. В нижеприведенной таблице указаны рекомендуемые параметры работы оборудования при сваривании различных заготовок:

Толщина заготовки, мм	Сила сварочного тока, А	Диаметр электрода, мм
1	25–40	1,5
2	60–70	12
3	90–140	4
4	120–160	4
5	150–180	4
6	160–220	4
7	220–300	5
8	280–340	5
более 10	от 400	5

Если края заготовок предварительно не разделывались, то при выборе размера стержня необходимо руководствоваться данными, приведенными в таблице. Если кромки срезаны, то для формирования шва подойдет электрод диаметром 0,2–0,4 см. При применении электродов большей толщины повышается вероятность возникновения дефектов, включая непровары, шлаковые вкрапления.

Для верхних слоев шва используют электродные стержни диаметром 0,4 см. Если обработке подвергаются заготовки толщиной более 12 мм, то можно пользоваться электродами диаметром 0,5 см.

Применение электродов диаметром 0,2 см уменьшает риск появления трещин за счет меньшего нагревания основного металла. Шов при этом будет иметь вид тонкого валика.

Соединяемые детали помечаются определенными отметками, означающими тот или иной способ их крепления друг к другу. Так, для обозначения нахлесточного сварного шва используется буква Н. Она указывается на схематичном рисунке с параметрами собираемой конструкции. На схеме также могут встречаться параметры Н1, Н2, в которых цифрой обозначают номер соединения в чертеже.

Сварка нахлесточным соединением используется в тех случаях, когда другие варианты не применимы, например, из-за пространственного расположения элементов конструкции. Для усиления прочности таких соединений необходимо использовать дополнительные детали, повышающие жесткость изделий.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Способы соединения металлических изделий

Сегодня строительная область предоставляет широкий выбор всевозможных крепежей и методов совмещения различных материалов. Но какие есть способы соединения металлических изделий, знают далеко не все, хотя эта информация может очень пригодиться, ведь сферы, где это актуально, многочисленны и разнообразны.

В нашей статье мы представили обзор основных способов, с помощью которых соединяют детали из металла, указав их ключевые особенности. Также перечислили главные крепежные изделия, которые применяются для этой цели, поэтому информация вас ожидает крайне полезная.

Разновидности крепежных изделий для соединения металла

Для соединения изделий друг с другом используется металлический крепеж, представленный на рынке в широком ассортименте. Крепежные элементы имеют разные размеры, форму и назначение. Чаще всего детали соединяют винтами, болтами, гайками, саморезами, шурупами, анкерами, заклепками, шпильками, шайбами и т. п.

1. Болт.

Одним из способов соединения металлических изделий является посредством болтов – стержней с наружной резьбой и четырех- или шестигранной головкой. Для соединения требуется гайка или отверстие с внутренней резьбой. Болт внешне напоминает винт, оба крепежных элемента широко применяются в машиностроении, строительстве и пр.

Различаются они по способу работы:

болт проходит через соединяемые элементы насквозь, фиксируется гайкой или гаечным ключом;
винт вкручивается в деталь с резьбой с помощью отвертки или торцевого ключа.

В отличие от второго, первый не прокручивается внутрь соединяемых элементов.

Рекомендуем статьи по металлообработке

2. Саморезы.

Для соединения деревянных деталей часто используются саморезы:

крепежными элементами с мелкой резьбой соединяют металлические заготовки небольшой толщины с деревянными или пластмассовыми деталями;
саморезы с крупной резьбой предназначены для фиксации деревянных деталей.

Острый наконечник, выполненный в форме сверла, самостоятельно проделывает отверстия в соединяемых заготовках.

3. Гайка.

Еще одним способом соединения деталей из металла является с помощью гаек – крепежных элементов с отверстием и внутренней резьбой. Используются в паре с болтами. Гайки различаются по форме (шестигранные, круглые с насечками, квадратные, T-образные, с выступами для пальцев и т. п.), а также по прочности.

4. Шуруп.

Этот крепежный элемент представляет собой стержень с наружной резьбой, острием конической формы и головкой. Способ соединения металла между собой с помощью шурупов заключается во вкручивании крепежа в готовое отверстие или мягкий материал (пластмассу, дерево). В этом заключается разница между ними и саморезами. Они менее универсальны по сравнению с последними, так как имеют меньшую высоту и шаг резьбы. Востребован этот вид крепежных изделий в строительных и отделочных работах.

5. Анкер.

Анкер крепится к опорному основанию и удерживает нужный элемент. Крепеж имеет две части:

нераспорную, которая не участвует непосредственно в фиксации конструкций;
распорную (рабочую), с изменяемыми размерами.

Помимо основных частей, может иметь манжету – кайму, препятствующую проникновению внутрь основания или фиксируемой конструкции. Анкеры используют для соединения металлических изделий из листовых материалов, а также для крепления тяжеловесных конструкций и фундамента.

6. Заклепки.

Делятся на два основных вида:

Вытяжные, состоящие из алюминиевой головки и стержня из оцинкованной стали. Они предназначены для неразрывной фиксации двух или более металлических элементов. При работе с ними используются механические инструменты.
Резьбовые заклепки широко применяются в машиностроении и электронике. На стержень этого крепежного изделия нанесена резьба, поэтому соединяемые с его помощью детали можно при необходимости разобрать.

7. Шпилька.

Это цилиндрический стержень без головки с резьбой по всей длине или только на концах. К такому способу соединения металлических изделий прибегают при отсутствии резьбы у фиксируемых деталей. Используется в паре с гайкой, может быть дополнен шайбой. Последняя представляет собой круглую пластинку, подкладываемую под гайку и повышающую прочность крепления, предотвращающую деформацию соединяемых заготовок. Это достигается за счет увеличения прижимной поверхности скрепляемых деталей.

С помощью шпилек скрепляют любые изделия и конструкции, включая высоконагруженные. Преимущество этого способа крепления металлических элементов заключается в том, что для его применения не требуются особые навыки.

В зависимости от наличия резьбы крепежные элементы делятся на:

метрические, представленные винтами, болтами, гайками и шпильками;
неметрические (приспособленные), представленные гвоздями, анкерами и т. п.

В зависимости от области использования они делятся на:

высокопрочные резьбовые крепежи;
элементы массового использования;
изделия для безударной и/или односторонней фиксации;
крепежи, предназначенные для герметизации изделий;
детали, предназначенные для соединения полимерных композитных материалов и т. п.

Это условная классификация, поскольку крепежные изделия могут одновременно относиться к нескольким группам.

6 способов соединения металлических изделий

Разные способы соединения металлических изделий имеют свои достоинства и недостатки. При выборе того или иного варианта необходимо, в первую очередь, исходить из предполагаемых условий эксплуатации будущей конструкции, а во вторую – из характеристик крепежных элементов.

1. Спайка.

Технологически этот способ соединения деталей из металла схож со сваркой, разница заключается в плавящемся материале:

при спайке плавится присадочная проволока;
при сварке – сам материал заготовки.

Спайка отличается меньшей надежностью по сравнению со сваркой.

Для соединения алюминиевых деталей, к примеру, велосипедных рам, больше подходит сварка, поскольку в данном случае требуются прочные сварные соединения.

Учитывая, что большая часть элементов велосипедной рамы изготовлена из алюминия, то сложностей при сварке не возникнет, главное, правильно выбрать технологию сваривания. Шов должен быть качественным и высокопрочным, устойчивым к деформациям и механическому воздействию.

Производители выпускают трековые велосипеды для скоростных гонок и шоссе, используемые на ровной поверхности. Для них важно, чтобы масса велосипеда была меньше, это достигается за счет использования при изготовлении рам трубок меньшего диаметра.

Такое решение приводит к сложностям при применении сварки как способа соединения металлических деталей. Высокая температура может стать причиной появлений трещин и деформации стальных элементов рамы. Вместо сварки в таком случае использовали спайку.

Хотя шов и получается более прочным, он все равно уступает по качеству сварным соединениям. Современные велосипедные рамы изготавливают из карбона, поэтому необходимость использования того или иного способа крепления металлических элементов либо полностью отсутствует, либо сводится к минимуму.

2. Склеивание.

Склеивание как способ соединения металлических изделий подходит для материалов, которые плохо поддаются сварке. Речь идет о таких металлах, как титан или магний. Во время склеивания мастера сталкиваются со следующими сложностями:

склеиваемые поверхности должны быть точечно подготовлены к обработке;
при склеивании внахлест требуется подгонка;
для соединения характерна невысокая прочность;
нельзя выполнять работу в несколько приемов.

Для повышения прочности крепления заготовок используют комбинированные способы, такие как заклепочно-клееные и сварочно-клееные.

3. Сварка.

Наиболее надежным способом соединения металлических изделий друг с другом считается сварка. Для фиксации элементов используют следующие ее виды:

газовую ацетиленокислородную;
контактную;
электродуговую;
электроннолучевую;
лазерную;
холодную.

При газовой сварке края соединяемых заготовок расплавляют в пламени кислородно-ацетиленовой смеси. Таким образом сваривают малоуглеродистые и низколегированные стали. Недостаток способа заключается в том, что сварной шов получается пористым, во время обработки из-за воздействия кислорода подвергается окислению, что отрицательно сказывается на его качестве.

Во время контактной сварки края соединяемых заготовок плотно прижимаются друг к другу и нагреваются за счет прохождения через них тока большой силы. Используется для соединения небольших по площади изделий, делится на шовную и точечную.

Электроды для электровакуумных изделий изготавливают при помощи точечной сварки. Крепление элементов друг к другу производится за счет импульсного тока, при этом изменяются такие параметры обработки, как продолжительность и сила воздействия, а также давление в точке сварки. Правильный подбор параметров позволяет соединять различные по типу и форме металлические заготовки, к примеру, вольфрамовую нить и никелевую фольгу.

4. Заклепывание.

Несмотря на широкое распространение сварки, заклепывание по-прежнему продолжает применяться как один из способов соединения металлических изделий. Его основной недостаток заключается в том, что шов может быть выполнен только внахлест. Однако он менее прочный, поскольку со временем заклепки расшатываются, а сверление отверстий может привести к дополнительной деформации материала заготовки.

Тем не менее, этот способ фиксации металлических деталей применяется в самолето- и мостостроении. Он долговечен и безопасен для конструкции, зачастую к заклепыванию прибегают при невозможности использования сварки.

Этот способ соединения деталей из металла также используется в производстве техники, автомобилестроении, при ремонте транспортных средств, однако он вытесняется технологией точечной сварки.

По мере развития технологий сварка все больше заменяет другие способы крепления металлических деталей. Уже сегодня она используется при возведении мостов, в строительстве авиатехники.

5. Шпоночное соединение.

Шпонки используют как способ соединения таких металлических изделий, как вал с деталями, передающими вращение и колебание. Элементы могут иметь различную конструкцию: призматическую, клиновую, сегментную, тангенциальную. Крепежные детали образует два основных вида соединений:

Ненапряженные, для создания которых используются призматические сегментные шпонки. Во время сборки не возникает предварительное напряжение.
Напряженные, для создания которых используются тангенциальные и сегментные шпонки. Подходят для соединения деталей сложных конструкций, во время сборки возникает монтажное напряжение.

6. Зубчатое (шлицевое).

Этот способ соединения металлических изделий предполагает фиксацию элементов путем попадания выступающих зубьев на валу в специальные углубления в ступице.

Размеры крепежных элементов устанавливаются отраслевыми стандартами. Способ подходит для создания подвижных и неподвижных соединений.

В зависимости от жесткости фиксации выделяют три варианта: легкая, средняя, высокая. Отличаются друг от друга высотой и количеством зубцов, варьирующимся от 6 до 20 штук. Зубцы могут иметь различную форму:

Треугольные подходят для соединения небольших валов неподвижных или с небольшим крутящим моментом. Этот вид крепежных элементов используется редко.
Прямобочные. Этот вид изделий для соединения металлических деталей центрируют по внутреннему и наружному диаметру боковых граней.
Эвольвентные – используют для крепления больших валов.

Назначение зубчатых соединений – передача крутящего момента. В основном, их используют в производстве электроинструментов.

Области применения различных способов соединения металлических изделий

Различные способы фиксации металлических элементов применяются в разных сферах промышленности, а также в быту. Их используют при производстве мебели, в строительстве, тяжелой промышленности и т. п.

Шпоночные и шлицевые крепления распространены в сферах создания электроинструментов, оборудования, в машиностроении. Без соединений с натягом невозможно изготовить валы зубчатых колец, червячные колеса. Пайка необходима для работы над электронным оборудованием, требующем высокой точности. С помощью заклепок соединяют тонколистовые металлы.

По мере развития технического прогресса появляются и новые способы соединения металлических изделий. Современная жизнь невозможна без различных машин и механизмов. Для того чтобы они служили дольше, необходимы надежные крепежные элементы. От качества крепежа зависят также форма готового изделия, качество его работы, риски возникновения аварийных и нештатных ситуаций на производствах и т. п.

В статье мы поговорили о видах и способах соединения металлических изделий и деталей. Прежде чем купить тот или иной крепежный элемент, следует его осмотреть на наличие дефектов. Деформированные в процессе работы детали можно использовать для наружных контуров металлических заготовок. Таким образом, возможна экономия на расходных материалах, но при этом без ущерба для качества готовой продукции.

Стыковое сварное соединение

Стыковое сварное соединение – простое, но при этом надежное. Две детали сваривают таким образом, что торцевые поверхности примыкают друг к другу, находясь в одной плоскости. Как правило, используется в конструкциях, подвергаемых переменному напряжению.

Технология широко применяется. С ее помощью, например, соединяют не только трубы встык, но и собирают сложные изделия в машиностроительной отрасли. Подробнее о стыковом сварном соединении читайте в нашем материале.

Применение стыкового сварного соединения

Стыковое сварное соединение становится оптимальным решением в ситуациях, когда необходимо добиться аккуратного внешнего вида изделия без выступающих кромок, а утолщение металла является недопустимым. Данный вид швов активно используется в авиакосмической, автомобильной промышленности для обеспечения неразъемного соединения деталей. При этом последние находятся в одной плоскости и примыкают друг к другу торцами.

Достоинства стыковых соединений сварных швов:

меньший расход электродов;
надежность изделий, возможность с легкостью контролировать процесс;
относительно простая техника сварки в сравнении с методом формирования углового шва;
обеспечение ровной и плоской поверхности;
возможность скреплять заготовки, имеющие разную толщину;
доступность соединения металлических элементов большой толщины односторонним швом.

Минусы данного подхода:

не достигается дополнительной жесткости, которую обеспечивает, например, нахлесточный метод;
есть вероятность серьезной деформации поверхности после обработки, что чаще всего происходит в результате сварки тонкого металла.

Все способы создания стыкового сварного соединения имеют определенные характеристики и свойства, от которых зависит сфера их использования.

Встык сваривают элементы трубопроводов, обечайку емкостей, например, баллонов, цистерн, а также листовые конструкции, швеллеры, уголки и фасонные профили других видов.

Одностороннее стыковое соединение, не предполагающее предварительного скоса кромок, чаще всего применяется для скрепления листов металла толщиной в пределах 4 мм.

Соединение без скосов кромок может быть и двусторонним – к данному варианту прибегают при сварке изделий толщиной до 8 мм. Стоит подчеркнуть: в этом случае между кромками металла оставляют зазор шириной в 1-2 мм вне зависимости от того, как расположены швы.

При работе с заготовками толщиной 4–25 мм опытные сварщики используют скосы кромок в сочетании с односторонним соединением. Сами скосы кромок делают V-образной или U-образной формы, причем вторая встречается реже. В любом случае кромки важно немного притупить, прежде чем приступать к формированию стыкового сварного соединения.

Для заготовок толщиной более 12 мм, которые планируется скреплять двусторонним соединением, рекомендуются X-образные кромки. Дело в том, что за счет использования такой формы удается почти вдвое сократить объем металла для заполнения разделки. А это отражается на стоимости и производительности сварочных работ.

Нужно понимать, что при выборе типа стыкового соединения, формы кромок, места расположения швов отталкиваются от характеристик металла, будущей конструкции и необходимого результата.

Виды стыковых сварных соединений

Стыковые сварные соединения отличаются от других видов в первую очередь расположением заготовок в пространстве. В данном случае элементы будущего изделия размещаются на одной плоскости и сварка ведется по расположенным смежно друг с другом торцам.

Принято выделять насколько видов стыковых сварных соединений в соответствии с формой свариваемых кромок:

прямые – при этом скрепляемые кромки лишены скосов;
V-образные – кромки имеет соответствующую названию форму скосов;
Х-образные – со скосом кромок в виде буквы «Х»;
Криволинейные – скосы кромок в соединении образуют латинскую букву «U».

Также выбор определенной разновидности скосов кромок должен соответствовать виду стыкового соединения. По расположению шва принято выделять такие соединения:

односторонние – шов находится лишь с одной стороны соединяемых заготовок;
двусторонние – формируется пара швов: один находится сверху, а второй снизу изделия.

Стыковые сварные соединения используются в процессе монтажа наиболее ответственных конструкций, поскольку превосходят другие способы сварки по механическим показателям. Также нужно учитывать, что выбор данного типа швов обусловлен необходимостью дополнительной подготовки кромок.

Еще одной особенностью, за которую специалисты ценят стыковое соединение, является высокая производительность работ в сочетании с экономичностью. Это объясняется тем, что формирование таких швов требует меньшего расхода металла и времени.

Разделка кромок под стыковое сварное соединение

Разделка для проведения сварочных работ обладает своими особенностями. В первую очередь, данный процесс влечет за собой расширение сварного шва, что в дальнейшем требует дополнительного расхода материалов. Иногда мастера отказываются от подготовительного этапа и сваривают заготовки без разделки кромок.

Когда планируется стыковое сварное соединение тонких деталей, используют отбортовку или загиб кромок соединяемых элементов. Ее выполняют ручным или машинным способом. В первом случае прибегают к использованию наковальни и молотка либо кувалды. Также возможно осуществление отбортовки при помощи строгания, фрезерования, долбления либо могут применяться абразивы. В этих случаях не обойтись без оборудования, такого как строгальные или фрезеровальные станки.

Строгальные станки довольно просты по своему устройству: резец высокой прочности под определенным углом проходит вдоль торца и за каждый проход снимает слой металла. Далее положение режущего элемента меняется, операция проводится вновь. Если поверхность детали отличается криволинейной формой, на помощь приходят фрезеровальные станки – фаска формируется фрезой, которая перемещается по линии шва.

Когда работа ведется с крупными конструкциями и трубопроводами, в ход идут кромкоскалыватели – в основе их принципа действия лежит метод долбления. Абразивная обработка, наоборот, используется для небольших заготовок, а также для финальной доводки после этапа строгания или фрезерования. Также кромка может удаляться посредством газового резака или зигмашины.

Фаски могут находиться на кромках с одной стороны или сразу с двух. За счет односторонних скосов на прямых деталях значительно упрощается работа сварщика. Тогда как для соединения элементов с двухсторонними фасками мастеру требуется доступ к обеим сторонам шва.

Технология выполнения стыкового сварного соединения

Любую сварку предваряет этап технологической подготовки: заготовки размечают, режут, с их поверхности удаляют грязь, следы коррозии, изделия сушат, если на них присутствует влага.

Элементы будущей конструкции располагают на ровной поверхности с зазором 2-3 мм друг от друга. Мастер зажигает электрод ударом либо, чиркнув, как спичку, после чего делает две прихватки. Данный прием позволяет избежать деформации изделия в процессе работы.

Электрод можно перемещать на себя, от себя, справа налево и в обратном направлении. Принцип движения электрода подбирается в соответствии с толщиной металла и необходимым положением электрода в пространстве. В результате должно обеспечиваться лучшее сваривание заготовок. Стоит отметить, что обычно электрод держат под углом 45°.

Когда стыковое сварное соединение готово, необходимо удалить шлак и зачистить поверхность. От возможных прожогов защищают подкладки – они обеспечивают более уверенную работу, позволяют увеличить ток и отказаться от проварки обратной стороны шва.

Сварка в нижнем положении.

В первую очередь сварщик зачищает заготовки. Если работы ведутся с тонким металлом, в разделке кромок нет необходимости. Между элементами оставляют зазор в пределах 1-3 мм и переходят к сборке будущей конструкции, делают прихватки и зачищают их. Сама сварка должна вестись с обратной стороны прихваток.

Максимальная толщина валика составляет 9 мм, высота – 1,5 мм. Сварка ведется слева направо, при этом мастер выполняет кольцевые колебательные движения против часовой стрелки. По аналогичному принципу работа идет и на другой стороне, правда, там допускается увеличение тока. Когда стыковое сварное соединение завершено, необходимо зачистить поверхности.

Во время формирования шва электродом совершают 2-3 движения. Его опускают по мере плавления, чтобы добиться непрерывного горения сварочной дуги. Перемещение электрода идет с одинаковой скоростью, при этом сам расходник должен быть наклонен под углом 15–30° относительно вертикали. В другой плоскости его располагают перпендикулярно поверхности шва.

Бывает, что нужно более широкое стыковое сварное соединение, тогда прибегают к разного рода колебательным движениям.

Сварка в вертикальном положении.

В данном случае необходимо снизить силу тока на 10–15 % по сравнению с показателем, используемым в нижнем положении, ведь важно обеспечить меньшую тепловую мощность дуги.

Сварку осуществляют снизу вверх с отрывом дуги, чтобы избежать вытекания горячего металла за пределы сварочной ванны. Электрод в одной плоскости находится перпендикулярно деталям, в другой – отклоняется чуть ниже горизонтали.

Либо работа может вестись в обратном направлении, сверху вниз или снизу вверх без обрыва дуги. Но в таком случае рекомендуется использовать определенную марку расходников, имеющих подходящее покрытие.

Когда предполагается стыковое сварное соединение с разделкой кромок, детали сваривают в несколько проходов. Каждый проход обязательно зачищается от шлака.

У недостаточно опытных мастеров электрод залипает во время зажигания дуги на металле – чаще всего эта проблема встречается при работе на сниженном сварочном токе. Чтобы избежать этого, стоит разжигать дугу на положенной рядом пластине, то есть разогреть кончик электрода. После чего нужно переместить дугу на место запланированного шва. При помощи плавного касания разогретого электрода о деталь удается добиться легкого зажигания дуги без залипания. Кроме того, этот прием является профилактикой непровара в начале сварки.

Заключительным обязательным этапом работ является контроль стыковых сварных соединений. Швы очищают от загрязнений, образовавшихся во время сварки, то есть шлака, брызг металла и копоти, после чего работу осматривают на предмет наружных дефектов.

Ультразвуковой контроль сварных соединений

В основе данного метода контроля лежит использование излучения ультразвуковых волн акустического типа. Они проходят через однородную среду и при этом не меняют свою прямолинейную траекторию.

Высокочастотные колебания (более 20 кГц) способны проникать в металл, не влияя на его структуру. Далее они отражаются от пустот, царапин, неровностей, разного рода включений. Акустическая волна проникает внутрь стыкового сварного соединения и, при наличии дефекта, отклоняется от своего нормального направления, что отслеживается на экране соответствующего прибора.

Сигнал на монитор поступает за счет использования усилителя. В результате формируется схема, по которой оператор определяет наличие дефектов и особенностей получившегося соединения. Установить размер дефектного образования удается при помощи оценки амплитуды отраженного импульса, а расстояние до него фиксируется по времени, затраченному на распространение волны.

Ультразвуковой контроль стыковых сварных соединений трубопроводов и иных конструкций осуществляется в соответствии с установленным стандартом. При этом необходимо выполнить такие этапы работы:

Удалить со стыковых соединений следы коррозии, лакокрасочные покрытия минимум на 50–70 мм с обеих сторон шва. Обработать поверхность стыка и прилежащего металла машинным, турбинным, трансформаторным маслом, глицерином либо солидолом, чтобы обеспечить наиболее точные результаты проверки на наличие дефектов стыковых сварных соединений.
Настроить прибор с учетом необходимых в данном случае параметров. Если толщина стыковых сварных соединений не превышает 2 см, используют стандартные настройки, тогда как к АРД-диаграммам прибегают, если работы проводились с более толстым металлом. Качество проверяют при помощи DGS или AVG-диаграмм.
Перемещать излучатель по линии сварочного шва зигзагообразными движениями, поворачивая на 10–15° вокруг оси.
Передвигать искатель по металлу до появления устойчивого, предельно четкого сигнала. Далее развернуть прибор и приступить к поиску сигнала максимальной амплитуды.

Нередко колебания отражения волн оцениваются как дефекты, поэтому любые сомнения должны стать поводом для дополнительной проверки. Обнаруженное повреждение необходимо зафиксировать, обозначив точное место нахождения.

Стыковые сварные соединения проверяют при помощи ультразвука в соответствии с нормами ГОСТа. Когда УКЗ не позволяет точно определить характер дефекта, прибегают к гамма-дефектоскопии или рентгенодефектоскопии как к более точным способам контроля качества.

Читайте также: