Сварка листового металла встык сплошным швом без деформации

Обновлено: 18.05.2024

При нагреве до температуры сварки и последующем охлаждении детали испытывают деформации, что в конечном итоге приводит к физическому изменению их размеров и формы. Это изменение может быть заметно или незаметно невооруженному глазу. Термические деформации – это следствие возникновения внутренних структурных напряженностей металла, которые возникают из-за неравномерного распределения температуры и, соответственно, не одинакового изменения объема в различных сечениях детали в процессе ее охлаждения. Причинами появления деформаций конструкций (короблений и изгибов) в результате осуществления сварочных работ являются:

Локализованный высокотемпературный нагрев и местное расширение объема металла в то время, когда остальная часть детали остается сравнительно холодной;
Усадочные явления в наплавленном слое
Фазовые превращения, которые испытывает металл при постепенном снижении температуры до комнатной.

Как минимизировать сварочные деформации?

Выбор вида сварки может сильно снизить деформации. Если применяется дуговая сварка, то наибольшие поводки будут при РДС, или как ее сегодня принято называть латинскими буквами ММА; они существенно снизятся, если использовать TIG (аргонную) и МIG/MAG (полуавтоматическую сварку). Применение PULSE режимов позволяет многократно снизить тепловложение в металл и уменьшить деформации, что очень хорошо видно на примере сварки тонколистовых сталей. Также следует отметить, что наибольшее деформирущее воздействие оказывает на изделие газовая сварка, так как под высокотемпературное влияние попадают значительные площади изделия; а наименьшее – сварка давлением (в вакууме, ультразвуком). Однако, чаще всего используется технология плавления дугой, поэтому далее речь пойдет именно про этот вид получения неразъемных соединений.

Технологические приемы, позволяющие снизить деформации при дуговой сварке

Первое, что приходит на ум каждому сварщику–любителю – это организация теплотвода, позволяющая несущественно, но снизить поводки стальных узлов. В качестве теплоотвода обычно применяют медные подкладки и другие приспособления. Есть более дешевый способ, такой как наложение влажного асбеста вблизи сварочного шва.

Техника выполнения работ также играет существенную роль. Для компенсации напряжений применяют сварку в шахматном порядке или путем поочередного плавления диаметрально противоположных участков соединения. Что имеется ввиду хорошо видно на примере сварной двутавровой балки, изображенной на рис.1. Цифрами обозначена последовательность проведения работ.

Сварка по принципу «обратной ступени» предполагает разделение линии соединения на небольшие участки с дальнейшей их сваркой в предложенном на рис. 2 порядке. Такой способ позволяет получить минимальные деформации, так как выполняется одновременно два принципа, позволяющих достигнуть такого результата, это:

Короткий шов;
Последовательность его наложения, позволяющая скомпенсировать коробления.

Если узел имеет свободные допуски, можно применить метод обратной деформации. В таком случае лист выгибается на величину сварочной деформации (которая может быть установлена опытным путем) в направлении обратном направлению ее действия.

Еще один простой способ уменьшить поводки металла – поставить прихватки перед тем, как начать сварку сплошным швом, используя при этом один из способов, указанных выше по тексту; или заневолить деталь с помощью оснастки.

Минимизировать деформации поможет:

сопутствующий местный подогрев изделия горелками или предварительный — в электропечи
Послесварочная термообработка
Или же проковка в горячем и остывшем состоянии
Рихтовка изделий в холодном состоянии
Практически полностью снимает внутренние сварочные напряжения высокий отпуск при Т=550 -560 оС

Очевидно, что любой высокотемпературный нагрев на воздухе приводит к изменениям размеров и формы изделия. Степень изменений может быть заметна невооруженным глазом или же при проведении контроля с помощью различных инструментов: штангенциркуль позволит измерить линейные размеры, индикатор на стойке поможет проконтролировать биения. Полностью избавиться от деформаций невозможно. Однако, есть еще способы значительно их уменьшить или же вообще от них избавиться после окончательной механической обработки путем:

Сварка листового металла встык

Виды Сварки

Листовой металл является достаточно востребованным материалом для изготовления многих технических устройств и конструкций. Листовая сталь предназначена для производства несущих элементов мостов, балок, резервуаров, водостоков, корпусов электромеханизмов и прочих изделий. Единственным способом соединения такого проката является сварка листового металла. Это вполне надежный вид соединения, особенности которого зависят от толщины металла и его расположения в пространстве.

Способы сварки листового металла

Металлические листы средней толщины варятся ступенчатым способом. Вся полоса сварки условно делится на участки по 10-20 см, после чего эти участки провариваются попеременно. Каждый последующий шов перекрывает предыдущий шов на 1 см. Такая технология позволяет избежать температурных деформаций металла.

Сварка тонких листов металла обычно производится встык, с отбортовкой кромок. Также допускается соединение встык на подкладке, без отбортовки. Существует сварка цилиндрических изделий. Например, приварка к отбортованному днищу цилиндрического корпуса или приварка к отбортованному корпусу днища.

Сварка толстого металла (более 4 мм) выполняется в несколько проходов. Это так называемая многослойная сварка. Сварной шов заполняется несколько раз. Перед наложением каждого последующего слоя производится очистка слоя предыдущего от окалины. Многослойная сварка является более надежной, но ведет к увеличению расходных материалов.

Подготовка листового металла к сварочным работам

Все изделия в местах кромок и прилегающих к ним участков должны быть тщательным образом очищены от краски, загрязнений, масла, ржавчины, окалины и влаги. Очистку производят металлической щеткой, болгаркой или пламенем горелки. Лучший результат дает симбиоз этих способов. Кромки обрабатываются при помощи шлифовальной машины или фрезерного станка.

Они должны быть скошены под небольшим углом для соблюдения технологии сварочных работ. Качественная сварка листового металла встык невозможна без соответствующей обработки кромок.

Сборка изделий под сварку

В зависимости от конструкции будущего изделия производится сборка деталей и их крепление между собой посредством различных приспособлений. Для скрепления листов используются струбцины, клинья, фиксаторы, рычаги, стяжные уголки.

Для плотного стягивания изделий применяются домкраты. В условиях цеха сварка листовой стали обеспечивается специальными прижимными механизмами.

Для обеспечения неподвижности шва изделия скрепляют прихватками. Их размер зависит от толщины листового металла и общей протяженности шва. Для тонких листов длина прихватки составляет до 0,5 см, а для толстого металла может доходить до 3 см. При толщине металла 1 см и более прихватки обычно не используются.

В этом случае применяются клиновые стяжки, допускающие незначительные смещения деталей в процессе сварки. Также могут быть использованы угольники и стяжные планки.

Технология сварки листового металла

Сварка прокатного металла может быть осуществлена встык или с нахлестом. Вертикальные швы рекомендуется выполнять стыковыми, а круговые поясные соединения лучше делать с нахлестом. Первым делом провариваются поперечные швы, а уже затем идет работа над продольными швами.

Зазоры между соединяемыми изделиями должны быть около 1 мм. Это необходимо для предотвращения деформации изделий. Рекомендуется выполнять сварку листового металла от середины, постепенно направляясь к краям.

Сварка выполняется под углом 70-90 градусов. В таком положении идет максимальный провар шва.

Выполняя сварку любого листового металла согласно рекомендациям, получают качественные сварные изделия надлежащей крепости.

Сварка тонкого металла

Сварка тонкого металла может стать настоящей проблемой даже для опытного сварщика. Существует множество нюансов относительно выбора режима работы оборудования, инструментов и материалов. Специалист должен работать быстро и точно. Ошибки часто приводят к прожиганию металла или деформации изделия.

Чаще всего необходимость соединить тонкие листы металла возникает при кузовном ремонте автомобиля. Но бояться этого вида работ не нужно, советы более опытных сварщиков и немного практики обязательно приведут к успеху. Подробнее об особенностях сварки тонкого металла читайте в нашем материале.

Нюансы сварки тонкого металла инвертором

Сварка тонкого металла – это процесс, который способен вызвать трудности даже у сварщиков с большим опытом работы. Знания новичков в этой области недостаточны. Все дело в том, что здесь есть нюансы, из-за которых сложно подобрать соответствующий режим и электрод.

Самый простой способ сварки тонкого металла заключается в использовании полуавтомата.

Самая главная проблема, с которой сталкивается специалист, – это запрет на сильный нагрев изделия. В противном случае металл может прогореть, на его поверхности появятся отверстия.

При сварке тонкого металла электродом нельзя торопиться, его важно вести в одном направлении, строго вдоль шва. Отклонения от траектории недопустимы.

Вторая сложность заключается в том, что работать следует с использованием малого тока, следовательно, дуга должна быть короткой. Если отрыв электрода будет незначительным, велика вероятность, что дуга просто погаснет. Чтобы правильно разжечь ее, необходимо использовать аппарат для сварки тонкого металла с высокой вольт-амперной характеристикой.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Для сварки встык кромки металла необходимо тщательно обработать и зачистить. Если материал загрязнен или имеет на поверхности ржавчину, с его обработкой возникнут сложности.

Для сварки тонкого металла встык листы следует размещать максимально близко друг к другу, зазора быть не должно. Поэтому детали закрепляют скобами, особыми приспособлениями для прижимания и т. д.

Основные и вспомогательные материалы для сварки тонкого металла

Под основными материалами следует понимать присадочные металлы, такие как электроды или проволоки. Чем ближе их состав к строению металла, тем лучше. Когда говорится о сварке тонкого металла проволокой, подразумевается наличие специального покрытия или защитного газа.

Отмечается, что если сварка осуществляется полуавтоматом, то без использования газа ее качество будет значительно ниже.

Электродную проволоку делят на два вида:

Обычная. Для ее производства используется определенный вид металла, при этом в состав входят дополнительные элементы, которые служат для улучшения качества материала. Так как у проволоки нет флюсовой поверхности, необходимо защитить область сварки, для этого применяют защитный газ. Плюсы – невысокая стоимость и возможность соединения тонких деталей. Но есть и недостатки: свойства газа зависят от климатических условий.
Порошковая. Эта проволока, в отличие от обычной, имеет порошковый флюс. Под воздействием высокой температуры он расплавляется. Поэтому в данном случае нет смысла использовать защитный газ. Недостатком порошковой проволоки является ее высокая стоимость и большая вероятность появления трещин.

Стоит обратить внимание на дополнительные материалы: газ и флюс. Первый используется для защиты и подогрева, второй – для улучшения качества свариваемости. Необходимость их использования напрямую зависит от того, каким образом будет выполняться сварка тонкого металла полуавтоматом: порошковой или обычной проволокой.

Дополнительные материалы не всегда приходится применять. К примеру, флюс используется, когда необходимо сварить сложные элементы, к которым относятся тугоплавкие металлы.

Выбор электродов и настройка режимов сварки

Для того чтобы выполнить сварку тонкого металла, толщина которого не превышает трех миллиметров, следует использовать марки с рутиловой обмазкой. Они необходимы для уменьшения темпа плавления сердечника. В процессе на концах электродов с тугоплавким покрытием появляется козырек, который препятствует очередному разжиганию дуги.

Отметим, что материал сердечника должен быть идентичным рабочему металлу или максимально приближенным по составу.

Для работы используется оборудование с переменным или постоянным током. Предпочтение следует отдавать универсальным электродам, которые перед началом сварки нагревают до температуры +170 °С. Благодаря прогреву зажигание и удержание дуги происходит значительно легче.

Для того чтобы определиться с параметрами электрода и силы тока, необходимо опираться на толщину металла. Ниже приведена таблица соответствия:

Толщина заготовки (мм)

Диаметр электрода (мм)

Если у техники есть настройка начального напряжения, то в самом начале работы необходимо выставить его величину на 20 % ниже стандартной. Это поможет избежать прожога в момент зажигания дуги. Если таковой возможности нет, тогда дугу следует разжечь на графитовой пластине, а затем перенести ее на стык.

Так, в процессе сварки тонкого металла специалисту необходимо использовать малый ток, начинать работу следует с величины 10 А.

Если техника имеет минимальное значение тока, превышающее указанную величину, то для подключения используется стальная пружина или балластное устройство. Они предназначены для снижения тока до необходимого значения.

Если аппарат имеет импульсный режим, то у сварщика появляется возможность выполнять сварку металла, толщина которого меньше 0,5 мм.

Технология сварки тонкого листового металла

Технологический процесс сварки тонкого металла мало чем отличается от классической сварки.

Работа проводится в три этапа. Различия процессов кроются лишь в некоторых тонкостях, благодаря которым возникает возможность наиболее качественного выполнения.

Подготовка

Изначально специалист выполняет очищение поверхности металла от любых загрязнений. К очистке места, в котором будет крепиться аппарат, следует подойти с максимальной ответственностью.

Если говорить об оцинкованном металле, то его очистку от защитного покрытия можно выполнить с использованием болгарки. Сварка прямо по нему тоже является допустимой, так как слой цинка выгорит во время работы.

Сварка

Процесс сварки тонкого металла происходит согласно следующему алгоритму. Электрод, который располагается на конце, очищается от обмазки. За счет этого дуга будет зажигаться значительно быстрее.

Чтобы в процессе работы не возникло деформации, по длине будущего шва необходимо выполнить точечные прихватки, сделав краткосрочный поджог и приварив края металла.

Для того чтобы зажечь дугу, сварщик прибегает к одному из следующих способов: он либо постукивает кончиком электрода по материалу, либо чиркает по нему. Оптимальная длина дуги может колебаться в диапазоне от 2 до 3 мм.

Важно: расстояние между электродом и металлом не должно превышать диаметра расходного материала.

Затем необходимо создать ванну из расплавленного металла и приступить к формированию шва. Конфигурация получившейся ванны должна напоминать овал. Если это условие соблюдается, значит, шов выполнен качественно.

Если электрод будет упираться в поверхность материала, он может прилипнуть к нему. Чтобы начинающий мастер не допустил такой ошибки, ему рекомендуется использовать аппарат, имеющий дополнительные функции антиприлипания и форсирования дуги.

Работа оборудования строится так, что когда электрод приближается к металлу ближе, чем нужно, происходит автоматическое сбрасывание напряжения. Так, вероятность того, что произойдет замыкание, а электрод прилипнет к поверхности, равна нулю.

Ведение шва происходит под углом, примерно равному 60°. Считается наиболее предпочтительным расположение, близкое к прямому углу. Важно, что при этом должен сохраняться обзор сварочный ванны и, конечно, самого сварного шва.

Если получившийся угол слишком острый, можно сделать вывод, что шов всплывает на поверхность и не выполняет своей задачи.

Ведение электрода происходит так: слева направо, на себя. Если выбрано вертикальное соединение, то его необходимо выполнять сверху вниз. В процессе следует выполнять зигзагообразные движения, которые сварщики называют елочкой.

Специалисту следует придавать значение и скорости выполнения сварки. Важно в процессе работы держать одинаковый темп.

По окончании необходимо сбить весь шлак с поверхности, убедиться, что непроваренные и прожженные участки на соединении отсутствуют.

Приемы сварки тонкостенных конструкций

Во избежание отрицательных результатов работы сварщику необходимо умело использовать различные методики.

Внахлест. Если конструкция предоставляет такую возможность, то листы металла можно устанавливать друг на друге, внахлест. При работе следует быть особенно внимательным, чтобы не прожечь нижний элемент конструкции.
Точечное соединение. При точечной сварке тонкого металла шов создается с использованием точечных прихваток. Здесь необходимо поджечь дугу, приварить металл, погасить дугу. Это действие повторяется на протяжении всего шва, один шаг должен равняться трем диаметрам электрода.
По электроду. Если велика вероятность, что в ходе работы металл будет прожжен, рекомендуется очистить один электрод от обмазки, а затем расположить его по направлению будущего шва. Во время сварки эти места следует проварить особенно хорошо. Если в материале есть прожоги, их можно заварить, используя этот же метод.

Еще одна действующая методика – установка обратной полярности. В этом случае кабель держателя будет установлен на плюс, а масса, соответственно, на минус. Обратная полярность снижает количество тепла на кончике электрода, что помогает избежать прожогов.

Когда требуется выполнять сварку крупного материала из тонкого металла, разжигание дуги выполняется на заготовке с толстыми стенками, затем происходит перенос шва на стык.

Секреты сварки тонких листов металлов

Бывает, что появляется необходимость сварить листы металла под углом. Тогда предпочтительнее выбрать методику отбортовки. Согласно этому способу края листа отгибаются на необходимый угол, выполняется крепеж поперечными швами, расстояние между которыми имеет диапазон от 5 до 10 см.

Далее сварка происходит в обычном режиме непрерывным вертикальным швом.

Зачастую во время беспрерывной контактной сварки тонкого металла образуются прожоги. Чтобы избежать этого, рекомендуется делать кратковременные отрывы электрода – буквально на несколько мгновений, после чего электрод снова опускается на рабочую поверхность.

Таким образом, металл за время отрыва дуги успевает остыть. Важно: время отрыва должно быть минимальным, чтобы рабочая поверхность не остывала слишком сильно.

Сварка тонкого металла встык – процесс не из легких. Сделать это внахлест гораздо проще, так как вероятность перегрева материала минимальна.

Когда выполняется сварка тонкого металла методом встык, не будет лишним проложить между металлическими листами проволоку толщиной от 2 до 4 мм таким образом, чтобы с лицевой стороны она равнялась с верхней частью рабочей поверхности, а с изнаночной стороны необходимо обеспечить выступ примерно на половину ее диаметра.

Во время работы вести дугу следует по ней, так как проволока не берет на себя термическую нагрузку, поэтому в сварке материала примут участие периферийные токи. В таком случае шов будет ровный.

Также можно под место стыка положить медные пластины. Преимущество этого метода объясняется высокой теплопроводностью, которая превышает теплопроводность стали более чем в 7 раз. Она также забирает часть тепла на себя, не давая металлу перегреться. У сварщиков такой способ называется «с теплоотводящими подкладками».

Сварка оцинкованной стали

Оцинкованная сталь – это тонкий листовой металл, который снаружи покрывается цинком. Если материал подвергается сварке, то его кромки придется полностью очистить от верхнего покрытия. Снятие цинка выполняется либо шлифовочной машинкой, либо вручную (наждачкой или металлической щеткой).

Удаление цинка производится еще и другим способом: материал можно выжечь сваркой. Для этого необходимо два раза пройти электродом по шву, тогда цинк испарится. Отметим, что пары цинка могут нанести серьезный вред здоровью, поэтому выжигать его лучше или на улице, или под вытяжкой.

Особенности сварки тонколистового алюминия

Алюминий – металл, к которому при сварке необходимо иметь особенный подход, так как его поверхность имеет тонкую оксидную пленку. Покрытие предназначено для защиты от окислительных процессов.

Отметим, что температура плавления здесь практически в три раза выше, чем у обычного металла, поэтому важную роль играет грамотная настройка полуавтомата.

Приведем примеры особенностей сварки тонкого алюминия:

Для работы необходимо использовать ток обратной полярности, чтобы сварка проходила постепенно.
Многие специалисты убеждены, что для начала необходимо выполнить удаление оксидной пленки, тогда работа будет протекать легче.
Так как температура плавления ниже обычной, а материал является текучим, есть смысл воспользоваться специальными подложками.
Аргон – газ, который идеально подойдет для защиты.

Техника безопасности и проблемы, возникающие при сварке

Сварка тонкого металла не позиционируется как наиболее опасный вид сварочных работ. Здесь так же, как и при других видах сварки, существует своя техника безопасности и нормативы по электробезопасности, которые необходимо выполнять безоговорочно.

Тонкие материалы сильнее разбрызгиваются, нежели те, что имеют большую толщину, поэтому ношение спецодежды является обязательным условием.

Напомним, что СИЗ должны тщательно защищать органы зрения и дыхательной системы.

Использование газовых баллонов с вышедшим сроком поверки строго запрещено.

Чаще всего в процессе сварки тонкого металла могут возникнуть следующие проблемы:

Прожигание заготовки обычно вызвано неправильно выбранной силой тока.
Прилипание электрода возникает, если сила тока слишком мала или расходник подносится к материалу слишком близко.
Непроваренный шов. Такую ошибку чаще всего допускают начинающие мастера, которые бояться прожечь металл, поэтому проявляют чрезмерную осторожность.
Деформация материала зачастую возникает по причине воздействия слишком высокой температурной нагрузки.

В этой статье мы рассказали вам о нюансах сварки тонкого металла. Надеемся, что приведенный материал будет полезен и желаем успехов в работе.

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.

Деформация металла при сварке

Деформация металла при сварке – это явление, которое приводит к нарушению геометрии изделий и, следовательно, к браку продукции. Подобное может наблюдаться даже в работе опытных сварщиков. Соблюдение ряда правил позволяет снизить вероятность появления деформации и получить качественное и надежное соединение.

Существует множество причин возникновения деформации металла при сварке. О том, с чем они связаны, какие меры принимают для профилактики этого явления и что делают для исправления, читайте в нашем материале.

Причины деформации металла при сварке

Если на металлический предмет оказывается механическое воздействие, то в нем возникают напряжение и искажение. Первое характеризуется силой давления, оказываемой на единицу площади. Второе – нарушением габаритов и формы изделия из-за силового воздействия.

Напряжения появляются в деталях под влиянием практически любого усилия. Это может быть растягивание, изгиб, сжимание или резка. В ходе сварки следует внимательно следить за показателями как деформации, так и напряжения. Если превысить допустимые значения, то конструкция (частично или полностью) может разрушиться.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Сварочные деформации возникают под влиянием различного рода напряжений, появляющихся внутри изделия. Основные причины их появления специалисты объединяют в две большие группы: основные, которые считаются неизбежными и постоянно появляются в ходе сварки, а также сопутствующие, устранение которых вполне возможно.

К основным причинам возникновения деформации и напряжения в ходе сварочных работ относят следующие:

Структурные видоизменения, которые, влияя на металл, вызывают напряжения (растягивающие и сжимающие). Происходит это в ходе охлаждения деталей из легированных или высокоуглеродистых стальных сплавов. При этом размеры изделия, а также зернистая структура материала нарушаются. В итоге изначальный объем изменяется, что приводит к увеличению напряжения внутри детали.
Неравномерный прогрев. Первичному нагреву в ходе сварочных работ подлежит только рабочая зона изделия. По мере увеличения температуры материал расширяется, воздействуя на мало прогретые слои металла. При прерывистом прогреве концентрация напряжений сварного шва достигает высоких значений. Ее показатель зависит от рабочей температуры, теплопроводности материала и уровня линейного расширения.
Литейная усадка. Она происходит в ходе кристаллизации материала, характеризуется уменьшением объема металла, возникает из-за сварочного напряжения (продольного и поперечного), которое появляется в процессе усадки расплава.

Сварочное напряжение могут вызвать не только механические воздействия. Сплавам различных металлов вообще свойственны свои деформации и напряжения. Они делятся на временные и на остаточные. Пластичная деформация металла при сварке вызывает остаточные, не исчезающие и после остывания материала. Временные же возникают при сварке прочно закрепленной детали.

К побочным или сопутствующим деформациям при проведении сварочных работ можно отнести:

любые отклонения от нормативов в технологическом процессе – примером может быть плохая подготовка детали к сварке, неправильный выбор электрода, нарушение режима сварочного процесса и пр.;
несоответствия и ошибки, допущенные в конструировании изделия, – это могут быть неверно выбранный тип шва, часто расположенные соединения, малый зазор между сварными швами и пр.;
низкий профессионализм и небольшой опыт мастера.

Концентрацию напряжений в сварном шве может вызвать практически любая ошибка. Из-за них возникают технологические дефекты соединения: непровары, трещины, пузыри и прочий брак.

Виды деформаций металла после сварки

Существует несколько видов напряжений. Они отличаются временным интервалом (периодом действия), характером появления и прочими факторами.

Ниже представлена таблица возможных напряжений (какие встречаются и из-за чего появляются в сварном шве).

По причинам возникновения

Неравномерность прогрева, возникающая из-за перепада температуры при сварке

В случае нагрева металла выше максимально установленной температуры происходят изменения в структуре материала

По времени существования

Возникает в ходе фазовых видоизменений, но в процессе остывания уходит

Остается в деталях и после устранения причин возникновения

По задействованной площади

Имеющееся во всей конструкции

Проявляющееся исключительно в зернах структуры металла

Присутствующее в кристаллической решетке материала

По направленности воздействия

Появляется по линии шва

Размещается поперек оси соединения

По состоянию напряжения

Происходит только в одном направлении

Распространяется на два различных направления

Воздействие происходит по трем осям

В ходе сварочного процесса происходят следующие виды деформации:

Местные и общие. При местных деформациях изменениям подвержены только части конструкции. Общие же деформируют изделие полностью и сразу, меняя его размеры и искривляя геометрическую ось.
Временные и конечные. Остаточные (конечные) деформации остаются в изделии даже после его охлаждения, а временные появляются в отдельные моменты времени.
Упругие и пластичные. При восстановлении формы и габаритов изделия по окончании сварки деформация считается упругой. При наличии постоянных дефектов – пластичной.

Материал может быть деформирован вне плоскости сварного изделия или внутри него.

Разнонаправленность сил, действующих относительно сечения материала, приводит к возникновению различных напряжений: сжатия либо изгиба, растяжения, кручения, среза.

Тестирование сварных швов и расчет деформаций металла при сварке

Швы обязательно проходят тестирование на надежность и прочность соединений. В ходе проверки проверяется также наличие дефектов. Это позволяет быстро обнаружить и устранить возникший в процессе сварки брак.

Существует несколько типов контроля, позволяющих найти изъяны:

разрушающий – процесс, который часто используется на промышленных предприятиях, дает возможность провести проверку физических свойств шва;
неразрушающий – включает внешний осмотр шва, ультразвуковую или магнитную дефектоскопию, капиллярный метод, проверку проницаемости и прочие методы.

Важным в изготовлении сварных конструкций является определение вероятных напряжений и деформаций в ходе работ. Причина заключается в том, что они изменяют форму и размер изделия, снижают его прочность, что приводит к изменениям в эксплуатационных качествах конструкции далеко не в лучшую сторону.

Необходимо проводить тщательный расчет деформаций и напряжений при различных процессах сварки, правильно запланировать последовательность операций для того, чтобы в результате на конструкцию воздействовало минимум напряжений, а количество дефектов стремилось к нулю.

Способы устранения деформации металла при сварке

Убрать деформацию материала, возникшую в ходе сварки, можно с помощью правки. Она бывает холодной механической, термомеханической и термической, включающей как местный, так и общий нагрев. Перед проведением последнего изделие жестко фиксируют в устройстве, оказывающем давление на изменяемые части конструкции. Затем оно размещается в разогревающей печи.

Суть термического метода заключается в сжимании металла при его охлаждении. Происходит процесс разогрева растянутого участка горелкой или дугой. При этом окружающий место разогрева материал должен оставаться холодным, что не дает значительно расшириться горячему участку. Далее при остывании изделия происходит постепенное выпрямление конструкции. Больше всего данный метод подходит для устранения деформаций балок, полос листового материала и пр.

Принцип холодной правки заключается в постоянном воздействии на изделие нагрузок. Для этого используют различные прессы и валки, существующие для прокатки по ним длинных конструкций. Для исправления деформаций растянутых конструкций применяют термическую правку. Сначала происходит сбор лишнего металла, а затем – разогрев проблемного места.

Сложно сказать, какой из методов является предпочтительным. Для каждого вида, места (снаружи или изнутри), особенностей деформации и напряжения, а также габаритов и формы изделия существуют свои способы их устранения. Важным являются трудозатраты и эффективность метода.

Способы избежать деформации металла при сварке

Устранение проблем значительно сложнее их предупреждения. Эта аксиома в равной степени относится и к сварке. Брак всегда приводит к дополнительным финансовым вложениям. Для его предотвращения необходимо сосредоточиться на мерах, помогающих бороться с деформациями и напряжениями.

Отвечая на вопрос о том, как избежать деформации при сварке листового металла или свести ее к минимуму, следует запомнить связь между причинами появления и мерами предупреждения. Следовательно, перед началом работ необходимо все тщательно рассчитать и подготовиться. Только после окончания данного этапа можно будет проводить сварку металлических конструкций.

Сила, приложенная к конструкции, прямо пропорциональна степени ее деформации. Значит, чем большая сила воздействует на изделие, тем значительнее его деформация.

Данные виды разогрева способствуют улучшению качественных характеристик как самого сварного соединения, так и участков, расположенных в непосредственной близости от него. Кроме того, уменьшаются пластические деформации и остаточное напряжение. Этот метод чаще всего используют для сплавов, которые имеют склонность к закалке и появлению кристаллизационных трещин.

При протяженности более 1 000 мм шов разбивается на части длиной от 100 до 150 мм. Новое соединение создается в противоположную от основной сварки сторону. При этом металл разогревается более равномерно, что снижает деформацию. Данный способ не является методом последовательного наложения.

Проковке подлежит и нагретый, и холодный материал. Удар как бы разжимает металл в стороны. Тем самым снижается напряжение растягивания. Данный метод не используется на конструкциях, сделанных из металла, склонного к возникновению в нем закалочных структур.

Суть метода заключается в том, чтобы подобрать порядок, в котором нужно будет делать швы. Новый шов должен обязательно создать деформацию, которая будет противодействовать предыдущему. Этот способ часто применяется при сварке двусторонних соединений.

Сварка предваряется прочным и жестким креплением изделия в кондукторах. После завершения процесса конструкция полностью охлаждается, после чего вынимается из крепежа. Существенным недостатком метода является вероятность возникновения внутреннего напряжения изделия.

Сварка без деформации металла может быть проведена с помощью термической обработки. При этом существенно улучшаются характеристики соединения и окружающего его металла, снижается напряжение внутри изделия и выравнивается структура шва. Отпуск, отжиг (состоящий из низкотемпературного или полного) и нормализация – это операции, составляющие термическую обработку металла.

Нормализация считается оптимальным способом обработки швов изделий, выполненных из низкоуглеродистых сталей.

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.

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: