Сварочное соединение стыковое соединение

Обновлено: 28.04.2024

Закристаллизовавшийся отрезок расплавленного металла, образовавшийся в месте соединения двух металлических деталей или конструкций – это классический сварочный шов, который имеет определенные геометрические размеры как в сечении, так и по длине. Они зависят от типа соединения, метода выполнения сварки, геометрии разделки торцевых кромок соединяемых изделий и некоторых других факторов. Эти элементы сваренных деталей делятся на два вида: стыковые и угловые. Их не следует путать с типами сварочных соединений, которые классифицируются как стыковые, угловые, тавровые и внахлест.

Во всех таких конструкциях присутствуют рабочие швы, на которые действуют основные нагрузки соединения. От правильного расчета этих элементов соединения зависит прочность всей конструкции в целом. На качество сварки влияет множество факторов, в том числе и геометрические характеристики, такие как ширина, длина, вогнутость, выпуклость и другие особенности стыковки деталей. Для соединенных под прямым углом деталей, основным геометрическим параметром является размер катета сварного шва, от которого зависит прочность сварки.

Нормативные документы

Основными документом, регламентирующими геометрию сварочных швов является ГОСТ 5264-80, по которому и рассчитываются главные геометрические характеристики, с использованием математических формул. Размеры сечения и длинны по ГОСТ 5264-80 зависят от вида соединения, толщины деталей конструкции, геометрии обработки торцевых кромок. Кроме того при расчете геометрических параметров сварочных соединений учитываются и другие нормативные документы: СНиП II-23-81, инструкции и технические регламенты. Среди всех геометрических характеристик сварных швов основными являются минимальная длина, ширина, глубина, размер катета и некоторые другие.

Геометрические характеристики

Как уже было сказано выше, геометрия швов зависит от вида соединения. Основные геометрические размеры сечений стыковых и угловых сварочных швов представлены на следующем рисунке:

где S – толщина деталей;
е – ширина сварного шва;
g – выпуклость;
m – вогнутость;
h – глубина проплавления;
t – толщина сварного шва;
b – зазор в соединении;
k – катет углового шва;
p – высота;
a – толщина.

На геометрические размеры влияет тип соединения и толщина свариваемых изделий. Эти показатели приведены в следующей таблице.

Таблица с типами сварных соединений

Из представленной информации понятно, что все геометрические размеры сварных швов и соединяемых деталей связаны между собой. Особняком стоит длина этих элементов сварных конструкций. Она зависит только от нагрузки на соединение и совершенно не зависит от геометрии сечения шва. Минимальная длина сварного шва должна обеспечивать прочность соединения, при превышении максимального значения общей нагрузки на 20%. Часто проварка изделий осуществляется по всей длине контакта, но во многих случаях сварка выполняется короткими отрезками, обеспечивающими необходимую прочность соединения. Для строительных конструкций расчет длины сварного шва по СНиП II-23-81 осуществляется исходя из этих критерий.

Расчет геометрии стыкового шва

Методика проверки швов для этого вида полностью расписана в следующих нормативных документах: СНиП II-23-81 п.11.1 и СП 16.13330.2011 п.14.1.14. В этих документах представлены разные способы расчета, но все они являются производными от следующей математической формулы:

Формула расчета геометрии стыкового шва

где N – максимальная сила растяжения или сжатия;
t – минимальная толщина свариваемых деталей;
lw – длина шва;
Rwy – сопротивление нагрузке;
γс – табличный коэффициент.

При таком виде соединения оно проваривается на всю длину контакта, следовательно длина шва равна длине стыков свариваемых деталей, уменьшенной на 2t, удвоенную толщину металла. Ширина шва зависит от формы разделки кромок и толщины деталей. Схемы расчетных варианты соединений встык показаны на следующих рисунках.

Схемы расчетных варианты соединений встык

Если в ходе сварочных работ используются материалы в соответствии с приложением 2 СНиП II-23-81 в расчет не производится, только осуществляется визуальный контроль качества выполненных соединений.

Расчет геометрии углового шва

Расчет геометрических размеров угловых сварных швов при воздействии нагрузки, проходящей по оси центра тяжести производится по выбранному сечению, наиболее опасному в этом соединении. Это может быть расчет по сечению металла шва или границ сплавления материалов. На ниже приведенном рисунке представлены оба сечения.

Схема геометрии углового шва

В таком виде сварных соединений действуют напряжения различного характера, но доминирующей нагрузкой является срезающая сила. Проверка угловых сварных швов производится по следующим формулам.

Формула расчета по металлу шва

Формула расчета по границе сплавления

где N – максимальная сила растяжения или сжатия; βf и βz – табличные коэффициенты для стали; kf – длина катета сварного шва; lw – длина; Rwf – расчетное сопротивление на срез; Rwz – то же но в зоне сплавления; γс – табличный коэффициент условий эксплуатации; γwf и γwz – то же, но для разных условий эксплуатации.

Главной геометрической характеристикой всех угловых швов является размер их катета, т. е. толщина по границам сплавления. Размер катета зависит от толщины деталей, материала и способа сварки. Выбрать значение этого геометрического параметра можно в нижеприведенной таблице.

Таблица минимальных катетов углового шва

«Примечания:
Для стальных конструкций с предельными характеристиками текучести материала выше 590 Н/кв.мм или толщине соединяемых деталей свыше 80 мм, значение минимального размера катета следует брать в специальных ТУ.
Для конструкций четвертой группы, размер катета углового шва следует сокращать на 1 мм для деталей с толщиной не более 40 мм и уменьшать на 2 мм для деталей толще 40 мм.»

Инструменты для контроля размеров швов

Измеритель геометрических параметров сварных швов – это специализированный инструмент, с помощью которого можно произвести замер основных характеристик этих элементов сваренных конструкций. Среди всего разнообразия таких измерительных инструментов можно выделить следующие группы изделий: шаблоны, универсальные измерители и устройства, специализированные на замере одного параметра. В набор профессионального сварщика состоит из нескольких таких инструментов, позволяющих произвести замер как подготовленных к сварке деталей, так и самого сварного шва.

Заключение

Выше представленная информация актуальна для соединений, выполненных с использованием ручной электродуговой сварки. Размеры сварного шва при полуавтоматической сварке рассчитываются по другим методикам. Следует заметить, что все геометрические размеры сварных швов жестко завязаны на толщину свариваемых деталей и максимальную нагрузку, которую должна выдержать вся конструкция!

Стыковая сварка

Стыковая сварка – узкоспециализированная технология металлообработки, применяемая для получения монолитных конструкций, где сварной шов практически невиден. Благодаря пластичной деформации под давлением и высокой температурой не происходит расплавления металла, что очень важно в данном процессе.

Для стыковой сварки используется автоматизированное оборудование, но работу можно осуществлять и с помощью ручных аппаратов. Главное – разбираться в технологии, методах и способах стыковой сварки, о которых мы и рассказываем в нашем материале.

Сферы применения стыковой сварки

Стыковая сварка является высокотехнологичным способом соединения деталей. В основном, это автоматизированный процесс. Примерно в 10 % случаев применения контактной сварки используется метод стыковой сварки оплавлением, который, согласно ГОСТ 2601, считается электротермодеформационным процессом. Однако при работе таким способом сварки детали можно соединить при помощи глубокой пластической деформации, не расплавляя металл, в отличие от точечного и шовного методов контактной сварки.

Этому методу сварки уже более 100 лет. Индивидуальный случай такого способа соединения деталей – стыковая конденсаторная сварка.

Стыковой метод сварки применяется во многих сферах. Это обусловлено целым рядом преимуществ этого способа соединения элементов. В общем, технология много где используется, например:

В строительстве. С помощью такого метода сварки создают монолитные конструкции, выдерживающие большие нагрузки. К примеру, стыковая сварка позволяет получить балки с поперечным сечением из двутавра, швеллера или иных элементов сортамента. Таким же образом сваривают и арматуру.
В металлургии. В этой сфере сварка используется для соединения проволочного и листового прокатов.
В железнодорожной промышленности. Стыковая сварка позволяет изготавливать рельсы без стыков для обеспечения высокой скорости перемещения транспорта. Ключевое достоинство данного метода заключается в том, что на соединение отдельных секций уходит относительно немного времени.
В производстве автомобилей. В этой сфере стыковая сварка используется потому, что благодаря ей можно изготавливать корпусные изделия любых форм.
В производстве и прокладке труб. С помощью сварки соединяют стальные и пластиковые трубы. Но для этого необходим специальный инструмент, позволяющий добиться максимальной ровности и качества шва.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Еще стыковая сварка используется в ходе создания режущей части из легированной стали. Применение этого метода позволяет избежать образования заусенцев на режущей кромке детали. Также стыковая сварка обеспечивает качество и надежность получаемого в итоге инструмента, который выдерживает даже внушительные нагрузки.

Еще эта технология применяется в производстве трубопроводов для газа и нефтепродуктов. Наибольший диаметр труб, с которыми работают при использовании стыковой сварки, достигает 1 420 мм. А занимает сам процесс 5 минут или меньше.

Преимущества и недостатки стыковой сварки

Сначала рассмотрим достоинства этого метода. Итак, при стыковой сварке:

меньше используется электродный металл;
легко контролировать процесс сварки, на выходе – надежные и качественные элементы;
сама техника сварки проще той, что используется при сварке угловым швом;
полученные при стыковой сварке детали отличаются плоской поверхностью;
возможно соединение деталей разной толщины;
даже детали из металла большой толщины можно приварить односторонним швом.

Говоря о недостатках, стоит упомянуть, что:

в сравнении с нахлесточным методом сварки, стыковая не обеспечивает дополнительной жесткости;
после сварки на полученном элементе может значительно деформироваться поверхность, что часто происходит при работе с тонким металлом.

Технология стыковой сварки

Суть технологии контактной стыковой сварки заключается в нагреве поверхностей из металла до температуры плавления. Это происходит потому, что от одного элемента к другому проходит мощный электрический ток, и за счет этого образуется тепло.

А сами элементы прижимаются друг к другу, и их нагретые металлические поверхности сплавляются. В результате создается ядро сварной точки, имеющее форму чечевицы. Диаметр ядра – от 4 до 12 мм.

Существуют некоторые особенности точечной контактной сварки с помощью инвертора:

Процесс сваривания длится не более двух секунд.
Используется ток высокой мощности – более 1 000 А.
Напряжение низкое: не более 10 В, чаще всего – 2-3 В.
В месте сжатия соединения образуется значительное усилие – от 20 до 200 кг.
Зона расплавления поверхностей остается небольшой.

Элементы, выполненные из низкоуглеродистой стали, можно сваривать и без расплавления ядра. Впрочем, полученное изделие получается ненадежным, и такой способ сварки используется достаточно редко.

Общая классификация определяет технологию стыковой сварки в класс термомеханических процессов.

Процесс сварки делится на несколько стадий:

Сначала элементы размещают нужным образом, устанавливают между электродами и крепко прижимают друг к другу.
Затем элементы нагревают электрическим током, в результате чего они становятся пластичными. Их поверхности несколько деформируются, и благодаря этому их можно плотно соединить друг с другом, что и происходит.

Для успешного и правильного выполнения стыковой сварки необходимо соблюдать следующие требования:

Торцы металлической поверхности должны быть подготовлены к сварке: детали необходимо очистить, удалив окисления и загрязнения, что особенно актуально, когда сварочная поверхность составляет 200 мм2. Затем поверхности элементов необходимо максимально ровно совместить друг с другом.
Свариваемые элементы закрепляются в сварочной машине, настраивается их соосность.
Пропускается высокочастотный электрический ток, плавящий поверхности деталей.
Соединяемые элементы сжимаются, в результате чего происходит их атомное соединение.
В месте сварки образуется кристаллическая решетка.
Контактная стыковая сварка позволяет соединять в один элемент детали разного предназначения, формы и толщины. А итоговое изделие получается качественным и надежным.

Методы стыковой сварки

Стыковая сварка может осуществляться разными методами. Перечислим основные.

Сварка сопротивлением

Часто применяющийся метод сварки. Отличается множеством особенностей.

Элементы при сварке прижимаются к электродам специальными трубками. Благодаря этому ток через детали проходит очень быстро.
Также в процессе такой сварки используются губки, что позволяет исключить скольжение элементов между электродами. После фиксации деталей на электроды подается напряжение.
Затем туда подают ток, нагревающий металлическую поверхность деталей в месте сваривания.
В конце применяется осадка, при которой происходит местная деформация деталей для их соединения. Также для достижения наибольшего нагрева поверхностей элементов подается сильный ток.

Электрическое сопротивление позволяет работать с элементами небольшого сечения. Максимальная толщина элементов, которые позволяют сваривать электроды, равна 40 мм. В результате соединение получается прочным и качественным.

Оплавлением

Этот метод также применяется довольно часто. Поверхности деталей нагреваются при помощи специального оборудования. В результате детали соединяются надежным и прочным швом. Рассмотрим основные особенности данного метода контактной сварки.

В процессе сварки заготовки подводятся на небольшой скорости, за счет чего они крепко фиксируются в положении рядом друг с другом.
Напряжение не меняется в течение всего процесса.
Благодаря равномерному движению деталей можно избежать даже самых мелких неровностей, от чего шов становится максимально крепким.
Плавка металла дает возможность увеличить площадь контактной поверхности соединяемых заготовок, что также делает шов более крепким и прочным.

Самая главная отличительная особенность сварки оплавлением заключается в том, что данный метод не требует подготовки поверхностей используемых элементов.

Оборудование и расходные материалы для стыковой сварки

При сварке используется определенное оборудование. Специальные приборы и машины дают возможность максимально автоматизировать и ускорить процесс сварки. Иногда нужно всего лишь зафиксировать детали и нажать на кнопку – встроенная программа сама проконтролирует процесс сварки.

Среди преимуществ сварочных аппаратов можно выделить:

высокую производительность;
автоматизацию процесса;
отсутствие ошибок.

На рынке таких машин можно найти аппараты от разных производителей. Выбирая устройство, обратите внимание на модели от популярных и хорошо зарекомендовавших себя изготовителей.

Впрочем, стыковую сварку можно выполнить и вручную. Необходимо тщательно продумать, какую проволоку использовать. Она понадобится для фиксации соединяемых элементов. Для того чтобы определить, какая именно проволока лучше всего подойдет в конкретной ситуации, специалист должен различать разные ее типы.

Рассмотрим самые распространенные.

Медная. Ее используют, когда речь заходит о сцеплении низкоуглеродистых сталей. Отличается невысокой стоимостью.
Алюминиевая. Применяется для соединения силуминов или дуралюминов. Преимущества проволоки – улучшенная прочность.
Стальная. Выполняется из нержавейки и обеспечивает надежное сцепление стальных изделий, легированных хромом или никелем.

Купить проволоку можно в любом магазине, специализирующемся на продаже сварочного оборудования.

Способы стыковой сварки

Перед началом сварочного процесса необходимо осуществить технологическую подготовку, когда поверхности деталей высушиваются и очищаются от загрязнений и ржавчины.

Элементы, которые подлежат сварке, размещают на ровной поверхности с зазором в 2-3 мм. Затем необходимо зажечь электрод, что можно сделать, ударив или «чиркнув», как спичкой. Затем выполняются два шва, называющихся прихватками. Это делается для того, чтобы избежать деформации соединения.

Электрод можно вести по направлению направо, налево, от себя или на себя. Направление движения определяется на основе толщины металла и рекомендованного положения. Однако угол всегда соблюдается фиксированный – 45°.

После того как шов наложен, поверхность очищается. Чтобы не прожечь детали в местах, которые не используются для соединения, применяются прокладки. Также они позволяют варить с большим током, чтобы не проваривать шов с другой стороны.

Сварка в нижнем положении

Поверхности элементов зачищаются, выполняется разделка кромок (если используется толстый металл), сами детали располагаются с зазором в 1–3 мм. Начинается процесс сварки, прокладываются прихватки (потом они зачищаются). Потом соединение варится с другой стороны швов-прихваток.

Валик не должен быть толще 9 мм и выше 1,5 мм. Соединение сваривается слева направо круговыми движениями против часовой стрелки. С обратной стороны – то же самое, только еще можно увеличить силу тока. После завершения сварки поверхность очищается.

Во время сварки электродом необходимо совершить 2-3 движения.

Чтобы сварочная дуга горела стабильно, по мере плавления электрода его опускают вниз.
Электрод двигают с плавной скоростью, под углом от 15° до 30°. В другой же плоскости электрод держат под углом 90° или перпендикулярно соединяемой поверхности.
В случае необходимости получения сварного шва увеличенной ширины применяют различные колебательные движения.

Сварка в вертикальном положении

Процесс такой сварки имеет несколько особенностей:

Сварочный ток выставляется относительно низкий (ниже, чем при сварке в нижнем положении на 10–15 %). Для этого снижается тепловая мощность дуги.
Сварка, как правило, ведется снизу вверх с отрывом дуги, чтобы жидкий металл не вытекал из сварочной ванны.
В одной плоскости электрод держат под прямым углом к поверхности соединения, в другой – под небольшим наклоном.
Сварку можно также осуществлять движением снизу вверх или сверху вниз, не обрывая сварочной дуги. Для этого необходимы определенные электроды со специальным покрытием.
Если сварка осуществляется с разделкой кромок, то такой тип соединения производят в несколько подходов. После каждого шов зачищается.

У малоопытных сварщиков электрод при зажигании дуги часто залипает, особенно, когда ток выставлен низкий. Чтобы выйти из этой ситуации, можно расположить рядом с соединяемыми элементами пластину, разогреть на ней кончик электрода и тем самым разжечь дугу. Коснувшись такой дугой места соединения, можно вновь зажечь дугу без залипания. Также это позволит качественно проварить все участки соединения даже в самом начале сварки.

В конце необходимо проконтролировать качество, проверив соединение на предмет дефектов, а также зачистить поверхность соединенных элементов, удалив с нее шлак, копоть и прочие загрязнения.

Итак, стыковая сварка является эффективным способом соединения элементов из самых разных металлов. Ее могут осуществлять не только квалифицированные специалисты, что явно является преимуществом и позволяет предприятию сэкономить ресурсы. Впрочем, несмотря на производительность и скорость такой сварки, после завершения процесса стоит все равно проверить полученное соединение на прочность и надежность, даже если использовался автоматизированный аппарат.

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.

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.

Типы сварных швов

Различные типы сварных швов используются в определенных условиях для специфического соединения деталей. Пренебрежение к выбору наиболее подходящего варианта влечет за собой неизбежную потерю качества соединения вплоть до его полной отбраковки. Чтобы этого не произошло, нужно понимать отличия между сварными швами.

Не менее важным будет знание о том, чем отличается сварной шов от сварного соединения. В нашей статье мы расскажем об этом, приведем типологию соединений и швов и обозначим требования к качеству, которые обеспечиваются нормативными актами.

Требования к сварным швам

Сварка сегодня признается как самый популярный метод для производства различных металлических конструкций. Ее популярность объясняется в первую очередь надежностью и прочностью итогового соединения. Вполне очевидно, что сварка широко применяется в производстве таких металлических изделий, которые будут нести серьезную нагрузку.

Но стоит отметить, что не все типы сварных швов обладают долговечностью, обещанную стойкость могут гарантировать лишь соединения, при изготовлении которых были соблюдены все требования, указанные в ГОСТе.

СП 105-34-96 – сводные правила, которые прописывают критерии качества для сварных швов, а также диктуют алгоритм проведения сварочных мероприятий;
ВСН 006-89, ВБН А.3.1.-36-3-96 – инструкции по технологии проведения сварочных работ;
ВСН 012-88 – инструкция, в содержании которой последовательно указаны все мероприятия по контролю качества выполненных работ.

Вышеперечисленные нормативные документы относятся к различным способам сварки и к различным типам швов сварных соединений.

Отличия сварных швов от соединений

Сварной шов и сварное соединение – понятия разные, но новички в сварке обычно путают эти термины. Шов – это место, где происходит стык заготовок, которые заблаговременно плавятся, а затем охлаждаются. Сварное соединение – это три участка, которые были подвержены воздействию высокой температуры. К последним принято относить:

Швы, которые появляются в результате плавления основного материала. Также в ходе работы может добавляться присадочный металл.
Зону сплавления. Территориально она располагается между сварным швом и материалом, из которого выполнены детали. Зона сплавления не подвержена нагреванию до высокой температуры. Здесь важно отметить, что она имеет свойство насыщаться элементами, которые участвуют в процессе присоединения, электродами или флюсом. По этой причине в составе будут присутствовать отличия от основного металла.
Зону термического воздействия. Это полоса, которая соединяется с зоной сплавления. В месте соединения под воздействием высокой температуры происходит изменение первоначальных свойств.

Типы сварных соединений

Сварные соединения имеют некоторые различия, поэтому они классифицируются на следующие виды:

Стыковые. Особенностью соединения является расположение деталей в одной плоскости.
Угловые. Элементы, которые необходимо соединить, располагают под определенным углом. Чаще всего этот угол равен 90°.
Тавровые. При таком соединении торец одного из элементов располагается под углом не более 90°.
Нахлесточные. Элементы располагаются параллельно по отношению друг к другу.
Торцевые. В этом случае два торца свариваются в один целый элемент.

Остановимся немного подробнее на этих типах швов сварных соединений.

Стыковой шов получил свое распространение в сварке таких конструкций, как трубопроводы, металлические листы и трубы различного назначения. В данном случае свариванию подвергаются поверхности торцов. Перед тем как начать сварку, необходимо выполнить подготовительные действия: подогнать поверхности друг к другу. Чтобы добиться максимальной точности, можно предварительно использовать подварочный шов.

Среди достоинств этого вида следует отметить, что необходимость использования дополнительных материалов является минимальной. Также важно, что все элементы не должны иметь одинаковую толщину.

Важно: во время сварки электроды нужно направлять к той детали, толщина которой больше. Таким образом, нагрев будет более значительным, а детали с наименьшей толщиной будут защищены от прожогов.

Угловые швы применяются для соединения составляющих разнообразных емкостей, а также резервуаров. Чтобы угловое соединение имело наиболее высокое качество, детали следует устанавливать «лодочкой».

Тавровый вид получил свое широкое распространение в сварке несущих конструкций. Отметим, что к тавровой сварке необходимо основательно подготовиться. Основные преимущества таврового вида: высокая прочная и возможность применения в трудных местах – там, где сварку другими способами применить крайне сложно.

Нахлесточный метод используют для сварки металлических листов. Применение этого способа возможно, если толщина листов не будет превышать 1,2 см и между поверхностями элементов будут отсутствовать зазоры. Преимуществом способа является его простота. Чтобы выполнить работу, сварщику необязательно иметь высокий уровень квалификации.

Также среди достоинств следует отметить, что швы находятся на расстоянии друг от друга, за счет чего значительно повышается прочность соединения.

Торцевые соединения, как это понятно из названия, служат для соединения торцов. Преимуществом метода является возможность качественной сварки элементов независимо от их толщины. Также здесь следует отметить, что деформация деталей при использовании этого способа является минимальной.

Основные типы сварных швов

Типы сварных швов имеют несколько классификаций:

По положению в пространстве

Здесь принята следующая классификация:

Нижние сварные швы располагаются внизу по отношению к специалисту. В этом случае расплавленный материал не может вытечь из сварочной ванны. При этом подъем шлаков и газов происходит без препятствий. При нижней сварке проведение электрода или пламени происходит вдоль стыка, сварщик выполняет поперечные движения.
Горизонтальные швы производятся в том случае, если сварке подлежат вертикальные элементы. Сварка выполняется по горизонтальной траектории: справа налево и слева направо. Для того чтобы расплавленный металл не стекал, необходимо обеспечить смещение горизонтальной заготовки на уровень 1 мм. На скорость сварки необходимо обратить особенное внимание. Если сварка происходит в медленном темпе, есть риск появления потеков, если в быстром – могут появиться непровары.
Вертикальные сварные швы. Для этого типа характерно соединение элементов сверху вниз и снизу вверх. Чтобы минимизировать потеки, необходимо использовать малый ток и выполнять сварку прерывисто.
Потолочные сварные швы применяются, когда стык находится над головой сварщика. Для удержания расплавленного материала применяется поверхностное натяжение.

По конфигурации

Типы сварных швов по конфигурации классифицируются как прямолинейные, криволинейные и кольцевые. Последние также именуются спиральными. Отметим, что конфигурация швов не имеет взаимосвязи с положением элементов в пространстве.

По степени выпуклости

По степени выпуклости швы бывают:

Выпуклыми (усиленными). Они часто применяются, чтобы собрать узлы, которые будут нести высокую статическую нагрузку.
Вогнутыми (ослабленными). Применяются для сварки металла, имеющего минимальную толщину.
Нормальными (плоскими). Преимуществом нормальных швов является противостояние воздействиям, которые могут нести разрушительную силу.
Специальными. Эти типы сварных швов имеют форму неравнобедренных треугольников. Чаще всего они используются в угловых и тавровых типах соединений.

По протяженности

В этом случае сварные швы классифицируются как сплошные и прерывистые. Последние типы выполняются отрезками, длина которых колеблется от 10 до 30 см. При расчете длины отрезка учитывается общая протяженность сварного соединения.

Сварные швы по протяженности бывают:

Цепными. Они имеют одну или две стороны. Разрывы при таком соединении должны быть расположены равномерно.
Шахматными. В данном случае отрезки с разных сторон сдвигают аналогично шахматному порядку.
Точечными. Эти швы применяются при контактной сварке.

Сварные швы классифицируют и по их длине:

короткие – до 25 см;
средние – от 25 до 100 см;
длинные – длина превышает 1 м.

По количеству проходов

Все типы сварных швов выполняются одним или несколькими проходами. Количество проходов рассчитывается в зависимости от толщины материала и характеристики необходимой прочности. Для любого прохода характерно наплавление одного валика. При одноуровневом расположении происходит образование слоя шва.

Если металл имеет толщину до 5 мм, соединение происходит с использованием одного прохода. Также один проход используется, если создаются угловые соединения, два прохода – для создания стыковых швов.

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

Тут сварные швы классифицируются как:

продольные (фланговые) – усилие делается параллельно стыку;
поперечные (лобовые) – направление вектора происходит под прямым углом;
комбинированные – используются оба вышеперечисленных способа;
косые – усилие имеет острый угол.

По виду сварки

Вид сварки имеет прямую взаимосвязь с использованием сварочного аппарата. Вот основные типы сварных швов по категории сварки:

ручная;
автоматическая;
в среде инертных газов;
плазменная;
лазерная;
газопламенная.

Контроль качества сварных швов

Государственный стандарт регламентирует механические свойства сварного соединения, его отдельно взятых участков, а также получившегося в итоге материала. Для того чтобы определить, насколько качественным является изделие, необходимо произвести его испытания.

ГОСТ прописывает следующие способы определения качества:

Статический. В рамках этого метода происходит плавное увеличение нагрузки. На определение качества требуется длительное время, так как необходимо создать постоянное продолжительное напряжение.
Динамический. В этом случае используются маятниковые копры. Здесь нет необходимости в длительном наблюдении. В короткий промежуток времени создается нагрузка максимальной силы.
Усталостный. Нагрузка создается многократно. Ее сила имеет разное значение, количество циклов может достигать нескольких миллионов.

Для определения твердости участков шва используются методы Роквелла, Бриннеля, Веклера.

Чтобы определить качество при приемке без разрушительной силы, используются следующие способы:

Визуально-измерительный контроль. Для оценки качества производится внешний осмотр.
Ультразвуковой метод. Оценка качества происходит с использованием ультразвуковых волн. Если в материале есть дефекты, участки с недостатками не будут отражать волну.
Капиллярный метод. В данном случае используются жидкости с красящим пигментом. Если материал имеет микротрещины, жидкость проникнет в них и покажет наличие дефекта посредством окрашивания.
Пневматический метод. Наличие дефектов определяется путем подачи воздуха под давлением и мыльного раствора. Низкое качество будет доказано образованием пузырей.
Гидравлический метод имеет сходство с капиллярным. Здесь также заливается жидкость, затем выжидается время. Если в материале есть микротрещины, они будут заполнены. Затем специалисты будут обстукивать поверхность молотком. Если металл даст течь, значит, материал имеет дефекты.
Магнитный метод применяется для контроля качества элементов из стали. В ходе проверки происходит намагничивание материала, а затем распыляется металлический порошок. При отсутствии дефектов порошок ляжет по рисунку магнитных полей.

неоднородностей;
трещин;
раковин;
свищей;
сколов;
непроваров;
складок.

Знание основных типов и соединений сварных швов, а также способов и принципов их применения дает возможность максимально грамотно выбирать необходимый способ сварки.

Какая сварка называется стыковой? Ответ на этот вопрос заложен в самом словосочетании стык, шов и сварка. Стыковое сварное соединение – это наиболее распространенный способ сварки двух металлических деталей, элементов или конструкций, которые примыкают друг к другу торцевыми поверхностями. Сварочный шов может быть как односторонним, так и двусторонним, на остающейся подкладке и без нее, с замковым швом и т. д. Вариантов сварки встык много и каждый из них используется в том или ином производственном процессе.

Торцы деталей необходимо специально подготовить для выполнения качественных сварочных работ. Вид обработки кромок зависит от толщины металла, применяемого оборудования, особенностей технологического процесса и других факторов. Выполняются стыковые сварные соединения по ГОСТ 5264-80, который и регламентирует все особенности технологии. Этот документ предусматривает 32 типа таких соединений, обозначающихся буквой C с цифровым кодом. Например, C2 – это односторонний стыковочный шов без какого-либо скоса поверхностей кромок.

Начало сварки стыкового шва

Область применения

Этот вид сварных соединений используется повсеместно. Прокладка различных металлических трубопроводов невозможна без сварки отдельных труб встык. Кузовные части автомобилей, любой прокат, различные сложные изделия в машиностроительной отрасли объединяются в одно целое по этой технологии.

Преимущества и недостатки

Стыковые соединения сварных швов имеют следующий ряд преимуществ перед другими методами сборки металлических элементов в одну конструкцию.

Эта технология сварки не критична к толщине свариваемых деталей. Толщина может колебаться от долей до сотен миллиметров. Данный критерий не зависит от способа сварки и определяется только возможностью соединения материала встык.
На стыковой сварочный шов расходуется меньшее количество присадочных материалов и энергетических ресурсов, следовательно уменьшается стоимость соединения.
В отличие от других видов соединения деталей сварка практически не увеличивает общий вес конструкции, шов получается ровным и герметичным, а также контроль качества соединительного сварного шва упрощается.

Но наряду с достоинствами, сварка встык имеет ряд недостатков. Она требует очень точной подгонки свариваемых деталей. Кромки обеих соединяемых элементов должны иметь равномерный зазор между собой по всей длине стыкового соединения. Многократно увеличивается сложность подгонки и сварки длинных стыков, размером в несколько метров. Но это ни в коем случае не умаляет всех преимуществ стыковых сварных соединений.

Особенности стыковой сварки

Главной особенностью сварки встык является то, что хотя бы одна из поверхностей обеих соединяемых деталей лежит в одной общей плоскости. То есть, даже если толщина свариваемых элементов различается, одна из общих поверхностей не должна иметь ступеньки в месте сварочного шва. В противном случае это будет уже не стыковое соединение, а тавровое. Другие нюансы сварки в стык определяются способом подготовки торцевых кромок и характеристиками сварочного шва. Например, стыковое сварное соединение C21 выполняется со скосом обеих кромок двусторонним сварочным швом.

Для усиления соединения встык могут быть использованы специальные несъемные прокладки, приваренные к соединяемым деталям на всем протяжении сварочного шва. При разных толщинах свариваемых элементов может быть использовано замковое соединение, которое также позволяет усилить шов. Все особенности сварки в стык определяются ГОСТом и другими нормативными документами. Ниже будут представлены нюансы каждого из стыкового сварочного соединения в соответствии с общей классификацией.

Типы и параметры соединений встык

Как уже было сказано выше, ГОСТ предусматривает 32 типа стыковых сварочных соединений. Виды сварных стыковых соединений представлены в нижеприведенной таблице, где дано описание каждого из них с маркировкой, диапазоном толщины соединяемых деталей, характеристикой сварного шва и формой сечения.

Таблица с видами стыковой сварки

«Примечание!
Сварной шов С17 является наиболее часто используемым вариантом соединения металлических элементов путем сварки встык.»

Обозначение на чертеже

Для обозначения сварных швов встык в технической документации используются специальные символы и надписи. По ГОСТу на них указывают выносные стрелки с надписями сверху и снизу. На ниже приведенном рисунке представлен пример такого обозначения.

Обозначение стыковой сварки на чертеже

знак
ГОСТ 5264-80 обозначает, что соединение следует производить электродуговой сваркой;
С13 – эта маркировка говорит о том, что перед нами стык с криволинейным скосом по одной кромке и односторонним швом;
знак
знаки Rz20 и до Rz80 определяют чистоту шлифовки лицевой и обратной стороны стыкового сварочного шва.

Расчет стыковых сварных соединений

Перед сварочными работы следует выполнить некоторые математические расчеты. Это необходимо для получения качественной сварки, способной выдержать те нагрузки, которые определены условиями эксплуатации соединенных элементов. Сварка в стык рассчитывается по следующей формуле:

N – максимальная нагрузка на шов;

t – минимальная толщина деталей;

lw – длина сварочного шва максимальная;

Rwy – сопротивление по пределу прочности;

γс – табличный коэффициент.

Эта формула позволяет произвести расчет сварного стыкового соединения на центральное сжатие и процесс растяжения.

Контроль стыковых сварных соединений

От качества шва зависит прочность и долговечность стыковой сварки. Любой дефект может вызвать его постепенное или мгновенное разрушение. Существующие способы дефектоскопии сварочных швов позволяют на 100% исключить такие негативные последствия. Ниже приведен перечень основных методов контроля качества сварных швов, которые используются в настоящее время:

визуальный осмотр позволяет определить видимые дефекты: трещины и раковины;
рентгенография способна выявить внутренние дефекты: шлаковые включения и т. д.;
магнитографический способ позволяет найти микротрещины, поры и другие дефекты;
ультразвуковое исследование – это эффективный метод контроля качества швов.

Конечно, это далеко не полный перечень способов контроля качества сварки встык. В зависимости от результатов, которые необходимо получить, может быть использована цветная дефектоскопия, химический способ, вакуумный метод и многие другие.

Следует отметить, что тип соединения встык, форму торцевых кромок, расположение сварочных швов подбирают исходя из физических и химических характеристик свариваемого металла, конструктивных особенностей соединяемых элементов и результата, который желательно получить в ходе выполнения работ.

Читайте также: