Способы выполнения многослойных сварных швов с перевязкой. Разновидности и способы выполнения сварочных швов

Угловые швы могут быть однослойными и многослойными (рис 5-38, а, в) В некоторых случаях в угловых швах тавровых соединений требуется полный провар одного из соединяемых элементов (рис 5-39, а-в) Прочность углового шва зависит от его длины, механических свойств металла шва и величины расчетного параметра, определяющего наименьшее сечение, по которому происходит разрушение соединения

Однослойные угловые швы. Эти швы получают за счет вводимого в сварочную ванну дополнительного металла, заполняющего угол между сопрягаемыми деталями (так называемая внешняя часть шва), и основного металла, образующего внутреннюю часть шва (рис 5-40) Отношение между этими частями зависит от способа и режима сварки Наиболее часто применяют однослойные угловые швы без полного провара Конфигурацию однослойного углового шва определяют такие параметры, как катеты внешней части шва k, глубина проплавления по месту сопряжения свариваемых деталей s, расчетный параметр шва /z, толщине шва #, ши­рина шва 6, коэффициент формы шва *ф (рис 5-41), площадь проплавления основного металла, площадь внешней части шва и суммарная площадь шва.

При сварке вручную покрытыми электродами и полуавтомати­ческой сварке в углекислом газе и под флюсом на токах до 250 А сечение шва образуется в основном за счет его внешней части (рис 5-42, а). При этом расчетный параметр шва равен QJk, а коэффициент формы шва приближается к 2

При полуавтоматической сварке под флюсом и в углекислом газе проволокой сплошного сечения на токах более 250 А без поперечного колебания электрода и при сварке специальными покрытыми электродами, обеспечивающими глубокое проплавление основного металла, на характерных для рассматриваемых случаев режимах шов формируется за счет внешней части и про­вара основного металла (рис 5-42, б). Расчетный параметр такого шва равен 0,85£, а коэффициент формы шва изменяется в преде­лах 1,5-1,6. При автоматической сварке под флюсом на харак­терных для этого случая режимах глубина проплавления увели­чивается (рис. 5-42, в) и расчетный параметр достигает значения l,0fe Коэффициент формы шва составляет 1,3-1,4 Характер формирования и разрушения швов, сварных различными спо­собами, ясен из рис 5-43 Зависимость между расчетным пара­метром и катетом швов, выполненных различными способами (рис. 5-44), рас­пространяется на многослойные и одно­слойные швы, сваренные вручную, и однослойные швы, сваренные под флюсом и в углекислом газе. Штриховой линией

на рис. 5-44 обозначены случаи," когда однослойный шов может быть выполнен только в положении в лодочку. Для нормального формирования угловых швов при сварке в угол максимальные размеры катетов не должны превышать h9 мм. В случае сварки в лодочку максимальные размеры катетов составляют 16 мм при автоматической сварке под флюсом и 12 мм при полуавто­матической сварке под флюсом и в углекислом газе и при руч­ной дуговой сварке. Швы большого сечения сваривают в не­сколько слоев.

Путем применения специальных режимов сварки величину расчетного параметра шва можно довести до l,3fe, для данного случая ^ 1. Швы со столь малым значением коэффициента формы даже при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей обладают пониженной стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Поэтому режимы сварки, обеспечивающие такое формирование шва, не находят пока практического применения. Все сказанное справедливо для случая сварки сталей, для которых увеличение доли участия основ­ного металла в металле шва не оказывает отрицательного влияния на его свойства (стойкость против трещин, механические свойства и др.).

Увеличение проплавления основного металла при механизиро-

ванных способах сварки позволяет уменьшить сечение внешней части шва, что дает значительный экономический эффект. Дан­ные о размерах внешних катетов швов, при которых обеспе­чивается равнопрочность однослойных угловых швов, выполнен­ных различными способами дуговой сварки на типичных для них режимах, приведены на рис. 5-44. Швы сваривают в поло­жении в лодочку или в угол (рис. 5-45, а-в).

При сварке угловых швов трудно обеспечить поджатие флюсомедной, асбестовой или другой подкладки к основанию шва. Сварку, как правило, несмотря на принципиальную возможность применения подкладок, ведут на весу. Поэтому зазор между деталями при сварке в положении в лодочку, вручную покры­тыми электродами и полуавтоматом под флюсом и в защитном газе не должен превышать 2 мм, а при автоматической сварке под флю­сом 1,5 мм. При сварке шва в угол зазор не должен превышать 3 мм. Места с увеличенным зазором обычно подваривают беглым швом вруч­ную или же механизированным спосо­бом со стороны, обратной наложению первого шва Подварочный слой пере­варивают при наложении основного шва

При автоматической сварке нахле-сточного соединения при толщине верх­него листа до 8 мм возможна сварка

углового шва вертикальным электродом с оплавлением кромки (рис. 5-45, г). При механизированной сварке прерывистые швы заменяют, как правило, сплошными швами меньшего сечения.

При двусторонней автоматической сварке под флюсом угловых швов тавровых соединений за счет выбора режима можно обеспе­чить полный провар стенки без разделки кромок при толщине ее до 14 мм при однодуговой сварке и до 18 мм при многодуговой сварке (см. рис. 5-39, а). При большей толщине стенки и выпол­нении шва в один слой необходимо прибегать к разделке кромок или установлению обязательного зазора. Эти меры позволяют увеличить толщину провариваемого листа до 17 и 21 мм соответ­ственно.

При полуавтоматической сварке под флюсом и в углекислом газе проволокой сплошного сечения можно достичь полного про-вара при толщине металла до 8 мм без разделки кромок и до 11 мм при разделке кромок или обязательном зазоре. Получение гаран­тированного провара стенки в производственных условиях - весьма сложная задача. Для направления участка максимального провара по месту сопряжения деталей рекомендуется сдвигать ось электрода на стенку или выполнять сварку в положении не­симметричной лодочки (см. рис. 5-45, б). Для повышения произ­водительности следует увеличивать провар основного металла, количество вводимого в шов за единицу времени дополнительного металла и учитывать реальные механические свойства однослой­ных угловых швов, которые при сварке обычными сварочными проволоками значительно превосходят учитываемые при расчете.

Многослойные угловые швы. Многослойные угловые швы в большинстве случаев также выполняют без полного провара одного из элементов. Для многослойных угловых швов, свари­ваемых вручную и механизированными способами на токах до 250 А, расчетный параметр шва определяют из зависимости h = - 0,7&. Для швов, выполняемых механизированной сваркой на токах более 250 А, сечение шва может быть несколько уменьшено

за счет провара, обеспечиваемого по месту сопряжения соединяе­мых элементов при наложении первого слоя,

Зависимость между катетами равнопрочных многослойных угловых швов, выполненных на низкоуглеродистых и низколеги­рованных сталях вручную и механизированными способами, приведена на рис. 5-46, а, б. Размеры катетов первого слоя при­няты в соответствии с данными, приведенными на стр. 202. Много­слойный шов, сваренный вручную, на участке, обозначенном штриховой линией, может быть заменен однослойным швом, выполненным механизированными способами. При электрошла­ковом процессе угловые швы тавровых соединений любого сечения сваривают за один проход с полным (рис. 5-47) или неполным проваром стенки.

Техника сварки многослойных угловых швов при положении в лодочку не отличается от сварки стыковых швов. При выпол­нении швов в угол техника сварки значительно усложняется, так как требуется точное ведение электрода по оси соединения. Отклонение конца электрода в этом случае не должно превышать ±1 мм. Угол наклона электрода поперек шва обычно составляет 20-30° к вертикали. Резкое смещение электрода в сторону вер­тикального элемента вызывает образование подрезов и наплывов. При смещении электрода в другую сторону наблюдается натек металла на горизонтально расположенный элемент.

число слоев определяют по формуле

Площадь сечения части шва, образованного за счет

электродного металла, мм2; Fc - площадь сечения слоя, мм2; ky- коэффициент, учитывающий увеличение сечения шва за счет зазоров, обычно равный 1,2.

Максимальное значение Fc выбирают по технологическим соображенийм.

В некоторых случаях при сварке тавровых соединений, рабо­тающих в условиях знакопеременных нагрузок, проектом преду­смотрен полный провар стенки. Чтобы добиться полного провара стенки (кроме условий, оговоренных ранее), производят разделку кромок и заварку образовавшейся полости в несколько слоев (см. рис 5-39, б, в).

Односторонняя раздеяка кромок и наличие выступающей полки затрудняют проплавление вершины соединения и получе­ние благоприятной в отношении стойкости против кристаллиза­ционных трещин формы провара. Поэтому достижение надлежа­щего jt стабильного качества при сварке тавровых и угловых соеди­нений с полным проваром является сложной задачей, требующей весьма тщательного выполнения всех (особенно первого) слоев. При электрошлаковом процессе техника выполнения углового шва с полным проваром стенки сходна с техникой сварки стыкового шва.

Производительность по основному бремени при сварке угловых швов, так же как для стыковых швов, характеризуется временем, затрачиваемым на его выполнение, или скоростью сварки. При однослойной сварке скорость ее равна скорости передвижения источника теплоты. При многослойной сварке скорость опреде­ляется по формуле (5-1). Повышения производительности при сварке однослойных угловых швов можно достичь путем умень­шения внешней части шва за счет увеличения глубины проплав-ления по месту сопряжений полки и стенки (величина s на рис. 5-41), увеличения количества вводимого в шов за единицу времени дополнительного металла и учета реальной прочности металла шва, которые, как показывают статистические данные, зна­чительно превышают расчетные. Пути повышения производитель­ности при сварке угловых многослойных швов те же, что и при стыковых многослойных швах (см. рис. 5-10).

Прорезные швы. При сварке прорезных швов должно быть обеспечено плотное прижатие листов друг к другу. Если зазор превышает 1,0-1,5 мм, возможны прожог верхнего листа и вытекание сварочной ванны в зазор между соединяемыми эле­ментами. Выполнение прорезных швов возможно при автомати­ческой сварке под флюсом при толщине верхнего листа не более 12 мм. Сложность сборки под сварку (необходимость обеспечить малый зазор между листами) и трудности контроля качества и исправления дефектных участков приводят к тому, что прорезные швы находят весьма ограниченное применение Хорошие резуль­таты получают при выполнении прорезных швов электроннолу­чевым процессом.

Электрозаклепки. При сварке электрозаклепками нахлесточ-ного соединения зазор между сопрягаемыми листами не должен превышать 1 мм. Диаметр отверстия в верхнем листе должен не менее чем на 4-5 мм превышать диаметр сварочной проволоки. Возможна сварка электрозаклепками без образования отверстия в верхнем листе. Диаметр электрозаклепки обычно принимают равным двум-четырем толщинам свариваемого металла. Сварку электрозаклепок производят с подачей проволоки или без нее. Во втором случае дуга горит до естественного обрыва. При сварке тонколистовых конструкций применяют точечные угловые швы, состоящие из отдельных, расположенных друг от друга на опре­деленных расстояниях точек. Сварку таких швов выполняют полуавтоматом под флюсом или в углекислом газе. Держатель перемещают от точки к точке без обрыва дуги.

Конечная цель любого сварщика – получение качественного сварочного шва. От этого зависит прочность и долговечность соединения деталей. Для успешной работы важно правильно выполнить подключение; выбрать силу тока, угол наклона электрода; хорошо владеть техникой выполнения шва. Результатом правильной работы будет надежное сваривание металлических деталей.

Сварочные швы классифицируют по нескольким признакам. Виды и типы сварочных соединений нужно рассматривать последовательно, вникая в тонкости процесса. НА шов влияет расположение, направление и траектория движения электрода.

После закрепления выбранного электрода в фиксаторе, установки тока, подключения полярности начинается процесс сваривания.

У каждого мастера есть свой предпочтительный угол наклона электрода. Многие считает оптимальным значение 70 ° от горизонтальной поверхности.

От вертикальной оси при этом образуется угол, равный 20 °. Некоторые работают под максимальным углом 60 °. В целом, в большинстве учебных рекомендаций присутствует диапазон значений от 30 ° до 60 ° от вертикальной оси.

В определенных ситуациях, при сварке в труднодоступных местах, нужно ориентировать электрод строго перпендикулярно относительно поверхности свариваемого материала.

Перемещать электрод можно тоже по-разному, в противоположных направлениях: от себя или к себе .

Если материал требует глубокого прогрева, то электродом ведут к себе. В след за ним в направлении сварщика тянется рабочая зона. Образующийся шлак накрывает место сплава.

Если работа не предполагает сильного прогревания, то электрод перемещают от себя. За ним «ползет» сварочная зона. Глубина разогрева при таком исполнении шва минимальна. С направлением вопрос ясен.

Траектория движения

Особое влияние на шов оказывает траекторию движения электрода. Она в любом случае имеет колебательный характер. Иначе две поверхности сшить не удастся.

Колебания могут быть похожи на зигзаги с разным шагом между острыми углами траектории. Они могут быть плавными, напоминающими движение по смещенной восьмерке. Траектория может быть подобна елочке или прописной букве Z с вензелями вверху и внизу.

Идеальный шов имеет постоянную высоту, ширину, равномерный внешний вид без дефектов в виде кратеров, подрезов, пор, непроваров. Название возможных изъянов говорит само за себя. Хорошо отработав умения, можно успешно накладывать любой шов, сваривать разнообразные металлические детали.

Нормативы и понятие катета

Сварной шов начинает формироваться в рабочей зоне при расплавленном состоянии металлов, и окончательно образуется после застывания.

Существующая классификация группирует швы по различным признакам: типу соединения деталей, образующейся форме шва, его протяженности, количеству слоев, ориентации в пространстве.

Типы возможных сварных соединений отображены в стандарте для ручной и дуговой сварки ГОСТ 5264. Соединения, выполняемые дуговой сваркой в атмосфере защитного газа нормированы документом ГОСТ 14771.

В ГОСТах имеется обозначение каждого сварного соединения, а также таблица, содержащая основные характеристики, в частности значения катета сварочного шва.

Что такое катет, понять достаточно просто, взглянув на рисунок соединяемых деталей. Это сторона умозрительного равнобедренного треугольника максимальных размеров, который поместится в поперечном сечении шва. Правильно рассчитанное значение катета гарантирует прочность соединения.

У деталей неравномерной толщины за основу берут площадь сечения детали в самой тонкой ее части. Не следует пытаться неоправданно увеличивать катет. Это может привести к деформации сваренной конструкции. К тому же увеличится расход материалов.

Проверка размеров катета проводится с помощью универсальных справочных шаблонов, представленных в специальной литературе.

Виды соединений

В зависимости от взаимного расположения деталей сварочные соединения происходят:

• встык;
• внахлест;
• угловым способом;
• тавровым способом.

При сварке встык приваривают торцы двух деталей, расположенных в одной плоскости. Стык может выполняться с отбортовкой, без скоса и со скосом. Форма скоса может напоминать буквы Х, К, V.

В некоторых случаях сварку делают внахлест, тогда одна деталь частично водружена на другую, расположенную параллельно. Совмещенная часть является нахлестом. Сваривание при этом делают без скоса с двух сторон.

Часто появляется необходимость сделать сварной угол. Такое соединение относят к угловому типу. Оно всегда выполняется с двух сторон, может не иметь скосов или иметь скос на одной кромке.

Если сварные части образовали в результате букву Т, значит было сделано тавровое соединение. Иногда детали, сваренные тавровым швом, образуют острый угол.

В любом случае одна деталь приваривается при этом к боковой части другой. Сваривание проводят с двух сторон без скоса или со скосами с каждой стороны.

Форма и протяженность

Форма шва может быть выпуклой, ровной (плоской). Иногда появляется необходимость сделать вогнутую форму. Выпуклые соединения предназначены для усиленной нагрузки.

Вогнутые места сплавов хорошо выдерживают динамические нагрузки. Универсальностью характеризуются плоские швы, которые делают чаще всего.

По протяженности швы бывают сплошными, не имеющими интервалов между сплавленными соединениями. Иногда достаточно швов прерывистого типа.

Интересной промышленной разновидностью прерывистого шва является соединение, которое образует контактная шовная сварка. Делают ее на специальном оборудовании, оснащенном дисковыми вращающимися электродами.

Часто их называют роликами, а такой вид сварки – роликовой. На таком оборудовании можно выполнять также сплошные соединения. Полученный шов очень прочен, абсолютно герметичен. Способ используют в промышленных масштабах для изготовления труб, емкостей, герметичных модулей.

Слои и расположение в пространстве

Шов металла может состоять из валика, сделанного за один проход. В этом случае он называется однослойным. При большой толщине свариваемых деталей выполняют несколько проходов, в результате которых последовательно образуются валики один на другом. Такое сварочное соединение называется многослойным.

Учитывая многообразие производственных ситуаций, при которых происходит сварка, понятно, что сориентированы швы в каждом конкретном случае по-разному. Бывают швы нижние, верхние (потолочные), вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные швы проваривают обычно снизу верх. Применяется траектория перемещения электрода по полумесяцу, елочке или зигзагом. Начинающим сварщикам удобнее перемещать полумесяцем.

При горизонтальной сварке делают несколько проходов от нижней кромки соединяемых деталей до верхней кромки.

В нижнем положении проводят сварку встык или любым угловым способом. Хороший результат дает сварка под углом 45 °, «в лодочку», которая может быть симметричной и несимметричной. При сваривании в труднодоступных местах лучше применять несимметричную «лодочку».

Сложнее всего проводить сварку в потолочном положении. Для этого нужен опыт. Проблема заключается в том, что расплав пытается стечь из рабочей зоны. Чтобы этого не случилось, сварку проводят короткой дугой, силу тока уменьшают на 15-20 % по сравнению с обычными значениями.

Если толщина металла в месте сварки превышает 8 мм, то нужно выполнить несколько проходов. Диаметр первого прохода должен равняться 4 мм, последующих — по 5 мм.

В зависимости от ориентации шва выбирают соответствующее положение электрода . Для выполнения горизонтальных, вертикальных, потолочных соединений, сварки неповоротных стыков труб электрод направляют углом вперед.

При сварке угловых и стыковых соединений электрод направляют углом назад. Труднодоступные места проваривают электродом под прямым углом.

Обработка сварного соединения

При проведении сварки образуются шлаки. Если шлаковые включения попадают в шов, его качество ухудшается. Все шлаковые наслоения обязательно следует зачистить.

Если сварка выполняется несколькими проходками, то зачистка швов выполняется после каждого этапа сварки. При этом используют любые способы. Сначала сваренные детали оббивают молотком и чистят жесткой щеткой.

Затем проводят грубую зачистку. Мелкие детали чистят специальными ножами или шлифовальными кругами. Крупные болванки чистят на станках. На завершающей стадии место сварного соединения полируют.

Часто для этого применяют фибровый круг шлифовальной машины. Существуют другие способы полировки сварных соединений.

Сварочное дело постоянно развивается. Появляются новые материалы, совершенствуется технология. Необходимо следить за новостями в сварочном деле, чтобы узнавать много нового и интересного.

Сварные металлические соединения относятся к основным методам скрепления конструкций, использующихся в быту и производстве. Это весьма надежный метод получения единой конструкции, который еще и относительно дешевый.

Скрепления данного типа образуются путем расплавления металла в области соединения и последующей его кристаллизацией при остывании. Их качество зависит от правильного выбора режима работы электросварочного аппарата, электрода, шовного провара. Это регламентируется действующими нормами, а также стандартами. В них указаны все виды сварных швов, а также типы стыков и их характеристики.

Многочисленные металлы имеют собственные особенности сварки, отличающиеся условия выполнения работ, требования к выполнению скреплений. Для них применяются соответствующие разновидности электросварных соединений. При сварке металлических элементов используются основные виды электросварочных скреплений, о которых далее.

Классификация

Сварочные соединения подразделяются на несколько разновидностей, зависящих от их признаков. Классификация сварных швов охватывает весь спектр их использования. По внешнему параметру они бывают:

• выпуклого типа (с усилением);
• вогнутые (прослабленная конструкция);
• плоского типа (нормальные).

По типу исполнения они встречаются односторонними, а также двухсторонними, по количеству проходов электродом: однопроходные, двухпроходные. Кроме того, существуют однослойные способы провара и двухслойные.

По протяженности шовные скрепления бывают:

• односторонние с прерывистым шагом;
• сплошные односторонние;
• точечные (при контактной электросварке);
• цепные двусторонние;
• двусторонние шахматного порядка.

Разделение по пространственному расположению:

• горизонтальные, нижние;
• вертикальные, потолочные;
• в лодочку;
• полугоризонтального исполнения;
• полупотолочного типа;
• полувертикальные.

По вектору силового воздействия:

• продольный (фланговый) – усилие имеет параллельный к провару вектор;
• поперечный – усилие воздействует перпендикулярно;
• комбинированный – разновидность лобового, а также флангового;
• косой – воздействие происходит под углом.

По назначению и функциям электросварочные провары бывают прочными, а также прочно-плотными, герметичного исполнения. По ширине их различают на ниточный тип, не превышающий диаметр электросварочного электродного стержня и уширенные, выполняющиеся с помощью колебательных движений при сварке в поперечном направлении.

Для упрощения понимания классификации и применения тех или же иных разновидностей, составлена специальная таблица.

Все типы швов имеют строгое обозначение по ГОСТ. На чертежах используются специальные значки, которые содержат полную информацию о типе скрепления и его способе выполнения. Для тех, кто думает всерьез заниматься сварочными работами на профессиональном уровне следует дополнительно изучить чертежные обозначения сварных скреплений.

Разновидности сварных швов

В зависимости от используемого материала, толщины, а также конструктивных особенностей используются различные типы сварных швов. Для этого необходимо пройти необходимую теоретическую подготовку. Это позволит лучше понимать специфику сваривания деталей и избежать брака в работе. Начинающие сварщики зачастую недостаточно проваривают участки соединений, что влияет на слабое механическое сопротивление стыков. Выбирая правильные режимы работы и виды сварки, можно получить сварочные швы достаточной прочности, а также качества. Подготовка сварщика заключается не только в практических занятиях, но и в теоретической подготовке с изучением требований, норм и правил, а также включая типы сварочных соединений и используемое оборудование. Знание принципов использования тех или же иных электросварочных скреплений, техники их получения, стыки будут получаться весьма крепкими и долговечными.

Стыковые

Данный вариант соединений является наиболее используемым среди прочих разновидностей видов швов сварки. Это стыковое сваривание используется на торцевых участках, трубах или же на листовых конструкциях. Для его получения затрачивается минимальное количество времени, материала и усилий. Эти стыковые скрепления имеют некоторые особенности швов. На тонколистовом металле сваривание проводится без скоса кромок.

Изделия с большой толщиной участков соединений требуют предварительной подготовки стыков, заключающееся в их скашивании для увеличения глубины сварочного проваривания. Это необходимо при толщине металлических изделий свыше 8 мм и до 12 мм. Более толстые участки необходимо соединять двусторонней сваркой с предварительным скосом кромок. Стыковое сваривание выполняется чаще всего на изделиях в горизонтальной плоскости.

Тавровые

Эти разновидности электросварочных соединений выполняются как обычная буква «Т». Они соединяют предметы одинаковой или же различной толщины, от чего зависит ширина сварочного шва. Кроме того, данные типы используются одно- или двусторонними, на что влияют особенности скрепления. При работе с металлическими элементами различной толщины электрод удерживается в наклоненном положении под углом порядка 60 градусов. Процесс сварки можно значительно упростить, воспользовавшись прихватками, а также свариванием «в лодочку». Данный способ существенно снижает возникновение подрезов. Тавровый шов накладывается за один сварочный проход. Помимо ручной дуговой сварки, для данного типа широко используются автоматические электросварочные аппараты.

Нахлесточные

Данный способ используется для сварки листового металла при толщине до 12 мм. Соединяемые участки накладываются внахлест и провариваются вдоль стыков с обеих сторон. Нельзя допускать попадания влаги во внутреннюю часть свариваемой конструкции. Для усиления скрепления выполняется полная проварка по периметру.

При данном сваривании формирование соединительного стыка происходит между торцом одного изделия и поверхностью другого. При этом виде сварочных швов и соединений увеличивается расход материалов, что необходимо учитывать заранее. Перед началом работ следует выровнять листовые конструкции и позаботиться об их хорошем прижатии между собой.

Угловые

К данным соединениям относятся скрепления элементов, выполненные под некоторым углом друг к другу. Для них характерно использование предварительных скосов для обеспечения наилучшего провара шва. Это позволит увеличить глубину сварочного соединения, что повысит надежность конструкции. Для усиления прочности используется двустороннее сваривание металлических изделий, при этом не допускаются зазоры в соединяемых кромках. Эти типы электросварных швов характеризуются повышенным использованием объема наплавленного металла.

Потолочные

Сваривание потолочным швом, шов которого располагается над сварщиком, относится к наиболее трудным видам выполнения электросварных работ. Он наносится прерывистой сваркой при небольшом значении силы электротока. Вертикальные и потолочные соединения весьма трудные, поэтому не все сварщики могут их выполнять с достаточным качеством. Они используются в местах, где нет возможности изменить положение свариваемых конструкций. Это трубы, разнообразные металлические сооружения, а также потолочные балки и швеллеры на строительных площадках. Специфику выполнения потолочных швов, видео с которыми объяснит нюансы, можно освоить на постоянной практике.

Геометрия сварного шва

Изучив многочисленные виды и методы получения соединений путем сварки, необходимо ознакомиться с геометрией соединений, в чем помогут фото сварочных швов.

К основным параметрам шовного стыка относится его ширина – е, толщина сварки – c, выпуклость – q, зазор – b, глубина проваривания – h, а также толщина свариваемого материала – S.

Для угловых соединений используются следующие обозначения: выпуклость – q, толщина – a, катет – k и расчетная высота – p.

Различные способы нанесения сварочных швов, многочисленные их виды, а также параметры подготовленных кромок влияют на объем использования наплавленного и основного металлов. Его количество может заметно отличаться при изменении любых расчетных значений.

Виды сварочных соединений характеризуются коэффициентом формы, который высчитывается отношением ширины к толщине шовного соединения. Для стыковых скреплений данный параметр находится в пределах 1,2-2 (граничные значения – 0,8-4). Коэффициент выпуклости рассчитывается отношением ширины к выпуклости, величина которого должна быть от 0,8 до 4.

Сваривание металлических материалов под углом относительно друг друга требует точного соблюдения геометрии шва. От качества сварки, соблюдения требуемых параметров напрямую зависит надежность соединения, а также его долговечность пользования.

Виды контроля

От качественного выполнения электросварного скрепления зависти дальнейшая эксплуатация конструкции. Разнообразные дефекты значительно снижают прочность и уменьшают период использования изделия. Для недопущения брака, а также предотвращения аварийных ситуаций применяются различные виды контроля сварных швов. К ним относится внешний осмотр, который может на визуальном уровне определить нарушения, их виды, а также использование специального оборудования для определения скрытых дефектов сварных швов.

Способы контроля подразделяются на не разрушаемые и разрушаемые. При использовании первого метода прочность сварного соединения определяется без изменения его внешнего вида, параметров. Разрушаемые способы применяются при массовом выпуске конструкций, использующих однотипные электросварочные работы. Это предоставляет возможность с высокой точностью выявлять внутренние нарушения сварочных скреплений.

Скачать ГОСТ

Техника выполнения швов

Для выполнения сварного шва прежде всего определяют режим сварки, обеспечивающий хорошее качество сварного соединения, установленные размеры и форму при минимальных затратах материалов, электроэнергии и труда.

Режимом сварки называется совокупность параметров, определяющих процесс сварки: вид тока, диаметр электрода, напряжение и значение сварочного тока, скорость перемещения электрода вдоль шва и др. Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода и сварочный ток. Остальные параметры выбирают в зависимости от марки электрода, положения свариваемого шва в пространстве, вида оборудования и др. Диаметр электрода устанавливают в зависимости от толщины свариваемых кромок, вида сварного соединения и размеров шва.

Для стыковых соединений приняты практические рекомендации по выбору диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемых кромок. При выполнении угловых и тавровых соединений принимают во внимание размер катета шва. При катете шва 3–5 мм сварку производят электродом диаметром 3–4 мм. При катете 6–8 мм применяют электроды диаметром 4–5 мм.

При многопроходной сварке швов стыковых соединений первый проход выполняют электродом диаметром не более 4 мм. Это необходимо для хорошего провара корня шва в глубине разделки.

По выбранному диаметру электрода устанавливают значение сварочного тока. Обычно для каждой марки электродов значение тока указано на заводской этикетке, но можно также определить по следующим формулам:

I = (40–50)d ,

при d = 4–6 мм;

I = (20+6d)d ,

при d меньше 4 и больше 6 мм,

где I – значение сварочного тока (А);

d – диаметр электрода (мм).

Полученное значение сварочного тока корректируют, учитывая толщину металла и положение свариваемого шва. При толщине кромок менее 1,3–1,6 безрасчетное значение сварочного тока уменьшают на 10–15 %, при толщине кромок больше трех диаметров электрода увеличивают на 10–15 %. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют сварочным током, на 10–15 % уменьшенным против расчетного.

Сварочную дугу возбуждают двумя приемами:

1. Можно коснуться свариваемого изделия торцом электрода и затем отвести электрод от поверхности изделия на 3–4 мм, поддерживая горение образовавшейся дуги (рис. 60а).

2. Можно также быстрым боковым движением коснуться свариваемого изделия и затем отвести электрод от поверхности изделия на такое же расстояние (по методу зажигания спички) (рис. 60б).

Рис. 60.

Зажигание сварочной дуги:

а – кратковременным прикосновением электрода к поверхности изделия; б – чирканьем конца электрода о поверхность изделия

Прикосновение электрода к изделию должно быть кратковременным, так как иначе он приваривается к изделию, т. е. «примерзает». Отрывать «примерзший» электрод следует резким поворачиванием его вправо и влево. После отрыва дуга зажигается повторно (рис. 61).

Рис. 61.

Зажигание дуги после ее обрыва:

1 – место повторного зажигания дуги;

2 – кратер

Длина дуги значительно влияет на качество сварки.

Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение шва высокого качества, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. Но при этом слишком короткая дуга вызывает «примерзание» электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки. Горение длинной дуги происходит неустойчиво, с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество окислов.

Для электродов с толстым покрытием длина дуги указывается в паспортах. В процессе сварки электроду сообщаются движения, показанные на рисунке 62.

Рис. 62.

Перемещение электрода в трех направлениях

Скорость перемещения электрода не должна быть большой, так как металл электрода не успевает сплавиться с основным металлом и получается непровар.

При малой скорости перемещения возможны перегрев и пережог металла, шов получается широкий, толстый, производительность сварки низкая.

Поперечные колебательные движения (рис. 63) применяют для получения уширенного валика. Поперечные движения замедляют остывание наплавляемого металла, облегчают выход газов и шлаков и способствуют наилучшему сплавлению основного и электродного металла и получению высококачественного шва. Образующийся в конце наплавки валика кратер необходимо тщательно заварить.

Рис. 63. Колебательные движения концом электрода поперек шва:

1, 2, 3 – для равномерного прогрева сварочной ванны; 4 – для усиленного прогрева корня шва; 5, 6 – для усиленного прогрева кромок

Поперечные колебательные движения конца электрода определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Техника выполнения зависит от вида и пространственного положения шва.

Нижние швы наиболее удобны для выполнения, так как расплавленный металл электрода под действием силы тяжести стекает в кратер и не вытекает из сварочной ванны, а газы и шлак выходят на поверхность металла. Поэтому по возможности следует вести сварку в нижнем положении.

Стыковые швы без скоса кромок выполняют наплавкой вдоль шва валика с небольшим уширением. Необходимо хорошее проплавление свариваемых кромок. Шов делают с усилением выпуклость шва до 2 мм. После проверки шва с одной стороны изделие переворачивают и, тщательно очистив от подтеков и шлака, заваривают шов с другой стороны.

Сварку стыковых швов с V-образной разделкой (рис. 64) при толщине кромок до 8 мм производят в один слой, а при большей толщине – в два слоя и более. Первый слой наплавляют высотой 3–5 мм электродом, диаметр которого 3–4 мм. Последующие слои выполняют электродом диаметром 4–5 мм. Перед наплавкой очередного слоя необходимо тщательно очистить металлической щеткой разделку шва от шлака и брызг металла. После заполнения всей разделки шва изделие переворачивают и выбирают небольшую канавку в корне шва, которую затем аккуратно заваривают. При невозможности подварить шов с обратной стороны следует особенно аккуратно проварить первый слой.

Рис. 64.

Сварка стыковых швов:

а – однослойный шов; б – многослойный шов; 1–7 – последовательность наложения швов

Стыковые швы с Х-образной разделкой выполняют аналогично многослойным швам с обеих сторон разделки.

Угловые швы в нижнем положении (рис. 65) лучше выполнять в положении «лодочка». Если изделие не может быть так установлено, необходимо особенно тщательно обеспечить хороший провар корня шва и свариваемых кромок. Сварку следует начинать с поверхности нижней кромки и затем переходить через разделку шва на вертикальную кромку.

Рис. 65.

Сварка угловых швов:

а – траектория движения электрода; б – изменение угла наклона электрода; в – сварка в «лодочку»

Таблица 18

Сварные соединения

При наложении многослойного шва первый валик выполняют ниточным швом электродом с диаметром 3–4 мм. При этом необходимо обеспечить хороший провар корня шва. Затем после зачистки разделки наплавляют последующие слои.

Вертикальные швы (рис. 66) менее удобно сваривать, так как сила тяжести увлекает капли электродного металла вниз. Следует выполнять вертикальные швы короткой дугой снизу вверх. При этом капли металла легче переходят в шов, а образующийся кратер в виде полочки удерживает очередные капли металла от стекания вниз.

Рис. 66.

Сварка вертикальных швов:

а – снизу вверх; б – сверху вниз; 1 – положение электрода в начале сварки; 2 – положение электрода в процессе наложения шва

Таблица 19

Допустимая наибольшая разность толщин стыкуемых деталей, свариваемых без скоса кромок

Таким же образом можно вести сварку и сверху вниз. При этом дугу следует зажигать при положении электрода, перпендикулярном плоскости изделия. После образования первых капель металла электрод наклоняют вниз и сварку выполняют максимально возможной короткой дугой. Рекомендуется применять электроды диаметром 4–5 мм при несколько пониженном сварочном токе (150–170 А).

Таблица 20

Величина скоса детали, имеющей большую толщину, при стыковом соединении ее с тонкостенной деталью

Горизонтальные швы (рис. 67) выполняют при разделке кромок со скосом у верхнего листа. Дугу возбуждают на нижней кромке и затем переводят на поверхность скоса и обратно. Сварку выполняют электродом диаметром 4–5 мм.

Рис. 67.

Сварка горизонтальных швов:

а – стыковое соединение со скосом одной кромки; б – нахлестанное соединение; в – стыковое соединение со скосом двух кромок

Горизонтальные нахлесточные швы выполнять легче, так как нижняя кромка образует полочку, удерживающую капли расплавленного металла.

Потолочные швы (рис. 68) требуют высокой квалификации сварщика. Применяют электроды диаметром не более 5 мм при уменьшенном значении сварочного тока. Следует применять тугоплавкое покрытие электрода, образующее «чехольчик», в котором удерживается расплавленный металл электрода. Дуга должна быть как можно короче для облегчения перехода капель металла электрода в кратер шва.

Рис. 68 .

Сварка потолочных швов

Выбор порядка и способа выполнения сварных швов зависит от протяженности шва и толщины металла. При сварке тонколистовой стали необходимо строгое соблюдение техники выполнения сварных швов. Особую опасность представляют сквозные прожоги и проплавление металла. Сталь толщиной 0,5–1,0 мм следует сваривать внахлестку с проплавлением через верхний лист или встык с укладкой между свариваемыми кромками стальной полосы. Во втором случае расплавление кромок должно происходить при косвенном воздействии дуги.

Питание дуги производится от преобразователей ПС–100–1 или аппарата переменного тока ТС–120, так как они отличаются повышенным напряжением холостого хода и относительно малыми значениями сварочного тока.

Таблица 21

Допустимые значения выпуклости и вогнутости сварных угловых швов

Таблица 22

Температура подогрева стыков перед прихваткой и сваркой дуговыми способами при положительной температуре воздуха

Применяют электроды с покрытием марок МТ или ОМА–2. Сварку ведут на массивных теплоотводящих медных подкладках. Такой способ теплоотвода предохраняет металл от сквозного прожога и способствует хорошему формированию шва. Тонколистовую сталь можно сваривать с отбортовкой кромок. Сварку производят постоянным током неплавящимся электродом (угольным или графитовым) диаметром 6–20 мм при значении сварочного тока 120–160 А.

Металл большой толщины сваривают в несколько проходов. Разделка кромок может быть заполнена слоями или валиками. При толщине металла 15–20 мм сварку выполняют секциями способом двойного слоя : шов разбивают на участки длиной 250–300 мм и каждый участок заваривают двойным слоем. Наложение второго слоя производят после удаления шлака по неостывшему первому слою.

При толщине металла 20–25 мм и более применяют сварку каскадом или сварку горкой . Каскадный способ заключается в следующем: весь шов разбивают на участки и сварку ведут непрерывно. Окончив сварку слоя на первом участке, продолжают выполнение следующего слоя второго участка по неостывшему предыдущему слою. Разновидностью сварки каскадом является сварка горкой, которая обычно выполняется двумя сварщиками одновременно. Сварка горкой ведется от середины шва к краям. Такие способы сварки обеспечивают более равномерное распределение температуры и значительное снижение сварочных деформаций.

Рис. 69.

Схемы сварки:

а – на проход; б – от середины к краям; в – обратноступенчатым способом; г – блоками; д – каскадом; е – горкой; А – направление заполнения разделки; 1–5 – последовательность сварки в каждом слое

Способы выполнения сварных швов по длине зависят от их протяженности (рис. 69). Условно принято различать короткие швы , длиной до 250 мм, средние швы, длиной 250–1000 мм и длинные швы протяженностью более 1000 мм. Короткие швы выполняют сваркой на проход, швы средней длины сваривают либо от середины к краям, либо так называемым обратноступенчатым способом . Этот способ заключается в том, что весь шов разбивают на участки и сварку участка производят в направлении, обратном общему направлению сварки шва. Конец каждого участка совпадает с началом предыдущего участка. Длина участка выбирается в пределах 100–300 мм в зависимости от толщины металла и жесткости свариваемой конструкции. Длинные швы сваривают обратноступенчатым способом.

Сварка при низких температурах отличается следующими основными особенностями: стали изменяют свои механические свойства – понижается ударная вязкость и уменьшается угол загиба, ухудшаются пластические свойства и несколько повышается хрупкость, а отсюда склонность к образованию трещин. Это особенно заметно у сталей, содержащих более 0,3 % углерода, а также у легированных сталей, склонных к закалке.

Металл сварочной ванны охлаждается значительно быстрее, что приводит к повышенному содержанию газов и шлаковых включений и, как следствие, к снижению механических свойств металла шва.

В связи с этим установлены следующие ограничения сварочных работ при низкой температуре. Сварка металла толщиной более 40 мм при температуре 0 °C допускается только с подогревом. Подогрев необходим для сталей толщиной 30–40 мм при температуре ниже –10 °C, для сталей толщиной 16–30 мм – при температуре ниже –20 °C и для сталей толщиной менее 16 мм – при температуре ниже –30 °C. Для подогрева металла применяют горелки, индукционные печи и другие нагревательные устройства.

По способу заполнения швов по сечению различают однопроходные, однослойные швы (рис. 27, а), многопроходные многослойные (рис. 27,6) и многослойные (рис. 27, в).

Рис. 27. Сварные швы

Многослойные швы

Если число слоев равно числу проходов дугой, то такой шов называют многослойным. Если некоторые из слоев выполняются за несколько проходов, то такой шов называют многопроходным.

Рис. 28. Схемы заполнения шва при сварке: а - каскадом, б - блоками, в - поперечной горкой: 1 - 12 - слои в шве. I, II, III, IV - ступени шва, S - толщина стыка

Многослойные швы чаще применяют в стыковых соединениях, многопроходные - в угловых и тавровых.

Для более равномерного нагрева металла шва по всей его длине швы выполняют двойным слоем, секциями, каскадом и блоками, причем в основу всех этих способов положен принцип обратноступенчатой сварки (рис. 28).

Двойной слой

Сущность способа двойного слоя заключается в том, что наложение второго слоя производится по неостывшему первому после удаления сварочного шлака: сварка на длине 200 - 400 мм ведется в противоположных направлениях.

Этим предотвращается появление горячих трещин в шве при сварке металла толщиной 15 - 20 мм, обладающего значительной жесткостью.