Какие бывают сварочные соединения — Информационный …

Виды сварных соединений и швов

Нередко причиной брака у начинающих сварщиков становится неправильно выбранные сварные соединения. Что неудивительно, так как со дня проведения первой сварки было разработано больше сотни разновидностей. В них несложно разобраться, поскольку сварные швы и соединения объединены в несколько групп по технике выполнения, положению деталей и другим признакам.

Что такое сварочное соединение

Новички ошибочно полагают, что понятия сварной шов и соединение равноценны. На самом деле шов ― это место стыковки двух заготовок расплавленным металлом с последующим охлаждением. Сварное соединение ― это три участка, которые подверглись действию высокой температуры. К ним относят:

1. Один или несколько швов, которые образуются при плавлении только основного или с добавлением присадочного металла.
2. Зону сплавления, расположенную между сварным швом и основным металлом деталей. Она не нагревается до температуры плавления, но может насыщаться элементами, которые вводят в сварочную ванну электродами или флюсом. Поэтому по составу отличается от основного металла.
3. Зону термического воздействия. Это полоса, примыкающая к зоне сплавления, где под действием температуры изменились свойства металла.

Важно не путать два абсолютно разных понятия — сварочный шов и сварное соединение!

Сварочный шов ― это место стыковки двух заготовок расплавленным металлом с последующим охлаждением. Сварное соединение ― это три участка, которые подверглись действию высокой температуры.

Виды сварных соединений

В зависимости от того как расположены заготовки между собой к основным видам сварочных соединений относят:

• стыковые;
• угловые;
• нахлесточные;
• тавровые;
• торцевые.

Стыковые

Самые простые по выполнению швы даже для начинающих сварщиков. Ими соединяют заготовки, примыкающие друг к другу торцами, размещенные в одной плоскости или на ровной поверхности. При сварке деталей с разной толщиной допускается смещение поверхностей. Стыковым способом сваривают конструкции из листового проката, резервуары, трубы. Сравнительно с другими сварными соединениями сокращаются сроки выполнения работы и расход материалов, но нужно тщательно подготавливать кромки.

Угловые

Это сварные соединения двух металлических деталей под любым углом. Если заготовки разной толщины, толстостенную размещают снизу, чтобы на тонкой не появились прожиги и подрезы, сварочную ванну создают за счет плавления металла толстой заготовки. Для повышения прочности соединения швы накладывают с обеих сторон. Внутренний угол сваривают малым током, чтобы снаружи не образовалось закругление.

Угловые сварные соединения удобно выполнять способом «в лодочку». Заготовки прихватывают под нужным углом, затем устанавливают так, как будто это плывущий кораблик. После расплавления металл будет равномерно растекаться по обеим сторонам без образования дефектов.

Угловым способом сваривают каркасы небольших строений, емкости, навесы, кузова грузовиков. Кроме этого устанавливают детали конструкций в труднодоступных местах.

Нахлесточные

Такими сварными швами соединяют параллельно расположенные металлические пластины, которые наложены одна на другую с небольшим перекрытием. Для повышения прочности на разрыв и предотвращения проникновения влаги внутрь сварку выполняют с обеих сторон. Этим способом можно соединять листы толщиной до 12 мм. Для выполнения нахлесточных соединений от сварщика не требуется высокая квалификация, так как нет опасности прожога и не нужно подготавливать кромки. Недостатком считают повышенный расход металла.

Тавровые

Это сварное соединение торца одной детали с боковой поверхностью другой под прямым или небольшим углом. Если толщина заготовки больше 4 мм сварка проводится с обеих сторон с тщательной подготовкой кромок вертикальной пластины. Тавровые соединения применяют преимущественно при сборке несущих конструкций. Поэтому, если есть возможность изменения положения, сварку ответственных узлов лучше выполнять «в лодочку».

Торцевые

При выполнении таких соединений сваривают торцы заготовок, которые плотно примыкают одна к другой или расходятся от места стыка под углом не больше 30⁰. Способ применяют при производстве кожухов, вентиляционных коробов, контейнеров, металлических шкафов и пр. К достоинствам торцевого типа сварочных соединений относят низкую вероятность образования прожогов и внутренних напряжений, вызывающих деформацию. Недостатками считают завышенный расход материала и появление коррозии при проникновении воды между листами через дефекты шва.

Выбор сварного соединения зависит от расположения заготовок относительно друга друга.

Классификация сварных швов

Даже в одном типе соединения сварочные швы могут отличаться по конфигурации, протяженности, технологии и т. д. Поэтому в нормативных документах они сгруппированы по параметрам.

По положению в пространстве

По пространственному положению сварные швы могут быть:

1. Нижними, когда стык находится внизу относительно сварщика. Расплавленный металл не вытекает из сварочной ванны, а шлак и газы беспрепятственно поднимаются на поверхность. При сварке электрод или пламя горелки ведут вдоль стыка с небольшими поперечными движениями.
2. Горизонтальными, если сваривают вертикально установленные детали справа налево или наоборот. Для предотвращения стекания металла нижнюю заготовку смещают на 1 мм, чтобы получился уступ. После завершения работы разница будет незаметна. Важно не ошибиться со скоростью сварки, поскольку при медленном перемещении дуги или пламени горелки появятся потеки, а при быстром ― непровары.
3. Вертикальными, когда вертикально установленные детали соединяют сверху вниз или в обратном направлении. Для удержания расплава в сварочной ванне сварку ведут снизу вверх прерывистой дугой на малом токе.
4. Потолочными, если стык расположен над головой мастера. Расплавленный металл удерживается поверхностным натяжением.

По конфигурации

В эту группу занесены три вида сварочных швов, которые зависят от формы стыков. Они бывают прямолинейными, криволинейными, кольцевыми (спиральными). Конфигурация швов не зависит от пространственного положения заготовок.

По степени выпуклости

По форме поперечного сечения сварные швы квалифицируют как:

1. Выпуклые (усиленные). Используют для сборки узлов эксплуатируемых с большой статической нагрузкой.
2. Вогнутые (ослабленные). Используют при сварке тонкого металла.
3. Нормальные (плоские). Хорошо противостоят динамическим и разнонаправленным воздействиям.
4. Специальные в виде неравнобедренных треугольников применяют в угловых и тавровых соединениях, на которые действуют переменные нагрузки.

По протяженности

В эту классификацию входят сплошные и прерывистые сварные швы, которые выполняют отрезками по 10 — 30 см, но учитывается суммарная протяженность соединения. По расположению отрезков сварки прерывистые типы называют:

• цепными одно или двухсторонними, если разрывы равномерно расположены по обе стороны заготовки;
• шахматными двухсторонними, когда отрезки сварки на одной стороне сдвинуты относительно участков на другой;
• точечными при контактной сварке.

В зависимости от длины сварные швы относят к трем категориям:

• короткие ― до 25 см;
• средние ― 25 — 100 см;
• длинные ― больше 1 м.

По количеству проходов

Независимо от типа сварочные швы выполняют одним или несколькими проходами. Выбор варианта определяется толщиной металла и необходимой прочностью. При каждом проходе наплавляется один валик. Если их расположить на одном уровне образуется слой сварного шва.

Детали толщиной до 5 мм соединяют однопроходными швами. Угловые соединения из заготовок со стенками 6 — 8 мм сваривают одним слоем, а стыковые двумя. Многослойные швы используют при работе с толстостенными элементами и для предотвращения термических деформаций.

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

По этим критериям соединения и швы подразделяются на 4 вида:

• продольный (фланговый) ― усилие параллельно стыку;
• поперечный (лобовой) ― вектор направлен под углом 90⁰;
• комбинированный ― сочетает признаки предыдущих;
• косой ― направление усилия меньше 90⁰.

По виду сварки

Классификацию по этому критерию проводят по типу сварочного аппарата, который создает условия для выполнения сварки. Из длинного списка технологий можно выделить основные виды;

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

Требования к сварным швам

Требования к швам зависят от условий эксплуатации, видов нагрузки, свойств металла, технологии сварки и пр. Для их классификации по конкретным условиям были разработаны ГОСТы. Например, требования к соединениям ручной сварки приведены в ГОСТ 5264-80.

К общим для всех швов независимо от условий относят:

• прочность;
• надежность;
• долговечность;
• стойкость к коррозии и агрессивным веществам.

Чтобы шов был качественным, необходимо соблюдать технологию подготовки металла и выполнения сварки.

О длине и толщине швов в зависимости от особенностей конструкции и марки металла, методах проверки качества и т. д. можно узнать из тематических СНиПов, которые нетрудно найти в свободном доступе. Полученные сведения можно использовать как шпаргалку при выполнении сложной работы.

Что влияет на качество сварного соединения

Качество соединения сваркой зависит не только от соблюдения технологии, но и от подготовки деталей. Даже форма кромок влияет на качество соединения. Независимо от вида соединения подготовку проводят в следующем порядке:

• зону шириной не меньше 20 мм от линии стыка очищают от грязи и коррозии;
• на кромках, если толщина металла больше 3 мм, снимают фаски, оставляя притупление;
• устанавливают зазор между деталями.

Зависимость угла разделки, величины притупления и зазора от толщины металла показана в таблице:

Знание основных видов соединений и принципов их применения поможет правильно выбирать сварочный шов нужного типа для каждого конкретного случая. Для повышения квалификации полезно следить за технологическими новостями, чтобы не пропустить появление новых сплавов и методов сварки.

Сварочные швы — типы стыков, способы и техника нанесения

Сварочные швы представляют собой зону соединяемых заготовок, которая подвергается непосредственному тепловому воздействию пламени, электрической дуги/плазмы или лазерного луча. По внешнему виду сварного соединения судят о квалификации сварщика, о технологическом предназначении конструкции и даже о способе сварки.

Что такое сварочный шов

Для начала определимся с понятиями «сварочный шов» и «сварочное соединение», потому что некоторые источники рассматривают их как одно и то же, другие разводят формулировки.

Самое короткое определение: сварочный шов – это неразъемное соединение сваркой.

Второй вариант раскрывает физику процесса сварки как таковой: сварочный шов – это участок, в котором соединены две или несколько деталей в результате кристаллизации или деформации вещества, или одного и другого вместе. Так или иначе, сварочные швы и соединения логичнее принимать за один и тот же процесс.

Один из самых старых и известных среди специалистов стандартов – «ГОСТ 5264 – 80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные». Этот ГОСТ был введен в действие еще в 1981 году, он до сих пор прекрасно справляется со своими задачами: четко и ясно перечислены основные виды сварных швов, их размеры, конструктивные элементы и инструкции, как правильно класть сварочный шов. Отличный пример документа, который не нуждается в корректировках в течение долгого времени.

Структура шва

Типовой сварочный шов включает в себя:

1. Зону наплавленного металла (из сварочного электрода или из основного металла соединенных между собой заготовок).
2. Зону механического сплавления.
3. Зону термического влияния.
4. Переходную зону к основному металлу.

При рассматривании шлифа сварного шва в любой металлографический микроскоп разграниченность вышеперечисленных зон определяется весьма четко. Исключение составляют лазерные технологии соединения тонкостенных и мелких деталей, когда из-за точной локализации светового потока некоторые зоны могут отсутствовать.

Зона наплавленного металла представляет собой сплошную литую структуру, формирование которой происходит с момента начала расплавления электрода или заготовки. На обычных микрошлифах эту зону рассмотреть невозможно вследствие особой мелкой дисперсности частиц, которые ее составляют. Зона отличается наибольшей твердостью, но часто имеет поверхностные дефекты, обусловленные совместным действием сварочных шлаков, кислорода воздуха, остатков сварочного флюса и т.д.

Протяженность зоны механического сплавления связана с термодиффузионной активностью металлов соединяемых деталей. При интенсивном проникновении одного металла в другой глубина зоны сплавления может достигать 40-50% от объема литой зоны. Состав зоны неоднороден: наряду со структурами основного металла, там могут присутствовать интерметаллидные соединения углерода и азота с легирующими элементами, которые имеются в основном металле. Чаще всего в этой зоне встречаются грубодисперсные карбиды вольфрама, хрома, железа, а также более мелкие по размерам нитриты тех же металлов.

Зона термического влияния по своей структуре напоминает поверхностные зоны термически обрабатываемого металла в условиях скоростной и поверхностной закалки или упрочнения. Непосредственно к объемам механического сплавления примыкает так называемый «белый слой» — нетравящаяся часть металла этой зоны. Твердость белого слоя — максимальна и часто превосходит показатели зоны механического сплавления. Причиной тому являются тепловые процессы, энергии которых уже недостаточно для расплавления, но вполне хватает для сверхскоростной закалки (особенно, если сварка ведется под слоем инертного газа). Далее по глубине располагаются зоны структурных превращений, состав которых зависит от марки стали. Например, после сварки нержавеющих сталей основной составляющей рассматриваемой зоны является аустенит, для инструментальных сталей — мартенсит и т.д.

В переходной к основному металлу зоне присутствуют структуры троостита, остаточного аустенита, перлита и других составляющих, которые формируются в условиях сравнительно небольших температурных перепадов.

Качество сварки определяется скачками твердости и структурной однородности: чем они меньше, тем долговечнее и прочнее будет сварочный шов.

Таким образом, структура сварного шва является неоднородной, а сопоставительный анализ ее основных физико-механических характеристик (твердости, прочности, однородности и пр.) определяет качество сварного соединения.

Какие бывают сварочные швы и соединения, классификация

В таблице 1 приведены основные типы сварочных соединений, сгруппированные по форме поперечного сечения.

Изучаем виды сварных соединений

Сварка по-прежнему остаётся одним из самых популярных методов получения неразъёмных конструкций из металлов и полимеров. Такая популярность определяет и разнообразие сварных стыков, которые в чём-то схожи между собой, а в чём-то принципиально различны. В данной статье мы рассмотрим все основные виды термических сварочных соединений.

Виды сварных соединений

Итак, какие бывают сварные соединения? Виды сварочных соединений следующие:

Стыковое

Наиболее широко применяемая разновидность, которая может быть одно- и двухсторонней, со съёмной и несъёмной подкладкой и вообще без неё. Стыковым сварочным соединением могут быть соединены детали с отбортовкой, с замковой кромкой, а также с разнообразными скосами: дву- и односторонними, симметричными и асимметричными, ломанными и криволинейными.

Угловое

Как становится уже ясным из самого названия, данное соединение сваривает угловые конструкции. Кроме того, при помощи угловых соединений производит сваривание конструкционных элементов в труднодоступных местах. Данный тип соединения применяется в следующих случаях:

• Скосы (односторонние или двусторонние) имеются у кромок двух соединяемых деталей;
• У кромок соединяемых деталей отсутствуют скосы;
• У одного края имеется отбортовка.

В других случаях угловое соединение применять нельзя, поскольку из-за сложности кромок качество связи резко ухудшается.

Тавровое

Применяется для сварки Т-образных конструкций, а также для деталей, которые соединяются под небольшим углом друг к другу. Данное соединение совместимо со следующими видами кромок:

• Скос отсутствует;
• На кромке могут быть симметричные или асимметричные одно- и двусторонние скосы;
• На кромке имеется криволинейный одно- или двусторонний скос, расположенный в одной плоскости.

Внахлёст

Данный тип сварки соединяет между собой концы деталей или конструкционных элементов. Сварочные работы внахлёст производятся только с кромками без скосов.

Торцевое

Достаточно редкий тип соединения, поскольку подразумевает варку одной детали к торцу другой. Поэтому нередко основные типы сварочных соединений не включают торцевое в отдельный пункт, а объединяют его с соединением внахлёст.

Классификации швов

Также виды сварных соединений различаются по шву, получаемого в результате сварочных работ. Действующие стандартны подразумевают несколько классификаций:

По пространственному расположению

По своему местоположению сварные швы могут быть:

• Нижними, если их угол относительно горизонтали не превышает 60 градусов;
• Вертикальными, если их угол относительно горизонтали расположен в диапазоне 60-120 градусов;
• Потолочными, если их угол относительно горизонтали расположен в диапазоне 120-180 градусов.

По их непрерывности

Сварные швы могут быть непрерывными (без разрывов) и прерывистыми (имеются разрывы). Последние более всего характерны для угловых и тавровых соединений.

По характеру разрывов прерывистые швы подразделяются на:

• Цепные – разрывы равномерные словно бы ячейки в цепи;
• Шахматные – разрывы сдвигают небольшие по длине швы друг относительно друга словно бы белые клетки на шахматной доске;
• Точечные – схожи с шахматными швами, только швы выглядят не в виде чёрточек, а в виде единичных точек.

Отметим, что непрерывные швы более надёжны и более устойчивы к коррозийному разрушению, но зачастую их невозможно применять по технологическим причинам.

По типу сварного соединения

Сварные соединения отличаются друг от друга ещё и по получаемому шву:

• Стыковой получается при одноименном соединении деталей;
• Угловой образуется не только при сварке деталей углами, но также ещё при тавровом и стыковом сваривании;
• Проплавной получается при тавровой сварке и при стыке внахлёст деталей, чья толщина не превышает 1 см;
• Электрозаклёпочный получается при сварке тавровых стыков и внахлёст. Технология выполнения данных швов следующая. Металлические детали, чья толщина не превышает 3 мм, варят без предварительной обработки, поскольку электрическая дуга пробивает их насквозь. Если толщина свариваемых деталей превышает 3 мм, то одна деталь просверливается и уже через неё сваркой прихватывается вторая;
• Торцевые получаются при сваривании деталей их торцами.

По характеру профильного сечения

Данная классификация указывает на форму сечения сварного шва в разрезе:

• Выпуклые выступают полукругом над поверхностью соединённых деталей;
• Вогнутые образуют небольшое углубление относительно поверхности соединённых деталей;
• Нормальные составляют одну линию с поверхностью;
• Специальные. Образуются при стыке деталей углом или тавром. В поперечном сечении они выглядят как неравнобедренный треугольник.

Внутреннее сечение определяет эксплуатационные характеристики сварных соединений. Так, например, выпуклое сечение придаёт хорошую устойчивость к статическим нагрузкам, такие швы считаются усиленными. Тогда как вогнутые, наоборот, считаются ослабленными, зато они лучше выдерживают динамические и разнонаправленные нагрузки. Эксплуатационные характеристики нормальных сварных швов схожи с характеристиками вогнутых. Специальные швы отлично справляются с переменными нагрузками. Также они снижают напряжение, возникающее в сваренных деталях в процессе их повседневной эксплуатации.

По технологии выполнения сварных работ

Здесь сварные швы классифицируются по ходу электрода при проведении сварных работ:

• Продольный образуется при движении электрода вдоль стыка соединяемых деталей;
• Поперечный получается при движении электрода поперёк стыка соединяемых деталей;
• Косой образуется, когда электрод движется под некоторым углом относительно крайних точек его траектории;
• Комбинированный образуется при попеременном использовании трёх выше указанных швов.

По числу слоёв

Предусмотренные сварные работы выполняются в один или в несколько слоёв (проходов). При одном проходе образуется валик из оплавленного металла. Валики могут выполняться на одном или на разных уровнях. В первом случае один слой будет состоять из нескольких валиков. Самый дальний от облицовочного уровня валик называется корнем шва.

Многослойные и многопроходные сварные соединения используются при варке толстостенных элементов или для избегания термических деформаций в структуре стального сплава.

Результаты нарушения технологии сварочных работ

При нарушении технологии сварочных работ в месте соединения могут возникнуть:

• Прожоги (подрезы) – зоны критического нагрева металла, в которых под воздействием высоких температур начались различные химические реакции (кристаллическая коррозия и др.);
• Непровары – зоны, в которых температура оказалась недостаточной для взаимного проникновения краёв друг в друга и образования единой монолитной структуры;
• Несплавление – соединяемые края не нагрелись до температуры плавления и не сплавились друг с другом;
• Шлаковое засорение – точки концентрация шлаковых веществ, проникших в жидком состоянии из некачественных электродов в сварочную ванну и по застывании образовавших инородные кристаллические вкрапления;
• Поры появляются из-за брызжущего металла вследствие внезапно возникших пиковых температур в сварочной ванне;
• Трещины появляются из-за некачественного соединения двух сортов стали, имеющих разную температуру плавления;
• Микрополости возникают из-за неравномерного нагрева и остывания металла.

Технологии контроля качества

Все виды сварных соединений обязательно подвергаются проверке. В зависимости от требований к качеству работы выполняются следующие технологии контроля качества:

• Визуальный осмотр позволяет определить лишь видимые нарушения качества (вкрапления шлака, трещины, прожоги и т.п.);
• Измерения длины и ширины указывают на соответствие полученного результата техническому заданию и ГОСТу;
• Проверка герметичности при помощи опрессовки. Применяется при изготовлении различных ёмкостей;
• Специальные контрольно-измерительные приборы устанавливают характеристики внутренней структуры полученного сварного стыка;
• Лабораторные исследования позволяют определить поведение сваренной конструкции под воздействием различных нагрузок и химических веществ.