В производстве часто требуется надежно скрепить конструкции между собой методом сварки ее элементов. При этом образуется сварной шов и соединение. Зачастую, новички путаются в определении этих двух разных понятий.
Сварной шов – зона стыкования элементов, где происходит их плавление и остывание.
Сварное соединение – типовой способ сведения материала элементов, включающий 3 участка: область сплавления, пояс термического воздействия и шов. Исходя из определения, швы образуются путем плавления составного материала элементов, иногда с дополнением присадок.
Область сплавления – зона между кромками элемента и сварным швом, не подверженная высокотемпературному нагреву. В данной области происходит насыщение веществами, содержащимися в электродах.
Зона теплового влияния – граница соединения с областью сплавления, в которой возникают изменения исходных свойств в результате термического действия.
Что такое сварных соединение?
С определением сварочного соединения разобрались. Остается дополнить, что для получения качественного соединения посредством плавления краев, стык заполняется присадочным составом, который смешивается с основным материалом.
Как правило, расплавление осуществляется:
- электродом с покрытием (ММА);
- вольфрамовым электродом (TIG);
- проволочным электродом от горелки в среде инертных газов (MIG).
При дуговой сварке покрытым электродом или с применением флюса образуется шлаковые образования, которые покрывают шов сверху. Для осмотра шлак отбивается специальным молотком или зачищается электроинструментом.
Сварочный процесс осуществляется за счет источника тока, от которого один кабель выступает в качестве массы и прикрепляется к элементу. На конце второго – закреплен держатель электрода или горелка с проволокой, которые находятся в руках сварщика.
При соприкосновении в местах стыковки деталей, воспламеняется электрическая дуга (температура достигает до 5000 °C), с помощью которой происходит плавление.
В отличие от других методов скрепления сварка отличается быстротой исполнения и достижением необходимой прочности при возведении конструкций. Широко используются в промышленности и строительстве.
Виды сварных соединений
Элементы конструкций, как правило, свариваются в различных позициях, зависимых от необходимого сопряжения. В связи с этим существует классификация видов сварочных соединений:
- Угловые (элементы конструкций расположены под углом, чаще всего прямым).
- Нахлесточные (при параллельном расположении, элементы частично наложены внахлест).
- Тавровые (плоскость детали располагается перпендикулярно к поверхности основания).
- Стыковые (детали составляют единую плоскость).
- Торцевые (поверхности элементов соприкасаются, а торцы свариваются).
Каждое сварное соединение имеет свои отличительные особенности при производстве сварочных работ. Например, соединения встык используются при сварке листового металла и труб. Перед работой торцы должны быть тщательно подготовлены. Подготовка выражена в подгонке сопрягаемых торцевых плоскостей. Для соблюдения точности при сопряжении используют не только металлообработку углошлифовальными машинами, но и подварочный шов. Соединения допускают скосы кромок, но можно и не учитывать их. Устанавливаемый зазор между элементами зависит от толщины материала. Если они у двух элементов различаются, то электрод следует вести поближе к толстой части детали во избежание прожога более тонкой.
Угловые соединения применяются при сварке резервуаров и емкостей. Для получения качественного шва рекомендуется располагать свариваемые элементы «лодочкой».
Тавровое соединение является основным при сварке конструкций, несущих повышенную нагрузку. Этот вид требователен к подготовке и считается самым прочным.
Сопряжение деталей внахлест применяется при сварке листового металла до 12 мм. Важная особенность этого способа – отсутствие зазора. Чем плотнее прилегают плоскости, тем качественнее сварное соединение. Сварка внахлест не рекомендуется при эксплуатации конструкции на излом.
К преимуществам торцевого соединения приписывают малую деформацию и комбинированное использование элементов разной толщины.
Классификация сварных швов
Ради удобства использования терминологии в технической документации принята классификация сварных швов, различающихся между собой технологическими особенностями и положением в пространстве.
По положению в пространстве
Различают вертикальное и горизонтальное положение шва.
Самым удобным и простым для сварщика является горизонтальный нижний шов. Верхнее или потолочное расположение считается трудноисполнимым из-за неудобств. Для сварки «потолком» необходима профильная квалификация. Если залог качества – непрерывность операции, а в этом положение происходит стекание металла из ванны, то рекомендуется использование короткой дуги с отрывом электрода для остывания ванны.
Вертикальный шов также труден в исполнение и требует определенных навыков. Если шов вести сверху вниз, то стекающие капли будут препятствовать дальнейшим операциям, поэтому при вертикальном методе сварки следует выбирать направление снизу-вверх.
По конфигурации
Линейность швов не связана с положением в пространстве детали. Поэтому по конфигурации сварные швы классифицируется на:
- прямые;
- изогнутые;
- спиральные или кольцевые.
По степени выпуклости
При проведении сварных операций существует понятие наружной плоскости шва. Степень выпуклости наружной поверхности сварочного шва получила название катета. Согласно размерам наплавленного валика катет может быть:
- положительным (выпуклый шов, характерна низкая скорость ведения электрода, требуется большее наплавление металла, рекомендован при статических нагрузках);
- отрицательным (вогнутый шов, быстрая скорость исполнения, обладает невысокой прочностью, применяется при сопряжении тонких листов металла);
- нулевым (валик шва ровный – заподлицо с поверхностью свариваемых элементов, применим при динамических нагрузках с низким давлением).
У каждого из представленных видов есть свои преимущества и недостатки. Например, при выполнении выпуклого шва может наноситься несколько слоев, что ведет к удорожанию из-за использования большого количества электродов. В любом случае чем больше получается высота валика, тем прочнее шов. Но каждый вид сварного соединения имеет свой предел фанатизма.
Кроме этого, швы разделяют на рабочие и нерабочие. Разница состоит в том, что первые рассчитаны на выдерживание значительных нагрузок, а вторые выполняют обычную функцию соединения. Для рабочих швов предъявляется более строгий контроль качества и повышенные требования.
По протяженности
При сварочных операциях не всегда требуется длина шва, равная стыку сопряженных элементов, поэтому справедлива градация соединений по протяженности.
Если шов прерывается на определенных промежутках одного стыка, то данный интервал называют шагом, обозначение которого принято на технических чертежах. Причем прерывистые швы могут выполняться как с одной, так и с двух сторон.
По количеству проходов
Качество шва зависит от количества проходов, то есть нанесения последующих слоев. За один проход получаются однослойные, а многопроходные операции образуют многослойные сварные швы. Особенность в нескольких проходах – в скорости ведения электрода, чтобы не успевал остыть предыдущий наложенный слой. Таким способом наложения оказывается некоторое положительное воздействие на свойства в виде отжига первого слоя.
По виду сварки
Выбор сварочного оборудования зависит от вида металлов и их сплавов. По этому принципу принята классификация швов по виду сварки. Сварочные соединения осуществляются с помощью:
- ручной дуговой с покрытым электродом от источника тока;
- автоматической;
- плавления проволочного электрода в инертной газовой среде;
- вольфрамового электрода и присадочного припоя в аргоне;
- присадочной проволоки и пламени горелки, на которую подается пропан-кислородная смесь;
- плазменной и лазерной сварки.
По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил
Когда действующее усилие прикладывается вдоль стыковой оси, то говорят о продольных швах. По аналогии, поперечным считаются сварочный шов, когда вектор действия и ось стыка образуют прямой угол.
В комбинированных применяются оба описанных варианта. Направленное действие в косых швах образует острый угол с осью стыка.
Требования к сварным швам
Хотя типы соединений и долговечны, но отвечать требованиям могут лишь те, которые выполнены с соблюдением указанных нормативных документов и ГОСТов. Основные условия качества к выполненным сварным работам описаны в ГОСТ 23118-99. Другие принципы оговорены в инструкциях:
- ВСН 012-88 (подбор способа оценки качества сварочных работ);
- ВБН А.3.1-36-3-96, ВСН 006-89 (технологические указания по сварочным работам, выполняемых на трубопроводах);
- СП 105-34-96 (правила соблюдения качества сварочных швов и работ).
Соблюдение всей нормативной технической документации по контролю качества соединений позволяет выработать алгоритм проведения работ, но всё же прочность и долговечность напрямую зависит от квалификации сварщика.
Что влияет на качество сварного соединения?
Как итог вышесказанному, можно в определенной мере судить об условиях и моментах, влияющих на качество результата работы сварщика.
Таким образом, на качество сварного соединения влияют:
- правильный выбор оборудования для сварки и параметры сварочного тока и напряжения;
- размер, форма, способ нанесения сварочного шва;
- правильно подобранный диаметр электрода в соответствии с зазором стыкуемых элементов и их толщины;
- скорость ведения электрода;
- наличие в зоне плавления посторонних примесей и веществ;
- качество и состав покрытия электрода и флюса;
- правильное положение электрода по отношению к детали во время различных видов сварки с учетом положения детали в пространстве.
Часто задаваемые вопросы
Различают прямую и обратную полярность. Прямая – на электроде «минус», на массе «плюс», обратная – электрод «+», масса «–». При прямой полярности возникает избыточное количество тепла на элементе или детали, что дает возможность глубокого провара корня. Учитывая этот факт, при сварке тонколистового металла используют обратную полярность. Также обратной полярностью пользуются при сварке нержавейки, легированных и высокоуглеродистых марок сталей.
Смесь газов необходима для устойчивого горения электрической дуги и изменения формы шва, то есть плавящейся электрод быстрее переходит в свариваемый основной металл.
Как правило, тип сварного соединения, способы сварки, катет, протяженность, шаг и применяемый ГОСТ.
Подготовка состоит в следующем:
- детали конструкции очищаются от ржавчины;
- кромки предполагаемого стыка разделываются в зависимости от толщины металла;
- устанавливается зазор в соответствии с требованиями к толщине основной детали и диаметру электрода;
- все элементы выставляются в требуемое положение и закрепляются различными приспособлениями (струбцины, захваты, магнитные уголки или держатели);
- производится прихватка, а затем нанесение основного шва.
Буква отображает легирующий элемент, цифра – содержание его в процентах.
Легирование – добавление в состав материалов примесей для изменения физических или химических свойств основного материала
Алюминий – это один из самых сложных металлов для производства сварочных работ. Всё дело в теплопроводности, что влечет огромное потребление тока. Например, при сварке алюминиевого листа толщиной 4 мм потребуется 250 А и более. Помимо этого, поверхность алюминия покрыта очень стойкой оксидной пленкой, которая препятствует сварке, поэтому место стыков зачищаются, а сам процесс происходит в защитной среде инертного газа, например, аргона.
