Зварювальні шви. Типи зварних з'єднань Типи зварних швів

Основні типи зварних з'єднань.Зварне з'єднання називається нероз'ємне з'єднання деталей, виконане зварюванням. У металевих конструкціях зустрічаються такі основні типи зварних з'єднань:

стикові;
нахлесткові;
таврові;
кутові;
торцеві.

Стикове з'єднання - це зварне з'єднання двох елементів, що примикають один до одного торцевими поверхнями.

Нахлісткове - зварне з'єднання, в якому зварені елементи розташовані паралельно і частково перекривають один одного.

Таврове - зварне з'єднання, в якому торець одного елемента примикає під кутом і приварений до бічної поверхні іншого елемента.

Кутове - зварне з'єднання двох елементів, розташованих під кутом і зварених у місці примикання країв.

Торцеве - зварне з'єднання, в якому бічні поверхні зварених елементів примикають один до одного.

Класифікація та позначення зварних швів.Зварний шов - це ділянка зварного з'єднання, що утворився в результаті кристалізації розплавленого металу або внаслідок пластичної деформації при зварюванні тиском або поєднання кристалізації та деформації. Зварні шви можуть бути стиковими та кутовими.

Стиковий - це зварний шов стикового з'єднання. Кутовий - це зварний шов кутового, нахлесткового або таврового з'єднань (ГОСТ 2601-84).

Зварні шви поділяються також за положенням у просторі (ГОСТ 11969-79):

нижнє - в човник - Л;
напівгоризонтальні – Пг;
горизонтальні – Г;
напіввертикальні – Пв;
вертикальні – В;
напівстельові - Пп;
стельові - П.

По протяжності шви розрізняють суцільні та уривчасті. Уривчасті шви можуть бути ланцюговими або шаховими. По відношенню до спрямування діючих зусиль шви поділяються на:

поздовжні;
поперечні;
комбіновані;
косі.

За формою зовнішньої поверхні стикові шви можуть бути виконані нормальними (плоськими), опуклими або увігнутими. З'єднання, утворені опуклими швами, краще працюють при статичних навантаженнях. Однак надмірний наплив призводить до зайвої витрати електродного металу і тому опуклі шви неекономічні. Плоскі і увігнуті шви краще працюють при динамічних і знакозмінних навантаженнях, оскільки немає різкого переходу від основного металу до зварного шва. В іншому випадку створюється концентрація напруги, від яких може початися руйнування зварного з'єднання.

За умовами роботи зварного вузла в процесі експлуатації виробу зварні шви поділяються на робітники, які безпосередньо сприймають навантаження, та сполучні (сполучні), призначені тільки для скріплення частин або деталей виробу. Сполучні шви частіше називають неробочими швами. При виготовленні відповідальних виробів опуклість на робочих швах знімають електричними шліфувальними машинками, спеціальними фрезами або полум'ям аргонодугового пальника (вигладжування).

Основні типи, конструктивні елементи, розміри та умови позначення швів зварних з'єднань для ручного електродугового зварювання вуглецевих та низьколегованих сталей, регламентовані ГОСТ 5264-80.

Конструктивні елементи зварних з'єднань.Форму оброблення кромок та їх складання під зварювання характеризують три основні конструктивні елементи: зазор, притуплення кромок та кут скосу кромки.

Тип і кут обробки кромок визначають кількість необхідного електродного металу для заповнення обробки, а значить, і продуктивність зварювання. X-подібна обробка кромок, порівняно з V-подібною, дозволяє зменшити об'єм наплавленого металу в 16-17 рази. Крім того, така обробка забезпечує меншу величину деформацій після зварювання. При X-подібній і V-подібній обробці кромки притуплюють для правильного формування шва і запобігання утворенню пропалів.

Зазор при складанні під зварювання визначається товщиною металів, що зварюються, маркою матеріалу, способом зварювання, формою підготовки кромок і т. п. Наприклад, мінімальну величину зазору призначають при зварюванні без присадкового металу невеликих товщин (до 2 мм) або при дуговому зварюванні електродом, що не плавиться, алюмінієвих сплавів. . При зварюванні електродом, що плавиться, зазор зазвичай становить 0-5 мм, збільшення зазору сприяє більш глибокому проплавленню металу.

Шов зварної сполуки характеризується основними конструктивними елементами відповідно до ГОСТ 2601-84: шириною; опуклістю; глибиною проплавлення (для стикового шва) та катетом для кутового шва; товщиною деталі.

Основні елементи зварного шва показано на рис. 1.

Мал. 1. : а - кутовий шов; б - стиковий шов

Технологічна міцність зварного шва.Термін «Технологічна міцність» застосовується для характеристики міцності конструкції у процесі її виготовлення. У зварних конструкціях технологічна міцність лімітується переважно міцністю зварних швів. Це один із важливих показників зварюваності сталі.

Технологічна міцність оцінюється утворенням гарячих та холодних тріщин.

Гарячітріщини - це крихкі міжкристалічні руйнування металу шва та зони термічного впливу. Виникають у твердо-рідкому стані на завершальній стадії первинної кристалізації, а також у твердому стані при високих температурах на етапі переважного розвитку міжзернистої деформації.

Наявність температурно-часового інтервалу крихкості є першою причиною утворення гарячих тріщин. Температурно-часовий інтервал обумовлюється утворенням рідких та напіврідких прошарків, що порушують металеву суцільність зварного шва. Ці прошарки утворюються за наявності легкоплавких сірчистих сполук (сульфідів) FeS з температурою плавлення 1189 °C і NiS з температурою плавлення 810 °C. У піковий момент розвитку зварювальних напруг по цих рідких прошарках відбувається зсув металу, що переростає в тендітні тріщини.

Друга причина утворення гарячих тріщин – високотемпературні деформації. Вони розвиваються внаслідок утрудненої усадки металу шва, формозміни заготовок, що зварюються, а так само при релаксації зварювальних напруг в нерівноважних умовах зварювання і при післязварювальної термообробки, структурної та механічної концентрації деформації.

Холодні тріщини. Холодними вважають такі тріщини, які утворюються в процесі охолодження після зварювання при температурі 150 °C або протягом декількох наступних діб. Вони мають блискучий кристалічний злам без слідів високотемпературного окиснення.

Основні фактори, що зумовлюють появу холодних тріщин:

утворення структур гарту (мартенситу та бейніту) призводить до появи додаткових напруг, обумовлених об'ємним ефектом;
вплив зварювальних напруг, що розтягують;
концентрація дифузійного водню.

Водень легко переміщається у незагартованих структурах. У мартенсіті дифузійна здатність водню знижується, він накопичується в мікропустотах мартенситу, переходить у молекулярну форму і поступово розвиває високий тиск, що сприяє утворенню холодних тріщин. Крім того, водень, адсорбований на поверхні металу та мікропустотах, викликає крихтування металу.

Зварюваність- властивість металу та поєднання металів утворювати при встановленій технології зварювання з'єднання, що відповідає вимогам, зумовленим конструкцією та експлуатацією виробу. Складність поняття про зварюваність матеріалів пояснюється тим, що при оцінці зварюваності має враховуватися взаємозв'язок зварювальних матеріалів, металів та конструкції виробу з технологій зварювання.

Показників зварюваності багато. Показником зварюваності легованих сталей, призначених наприклад, виготовлення хімічної апаратури, є можливість отримати зварювальне з'єднання, що забезпечує спеціальні властивості - корозійну стійкість, міцність при високих або низьких температурах.

При зварюванні різнорідних металів показником зварюваності є можливість утворення у поєднанні міжатомних зв'язків. Однорідні метали з'єднуються зварюванням без утруднень, тоді як деякі пари з різнорідних металів зовсім не утворюють у поєднанні міжатомних зв'язків, наприклад, не зварюється мідь зі свинцем, або титан з вуглецевою сталлю.

Важливим показником зварюваності металів є відсутність у зварних з'єднаннях загартованих ділянок, тріщин та інших дефектів, що негативно впливають на роботу зварного з'єднання.

Єдиного показника зварюваності металів поки що немає.

Зварне з'єднання називається з'єднання двох або декількох елементів отримане зварюванням.

Зварне з'єднання (рис.2) складається: зі зварного шва, що має литу структуру і утворився в результаті кристалізації зварювальної ванни, зони сплавлення, зони термічного впливу - ділянка основного металу, що не піддавався розплавленню, де в результаті нагрівання відбулися структурні та фазові зміни та частини основного металу

Мал. 2. Схема зварної сполуки

1 – зварний шов, 2 – зона сплавлення, 3 – зона термічного впливу, 4 – основний метал

Існує 5 видів зварних з'єднань (рис.3) - стикові, кутові, таврові, нахлесткові та торцеві.

Мал. 3. Типи зварних з'єднань: а – стикове, б – нахлесточное, в – торцеве, г – кутове,

д - клейме

Найбільш типові та переважні стикові з'єднання, але не завжди теплоти джерела енергії вистачає, щоб проплавити на всю товщину, тому для деталей з товщиною більше 4 мм застосовують спеціальну підготовку кромок (мал.4)

Мал. 4. Приклади (а-ж) підготовки кромок

Конструктивні елементи підготовки кромок такі:

S – товщина елементів, що з'єднуються;

С – притуплення кромок (зазвичай 1-2мм);

β – для скосу від 25 до 45˚;

α – кут оброблення, що дорівнює 2 β;

В – зазор, залежить від товщини та способу зварювання;

R – Радіус закруглення для фігурної обробки кромок.

Класифікація зварених швів.

Усі зварні шви класифікуються за ознаками:

1. За типом зварного з'єднання на стикові, утворені стиковими з'єднаннями і на кутові - тавровими, нахлесточними, кутовими.

2. За положенням щодо діючого зусилля – на флангові, лобові та косі.

3. За становищем у просторі (рис. 5)

Мал. 5. Основні просторові положення зварювання:

1 – нижнє, 2 – вертикальне або горизонтальне, 3 – стельове

4. За зовнішньою формою (рис. 6) – на опуклі, нормальні та увігнуті.

Рис.6. Форма зварних швів: а – нормальна, б – опукла, у – увігнута

5. По протяжності (рис.7) – на безперервні та переривчасті, які поділяються на ланцюгові та шахові.

Мал. 7. Класифікація зварних швів за довжиною.

Зварювання залишається одним з найпопулярніших методів отримання нероз'ємних конструкцій з металів і полімерів. Така популярність визначає і різноманітність зварних стиків, які в чомусь схожі між собою, а в чомусь різні. У цій статті ми розглянемо основні види термічних зварювальних сполук.

Отже, які зварні з'єднання бувають? Види зварювальних сполук такі:

Стикове

Найбільш широко застосовуваний різновид, який може бути одно- і двостороннім, зі знімною і незнімною підкладкою і взагалі без неї. Стиковим зварювальним з'єднанням можуть бути з'єднані деталі з відбортуванням, із замковою кромкою, а також з різноманітними скосами: дво- та односторонніми, симетричними та асиметричними, ламаними та криволінійними.

Кутове

Як стає вже ясним із самої назви, дане з'єднання зварює кутові конструкції. Крім того, за допомогою кутових з'єднань зварює конструкційні елементи в важкодоступних місцях.Даний тип з'єднання застосовується у таких випадках:

Скоси (односторонні або двосторонні) є у кромок двох деталей, що з'єднуються;
У кромок деталей, що з'єднуються відсутні скоси;
В одного краю є відбортування.

В інших випадках кутове з'єднання застосовувати не можна, оскільки через складність кромок якість зв'язку різко погіршується.

Таврове

Застосовується для зварювання Т-подібних конструкцій, а також деталей, які з'єднуються під невеликим кутом один до одного. Дане з'єднання сумісне з такими видами кромок:

Скіс відсутня;
На кромці можуть бути симетричні або асиметричні одно- та двосторонні скоси;
На кромці є криволінійний одно-або двосторонній скіс, розташований в одній площині.

Невелика кількість кромок, до яких застосовується таврове з'єднання, пояснюється складною геометрією деталей, що з'єднуються.

Внахльост

Цей тип зварювання з'єднує між собою кінці деталей або конструкційних елементів. Зварювальні роботи внахлест виробляються тільки з кромками без скосів.

Торцеве

Досить рідкісний тип з'єднання, оскільки має на увазі варіння однієї деталі до торця іншої. Тому нерідко основні типи зварювальних сполук не включають торцеве в окремий пункт, а поєднують його зі з'єднанням внахлест.

Класифікація швів

Також види зварних з'єднань розрізняються по шву, що отримується в результаті зварювальних робіт. Стандарти, що діють, мають на увазі кілька класифікацій:

За просторовим розташуванням

За своїм місцезнаходженням зварні шви можуть бути:

Нижніми, якщо їхній кут щодо горизонталі не перевищує 60 градусів;
Вертикальними, якщо їхній кут відносно горизонталі розташований у діапазоні 60-120 градусів;
Стельові, якщо їх кут відносно горизонталі розташований в діапазоні 120-180 градусів.

За їхньою безперервністю

Зварні шви можуть бути безперервними (без розривів) та переривчастими (є розриви).Останні найбільш характерні для кутових і таврових з'єднань.

За характером розривів уривчасті шви поділяються на:

Ланцюгові - розриви рівномірні немов би осередки в ланцюзі;
Шахові - розриви зсувають невеликі по довжині шви один щодо одного ніби білі клітини на шахівниці;
Точкові - схожі з шаховими швами, тільки шви виглядають не у вигляді рис, а у вигляді одиничних точок.

Відзначимо, що безперервні шви надійніші і стійкіші до корозійного руйнування, але найчастіше їх неможливо застосовувати з технологічних причин.

За типом зварного з'єднання

Зварні з'єднання відрізняються один від одного ще й по одержуваному шву:

Стиковий виходить при однойменному з'єднанні деталей;
Кутовий утворюється не тільки при зварюванні деталей кутами, але також при тавровому і стиковому зварюванні;
Проплавний виходить при тавровому зварюванні і при стику внахлест деталей, чия товщина не перевищує 1 см;
Електрозаклепувальний виходить при зварюванні таврових стиків і внахлест. Технологія виконання цих швів наступна. Металеві деталі, товщина яких не перевищує 3 мм, варять без попередньої обробки, оскільки електрична дуга пробиває їх наскрізь. Якщо товщина деталей, що зварюються, перевищує 3 мм, то одна деталь просвердлюється і вже через неї зварюванням прихоплюється друга;
Торцеві виходять при зварюванні деталей їх торцями.

За характером профільного перерізу

Ця класифікація вказує на форму перерізу зварного шва в розрізі:

Випуклі виступають півколом над поверхнею з'єднаних деталей;
Увігнуті утворюють невелике заглиблення щодо поверхні з'єднаних деталей;
Нормальні становлять одну лінію з поверхнею;
Спеціальні. Утворюються при стику деталей кутом чи тавром. У поперечному перерізі вони мають вигляд нерівностегновий трикутник.

Внутрішнє переріз визначає експлуатаційні характеристики зварних з'єднань. Так, наприклад, опуклий переріз надає гарної стійкості до статичних навантажень, такі шви вважаються посиленими. Тоді як увігнуті, навпаки, вважаються ослабленими, зате вони краще витримують динамічні та різноспрямовані навантаження. Експлуатаційні характеристики нормальних зварних швів схожі на характеристики увігнутих. Спеціальні шви чудово справляються зі змінними навантаженнями.

Також вони знижують напругу, що виникає в зварених деталях у процесі повсякденної експлуатації.

За технологією виконання зварних робіт

Тут зварні шви класифікуються по ходу електрода під час проведення зварних робіт:
Поздовжній утворюється при русі електрода вздовж стику деталей, що з'єднуються;
Поперечний виходить при русі електрода поперек стику деталей, що з'єднуються;
Косий утворюється, коли електрод рухається під деяким кутом щодо крайніх точок траєкторії;

Комбінований утворюється при поперемінному використанні трьох вище вказаних швів.

За кількістю шарів

Багатошарові та багатопрохідні зварні з'єднання використовуються при варінні товстостінних елементів або для уникнення термічних деформацій у структурі сталевого сплаву.

Для уникнення термічних деформацій і пропалів часто застосовують подварочный шов. Облицювальний застосовується для поліпшення зовнішнього вигляду зварного стику приварених один до одного конструкційних елементів.

Результати порушення технології зварювальних робіт

При порушенні технології зварювальних робіт у місці з'єднання можуть виникнути:

Пропали (підрізи) – зони критичного нагріву металу, у яких під впливом високих температур почалися різні хімічні реакції (кристалічна корозія та ін.);
Непровари – зони, у яких температура виявилася недостатньою для взаємного проникнення країв друг в друга та утворення єдиної монолітної структури;
Несплавлення – краї, що з'єднуються, не нагрілися до температури плавлення і не сплавилися один з одним;
Шлакове засмічення - точки концентрація шлакових речовин, що проникли в рідкому стані з неякісних електродів у зварювальну ванну і після застигання сторонніх кристалічних вкраплень, що утворили;
Пори з'являються через бризка металу внаслідок раптово виникли пікових температур у зварювальній ванні;
Тріщини з'являються через неякісне з'єднання двох сортів сталі, що мають різну температуру плавлення;
Мікропорожнини виникають через нерівномірне нагрівання та охолодження металу.

Технології контролю якості

Усі види зварних з'єднань обов'язково піддаються перевірці.Залежно від вимог якості роботи виконуються такі технології контролю якості:

Візуальний огляд дозволяє визначити лише видимі порушення якості (вкраплення шлаку, тріщини, пропали тощо);
Вимірювання довжини та ширини вказують на відповідність отриманого результату технічному завданню та ГОСТу;
Перевірка герметичності за допомогою опресування. Застосовується для виготовлення різних ємностей;
Спеціальні контрольно-вимірювальні прилади встановлюють характеристики внутрішньої структури одержаного зварного стику;
Лабораторні дослідження дозволяють визначити поведінку звареної конструкції під впливом різних навантажень та хімічних речовин.

Зварювальні шви - зони зварних з'єднань, які утворені спочатку розплавленим, а потім кристалізованим при охолодженні металом.

Термін служби усієї зварювальної конструкції залежить від якості зварювальних швів. Якість зварювання характеризується такими геометричними параметрами зварного шва:

Ширина – відстань між краями;
Корінь – внутрішня частина, протилежна його зовнішній поверхні;
Випуклість – найбільший виступ від поверхні металу, що з'єднується;
Увігнутість - найбільший прогин від поверхні металу, що з'єднується;
Катет - одна з рівних сторін трикутника, вписаного в поперечний переріз двох елементів, що з'єднуються.

Які бувають зварювальні шви та з'єднання, класифікація

У таблиці 1 наведено основні типи зварювальних сполук, що згруповані за формою поперечного перерізу.

	Зварні з'єднання та шви	Особливості розташування	Основне застосування	Примітка
1	Стикові	Деталі, що з'єднуються, елементи знаходяться в одній площині.	Зварювання конструкцій з листового металу, резервуарів та трубопроводів.	Економія витратних матеріалів та часу на зварювання, міцність з'єднання. Ретельна підготовка металу та вибір електродів.
2	Кутові	Деталі, що з'єднуються, елементи розташовані під будь-яким кутом відносно один одного.	Зварювання ємностей, резервуарів.	Максимальна товщина 3 мм.
3	Нахльосткові	Паралельне розташування деталей.	Зварювання конструкцій із листового металу до 12 мм.	Великі витрати матеріалу без ретельної обробки.
4	Таврові (буквою Т)	Торець одного елемента та бічна частина іншого знаходяться під кутом	Зварювання несучих конструкцій.	Ретельна обробка вертикального листа.
5	Торцеві	Бічні поверхні деталей примикають одна до одної	Зварювання судин без тиску	Економія матеріалу та простота виконання

За способом виконання:

Двосторонні – зварювання з двох протилежних сторін із видаленням кореня першої сторони;
Одношарові - виконання за один прохід, з одним наплавленим валиком;
Багатошарові – число верств дорівнює числу «проходів». Застосовується за великої товщини металу.

За ступенем опуклості:

Випуклі – посилені;
Увігнуті - ослаблені;
Нормальні – плоскі.

На опуклість шва впливають зварювальні матеріали, режими і швидкість зварювання, ширина оброблення кромок.

За положенням у просторі:

Нижні – зварювання ведеться під кутом 0° – найбільш оптимальний варіант, висока продуктивність та якість;
Горизонтальні - зварювання ведеться під кутом від 0 до 60 ° вимагають підвищеної
Вертикальні-зварювання ведеться під кутом від 60 до 120 ° кваліфікації зварювальника;
Стельові - зварювання ведеться під кутом від 120 до 180 ° - найбільш трудомісткі, небезпечні, зварювальники проходять спеціальне навчання.

За протяжністю:

Суцільні – найпоширеніші;
Уривчасті – негерметичність конструкції.

Види зварних з'єднань та швів за взаємним розташуванням:

Розташовані по прямій лінії;
Розташовані по кривій лінії;
Розташовані по колу.

У напрямку діючого зусилля та вектора дії зовнішніх сил:

флангові – вздовж осі зварного з'єднання;
лобові – поперек осі зварної сполуки;
комбіновані – поєднання флангових та лобових;
косі - під деяким кутом до осі зварного з'єднання.

Види зварних швів за формою виробів, що зварюються:

на плоских поверхнях;
на сферичні.

Види швів залежать також від товщини робочого матеріалу та від довжини самого стику:

короткі - не > 25 см, при цьому зварювання проводиться способом "за один прохід";
середні – завдовжки< 100 см – используется обратно-ступенчатый способ сварки, при этом строчка разбивается на малые отрезки длиной в 100-300 мм;

Всі протяжні шви обробляються зворотно-ступінчастим способом від центру до країв.

Обробка кромок під зварювання

Для створення міцного та якісного зварного шва кромки виробів, що з'єднуються, проходять необхідну підготовку і їм надається певна форма (V, X, U, I, K, J, Y – образна). Щоб уникнути пропалу, підготовку кромок можна виконувати при товщині металу не менше 3 мм.

Порядок підготовки кромок:

Очищення країв металу від іржі та забруднень;
Зняття фасок певного розміру – залежно від способу зварювання;
Розмір зазору – залежно від типу зварних з'єднань.

Параметри підготовки кромок:

У таблиці 2 наведено особливості підготовки кромок залежно від товщини металу.

Таблиця 2

№, п/п	Товщина металу, мм	Обробка краю	Кут, α	Зазор b,мм	Притуплення кромок c, мм
1	3-25	Одностороння V-подібна	50	–	–
2	12-60	Двостороння X-подібна	60	–	–
3	20-60	Одностороння, двостороння U-подібна	–	2	1-2
4	>60	I-подібна	–	–	–

Категорії

Вибір редакції