Наклон электрода
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.
Виды сварочных швов
Расположение сварочных заготовок определяет вид соединения.
- Встык. Соединяются торцевые части элементов, которые находятся в одной плоскости. Существует несколько вариантов выполнения операции: со скосом или без, с отбортовкой.
- Внахлест. Чаще всего используется для труб и профильных соединений. Детали располагаются параллельно и одна из них частично погружается в другую.
- Угол. Сварные швы укладываются с двух сторон. Может выполняться без скосов или же только с одним.
- Тавровое. Визуально место стыка напоминает букву «Т». Иногда две заготовки располагаются под острым углом. В любом случае торец одной из них соединяется с боковой частью другой. Сварочный шов укладывается с обеих сторон со скосами или без таковых.
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.
Виды сварок
Качество сварных швов во многом зависит от применяемого оборудования. Основные сварочные виды:
- Ручная дуговая. Этим способом можно скрепить детали из металлов любой толщины.
- Автоматическая. Из оборудования требуются трансформатор, выпрямитель или инвертор.
- В инертном газе. Соединение получается очень прочным. Инертные газы предохраняют металлические детали от окисления. К плюсам относятся отсутствие шлаков и отходов, а также аккуратный внешний вид.
- Газовая. Шов осуществляется под действием температуры горения газа из горелки.
- С помощью паяльника.
Вид сварки выбирают, исходя из требованиям к сварному шву.
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.
Ручная дуговая сварка
Ручная дуговая сварка – это сварка покрытым специальной обмазкой металлическим электродом, к которому подводится сварочный ток для образования и поддержания электрической дуги. Дуга зажигается при кратковременном прикосновении конца электрода к свариваемому изделию.
Схема процесса ручной дуговой сварки:
| 1) Закристаллизовавшийся метал шва. |
| 2) Затвердевший шлак. | |
| 3) Сварочная ванна. | |
| 4) Газовая атмосфера дуги. | |
| 5) Электродный стержень. | |
| 6) Покрытие электрода. | |
| 7) Капли расплавленного электродного метала. | |
| 8) Глубина проплавления. | |
| 9) Свариваемое изделие. | |
| 10) Направление сварки. |
Более подробно рассмотрим все процессы, происходящие в процессе сварки:
- Под действием электрической дуги расплавляется металлический стержень электрода и металл свариваемого изделия. Электродный металл в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну, где смешивается с основным металлом, а расплавленный шлак всплывает на поверхность.
- Шлак, покрывая капли расплавленного электродного металла и поверхность сварочной ванны, препятствует их взаимодействию с воздухом, а также способствует очищению расплавленного металла от примесей.
- При плавлении покрытия электрода вокруг дуги и над сварочной ванной образуется газовая атмосфера, оттесняющая воздух из зоны сварки для предотвращения его взаимодействия с расплавленным металлом.
- Завершающий шаг — металл сварочной ванны кристаллизуется и образуется шов.
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.
Классификация сварных швов
Существуют различные разновидности сварных соединений и швов. Выработанная классификация учитывает технологические особенности швов, их пространственное положение, размеры и иные факторы. В данном пункте подробно рассмотрены все типы сварочных швов и конструкционных соединений.
По расположению свариваемых элементов
В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов различают следующие виды сварных соединений:
| Стыковые соединения (типы швов С1 — С48). При данной способе обработки детали располагаются в одной плоскости. При этом сварку можно осуществлять как на весу, так и на подкладке. Сварной стыковой шов применим для соединения труб и металлических листов. Полученные соединения имеют наименьшую концентрацию напряжений и обеспечивают равнопрочность соединения с основным материалом. |
| Нахлесточные соединения (типы швов Н1 — Н2) производятся при параллельном расположении деталей в пространстве. При этом одна деталь частично налегает на другую. Соединение нахлестом применимо при сварке металлических листов толщиной не более 12 мм. Если при эксплуатации узла возможны нагрузки на излом, то от использования такого метода соединения лучше отказаться. |
| При тавровых соединениях (типы швов Т1 — Т9), выполняемых угловыми швами, торец одной детали располагается перпендикулярно основной поверхности второй детали. Такое соединение широко востребовано при устройстве несущих конструкций, так как оно считается наиболее прочным — способным выдерживать повышенные нагрузки. |
| Угловые соединения (типы швов У1 — У10) выполняются при расположении деталей под углом (чаще под прямым углом) и их последующем сваривании в месте примыкания краев. По технологии выполнения такие соединения бывают односторонние и двусторонние, а применяемые в их основе сварные швы — угловые. Угловые соединения чаще применимы при соединении частей различных емкостей и резервуаров. |
| При торцевых соединениях заготовки параллельно располагаются одна на одной и воедино сваривают на торцах. Таким способом можно соединить детали любой толщины с минимальной деформацией. |
| Проплавные швы — это особая разновидность, которая используется в тавровых, нахлесточных соединениях и ограничивается деталями толщиной до 10 мм. Такие швы изготавливаются путем полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листа заготовки. Разновидностью проплавных швов являются пробочные проплавные швы. Они образуются в результате проплавления верхнего более тонкого листа. Такие электрозаклепки можно ставить как без отверстия в привариваемом листе, так и по отверстию. |
Сварочные швы по протяженности
По протяженности швы бывают сплошными и прерывистыми:
| 1) Непрерывный односторонний шов. | |
| 2) Прерывистый односторонний шов. | |
| 3) Непрерывные двусторонние швы. | |
| 4) Цепные двусторонние швы. | |
| 5) Шахматные двусторонние швы. |
Прерывистые швы подходят для ненагруженных (и/или негерметичных) соединений и могут быть расположены в виде цепочки или в шахматном порядке. Длина соединенных участков (l) обычно составляет 50 — 150 мм. Промежуток между швами (t), называющийся шагом обычно делают в 1,5 — 2,5 раза больше длины зоны сваривания l.
Сварные швы по количеству слоев
По количеству слоев сварка бывает однослойной и многослойной, а по числу проходов — однопроходной и многопроходной. Многослойный шов целесообразно применять при обработке толстого металла. Также используя метод нескольких слоем на более тонких заготовках можно добиться уменьшения зоны термического влияния.
Структура и терминология многослойного сварного шва:
| Слой сварного шва — металл шва, состоящий из одного, двух или нескольких валиков, которые размещены на одном уровне поперечного сечения шва. | |
| Проход — однократное перемещение источника тепла в одном направлении при сварке или наплавке. | |
| Валик — часть металла сварного шва, которая была наплавлена за один проход. |
Выполняя многопроходный шов, следует учитывать, что каждый новый слой следует накладывать быстро, пока не остыл предыдущий (нужно учитывать и время, затрачиваемое на удаление шлака).
К положительному эффекту от многопроходной технологии можно отнести тот факт, что при наложении последующего шва, в предыдущем происходит отжиг. Отжиг — это вид термической обработки, заключающийся в нагреве до определенной температуры, выдержке в течение определенного времени при этой температуре и последующем, обычно медленном, охлаждении до комнатной температуры.
Швы по положению в пространстве
По положению в пространстве швы подразделяют:
| а) Нижние. Такое положение заготовок является самым удобным для сварщика. | |
| б) Горизонтальные. Такое расположение линии шва, как и во всех остальных случаях, приводит к стеканию металла в процессе работы. Бороться с этим можно, увеличив скорость передвижения электрода, или регулярно прерывая дугу, давая возможность остыть металлу. | |
| в) Вертикальные. В данном случае также существует проблема стекания расплавленного металла (капель). И если сварка осуществляется по направлению сверху вниз, то эти капельки начнут быстро застывать, образуя своеобразную преграду. Поэтому вести сварку при вертикальном способе следует снизу вверх. | |
| г) Потолочные (верхние). Такие швы требуют от сварщика определенной сноровки, так как в процессе работы ему придется принимать неестественную позу. Сварка потолочного соединения производится в режиме короткой дуги электродами не толще 4 мм. Ширина шва должна быть меньше, чем толщина электрода.Сваривание должно выполняться по направлению «на себя». |
Сварные швы по внешнему виду
По внешнему виду наружной поверхности сварные швы разделяют на выпуклые (усиленные), нормальные и вогнутые.
Форма сварных стыковых швов:
| а) Выпуклый сварной шов | |
| б) Нормальный шов | |
| в) Вогнутый шов |
Обычно при ручной сварке применяют выпуклые (усиленные) швы, которые лучше работают при статических (постоянных) нагрузках. Однако выбирая более надежное соединение, стоит понимать, что они неэкономичны в плане расхода электродов и энергии.
Если сварное изделие при эксплуатации предполагается наличие динамических нагрузок, то при соединении заготовок лучше использовать нормальный (плоский) или вогнутый шов. Преимущество такого подхода заключается в отсутствии большого перепада между поверхностями свариваемых изделий и швом.
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.
Перемещение электрода и сила тока
Большое влияние на качество сварного шва оказывают два значимых фактора – сила тока и скорость перемещения электрода. Подача большого тока позволяет прогреть металл на большую глубину. В свою очередь, это дает возможность сварщику быстрее перемещать электрод, сохранив хорошее качество выполнения работы. Именно оптимальное соотношение силы тока и скорости подачи расходника обеспечивает качественное сварное соединение.
Таблица соответствия тока, электрода, толщины металла
| Сила тока, А | Диаметр электрода, мм | Толщина металла, мм |
| 35-50 | 1,6 | 1-2 |
| 45-80 | 2 | 2-3 |
| 65-100 | 2,5 | 3-4 |
| 85-150 | 3 | 4-5 |
| 125-200 | 4 | 5-6 |
Выбирая скорость для перемещения дуги, следует учитывать ее мощность. Чрезмерно быстрая подача при сравнительно небольшой мощности электрической дуги не позволяет достаточно хорошо прогреть металл на всю глубину. Получается, что шов просто «ляжет» на поверхность стыка, едва прихватив кромки. И, наоборот, при медленном перемещении в сочетании с достаточно мощным электрическим разрядом высока вероятность перегрева и деформации металла по линии сваривания. Если заготовки имеют тонкие стенки, то они могут прогореть насквозь.
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.
Сварное соединение, форма шва и изображение на чертеже
Разобравшись с процессом ручной дуговой сварки, в процессе которого образуется шов, перейдем к рассмотрению основных зон сварного шва и его формам.
Сварное соединение включает четыре зоны металла:
| 1) Зона сварного шва — это сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами. | |
| 2) В зоне сплавления, где нагрев ниже температуры плавления, находятся частично оплавленные зерна металла на границе основного металла и металла шва. Зерна металла здесь разъединяются жидкими прослойками, связанными с жидким металлом сварочной ванны. | |
| 3) Зона термического влияния — это участок основного металла, не подвергшийся расплавлению. Структура и свойства данной зоны меняются в результате нагрева при сварке. | |
| 4) Часть основного металла, прилегающая к зоне термического влияния. |
Различают лицевую и обратную стороны шва. За лицевую сторону в одностороннем шве принимается та, с которой производится сварка. В двухстороннем шве с несимметричным скосом — сторона, с которой производится сварка основного шва. В двухстороннем шве с симметричным скосом — любая сторона.
Стороны сварного шва
По форме наружной поверхности сварные швы бывают:
| 1 — 2 — 3 — выпуклый шов. При его остывании усадка (обозначено пунктиром) проходит спокойно. Пунктирная линия шва короче первоначальной, поэтому растягивающее напряжение в сварном шве не возникает. | |
| 1 — 4 — 3 — вогнутый шов. Усадка шва протекает с удлинением кривой контура, поэтому может возникнуть местный разрыв и трещина. |
Основные геометрические параметры стыкового шва по ГОСТ 2601 – 84:
| S — толщина свариваемого металла. |
|
| e — ширина сварного шва. | |
| g — выпуклость стыкового шва — наибольшая высота (глубина) между поверхностью сварного шва и уровнем расположения поверхности сваренных деталей. | |
| h — глубина провара (глубина проплавления) — наибольшая глубина расплавления основного металла. | |
| t — толщина шва (g + h). | |
| b — зазор. |
Основные геометрические параметры углового шва по ГОСТ 2601 – 84:
| K — катет углового шва — кратчайшее расстояние от поверхности одной из свариваемых деталей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой детали. | |
| g — выпуклость шва. | |
| Hp — расчетная высота углового шва — длина перпендикулярной линии, проведенной из точки наибольшего проплавления в месте сопряжения свариваемых частей к гипотенузе наибольшего прямоугольного треугольника, вписанного во внешнюю часть углового шва. | |
| a — толщина углового шва (g + p). |
Видимые сварные швы на чертеже изображаются основной линией, а невидимые — штриховой:
Обозначение шва на чертеже
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.
Устранение и предотвращение сварочного дефекта
Устраняя сварочный дефект в виде несплавления, очищают корень в месте изъяна и проводят сварку ещё раз. Во время установок важных конструкций дефектный участок срубают или вырезают, а затем сваривают заново.
Следующие методы помогут предотвратить появление непровара в сварных швах:
Разделка кромок
Метод, когда заранее разделывают кромки под определённым углом. При этом оставляют свободный контакт электрода к корню шва и притупление. В нужном месте очищают грязь, окисел, ржавчину и обезжиривают поверхность. Подготовленные детали ровно помещают в одной плоскости, оставляя между кромками зазор.
Более подробно про подготовку металла под сварку вы можете прочитать тут.
Тепловая подача
Способ, когда скорость проведения сварки устанавливают так, чтобы металл кромок успевал плавиться, поскольку во время быстрого перемещения электрода теплоты хватит лишь для шовного образования. Сваривая неоднократно детали, удаляют шлак после всех проходов, так как он помешает плавлению предшествующего шва.
Поочерёдное следование режимам сварки
Установка среднего или высокого значения тока, которая будет соответствовать толщине и металлу подготовленных деталей. Для избегания непроваров на концах шва и при замене электрода у инверторов регулируют функцию повышения напряжения на недолгое время. Для предотвращения несплавления на старом сварочном устройстве без регулирования параметров дуги выбирают время для того, чтобы выявить минимальные колебания сетевого напряжения.
Правильное положение электрода
При сваривании дугу проводят по оси стыка для одинакового прогревания обеих кромок. Не соблюдая этого, кромка не сплавится со швом. Под углом 5-20 градусов электрод перемещают вперёд. При сварке угловых швов «лодочкой» электрод держат на одинаковом расстоянии от поверхности деталей. Когда заготовки соединяют в несимметричную «лодочку», электрод располагают под углом 30 градусов к одной из плоскостей деталей.
Сваривают детали на высоком токе, имеющим прямую или обратную полярность. Во время сварки током с обратной полярностью используют короткую дугу, из-за чего могут появиться подрезы. А из-за большого диаметра электрода частицы шлака могут попасть в кромочный промежуток.
Тугоплавкие оксиды
Это компоненты, образующиеся при нагреве сплавов и легированной стали. Если неправильно сварить элементы ,то шлак остается внутри шва, образуя дефекты в виде непроваров. Чтобы предотвратить это, нужен кислород для образования оксидов. Пользуясь плавящимся электродом, стоит подобрать устройство с покрытием, которое будет соответствовать виду металла.
Теперь преодоление местного непровара не должно пугать начинающих сварщиков. Главное — не создать причин, способствующих его образованию. В случае, если его избежать не удалось, можно устранить дефект, но лучше попытаться предотвратить возникновение несплавления.
