Сварные швы: классификация, типы сварочных соединений

Одним из способов соединения частей материала является сварка. Метод нашел очень широкое применение в разных областях. С помощью этого относительно дешевого и вместе с тем надежного метода получают неразъемные соединения. С учетом разновидностей металлов, у каждого из которых свои особенности сваривания, различий условий проведения работ и требования к соединению, выделяют разнообразные виды сварных швов и соединений.

Зоны сварки

Зона сплавления с частично оплавленными зернами — 0,1–0,4 мм главного металла. Когда металл в этой зоне прогреется, его структура становится игольчатой с высокой хрупкостью и низкой прочностью.

Зона термического делится на четыре участка:

• I — относится к основному металлу, нагревшемуся до температуры превышающей 1100 °C. Структура этого участка крупнозернистая, а зерна в этой области приблизительно в 12 раз больше, чем стандартные. Вследствие перегрева уменьшается, вязкость, пластичность и другие механические свойства металла, и в слабейшем участке сварки часто происходит разрыв.
• II — участком является зона нормализации, в которой главный металл прогревается на 900 °C. Структура зерна тут гораздо мельче, чем в предыдущем случае. Занимает этот участок 1–4 мм.
• III — зона неполной кристаллизации, в которой главный металл прогревается до 750– 900 °C. Здесь попадаются и мелкие, и крупные зерна. Механические свойства снижаются вследствие неравномерности распределения кристаллов.
• IV — зона рекристаллизации. Прогревается до 450– 750 °C и восстанавливается форма зерен, деформированных из-за прошлых механических воздействий. Примерная ширина — 5–7 мм.

Зона главного металла начинается от участка, прогревающегося менее чем на 450 °C. Структура здесь сходна со структурой основного металла, но сталь теряет крепость за счет прогревания. По границе выделяются оксиды и нитриды, ослабляющие связь зерен. Металл в этом месте становится более прочным, однако, получает меньшую пластичность и ударную вязкость.

Классификация сварных соединений и швов

Виды швов в зависимости от признаков делятся на несколько категорий. По внешнему виду выделяются:

• Нормальные.
• Выпуклые.
• Вогнутые.

По типу сварные швы бывают одно- и двусторонними. По числу проходов — одно- и многопроходными. По числу слоев: односторонние и многослойные (при сваривании толстых металлов).

Есть также разновидности по протяженности:

• Односторонние непрерывные.
• Односторонние прерывистые.
• Двусторонние цепные.
• Двусторонние шахматные.
• Точечные швы (создаваемые контактной сваркой).

Типы швов по вектору усилия воздействия:

• Поперечный — усилие перпендикулярно шву.
• Продольный — усилие параллельно шву.
• Косой — усилие под углом.
• Комбинированный — признаки и поперечного и продольного шва.

По пространственному положению:

• полупотолочный;
• горизонтальный;
• нижний;
• вертикальный;
• полугоризонтальный;
• полувертикальный;
• потолочный;
• в лодочку.

По функциям швы делятся на следующие:

• Прочные.
• Прочно-плотные.
• Герметичные.

По ширине:

• Ниточные швы, чья ширина практически не превышает величину диаметра электрода.
• Уширенные швы делаются поперечными колебательными движениями стержня.

Особенные соединения

Стыковое. Самый распространенный вариант, представляющий обыкновенное соединение торцевых поверхностей или листов. Для их формирования требуется минимум времени и металла. Могут выполняться без скоса кромок, если листы тонкие. Для изделий толстых нужно подготавливать металла под сварку, где нужно будет скашивать кромки, чтобы увеличить глубину проварки. Актуально это при толщине от 8 мм. Если толщина будет больше 12 мм, понадобится двустороннее стыковое соединение и скашивание кромок. Чаще эти соединения выполняются в горизонтальном положении.

Тавровое. Тавровые соединения имеют Т-образную форму и бывают одно- или двусторонними. С их помощью могут соединяться изделия разной толщины. Если меньшая деталь устанавливается перпендикулярно, в процессе сварки электрод наклоняется до 60°. Для осуществления более простого варианта сварки «в лодочку» пользуются прихватками. Благодаря этому уменьшается вероятность образования подрезов. Обычно шов накладывается за проход. Сегодня выпускается много аппаратов для автоматической тавровой сварки.

Угловое. У этих соединений (под разными углами) нередко подкашиваются кромки, чтоб шов залег на требуемую глубину. Двусторонняя проварка делает соединение крепче.

Внахлест. Данным способом сваривают листы толщиной менее 1 см. Они кладутся друг на друга внахлест и провариваются с двух сторон. Между ними не должно быть влаги. Для лучшего скрепления соединение иногда варится с торца.

Геометрия шва

S — толщина заготовки.

E — ширина.

B — зазор между заготовками.

H — глубина залегания проваренного участка.

T — толщина.

Q — величина выпуклой части.

P — расчетная высота, соответствующая перпендикулярной линии из места проплавления к гипотенузе наибольшего прямого треугольника, вписанного во внешнюю часть.

A — толщина углового шва, куда входит величина выпуклости и расчетной высоты.

K — катет представляет собой расстояние от поверхности одной заготовки до границы угла другой.

Q — выпуклость наплавленного участка.

Выбор

Виды швов и сварных соединений отличаются по свойствам, и для каждого случая подбираются параметры удачного сочетания. Первым делом оценивается пространственное положение. Чем легче идет работа, тем лучшим получается качество. Легче сделать горизонтальные швы, поэтому заготовки стараются выставить именно горизонтально. Иногда, для обеспечения качества деталь приходится переворачивать неоднократно.

Сваривание за проход помогает добиться лучшей крепости, чем в случае многократных проходов. Так что, требуется баланс между удобством и числом проходов.

Когда заготовки толстые, кромки разделываются, а поверхность обрабатывается для добавления ей чистоту. Стыковые варианты наиболее простые, предпочтительнее выбирать их, так как проще обеспечивается фиксация во избежание искажений геометрии готовых деталей. Кроме выбора типа внимание обращают также на температурный режим, потому что могут сместиться зоны проварки и изделие не доварится или переплавится.