Что определяет свойства сварного соединения

Окислы на сварном шве

Металл шва окисляется в основном кислородом, содержащимся в газах и шлаках сварочной ванны. Кроме того, окисление может происходить при наличии оксидов (окалины, ржавчины) на кромках деталей и поверхности электродной проволоки. В процессе нагрева имеющаяся в ржавчине влага испаряется, а содержащийся в ней кислород окисляет металл. Окалина при плавлении превращается в оксид железа с выделением свободного кислорода. При плохой защите сварочной ванны окисление вызывается кислородом воздуха.

Железо образует с кислородом три соединения (оксида): FeO (содержит 22,27% 0₂); Fe30₄ (27,64% 0₂); Fe₂03 (30,06% 0₂). Наличие этих соединений в металле снижает его прочностные и пластические свойства.

При высокой температуре сварочной дуги за счет атомарного кислорода в результате реакции Fe + О = FeO образуется низший оксид, который при понижении температуры может переходить в высшие оксиды Fe₃₄ и Fe₂₃.

Наиболее опасным для шва является оксид FeO, способный растворяться в жидком металле. После остывания шва из-за невысокой температуры затвердевания FeO (1370 °С) остается в нем в виде пленок, окаймляющих зерна, что сильно снижает пластические свойства шва. Чем больше кислорода в шве находится в виде FeO, тем хуже его механические свойства. Высшие оксиды Fe₃₄ и Fe₂₃ не растворяются в жидком металле, и, если не всплывают на поверхность сварочной ванны, то остаются в металле шва в виде шлаковых включений.

Железо может окисляться также кислородом газов СО, С0₂ и паров воды Н₂0:

Кроме железа, окисляются и другие элементы, находящиеся в стали, например углерод, марганец, кремний. При переходе капли металла через дугу окисление элементов происходит в результате соединения их с атомарным кислородом:

В сварочной ванне элементы окисляются при взаимодействии с FeO:

В результате окисления содержание этих элементов в металле уменьшается. Кроме того, образующиеся оксиды могут оставаться в шве в виде газовых пор и шлаковых включений, что значительно снижает механические свойства сварных соединений.

СЛАЙД 25 Рассмотрим влияние «вредных» примесей на качество сварных соединений, к которым относятся сера, фосфор, кислород, азот, водород, а в некоторых случаях и углерод.

Сера всегда является вредной примесью при сварке металлов, так как она образует относительно легкоплавкие эвтектики Ме-МеS,что создает возможность образования «горячих» или кристаллизационных трещин в металле шва. Ее содержание в металле и в сварочных материалах всегда следует жестко лимитировать.

Снижение вредного влияния серы достигается ее переводом из сульфидов железа в сульфиды с более высокой температурой плавления (MnS; T_пл=1883 К; CaS; Т_пл=2273 К), с тем чтобы она не могла участвовать в процессе кристаллизации, образуя неметаллические включения, еще в жидком металле сварочной ванны (Т_пл=1800 К).

Это достигается при введении в сварочную ванну достаточного количества марганца. Кальций вводят в металл ванны в виде силикокальция через электродные покрытия или порошковую проволоку.

Общее снижение содержания серы в металле при сварке возможно при сильно основных шлаках. Бескислородные фторидные флюсы также способствуют удалению серы из металла в результате образования летучих фторидов металла (FeF₂, FeF₃) и твердых сульфидов:

Сера хорошо удаляется при электрошлаковой сварке и переплаве металлов.

СЛАЙД 26 Фосфор является вредной примесью в металлах, снижающей их пластичность. Так, при кристаллизации стали фосфор образует ряд соединений с железом (Fe₃P, Fe₂P, FeP и FeP₂), отличающихся своей хрупкостью, кристаллы которых могут стать зародышами холодных трещин. Содержание фосфора в металле шва при дуговой сварке понизить практически не удаётся, так как он удаляется в окислительных шлаках, а сварочные шлаки – восстановительные. Концентрация фосфора в шве значительно снижается при электрошлаковой сварке.

СЛАЙД 27 Кислород вредная примесь в металле при сварке, снижающая пластические свойства металла, поэтому при всех видах сварки предусматривается процесс раскисления металла шва до допустимой нормы. Однако при сварке конструкционных сталей следует сохранять некоторую окисленность металла для уменьшения растворимости водорода.

СЛАЙД 28 Азот поглощается металлом сварочной ванны из атмосферы дугового промежутка, в котором он находится, в основном, в атомарном и частично в ионизированном состояниях. Растворимость азота в жидком металле выше, чем в твердом, и в процессе кристаллизации металла шва он может выделяться в газообразном состоянии, образуя поры.

При кристаллизации металла сварочной ванны азот образует почти со всеми металлами соединения – нитриды различной степени устойчивости. Нитриды железа Fe₄N, Fe₂N образуют очень хрупкие игольчатые кристаллы, разрушение которых приводит к зарождению холодных трещин (замедленное разрушение). Из промышленных металлов только медь не дает устойчивых нитридов и поэтому ее можно сваривать в атмосфере азота.

Однако азот не всегда представляет собой вредную примесь и в некоторых сталях аустенитного класса содержание его доводят до 0,3 – 0,4 %.

СЛАЙД 29 Водород является вредной примесью, которая вызывает «водородную хрупкость». Источники водорода при сварке металлов:

водород, поглощенный металлом из атмосферы дугового заряда;

водород, растворенный в основном металле.

Водород, поглощенный из атмосферы дугового заряда, в котором он находится в атомарном и ионизированном состояниях, при кристаллизации резко понижает свою растворимость, и выделяясь из металла, вызывает возникновение пор и трещин.

Водород, содержащийся в основном металле, может находиться в состоянии твердого раствора внедрения – диффузионно-подвижный водород, а также находиться в связанном состоянии – гидридный водород. Водород в молекулярном состоянии находится в микронесплошностях металла.

Диффузионно-подвижный водород может перемещаться в металле в результате концентрационной или термической диффузии, создающейся вследствие градиента температур.

В результате образования сварного соединения в условиях высоких градиентов температур возникает неравномерная концентрация водорода, которая может быть устранена последующей термической обработкой.

Для металлов, не образующих гидридов, максимальная концентрация водорода наблюдается вблизи линии сплавления, а для гидридообразующих – в зоне термического влияния. Таким образом, при средней относительно небольшой концентрации водорода в металле в сварном соединении возникают опасные зоны повышенной хрупкости.

СЛАЙД 30 Способами снижения содержания водорода в зоне сварки являются частичное окисление атмосферы в сварочной зоне (сварка в СО₂, использование электродов с руднокислыми покрытиями), снижение парциального давления водорода и создание условий для уменьшения растворимости водорода в жидком металле сварочной ванны (введение во флюсы и покрытия CaF₂, фторидов и хлоридов) в целях связывания водорода в прочные соединения, не растворяющиеся в жидком металле (HF, HCl).

Необходимо проводить тщательную подготовку кромок под сварку, удаляя частично гидратированные оксидные пленки на металле, уменьшать содержание водяных паров в атмосфере дуги путем высушивания защитных газов, прокаливать электродные покрытия и сварочные флюсы перед сваркой.

СЛАЙД 31 Содержание углерода стараются сохранить при сварке низколегированных сталей до 0,25 %. Но углерод представляет собой вредную примесь при сварке специальных сталей и жаропрочных сплавов. Содержание углерода в них должно быть не более 0,03…0,06 %.

В результате взаимодействия с углеродсодержащими веществами в сварочных материалах (СаСО₃ и т.д.) содержание углерода при сварке может подняться выше допустимых пределов.

СЛАЙД 32 Содержание вредных примесей в металле сварного шва регулируется составом металла электродов и проволоки, составом шлака и покрытия электродов, а также защитой зоны сварки от взаимодействия с окружающей средой.

Все физические характеристики, для определения свойства соединения сварочных швов, определяются как комплексные механические свойства сварного соединения. Все эти параметры зависят от расчётного соотношения механических свойств металлической поверхности шва, а также обрабатываемой зоны металла и термических характеристик структуры металлического изделия. Если мы будем исходить из принципа понятия свойства металла сварного соединения, то швы и прочие соединения должны быть максимально приближены к структуре металла. Сварное соединение может считаться доброкачественным, только в том случае, если есть обеспечение величины прочности по параметрам предельности, а также по пределам текучести не меньше тех заданных свойств, которые характерны для достаточного запаса пластичности.

Факторы, влияющие на характеристики прочности сварного соединения

Существует ряд технических особенностей, а также физических параметров, которые так или иначе завязаны на равнопрочности сварного соединения.

Именно этот регламент указывает на физические и технические параметры свойств металла, а также на их подгруппы. Этот момент необходимо учитывать для того, чтобы была возможность определить фактические свойства металла при переходе от легированного типа к нелегированному металлу, а также в обратном направлении.

что основные моменты на определение механических свойств сварных соединений зафиксированы в действующем регламентом положении ГОСТ 9467-60.»

Точно также сварные соединения методы определения механических свойств характерны для операций с использованием флюса и прочих технологий — ручная, дуговая, электродуговая автоматическая, полуавтоматическая.

Механические параметры испытаний

Единым регламентом, определяющий правила свойства сварного шва при однородном растяжении является ГОСТ 6996, в котором отмечены следующие факторы определения свойств:

В некоторых случаях методы исследования свойств сварных соединений определяются дополнительными способами, но при этом общая рекомендация заключается в использовании только проверенных методов по ГОСТ.

Обзор методов для определения свойств сварных швов

Самыми простейшими и доступными методами проверки качества, являются определение допуска чешуйчатости сварного шва по параметру временного сопротивления, данным фактической текучести изделия, относительным характеристикам удлинения, свойствам поперечного сужения. В качестве образцов используют цилиндрические формы металлов, применяемые для статического растяжения в соответствии с 4, 2 видом испытаний.

Самой простейшей и распространённой формой определения задачи, какие свойства определяют при испытании сварных соединений, является временное сопротивление. В качестве опытных образцов можно взять детали, частички металла, которые расположены в шовной или околошовной частях. Таким образом, можно определить однородность структуры металла. Но, для маленьких образцов лучше всего использовать другие методы, так как порою сложно понять, дальнейшие конструкционные свойства изделия. Временное сопротивление лучше всего использовать для больших и объёмных образцов.

Предел текучести может быть не определён для некоторых материалов, так явная неоднородность изделий и сварных швов, может преподнести искажённые данные. Текучесть, для того, чтобы решить вопрос, чем определяются свойства сварного соединения, используют только для однородной структуры металлического образца. Перед тем, как определение проходит фактическую стадию, рекомендуется подробно ознакомиться с положениями регламента.

В качестве экономии расхода затрат на операцию как влияют окислы в сварном шве на свойства сварного соединения, лучшей методикой признано определение твёрдости. Распределение окислов происходит корреляционным методом, который эффектов указывает зональность параметров твёрдого состояния сварного соединения.

Метод определения твёрдости также позволяет узнать дополнительные сведения о твёрдости всего состояния металла.»

Для оценки пластичности шва, используют метод статичности, точнее определение состояния на изгиб или загиб. В данном случае осуществляется изгиб, где до первого сопряжения появляется трещина, по которой можно определить технические характеристики шва и состояния металла в целом. Если трещина имеет показатели, не превышающие 20% общих фактических параметров состояния зоны, но не более 5 мм на любой площади, то такая пластичность не является критичной для металла по сварному шву. Все испытания осуществляются ровно до того состояния, который регулирует угол изгиба. То есть, изгиб или загиб осуществляются в любом случае до появления первой трещины и анализ НТД показывает общие параметры пластичности металлической конструкции.

Общие сведения по сварным соединениям

Как известно каждая группа металлов имеет свои параметры, которые отличаются по физическим, механическим и химическим данным. Для определения естественных критериев свариваемости, ориентируются на следующие показатели:

Это основные показатели, которые используют специалисты при расчётах.

Классификация стали по свариваемости

Марка стали — конструкционная

Ст. 1; Ст.2; Ст. З; Ст.4; 0,8; сталь І0, 15, 20, 25;12кп, 15кп, 16кл, 20кп15Г; 20Г; 15Х; 15ХА; 20Х; 15ХМ; 14ХГ. С, 10ХСМД; 10ХГСМД;15ХСМД2. Удовлетворительная.Сг5; сталь 30, 35(2ХМ2; 12ХНЗА; [4Х2МП; 10Г2МП; 20ХНЗА; 20ХЙ; 20ХГСА; 25ХГСА; 30Х; 30 М3. Ограниченная группаСтб; сталь40, 45, 5035Г; 40Г; 45Г; 40Г2; 35Х; 40Х; 45Х; 40ХН;40; 40ХМФА; 30ХГС; 30ХГС; 30ХГСМ; 35ХМ; 20Х2Н4А; 4ХС; 12Х2Н4МА4. ПлохаяСталь 65, 70, 75, 80, 85, У7, У8, У9, У10, У11, У1250Г; 50Г2; 50Х; 50ХН; 45ХНЗМФА; бХс; 7X3; 9ХС; 8X3; 5ХНТ; 5ХНВ

В табличной части указана «хорошая» группа стали, при этом содержание углерода должно быть меньше, чем 0,25%. Такие стали прекрасно свариваются без образования закалочной группы металла, как это принято для других подгрупп. Отсутствуют трещины, которые характерны для других подгрупп в широком диапазоне измерения.»

Источник

Сварные швы: классификация, типы сварочных соединений, основные геометрические параметры шва

Сварочные швы – зоны сварных соединений, которые образованы первоначально расплавленным, а затем кристаллизованным при остывании металлом.

Параметры сварочных швов

Срок службы всей сварочной конструкции зависит от качества сварочных швов. Качество сварки характеризуется следующими геометрическими параметрами сварного шва:

Какие бывают сварочные швы и соединения, классификация

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

№ п/п	Сварные соединения и швы	Особенности расположения	Основное применение	Примечание
1	Стыковые	Соединяемые детали, элементы находятся в одной плоскости.	Сварка конструкций из листового металла, резервуаров и трубопроводов.	Экономия расходных материалов и времени на сварку, прочность соединения. Тщательная подготовка металла и выбор электродов.
2	Угловые	Соединяемые детали, элементы расположены под любым углом относительно друг друга.	Сварка емкостей, резервуаров.	Максимальная толщина металла 3 мм.
3	Нахлесточные	Параллельное расположение деталей.	Сварка конструкций из листового металла до 12 мм.	Большой расход материала без тщательной обработки.
4	Тавровые (буквой Т)	Торец одного элемента и боковая часть другого находятся под углом	Сварка несущих конструкций.	Тщательная обработка вертикального листа.
5	Торцовые	Боковые поверхности деталей примыкают друг к другу	Сварка сосудов без давления	Экономия материала и простота исполнения

По способу выполнения:

По степени выпуклости:

На выпуклость шва влияют используемые сварочные материалы, режимы и скорость сварки, ширина разделки кромок.

По положению в пространстве:

По протяженности:

Виды сварных соединений и швов по взаимному расположению:

По направлению действующего усилию и вектору действия внешних сил:

Виды сварных швов по форме свариваемых изделий:

Виды швов зависят также от толщины рабочего материала и от длины самого стыка:

Рекомендуем! Как заварить глушитель холодной или электросваркой

Виды сварных соединений и швов: описание, технологические особенности, требования и ГОСТ :

Для того чтобы научиться качественно варить, недостаточно освоить только удержание электрической дуги. Помимо этого, нужно разбираться в том, какие бывают виды сварных соединений и швов.

Начинающие сварщики нередко допускают грубейшие ошибки, например, не проваривают металл. А бывает, что готовые детали имеют слабое сопротивление на излом. В чем причина? В первую очередь в неверном выборе вида соединения, ошибках в технике.

Сегодня предлагаем поговорить о различных видах сварки, видах сварных соединений, а также о дефектах!

Сварной шов: определение

Для начала определимся с определением сварного (сварочного) шва. Так принято называть закристаллизовавшийся металл, который в момент сварки находился в расплавленном состоянии.

В структуру сварочного шва входят:

Сварное соединение: что это?

Сварным соединением обычно называют ограниченный участок конструкции, который содержит один или более сварных швов. Именно по внешнему виду соединения специалист может определить квалификацию сварщика, понять, какой способ сварки применялся. Сварное соединение рассказывает и о технологическом предназначении конструкции.

Сварные швы: классификация

Опытные сварщики говорят: в основу классификации типов швов могут быть приняты самые разные факторы, например конструктивные и прочностные, геометрические и технологические. Если рассматривать швы с точки зрения месторасположения, их можно разделить на нижние, наклонные, горизонтальные и вертикальные.

Нижний шов можно назвать не только самым простым, но и самым прочным. Дело в том, что сила тяжести металла позволяет лучше заполнить зазоры между соединяемыми поверхностями. К тому же этот тип является самым экономичным. Существуют определенные условия, так, к примеру, горелка или электрод обязательно должны быть направлены сверху вниз.

Горизонтальный шов обычно формируется тогда, когда поверхности расположены перпендикулярно плоскости электрода. Расход флюсов и электродов при этом типе существенно увеличивается. При медленном ведении шва возможны потеки, а при быстром — непроваренные места.

Значительно сложнее сделать качественный вертикальный шов. Здесь возрастают потери металла, увеличивается неравномерность (на финальном этапе сварки шов получается более толстым). Этот способ требует определенной классификации сварщика. Применяется он обычно для сварки труб или при скреплении больших конструкций.

Самой сложной сварщики считают потолочную сварку. Как ее производят? Наносят шов прерывистой дугой. Сила тока при этом небольшая. Такой тип обычно используется при сварке труб, которые нельзя провернуть.

Сварные соединения: типы и виды

Предлагаем поговорить о том, какие виды сварных соединений по видам примыкания поверхностей бывают. В зависимости от таких факторов, как толщина металла, геометрическая форма деталей, требуемой герметичности соединения можно разделить сварные соединения на:

Все виды сварных соединений имеют свое предназначение, которое подходит под определенные потребности готовых элементов. Предлагаем рассмотреть эти виды подробнее!

Самый распространенный вид сварного соединения – стык. Его применяют, когда сваривают торцы труб, листы стали или какие-либо геометрические фигуры.

Детали, которые присоединяют встык, отличаются по толщине изделия, по стороне накладывания шва. Можно выделить несколько подвидов соединений:

Важно отметить, что при этом виде сварного соединения большую роль играет толщина свариваемых поверхностей.

Если она не более 4 миллиметров, то применяется односторонний шов, а вот если толщина превышает 8 миллиметров, шов необходимо накладывать с двух сторон.

Если же толщина изделия превышает 5 мм, однако шов нужно накладывать только с одной стороны, получив при этом высокую прочность, следует разделить кромки. Осуществлять его нужно с помощью напильника или болгарки, хватит и 45-градусного скоса.

Угловое соединение

Существует несколько вариантов углового соединения:

С помощью такого соединения можно скрепить между собой два элемента под любым углом. При этом первый шов будет внутренним, а второй – наружным. Этот тип идеально подходит для сваривания различных навесов и козырьков, кузовов грузовых автомобилей и каркасов беседок.

Если нужно соединить две пластины с разной толщиной, этот вид сварного соединения по ГОСТу необходимо выполнять следующим образом: более толстую пластину следует расположить внизу, а тонкую – поставить на нее ребром. Электрод или горелка при этом должны быть направлены на толстую часть – так на детали не будет прожогов или подрезов.

Соединение внахлест

Две пластины можно сваривать не только встык, но и внахлест – слегка натянув одну на поверхность второй. Такой вид сварного соединения специалисты рекомендуют применять там, где требуется большая сопротивляемость на разрыв. Шов необходимо класть с каждой стороны – это позволит не только увеличить прочность, но и предотвратит накопление влаги внутри готового изделия.

Тавровое соединение

Этот тип аналогичен угловому соединению, однако есть и отличия – пластина, приставляемая ребром, должна выставляться не с краю нижнего основания, а на небольшом расстоянии.

Классификация по технологии и форме шва

Сварщики различают виды сварных соединений по типу сварных швов. Шов может быть:

Сварщик, знакомый с основными видами соединений и их принципиальными отличиями, может грамотно подобрать вид шва, способный удовлетворить основные требования по прочности и герметичности.

Дефекты сварных соединений: виды, описание, причины

Сварные соединения могут иметь различные эффекты, которые влияют на прочность и герметичность. Принято разделять все виды дефектов на три категории:

Поговорим подробнее о каждом виде дефектов.

Трещины

Этот вид дефектов считается самым опасным, он может привести к быстрому разрушению сваренных конструкций. Различают трещины по их размерам (бывают макро- и микротрещины), по времени появления (в процессе сваривания деталей или после). Причина появления трещин – несоблюдение технологии сварки, неверный выбор материалов для сварки, слишком быстрое охлаждение конструкции.

Исправить трещину можно следующим образом: рассверлить ее начало и конец, удалить шов и заварить ее.

Подрезы

Подрезами называют углубления между швом и металлом. Шов из-за этого дефекта становится слабым. Причина появления подрезов – повышенная величина тока. Образуется подрез обычно на горизонтальных швах. Устранить такой дефект можно наплавкой тонкого шва по линии подреза.

Наплывы

Такой дефект может появиться в случае, когда расплавленный металл натекает на основной, при этом не образуя гомогенного соединения. Причины появления наплывов просты – основной металл не прогрет, сварщик использует излишнее количество присадочного материала. Устранить дефект можно срезанием, обязательно проверив наличие непровара.

Прожоги

Прожоги – это дефекты, которые проявляются в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла. При этом с другой стороны, как правило, появляется натек.

Причина появления прожогов – высокий сварочный ток, медленное перемещение электрода, недостаточная толщина подкладки, слишком большой зазор между кромками свариваемого металла.

Исправить прожог можно: достаточно зачистить и заварить место дефекта.

Непровар

Непроваром называются локальные несплавления наплавленного металла с основным. Можно назвать непроваром и незаполнение сечения шва.

Этот тип дефекта снижает прочность шва, становится он причиной разрушения готовой конструкции. Причина кроется в заниженном сварочном токе, наличии на свариваемых деталях шлака или ржавчины.

Чтобы исправить ошибку, нужно вырезать непровар и заварить детали.

Кратеры

Углубления, называемые кратерами, обычно появляются из-за обрыва сварочной дуги. Если такой дефект появился, необходимо вырезать его до основного металла и тщательно заварить.

Свищи

Так принято называть полости, уменьшающие прочность шва. Именно из-за свищей могут образоваться трещины. Исправит ситуацию вырезка дефекта и заварка.

Пористость

Что такое пористость? Это полости, которые заполнены газами. Причина их появления – интенсивное газообразование внутри металла. Размеры пор могут быть как микроскопическими, так и достигающими нескольких миллиметров.

Чтобы избежать появления пористости, следует очистить металл от загрязнений и посторонних веществ. Необходимо, чтобы электрод не был влажным.

Если ошибка уже допущена, следует вырезать пористую зону до основного металла и заварить, соблюдая технологии.

Перегрев и пережог

Эти дефекты появляются в результате большого сварочного тока или недостаточной скорости сварки. Из-за этого готовое изделие становится очень хрупким. Пережженный метал можно лишь вырезать, а металлы заново заварить.

Контроль сварки

Теперь рассмотрим виды контроля сварных соединений. Существуют следующие методы:

Существует очень важное правило – для достоверного контроля необходимо непременно очистить соединение от шлака, окалины и сварочных брызг!

Классификация сварных швов

Классификация по протяженности

По протяженности швы подразделяют:

Сплошные
Прерывистые	цепные
шахматные

Классификация по отношению к направлению действующих усилий

Продольный(фланговый)	усилие параллельно оси шва
Поперечный(лобовой)	ось шва перпендикулярна направлению действия усилий
Комбинированный	комбинация продольного и поперечного швов
Косой	ось шва располагается под углом к направлению действующих усилий

Классификация по форме наружной поверхности

Выпуклые швы лучше работают в соединениях при статических нагрузках, однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны.

Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного шва.

Классификация по условиям работы сварного узла

В процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяют:

Классификация по ширине

Ниточные швы обычно выполняют при сварке тонкого металла, а уширенные швы — при наплавочных работах.

Классификация по числу проходов (слоев)

По числу проходов (слоев) сварные швы подразделяются:

При сварке каждый слой многослойного стыкового шва, кроме усиления и подварочного шва, отжигается при наложении следующего слоя. В результате такого теплового воздействия улучшается структура и механические свойства металла шва.

Классификация по характеру выполнения

Все типы сварных соединений и виды сварных швов по ГОСТ — классификация

Качество сварного соединения напрямую зависит от типа выбранного шва, электрода и режима работы аппарата. Для этого рекомендуется руководствоваться действующими нормативами, а в частности — ГОСТ 5264-80. В нем подробно описаны характеристики и типы сварных соединений и виды сварных швов. По ГОСТ предъявляются особые требования к выполнению работ.

Стыковые

Наиболее популярный тип соединения, так как он характеризуется минимальным напряжением металла, простотой исполнения и надежностью. В зависимости от толщины свариваемой кромки она может быть обрезана под прямым или косым углом. Также допустимо применение одностороннего скоса.

Нахлесточные

Формирование соединения методом наложения листов друг на друга актуально для толщины металла в пределах от 8-12 мм. При этом в отличие от стыковой сварки нет необходимости обрабатывать поверхность — достаточно ровно обрезать заготовку. Важно правильно рассчитать величину нахлеста.

Перед началом работ листы нужно выровнять, чтобы обеспечить плотный прижим.

Тавровые

Это т-образное соединение, при котором торец одного из листов приваривается к плоскости другого. Для надежности на первом можно сделать одно или двухсторонние скосы. С их помощью увеличивается объем наплавленного металла. Область применения – дуговая сварка металлоконструкций сложной формы.

Конфигурация скосов стандартная, угол зависит от толщины металла.

Угловые

Применяются для соединения двух элементов конструкции под определенным углом. В отличие от таврового соединения наличие зазора недопустимо. Надежность обеспечивается с помощью скосов и большого объема направленного металла.

Подобный способ чаще всего применяется для изготовления резервуаров или аналогичных им по форме конструкции.

Вспомогательные сварные швы

Кроме вышеописанных основных способов соединения стальных элементов в ГОСТ предусмотрены вспомогательные. Они могут применяться для формирования надежного шва с учетом требуемых эксплуатационных качеств изделия.

Выбор того или иного сварного шва зависит от конечного результата – надежности и долговечности соединения.

Детали машин

По конструктивным признакам (по взаимному расположению соединяемых элементов) сварные соединения разделяют на:

На рисунке 1 приведены примеры перечисленных выше типов сварных швов.

В зависимости от типа сварного шва различают сварные соединения:

Сварные швы разделяют на рабочие и связующие. На прочность рассчитывают только рабочие швы, которые непосредственно передают рабочую нагрузку между соединяемыми элементами. Связующие швы испытывают напряжения только от совместной деформации с основным металлом. Они мало нагружены и на прочность их не рассчитывают.

Сварные стыковые соединения

Стыковым соединением называется сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями и размещенных на одной поверхности или в одной плоскости.

Стандартом ГОСТ 5264-80 предусмотрено 32 типа стыковых соединений, условно обозначенных С1, С2, … С28 и т.д., имеющих различную подготовку кромок в зависимости от толщины, расположения свариваемых элементов, технологии сварки и наличия оборудования для обработки кромок.

Стыковые соединения являются наиболее простыми и надежными из всех сварных соединений. Их рекомендуют в конструкциях, подверженных воздействию переменных напряжений. Встык можно сваривать листы, полосы, трубы, швеллеры, уголки и другие фасонные профили.

Если стыковое соединение образуют два металлических листа, то их сближают до соприкосновения по торцам и сваривают.

Выступ стыкового шва над основным металлом является концентратором напряжений. Поэтому в ответственных соединениях его удаляют механическим способом.

При автоматической сварке в зависимости от толщины δ деталей сварку выполняют односторонним (рис. 1, б, в, г) или двусторонним (рис. 1,а) швами. При толщинах δ до 15мм сварку выполняют без специальной подготовки кромок. При большей толщине листов предварительно выполняют специальную подготовку кромок.

При ручной сварке без подготовки кромок сваривают листы толщиной до 8мм. Шов накладывают с одной стороны (при δ ≤ 3 мм) или с двух сторон (3 Читайте также: Пластиковая арматура для фундамента: армирование пластиковой арматурой и ограничения

Характерные виды брака в сварных швах и соединениях

На рисунке 4 представлены наиболее часто встречающиеся виды брака при сварке изделий, которые могут значительно снизить прочность шва и конструкции в целом.

Сравнительная характеристика сварных швов

Из перечисленных сварных соединений наиболее надежными и экономичными являются стыковые соединения, в которых действующие нагрузки и усилия воспринимаются так же, как в целых элементах, не подвергавшихся сварке, т. е. они практически равноценны основному металлу, конечно, при соответствующем качестве сварочных работ.

Однако надо иметь в виду, что обработка кромок стыковых соединений и их подгонка под сварку достаточно сложны, кроме того, применение их бывает ограничено особенностями формы конструкций. Угловые и тавровые соединения также распространены в конструкциях.

Их положительные свойства сказываются при изготовлении объемных конструкций.

Нахлесточные соединения наиболее просты в работе, так как не нуждаются в предварительной разделке кромок, и подготовка их к сварке проще, чем стыковых и угловых соединений.

Вследствие этого, а также из-за конструктивной формы некоторых сооружений они получили распространение для соединения элементов небольшой толщины, но допускаются для элементов толщиной до 60 мм. Недостатком нахлесточных соединений является их неэкономичность, вызванная перерасходом основного и наплавленного металла.

Кроме того, из-за смещения линии действия усилий при переходе с одной детали на другую и возникновения концентрации напряжений снижается несущая способность таких соединений.

Кроме перечисленных сварных соединений и швов при ручной дуговой сварке применяют соединения под острыми и тупыми углами по ГОСТ 11534-75, но они встречаются значительно реже.

Для сварки в защитном газе, сварки алюминия, меди, других цветных металлов и их сплавов применяют сварные соединения и швы, предусмотренные отдельными стандартами.

Например, форма подготовки кромок и швов конструкций трубопроводов предусмотрена ГОСТ 16037-80, в котором определены основные размеры швов для различных видов сварки.

Изображение и обозначение сварных соединений на чертежах

Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Типы сварных соединений и классификация сварных швов

Основные типы сварных соединений. Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений:

Классификация и обозначение сварных швов. Сварной шов — это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми.

Стыковой — это сварной шов стыкового соединения. Угловой — это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений (ГОСТ 2601—84).

Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (ГОСТ 11969—79):

По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными. По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на:

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми. Соединения, образованные выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках.

Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву.

В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.

По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают электрическими шлифмашинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (выглаживание).

Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей, регламентированы ГОСТ 5264—80.

Конструктивные элементы сварных соединений. Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основные конструктивные элемента: зазор, притупление кромок, и угол скоса кромки.

Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки.

X-образная разделка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6—1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки.

При X-образной и V-образной разделке, кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов.

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и т. п.

Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов.

При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0—5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601—84: шириной; выпуклостью; глубиной проплавления (для стыкового шва) и катетом для углового шва; толщиной детали.

Основные элементы сварного шва показаны на рис. 1.

Рис. 1. Основные элементы сварного шва: а — угловой шов; б — стыковой шов

Технологическая прочность сварного шва. Термин «Технологическая прочность» применяется для характеристики прочности конструкции в процессе ее изготовления. В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов. Это один из важных показателей свариваемости стали.

Технологическая прочность оценивается образованием горячих и холодных трещин.

Горячие трещины — это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния. Возникают в твердо-жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации, а так же в твердом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации.

Наличие температурно-временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин. Температурно-временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек, нарушающих металлическую сплошность сварного шва.

Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких, сернистых соединений (сульфидов) FeS с температурой плавления 1189 °C и NiS с температурой плавления 810 °C.

В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла, перерастающего в хрупкие трещины.

Вторая причина образования горячих трещин — высокотемпературные деформации. Они развиваются вследствие затрудненной усадки металла шва, формоизменения свариваемых заготовок, а так же при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработки, структурной и механической концентрации деформации.

Холодные трещины. Холодными считают такие трещины, которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 °C или в течении нескольких последующих суток. Они имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления.

Основные факторы, обуславливающие появление холодных трещин:

Водород легко перемещается в незакаленных структурах. В мартенсите диффузионная способность водорода снижается, он скапливается в микропустотах мартенсита, переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление, способствующее образованию холодных трещин. Кроме того, водород, адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах, вызывает охрупчивание металла.

Свариваемость — свойство металла и сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Сложность понятия о свариваемости материалов объясняется тем, что при оценке свариваемости должна учитываться взаимосвязь сварочных материалов, металлов и конструкции изделия с технологий сварки.

Показателей свариваемости много. Показателем свариваемости легированных сталей, предназначенных например, для изготовления химической аппаратуры, является возможность получить сварочное соединение, обеспечивающее специальные свойства — коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах.

При сварке разнородных металлов показателем свариваемости является возможность образования в соединении межатомных связей. Однородные металлы соединяются сваркой без затруднений, тогда как некоторые пары из разнородных металлов совершенно не образуют в соединении межатомных связей, например, не сваривается медь со свинцом, или титан с углеродистой сталью.

Важным показателем свариваемости металлов является отсутствие в сварных соединениях закаленных участков, трещин и других дефектов, отрицательно влияющих на работу сварного соединения.

Единого показателя свариваемости металлов пока нет.

Источник