Виды сварных швов и соединений, геометрические характеристики сварных швов

24.01.2022 Автор: VT-METALL

Из этого материала вы узнаете

:

• Требования к сварным швам
• Отличия сварных швов от соединений
• Типы сварных соединений
• Основные типы сварных швов
• Контроль качества сварных швов

Различные типы сварных швов используются в определенных условиях для специфического соединения деталей. Пренебрежение к выбору наиболее подходящего варианта влечет за собой неизбежную потерю качества соединения вплоть до его полной отбраковки. Чтобы этого не произошло, нужно понимать отличия между сварными швами.

Не менее важным будет знание о том, чем отличается сварной шов от сварного соединения. В нашей статье мы расскажем об этом, приведем типологию соединений и швов и обозначим требования к качеству, которые обеспечиваются нормативными актами.

Требования к сварным швам

Сварка сегодня признается как самый популярный метод для производства различных металлических конструкций. Ее популярность объясняется в первую очередь надежностью и прочностью итогового соединения. Вполне очевидно, что сварка широко применяется в производстве таких металлических изделий, которые будут нести серьезную нагрузку.

Но стоит отметить, что не все типы сварных швов обладают долговечностью, обещанную стойкость могут гарантировать лишь соединения, при изготовлении которых были соблюдены все требования, указанные в ГОСТе.

Основной документ, который прописывает критерии качества для различных типов и видов сварных швов, – это ГОСТ 23118-99. Некоторые дополнительные требования прописаны в следующих правилах и инструкциях:

• СП 105-34-96 – сводные правила, которые прописывают критерии качества для сварных швов, а также диктуют алгоритм проведения сварочных мероприятий;
• ВСН 006-89, ВБН А.3.1.-36-3-96 – инструкции по технологии проведения сварочных работ;
• ВСН 012-88 – инструкция, в содержании которой последовательно указаны все мероприятия по контролю качества выполненных работ.

VT-metall предлагает услуги:

Вышеперечисленные нормативные документы относятся к различным способам сварки и к различным типам швов сварных соединений.

Отличия сварных швов от соединений

Сварной шов и сварное соединение – понятия разные, но новички в сварке обычно путают эти термины. Шов – это место, где происходит стык заготовок, которые заблаговременно плавятся, а затем охлаждаются. Сварное соединение – это три участка, которые были подвержены воздействию высокой температуры. К последним принято относить:

• Швы, которые появляются в результате плавления основного материала. Также в ходе работы может добавляться присадочный металл.
• Зону сплавления. Территориально она располагается между сварным швом и материалом, из которого выполнены детали. Зона сплавления не подвержена нагреванию до высокой температуры. Здесь важно отметить, что она имеет свойство насыщаться элементами, которые участвуют в процессе присоединения, электродами или флюсом. По этой причине в составе будут присутствовать отличия от основного металла.
• Зону термического воздействия. Это полоса, которая соединяется с зоной сплавления. В месте соединения под воздействием высокой температуры происходит изменение первоначальных свойств.

Основные виды угловых сварных швов

Рисунок 529.2. Основные виды сварных соединений с угловыми швами.

а) Лобовые швы (2) при соединении внахлест;

б) Фланговые швы (3) при соединении внахлест;

в) Лобовые и фланговые швы при соединении в стык с накладками (4);

г) Угловые швы при соединении втавр (впритык) без прирезки и с прирезкой кромок;

д) Плоскость среза (сдвига) флангового шва

2.1. Геометрические характеристики угловых сварных швов

Одной из главных геометрических характеристик углового шва наряду с уже известной нам длиной шва lw, является катет шва kf. Это связано с тем, что в каком бы напряженно-деформированном состоянии ни находился рассматриваемый элемент конструкции, на один из катетов шва всегда будут действовать касательные напряжения. А так как сопротивление сдвигу (срезу) всегда меньше сопротивления растяжению или сжатию, то в таблице 530.2 рассматривается только один вид напряженно-деформированного состояния — условный срез.

В связи с этим определение катета шва при расчете угловых сварных швов приобретает большое значение. На рисунке 529.2.е) показаны возможные геометрические формы угловых швов (вид в разрезе). Как видно из этого рисунка в качестве расчетного значения катета шва принимается наименьшее из возможных значение.

Кроме того, предполагается, что разрушение материала шва может происходить не по одному из катетов, а в сечении, наклоненном к катетам под некоторым углом или по границе сплавления. Поэтому при расчете угловых швов рассматриваются два сечения: по металлу шва (1) и по границе сплавления (2):

Рисунок 529.3. Расчетные сечения угловых швов

Соответственно для определения одного из размеров рассматриваемого сечения используются коэффициенты βf — при расчете по металлу шва и βz — при расчете по границе сплавления. Определить значение этих коэффициентов можно по следующей таблице:

Таблица 529.1 (согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»). Значения коэффициентов βf и βz для угловых швов

Примечание: В СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» и в старых справочниках формулировка последнего пункта (вид сварки) была несколько иной, а именно: «Ручная; полуавтоматическая (механизированная)…» и так далее, что позволяло без проблем определять значения коэффициентов при ручной сварке. Сейчас в формулировке присутствует союз «и», что на мой взгляд не совсем правильно, так как позволяет рассматривать дальнейшие условия, как относящиеся к обеим определениям. Кроме того, в указанных источниках значения коэфициентов для ручной сварки определялись вне зависимости от положения сварного шва. Сейчас же мы видим странное разделение, позволяющее определить только βf при сварке в лодочку или βz при всех остальных положениях шва. На мой взгляд, здесь явная ошибка редактора, тем не менее СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» — это актуализированная редакция теперь уже не действующего СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» и при расчетах следует руководствоваться именно положениями СП. Но все равно приведу соответствующую таблицу из старого СНиПа:

Таблица 529.2. (согласно СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»)

Типы сварных соединений

Сварные соединения имеют некоторые различия, поэтому они классифицируются на следующие виды:

• Стыковые
  . Особенностью соединения является расположение деталей в одной плоскости.
• Угловые
  . Элементы, которые необходимо соединить, располагают под определенным углом. Чаще всего этот угол равен 90°.
• Тавровые
  . При таком соединении торец одного из элементов располагается под углом не более 90°.
• Нахлесточные
  . Элементы располагаются параллельно по отношению друг к другу.
• Торцевые
  . В этом случае два торца свариваются в один целый элемент.

Остановимся немного подробнее на этих типах швов сварных соединений.

Стыковой шов

получил свое распространение в сварке таких конструкций, как трубопроводы, металлические листы и трубы различного назначения. В данном случае свариванию подвергаются поверхности торцов. Перед тем как начать сварку, необходимо выполнить подготовительные действия: подогнать поверхности друг к другу. Чтобы добиться максимальной точности, можно предварительно использовать подварочный шов.

Среди достоинств этого вида следует отметить, что необходимость использования дополнительных материалов является минимальной. Также важно, что все элементы не должны иметь одинаковую толщину.

Важно

: во время сварки электроды нужно направлять к той детали, толщина которой больше. Таким образом, нагрев будет более значительным, а детали с наименьшей толщиной будут защищены от прожогов.

Угловые швы

применяются для соединения составляющих разнообразных емкостей, а также резервуаров. Чтобы угловое соединение имело наиболее высокое качество, детали следует устанавливать «лодочкой».

Тавровый вид

получил свое широкое распространение в сварке несущих конструкций. Отметим, что к тавровой сварке необходимо основательно подготовиться. Основные преимущества таврового вида: высокая прочная и возможность применения в трудных местах – там, где сварку другими способами применить крайне сложно.

Нахлесточный метод

используют для сварки металлических листов. Применение этого способа возможно, если толщина листов не будет превышать 1,2 см и между поверхностями элементов будут отсутствовать зазоры. Преимуществом способа является его простота. Чтобы выполнить работу, сварщику необязательно иметь высокий уровень квалификации.

Также среди достоинств следует отметить, что швы находятся на расстоянии друг от друга, за счет чего значительно повышается прочность соединения.

Торцевые соединения

, как это понятно из названия, служат для соединения торцов. Преимуществом метода является возможность качественной сварки элементов независимо от их толщины. Также здесь следует отметить, что деформация деталей при использовании этого способа является минимальной.

iSopromat.ru

Сварные соединения — наиболее совершенные и прочные среди неразъемных соединений. Они образуются под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в результате сильного местного нагрева до расплавления деталей в зоне их соединения или нагрева деталей до пластического состояния с применением механического усилия.

Основные недостатки сварочных соединений: наличие остаточных напряжений из-за неоднородного нагрева и охлаждения; возможность коробления деталей при сваривании (особенно тонкостенных); возможность существования скрытых дефектов (трещин, шлаковых включений, непроваров), снижающих прочность соединений.

Виды сварки весьма разнообразны. Наиболее широко распространена электрическая сварка. Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную. По виду используемого источника теплоты имеется также газовая сварка. По способу защиты материала в зоне сварки применяют сварку в аргоне, под флюсом, в вакууме и т.д. По степени механизации различают ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку.

В зависимости от расположения свариваемых деталей различают следующие виды соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.

а) Стыковые при различной подготовке кромок

б) Нахлесточные соединения (фланговые, лобовые, комбинированные)

Рисунок 15

а) Тавровые соединения

б) Угловые соединения

Рисунок 16

Стыковые швы на прочность рассчитывают по номинальному сечению соединяемых элементов без учета утолщения швов. Для расчета швов используются те же зависимости, что и для целых элементов.

Напряжения растяжения (сжатия)

Рисунок 17

Допускаемое напряжение в сварных швах отмечают штрихом.

Напряжения от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов

Рисунок 18

Напряжение от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов и растягивающей (или сжимающей) силы

Рисунок 19

Нахлесточные соединения, как правило, выполняют угловыми швами. Угловые швы по расположению относительно нагрузки разделяют на: поперечные или лобовые, расположенные перпендикулярно направлению силы; продольные или фланговые, расположенные параллельно направлению силы; косые, расположенные под углом к направлению силы; комбинированные, представляющие собой сочетание перечисленных швов.

Разрушение угловых швов происходит по наименьшему сечению, совпадающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная толщина шва k∙sin45°=0,7k. Угловой шов испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчитывают на срез.

Рисунок 20

L — общая длина шва.

Допускаемые напряжения зависят от величины допускаемого напряжения основного материала.

В зависимости от способа сварки, качества и марки электродов φ=0,8…1; φ1=0,6…0,8.

F1∙a1-F1∙a2=0

Рисунок 21

Все угловые швы рассчитывают только по касательным напряжениям независимо от их расположения к направлению нагрузки. Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов.

Если соединяемая деталь асимметрична, то расчет прочности производят с учетом нагрузки, воспринимаемой каждым швом. Например, к листу приварен уголок, равнодействующая нагрузка проходит через центр тяжести поперечного сечения уголка и распределяется по швам обратно пропорционально плечам a1 и а2. Соблюдая условие равнопрочности, швы выполняют с различной длиной.

При нагружении соединения с лобовым швом моментом сил в плоскости стыка:

Рисунок 21

Соединения в тавр, нагруженные изгибающим моментом, рассчитывают как консольные, но с учетом особенностей сварки. В случае приварки балки без скоса кромок, сварные швы, как и все угловые, рассчитывают по касательным напряжениям. Расчетный момент сопротивления выражается через параметры опасных сечений сварных швов:

Если балка приварена со скосом кромок, то швы рассчитывают по нормальным напряжениям:

Прессовые соединения с гарантированным натягом > Содержание >

Основные типы сварных швов

Типы сварных швов имеют несколько классификаций:

По положению в пространстве

Здесь принята следующая классификация:

• Нижние сварные швы
  располагаются внизу по отношению к специалисту. В этом случае расплавленный материал не может вытечь из сварочной ванны. При этом подъем шлаков и газов происходит без препятствий. При нижней сварке проведение электрода или пламени происходит вдоль стыка, сварщик выполняет поперечные движения.
• Горизонтальные швы
  производятся в том случае, если сварке подлежат вертикальные элементы. Сварка выполняется по горизонтальной траектории: справа налево и слева направо. Для того чтобы расплавленный металл не стекал, необходимо обеспечить смещение горизонтальной заготовки на уровень 1 мм. На скорость сварки необходимо обратить особенное внимание. Если сварка происходит в медленном темпе, есть риск появления потеков, если в быстром – могут появиться непровары.
• Вертикальные сварные швы
  . Для этого типа характерно соединение элементов сверху вниз и снизу вверх. Чтобы минимизировать потеки, необходимо использовать малый ток и выполнять сварку прерывисто.
• Потолочные сварные швы
  применяются, когда стык находится над головой сварщика. Для удержания расплавленного материала применяется поверхностное натяжение.

По конфигурации

Типы сварных швов по конфигурации классифицируются как прямолинейные, криволинейные и кольцевые. Последние также именуются спиральными. Отметим, что конфигурация швов не имеет взаимосвязи с положением элементов в пространстве.

По степени выпуклости

По степени выпуклости швы бывают:

• Выпуклыми (усиленными)
  . Они часто применяются, чтобы собрать узлы, которые будут нести высокую статическую нагрузку.
• Вогнутыми (ослабленными)
  . Применяются для сварки металла, имеющего минимальную толщину.
• Нормальными (плоскими)
  . Преимуществом нормальных швов является противостояние воздействиям, которые могут нести разрушительную силу.
• Специальными
  . Эти типы сварных швов имеют форму неравнобедренных треугольников. Чаще всего они используются в угловых и тавровых типах соединений.

По протяженности

В этом случае сварные швы классифицируются как сплошные и прерывистые. Последние типы выполняются отрезками, длина которых колеблется от 10 до 30 см. При расчете длины отрезка учитывается общая протяженность сварного соединения.

Сварные швы по протяженности бывают:

• Цепными
  . Они имеют одну или две стороны. Разрывы при таком соединении должны быть расположены равномерно.
• Шахматными
  . В данном случае отрезки с разных сторон сдвигают аналогично шахматному порядку.
• Точечными
  . Эти швы применяются при контактной сварке.

Сварные швы классифицируют и по их длине:

• короткие
  – до 25 см;
• средние
  – от 25 до 100 см;
• длинные
  – длина превышает 1 м.

По количеству проходов

Все типы сварных швов выполняются одним или несколькими проходами. Количество проходов рассчитывается в зависимости от толщины материала и характеристики необходимой прочности. Для любого прохода характерно наплавление одного валика. При одноуровневом расположении происходит образование слоя шва.

Если металл имеет толщину до 5 мм, соединение происходит с использованием одного прохода. Также один проход используется, если создаются угловые соединения, два прохода – для создания стыковых швов.

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

Тут сварные швы классифицируются как:

• продольные (фланговые)
  – усилие делается параллельно стыку;
• поперечные (лобовые)
  – направление вектора происходит под прямым углом;
• комбинированные
  – используются оба вышеперечисленных способа;
• косые
  – усилие имеет острый угол.

По виду сварки

Вид сварки имеет прямую взаимосвязь с использованием сварочного аппарата. Вот основные типы сварных швов по категории сварки:

• ручная;
• автоматическая;
• в среде инертных газов;
• плазменная;
• лазерная;
• газопламенная.

Какие бывают сварочные швы и соединения классификация

Все типы сварных соединений классифицируются по следующим признакам.

По способу выполнения

По способу выполнения технологический процесс производят следующим образом:

• высокотемпературным плавлением;
• посредством давления.

Плавление создаёт условия улучшения атомно-молекулярных связей благодаря высокой температуре, введению дополнительного металла.

Второй способ отличается от предыдущего тем, что вблизи сварной зоны происходит пластическая деформация элементов под сильным давлением. Это способствует повышению качества итогового результата.

Способы выполнения сварки

Сам нагрев осуществляется различными типами технических приёмов:

• созданием электрической дуги;
• образованием пламени с помощью газокислородной смеси;
• высокочастотным током;
• с помощью лазерного луча.

Для защиты зоны прилегающей к стыку применяют различные методы: работу в специальных ваннах, среде из инертных газов. Согласно подсчётам специалистов типы сварных швов имеют более 70 хорошо проработанных способов, называемых сваркой.

По степени выпуклости

Этот параметр определяется как профиль поперечного сечения полученного стыка. Его форма зависит от нагрузок, которые будут прикладываться к готовой конструкции. Различают следующие типы швов по степени выпуклости:

• выпуклые (разной степенью геометрической округлости);
• нормальные (шов получается треугольной формы, катет треугольника равен толщине свариваемого листа);
• вогнутые (катет треугольного соединения меньше толщины листа примерно на величину 0,8);
• для угловых швов применяют специальные профили (отходят от правила создания равнобедренного треугольника, создают фигуру, имеющую индивидуальные параметры).

Схематичное изображение выпуклого шва

По положению в пространстве

Рассматривают два вида взаимного положения различных элементов:

• положение деталей во время проведения сварной операции;
• положение самого сварного шва относительно будущей конструкции.

В первом случае различают следующие типы положения:

• нижнее;
• вертикальное;
• потолочное;
• горизонтальное положение шва на вертикальной плоскости;
• угловой шов (в профессиональной литературе можно встретить такой термин «сварка в лодочку»).

Классификация швов по положению в пространстве

Во втором случае выделяют два основных вида относительно поверхности детали:

• односторонний (он выполняется только с одной стороны сварной конструкции);
• двусторонний (в этом случае сварка производится с двух сторон).

По протяжённости

Рассматривается полная длина контактного отрезка. Качество работ, выполненных вдоль всей длины, определяет надёжность полученного элемента. Сварной шов делят на три категории:

• короткие швы (длина не превышает 250 миллиметров);
• категория средних (длина увеличивается от 250 мм до 1 метра);
• длинные швы (их длина превышает один метр).

Сварные швы по протяженности

Виды сварных соединений и швов по взаимному расположению

Положение свариваемых деталей друг относительно друга подразделяет все швы на основные типы:

• сварные в стык листов металлопроката (их называют стыковые);
• тавровые (после сварки происходит образование тавровых швов);
• угловые (один элемент приваривается к другому под определённым углом);
• перед сваркой одну часть листа накладывают на другой (нахлёсточный тип);
• сварка двух изделий в торец один с другой;
• действие производится таким образом, что поперечное сечение образует фигуру напоминающее крест;
• свободное совмещение нескольких элементов установленным порядком;
• сварка с применением технологии прорезания (прорезной тип).

Виды сварных соединений по расположению

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

Особое внимание при проведении сварочных работ уделяется оценка по направлению действующего усилию и вектору действия внешних сил прикладываемого к полученной конструкции. Знание этих параметров позволяет оценить надёжность сварного шва. Их рассматривают как следующие типы сварочных соединений:

• продольные или фланговые направления (вектор сил направлен параллельно линии образованного соединения);
• поперечные или лобовые (вектор действующих сил составляет относительно продольной линией прямой угол);
• комбинированные направления (угол находиться в интервале от 0 до 90°, но перпендикуляр к оси);
• косые (угол наклона изменяется вдоль оси полученного соединения).

Фланговый шов

Виды сварных швов по форме свариваемых изделий

Во многом качество сварки зависит от правильного подхода к оценке геометрической формы свариваемых деталей. Следует понимать, что виды сварных швов оценивают по форме свариваемых изделий. Их точного деления не существует. Сварной шов делят условно на две большие категории. Полученный на плоских поверхностях и сферических поверхностях. Виды швов зависят также от толщины рабочего материала и от длины самого стыка.

Контроль качества сварных швов

Государственный стандарт регламентирует механические свойства сварного соединения, его отдельно взятых участков, а также получившегося в итоге материала. Для того чтобы определить, насколько качественным является изделие, необходимо произвести его испытания.

ГОСТ прописывает следующие способы определения качества:

• Статический
  . В рамках этого метода происходит плавное увеличение нагрузки. На определение качества требуется длительное время, так как необходимо создать постоянное продолжительное напряжение.
• Динамический
  . В этом случае используются маятниковые копры. Здесь нет необходимости в длительном наблюдении. В короткий промежуток времени создается нагрузка максимальной силы.
• Усталостный
  . Нагрузка создается многократно. Ее сила имеет разное значение, количество циклов может достигать нескольких миллионов.

Рекомендуем статьи

• Сварочные электроды: какие выбрать для работы
• Конденсаторная сварка: особенности процесса
• Дефекты сварных швов: разбираемся в причинах, устраняем последствия

Для определения твердости участков шва используются методы Роквелла, Бриннеля, Веклера

.

Чтобы определить качество при приемке без разрушительной силы, используются следующие способы:

• Визуально-измерительный контроль
  . Для оценки качества производится внешний осмотр.
• Ультразвуковой метод
  . Оценка качества происходит с использованием ультразвуковых волн. Если в материале есть дефекты, участки с недостатками не будут отражать волну.
• Капиллярный метод
  . В данном случае используются жидкости с красящим пигментом. Если материал имеет микротрещины, жидкость проникнет в них и покажет наличие дефекта посредством окрашивания.
• Пневматический метод
  . Наличие дефектов определяется путем подачи воздуха под давлением и мыльного раствора. Низкое качество будет доказано образованием пузырей.
• Гидравлический метод
  имеет сходство с капиллярным. Здесь также заливается жидкость, затем выжидается время. Если в материале есть микротрещины, они будут заполнены. Затем специалисты будут обстукивать поверхность молотком. Если металл даст течь, значит, материал имеет дефекты.
• Магнитный метод
  применяется для контроля качества элементов из стали. В ходе проверки происходит намагничивание материала, а затем распыляется металлический порошок. При отсутствии дефектов порошок ляжет по рисунку магнитных полей.

ГОСТ 23118-99 и Сводные правила СП105-34-96 указывают требования к качеству металлических изделий и различных типов сварных швов. Все детали исследуются на предмет наличия следующих изъянов:

• неоднородностей;
• трещин;
• раковин;
• свищей;
• сколов;
• непроваров;
• складок.

Знание основных типов и соединений сварных швов, а также способов и принципов их применения дает возможность максимально грамотно выбирать необходимый способ сварки.