Сварка широко применяется для соединений элементов из черных и цветных металлов, их сплавов. Виды сварных соединений определяются способом сварки, расположения деталей, толщиной материала и требованиями, предъявляемыми условиями эксплуатации. Способ сваривания зависит от температуры плавления металла, его теплопроводности и способности вступать в реакцию с кислородом и азотом.
На процесс сваривания влияет множество факторов, включая уровень мастерства рабочего. Сварка и контроль – обязательные элементы технологического процесса. Для проверки качества применяют неразрушающий контроль, включающий в себя просвечивания шва, травления, внешнего осмотра. Точно рассмотреть все зоны, их структуру и качество шва позволяет разрушающий способ разрезания и травления.
Содержание
Что это?
Неразъемное соединение, полученное в результате расплавления кромок совмещаемых деталей и электрода, называют сварными соединениями и швами. В результате получается одна деталь из двух и более элементов. Ее можно обрабатывать резанием, делать термическую обработку для стабилизации структуры.
Нагрев и расплав производиться несколькими способами:
Нагрев и создание сварочной ванны температурой электрической дуги происходит от электрода и проволоки. Обязательно расплавляются кромки соединяемых деталей. В дополнение к ним плавится электрод, проволока или присадочный материал.
Газовая горелка регулирует скорость плавления основного материала и присадочного прутка.
При контактной сварке большими токами происходит точечный нагрев и соединение разогретого металла за счет сильного сдавливания.
Типы сварочных соединений выбираются в зависимости от требований к герметичности и прочности шва, условий эксплуатации сваренного изделия.
Параметры
Параметры стыкового и углового шва отличаются. В обоих случаях к ним относится толщина соединяемых деталей, в чертеж вносят размер выпуклости или вогнутости поверхности наплавленного металла. При сборке под сварку выдерживается зазор между соединяемыми элементами.
В процессе проверки сварных швов, соединяемых встык, измеряют глубину провара, от поверхности детали до дна шва. Выпуклость выступает над плоскостью свариваемых поверхностей.
Толщина определяется как сумма значений глубины провара и выпуклости. Она максимальная по продольной оси.
В параметрах углового соединения технологическим и контролируемым размером является катет. Это размеры сторон угла, образованного линией, соединяющей крайние точки материала шва с деталями. По соотношение размеров определяется равностороннее и смещенное соединение.
Классификация
Сварные швы различают по нескольким параметрам. Классификация отражает основной способ соединения и включает в себя:
- методу сварки;
- конфигурации;
- виду соединения;
- пространственному положению;
- вектору усилия.
Обозначение шва, его вида и параметров указывается на чертеже в соответствии с ГОСТ 2.312-72.
По способу соединения деталей различают швы:
- стыковой;
- нахлесточный;
- угловой;
- тавровый.
Стыковой может соединять листы одной толщины и разной. При изготовлении корпусных деталей из листового материала продолжением соединения может быть отбортовка.
Угловой стык можно отнести к разновидности таврового, когда детали соединяются под углом торцами.
Сварка внахлест выполняется в основном контактным методом. Для создания конструкций повышенной прочности края листов накладываются друг на друга, и делается 2 параллельных шва с разных сторон вдоль торца.
По способу выполнения
Сварные швы делятся на односторонние и двухсторонние. По способу выполнения: свариваемые за один проход и многослойные.
Они могут накладываться в один ряд на тонких деталях, в несколько слоев, если ширина соединяемого материала более 5 мм.
Односторонние многослойные швы соединяют детали толщиной 8 – 25 мм и более, если металлоконструкция полая внутри и нет возможности варить с другой стороны. Например, труба большого сечения. В остальных случаях, если требуется повышенная прочность и герметичность, плавление производится с 2 сторон.
По степени выпуклости
Выпуклость определяется относительно линии, образованной точками соприкосновения шва. При угловых соединениях это катет. Для стыковочного соединения плоскость деталей. По степени выпуклости различают швы:
- нормальные;
- выпуклые;
- ослабленные.
Оптимальная высота 2 – 3 мм над поверхностью детали или линией гипотенузы катета. Выпуклые выступают за границу плоскости сильнее.
Ослабленные или вогнутые швы менее прочные, но более гибкие. Они применяются при угловых соединениях. За частое использование при сварке корпусов морских судов, получили название корабельного шва.
По положению в пространстве
Нижнее положение, когда сварка проводится в горизонтальном положении, наиболее удобное. Сварочная ванна никуда не вытекает, ее только надо направлять.
Вертикальные швы варятся снизу вверх, чтобы удержать расплавленный металл остывающей массой снизу. Если электрод будет двигаться сверху, весь жидкий металл и шлак потекут.
Потолок – шов, расположенный горизонтально над головой, варят мастера с высоким разрядом. Для некоторых сплавов цветных металлов потолочная сварка недоступна.
По протяженности
Протяженность берется не от общей длины соединения, а характера выполнения:
- сплошные;
- прерывистые.
Сплошные выполняются на изделиях, которые должны быть герметичны или детали, работающие в условиях больших нагрузок.
Прерывистый создает меньше напряжение. Он применяется в малонагруженных конструкциях, например арматура под заливку бетонных плит. Расположенная рядом, она получает малое давление в одном направлении. Основную нагрузку принимает на себя бетон. Прутья удерживают его от разрушения при прогибе.
По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил
Деление по направлению к действующему усилию – условный способ классификации. Во время работы, даже если конструкция стоит неподвижно, на каждый ее элемент действует несколько разнонаправленных сил. Для расчета прочности выбирают наибольшую из них.
Фланговое соединение располагается по краям детали параллельно вектору усилия. Лобовой, наоборот, составляет с направлением действующей силы прямой гол. Если угол не 90⁰, значит соединение косое.
[stextbox id=’info’]Наиболее прочным является комбинированное соединение. Его составляет фланговые соединения в сочетании с другими видами.[/stextbox]
По форме свариваемых изделий
Конфигурация свариваемых деталей определяет форму шва. Большая часть и разновидность сварных соединений приходится на прямолинейные швы листового материала и плоских деталей.
Кольцевыми сваривают трубы, втулки и другие цилиндрические изделия. Положения стыка может быть вертикальным и свариваться по кругу непрерывным швом в одном пространственном положении. Такие швы выполняются на коротких деталях, которые можно установить вертикально.
Трубопроводы различного диаметра выполняются с переходом положения с потолка на горизонталь через вертикаль.
Зависимость от толщины рабочего материала и от длины самого стыка
Соединяемые элементы могут быть разными по размерам. Сварные швы выполняются в зависимости от толщины.
Подготовка деталей к сварке включает в себя и разделку кромок, придание им определенной конфигурации:
- ровные – толщина до 5 мм;
- X или V-образные – толщина 3 – 25 мм;
- U-образны для деталей с толщиной стенки более 25 мм.
Обе кромки зачищаются и срезаются при стыковой сварке. V-образная зачистка делается при односторонней сварке. Если сварка производится с 2 сторон, то она выглядит как X – соединенные вершинами V-образные вырезы.
Закругленную снизу U-образную зачистку удобно применять при многослойной сварке с одной стороны.
В тавровых соединениях зачищается угол детали, привариваемой торцом под углом к основному элементу.
[stextbox id=’info’]Председатель приемочной комиссии, военпред Рогожин Н. В.: «Длинные швы, особенно по периметру детали, накладывают в несколько приемов. Чтобы избежать перегрева, варят небольшими участками. Например, сначала влево от каждого угла, затем по несколько коротких швов в середине каждого участка, попеременно на разных сторонах. После сварки вправо от угла, заполняются в оставшиеся участки. Сварка крупных, ответственных изделий может производиться одновременно несколькими сварщиками. Тогда они распределяются равномерно, на одинаковом расстоянии, и варят непрерывные швы в одну сторону, по кругу.
В карту сварки изделия заносят фамилии сварщиков, схема наложения швов, время начала и окончания работы. Каждый из рабочих ставит клеймо против своего участка шва».[/stextbox]
Виды контроля
Для сварных швов методы контроля применяются:
- внешний осмотр;
- неразрушающие;
- разрушающие.
Рабочему важно знать, какие параметры следует контролировать в процессе сварки, чтобы изделие было качественным. Это режимы, указанные в технологии: ток, напряжение, скорость сварки.
Предварительный
Масло и грязь могут покрыть поверхность свариваемых деталей. Они ухудшают качество соединения.
Перед началом работы следует проверить правильность снятия фасок, сборку конструкции. Кроме этого сам сварщик проверяет подключение аппарата, на какой режим настроен прибор.
Текущий
В процессе сварки контролируются сила тока, скорость подачи проволоки. Флюс должен равномерно покрывать горячий металл.
Окончательный
После остывания визуально осматривается шов на наличие дефектов типа подрезы, волчки, трещины, непровары. После этого делается физический и химический контроль.
Для определения несплошности и микропор, используют веществ с высокой жидкотекучестью, например керосин. С одной стороны стыки мажут мелом, с другой наносят жидкость.
После этого изделие проходит неразрушающий контроль.
Методы контроля
Все методы контроля делятся на неразрушающие и разрушающие. Неразрушающие методы заложены в технологический процесс изготовления продукции. Разрушение деталей позволяет увидеть микро и макро строение. Его проводят периодически. Частота зависит от степени ответственности изделия.
Разрушающий
Разрушающий метод контроля сварочных швов позволяет увидеть основные зоны, расположенные симметрично от центра в стороны:
- сплав металла деталей и электрода;
- линия сплавления;
- переходная зона;
- металл деталей.
Соединение разрезают поперек, строгают, шлифуют и протравливают. После этого в микроскоп видно структуру материала, малейшие дефекты.
Металлографические исследования
Осмотр макрошлифов, протравленных азотной кислотой, позволяет контролировать качество сварки, увидеть микроструктуру всех зон, определить сплошность металла. Металлография показывает глубину провара, степень расплавление. Основные напряжения проходят рядом со швом, по переходной зоне. Ее ширина и состояние кромок говорит о качестве шва, правильно подобранной технологии.
Химический анализ
Стружка для химического анализа берется в основном из самого шва. По результатам исследования определяется, сколько расплавилось основного материала и присадочного.
Механические испытания
Кроме испытаний вырезанных образцов на прочность, гибкость, растяжение, сосудам и трубопроводам проводят гидравлическое испытание. Внутрь под большим давлением закачивается жидкость. Производится постукивание молотком определенного веса и осмотр на наличие проступающей влаги.
Неразрушающий
Часто используется на производстве магнитная дефектоскопия. Намагниченную деталь опускают в специальный порошок и осматривают. Неравномерное покрытие указывает на дефекты.
Ультразвуковая волна отражается от нижней границы металла. Проходя через металл, она покажет все поры и трещины.
От качества сварного шва зависит срок службы изделия и безопасность находящихся рядом людей. Способ контроля и частота его проведения указываются в технологии.
