Сварочные швы: от простого к сложному

Требования государственного стандарта

Нормативный стандарт ФНП определяет основные требования, предъявляемые к сварочным работам. В нем дается пояснение, какие бывают сварочные швы, и описываются требования к каждому из них. В содержании документа находится обоснование, каким именно требованиям должны соответствовать разные виды сварных соединений и типы швов.

В нормативных документах также поясняются обозначения, которые имеют все сварные соединения и виды сварки. В них необходимо разбираться всем исполнителям. Соблюдение этих требований является гарантией того, что швы сварных соединений получатся крепкими и надежными.

Распространенные проблемы

Начинающие сварщики нередко совершают ошибки, способствующие возникновению дефектов. Некоторые существенно ухудшают качество шва, другие влияют только на эстетические характеристики.

Необходимо своевременно обнаружить дефекты, устранить их. Самыми распространенными проблемами считают неравномерное заполнение или перепады ширины шва. По мере накопления опыта работы с угловыми сварными соединениями ошибки случаются реже.

Непровар точки соединения

Дефект возникает при частичном заполнении стыка расплавом. Это требует своевременной коррекции, поскольку снижается прочность сварного шва.

Главными причинами непровара считаются:

• установка низкой силы тока;
• слишком быстрое ведение электрода;
• неправильная разделка кромок толстых деталей.

Для устранения непровара увеличивают мощность дуги, уменьшают ее длину. При правильном подборе параметров дефект повторно не возникает.

Пример непровара точки соединения.

Неравномерность воздействия

Такая ошибка проявляется образованием пор или наплывов. Первые представляют собой пустоты, расположенные линейно или хаотично, вторые — выступающие участки расплава. Оба явления недопустимы, поскольку они отрицательно влияют на рабочие характеристики готовой конструкции.

Появлению пор способствуют:

• неправильная защита сварочной ванны, чрезмерный расход инертного газа;
• применение некачественных электродов;
• воздействие на сварочную зону ветра, отклоняющего газовое облако (кислород в этом случае вступает в реакцию с расплавом);
• наличие следов коррозии или грязи на деталях;
• неправильная обработка кромок.

Наплывы возникают при работе с присадочным материалом из-за неправильного выбора режима и параметров сварки. Эти элементы не соединяются с основной деталью. Их рекомендуется удалять механическим способом.

Подрез участка

Дефект представляет собой углубление, пролегающее вдоль шва. Возникает при увеличенной длине дуги. Сварочная ванна расширяется, температуры не хватает для прогрева краев заготовок. Металл сразу затвердевает, формируя подрезы.

При угловой сварке подрез может образоваться и из-за неправильного удержания электрода. Расплав стекает вниз, из-за чего появляется канавка. В этом случае уменьшают мощность дуги, укорачивают ее.

Дефект сварочного шва.

Прожог шва

Дефект представляет собой сквозное отверстие.

Его появлению способствуют:

• слишком большая сила тока;
• медленное ведение стержня;
• увеличенное расстояние между краями детали.

Для устранения дефекта подбирают правильные параметры работы аппарата, накладывают шов повторно.

Трещины холодного и горячего происхождения

Второй тип дефектов появляется на этапе остывания металла. Они направляются поперек или вдоль шва. Холодные трещины возникают на уже затвердевшем шве тогда, когда конструкция испытывает чрезмерные нагрузки.

Такие дефекты приводят к постепенному разрушению соединения. Для устранения недостатков требуется повторное формирование шва. При наличии большого количества трещин края деталей срезают.

Холодные трещины при сварке.

Неправильные расчеты

При выборе некорректных параметров работы аппарата возникают разные типы дефектов. Шов утрачивает прочность, деформируется.

Главными причинами проблем считаются:

1. Неверный катет. Качество сварного соединения зависит от правильности выбора напряжения, скорости ведения электрода. Последнюю нужно удерживать на одном уровне. При недостаточности тока стержень работает на небольшой скорости, основной металл плохо проплавляется. При высоком значении параметра катет получается вогнутым, образуются прожоги.
2. Косой угол. Установить детали в нужное положение достаточно сложно. Конструкция утрачивает требуемые качества, если наклон приставной пластины смещается к одному из боков.

Возможные дефекты и их устранение

Плохой сварочный шов чаще всего получается у неопытных новичков и получается это из-за того, что движение сварочного электрода было неравномерным, либо сварщик изначально неверно выбрал величину и силу тока на сварочном аппарате. При получении брака в работе некоторые дефекты устранить невозможно, но в некритичных случаях ситуацию поправить можно. В любом случае после проведения сварочных работ необходимо осуществить контроль качества шва.

Наиболее часто встречающимися дефектами могут быть следующие нарушения качества швов.

Наличие непроваренных участков. Выражается это в том, что стык двух соединяемых деталей недостаточно плотно заполнен расплавленным металлом, что влияет на прочность соединения, делая его ненадежным. Причинами такого дефекта бывает недостаточной силы ток и слишком быстрое перемещение сварочного электрода по рабочей поверхности. Если увеличить ток и убавить длину дуги, то стык будет заполняться плотно.

Иногда в сварочном соединении могут наблюдаться трещины, проявляющиеся после того, как расплавленный металл застынет. Трещины располагаются в долевом или поперечном направлении относительно плоскости шва. Такой шов не выдержит нагрузок и разрушится.

Далее смотрите видео о том, как научиться варить красивые швы.

Виды стыковой сварки

Сварка пластин и других металлических изделий встык может проводиться несколькими способами — оплавлением и сопротивлением. Каждый метод имеет характерные особенности и нюансы, которые обязательно нужно соблюдать при проведении сварочных работ.

Сварка оплавлением

Стыковая сварка оплавлением является популярной технологией, которую используют в разных сферах промышленности. Ее суть состоит в том, что определенный объем напряжения, который подается на область обмоток трансформатора, прекращается, как только два свариваемых изделия соприкоснутся. Если говорить простыми словами, напряжение повышается и в момент наивысшей точки сразу же прекращается его подача. Но при этом сохраняется достаточный объем тепловой энергии для расплавления металлической основы.

На поверхности стыков двух изделий имеются небольшие неровности, именно они обеспечивают хороший контакт между изделиями. Но все же если вы хотите получить отличный результат, то лучше торцевые части сдавить и полностью их выровнять. Это улучшит площадь соприкосновения. Данные условия обеспечат быстрое разогревание и расплавление металла, он в прямом смысле закипит всего за несколько секунд.

Сварка оплавлением характеризуется тем, что при ее проведении могут появляться дополнительные неровности, в которых могут концентрироваться паровые смеси от расплавленных металлов. Но данные пары приносят пользу сварочному процессу, они оказывают защитное воздействие, а именно защищают сварочную зону от негативного воздействия кислорода.

Важно! Контактная стыковая сварка оплавлением проводится с использованием усилия или давления. Его прикладывать необходимо тогда, когда стыки свариваемых изделий уже немного расплавились

В момент, когда происходит сжатие двух изделий, лишний жидкий металл выходит за пределы. Как раз в это время происходит соединение двух элементов. В результате получается прочный и качественный шов, При его осмотре практически не обнаруживается видимых и скрытых дефектов. Дело в том, что продукты разложения, оксидная пленка удаляются вместе с излишками расплавленной металлической массы.

Контактная сварка оплавлением не требует предварительно подготовки и особой обработки металлических поверхностей. Для проведения не нужно подготавливать торцевые части изделий, это существенно экономит время. Если необходимо сварить элементы, которые имеют разное сечение, то заранее можно сделать противоположные скосы. Это намного улучшит контакт между заготовками, увеличит их площадь соприкосновения.

Сварка сопротивлением

Стыковая сварка сопротивлением существенно отличается от сварочного процесса оплавлением. Во время проведения этой технологии изделия прижимаются губками к поверхности электродов. Именно это позволяет получить хороший контакт, а губки отлично удерживают элементы, предотвращают их скольжение.

Затем элементы с усилием прижимают друг к другу, и после подается электрический ток. Именно он начинает постепенно разогревать металлическую структуру. Разогревание металла должно проводиться до той степени, когда он приобретает пластичные свойства. Под сильным давлением изделия соединяются друг с другом. Лишняя расплавленная металлическая масса выходит, вместе с ней удаляется оксидная пленка.

Обратите внимание! Сварка сопротивлением проводится с постоянным давлением, его подача не должна прекращаться пока металлическая структура полностью не остынет и не образуется прочное соединение. Если соблюдать все правила и принципы, то шов выйдет ровным, без изъянов, дефектов с хорошей износостойкостью

Контактная стыковая сварка сопротивлением машины и других изделий требует предварительно подготовки и обработки свариваемых изделий. Их необходимо хорошо зачистить. Кроме этого стоит учитывать, что детали, которые сваренные при помощи сварочного процесса сопротивлением имеют меньшую устойчивость к окислению, поэтому этот метод редко применяется. Также сварка подходит только для деталей с небольшим сечением.

Виды сварных соединений

В зависимости от того как расположены заготовки между собой к основным видам сварочных соединений относят:

• стыковые;
• угловые;
• нахлесточные;
• тавровые;
• торцевые.

Типы сварных соединений: а) стыковое; б) угловое; в) тавровое; г) нахлесточное; д) торцевое

Стыковые

Самые простые по выполнению швы даже для начинающих сварщиков. Ими соединяют заготовки, примыкающие друг к другу торцами, размещенные в одной плоскости или на ровной поверхности. При сварке деталей с разной толщиной допускается смещение поверхностей. Стыковым способом сваривают конструкции из листового проката, резервуары, трубы. Сравнительно с другими сварными соединениями сокращаются сроки выполнения работы и расход материалов, но нужно тщательно подготавливать кромки.

Способы выполнения стыковых соединений

Угловые

Это сварные соединения двух металлических деталей под любым углом. Если заготовки разной толщины, толстостенную размещают снизу, чтобы на тонкой не появились прожиги и подрезы, сварочную ванну создают за счет плавления металла толстой заготовки. Для повышения прочности соединения швы накладывают с обеих сторон. Внутренний угол сваривают малым током, чтобы снаружи не образовалось закругление.

Угловые сварные соединения удобно выполнять способом «в лодочку». Заготовки прихватывают под нужным углом, затем устанавливают так, как будто это плывущий кораблик. После расплавления металл будет равномерно растекаться по обеим сторонам без образования дефектов.

Угловым способом сваривают каркасы небольших строений, емкости, навесы, кузова грузовиков. Кроме этого устанавливают детали конструкций в труднодоступных местах.

Способы выполнения угловых соединений

Нахлесточные

Такими сварными швами соединяют параллельно расположенные металлические пластины, которые наложены одна на другую с небольшим перекрытием. Для повышения прочности на разрыв и предотвращения проникновения влаги внутрь сварку выполняют с обеих сторон. Этим способом можно соединять листы толщиной до 12 мм. Для выполнения нахлесточных соединений от сварщика не требуется высокая квалификация, так как нет опасности прожога и не нужно подготавливать кромки. Недостатком считают повышенный расход металла.

Способы выполнения соединений внахлест

Тавровые

Это сварное соединение торца одной детали с боковой поверхностью другой под прямым или небольшим углом. Если толщина заготовки больше 4 мм сварка проводится с обеих сторон с тщательной подготовкой кромок вертикальной пластины. Тавровые соединения применяют преимущественно при сборке несущих конструкций. Поэтому, если есть возможность изменения положения, сварку ответственных узлов лучше выполнять «в лодочку».

Способы выполнения тавровых соединений

Торцевые

При выполнении таких соединений сваривают торцы заготовок, которые плотно примыкают одна к другой или расходятся от места стыка под углом не больше 30⁰. Способ применяют при производстве кожухов, вентиляционных коробов, контейнеров, металлических шкафов и пр. К достоинствам торцевого типа сварочных соединений относят низкую вероятность образования прожогов и внутренних напряжений, вызывающих деформацию. Недостатками считают завышенный расход материала и появление коррозии при проникновении воды между листами через дефекты шва.

Имеющиеся положения

Пространственные положения при сварке имеют четыре варианта. Наиболее легко выполнимое из них — горизонтальное нижнее положение. Наиболее трудным считается тоже горизонтальное положение шва, но располагающееся наверху, и имеющее название полочного. Шов в горизонтальном направлении не обязательно выполняют внизу или наверху. Он может располагаться в центре вертикальной стенки. Оставшийся вариант принадлежит вертикальному положению.

Различные положения сварки в пространстве имеют свои нюансы при выполнении сварки. От вида положений зависит расположение электродов.

Нижнее

Такое положение является самым желанным для любого сварщика. Этот вариант применяют, когда свариваются несложные детали небольшого размера или, если к качеству шва не предъявляются строгие требования. Положение электрода при этом виде является вертикальным. В этом положении возможно сваривание, как с одной стороны, так и с двух.

На качество шва в нижнем положении оказывают влияние толщина свариваемых деталей, размер зазора между ними, величина тока. Этот метод имеет высокую производительность. Недостатком является возникновение прожогов. При нижнем положении можно использовать способы стыкового и углового соединений.

Горизонтальное

При таком виде соединяемые элементы находятся в вертикальной плоскости. Сварной шов расположен горизонтально. Электрод принадлежит горизонтальной плоскости, но расположен перпендикулярно шву. Затруднение при работе вызывает возможное расплескивание жидкого металла из сварочной ванны и попадание под действием собственного веса прямо на расположенную внизу кромку. Перед началом работы необходимо произвести подготовительные работы, а именно, подрез кромки.

Вертикальное

Свариваемые детали располагают в вертикальной плоскости таким образом, чтобы шов между ними также был вертикальным. Электрод при этом расположен в горизонтальной плоскости перпендикулярно шву.

Сохраняется проблема падения вниз капель раскаленного металла. Работу следует выполнять исключительно на короткой дуге. Это предупредит попадание жидкого металла в кратер шва. Рекомендуется применение электродов с покрытием, увеличивающим вязкость содержимого сварной ямы. Это будет значительно уменьшать стекание расплавленного металла вниз.

Из двух существующих способов перемещения по возможности следует выбирать движение снизу наверх. Тогда неизбежно стекающий металл будет при застывании образовывать ступеньку, препятствующую дальнейшему его сползанию. Это занимает длительное время. При использовании способа сверху вниз производительность увеличивается за счет снижения качества шва.

Потолочное

По сути, является горизонтальным швом, расположенным в неудобном для работы месте. Сварщику приходится длительное время пребывать в сложной позе с вытянутой рукой. От квалификации это, понятное дело, не зависит, но у опытных мастеров имеются свои приемы, облегчающие процесс сварки в этом положении. В любом случае необходимо периодически делать перерывы.

Положение при сварке деталей будет горизонтальным, а электрода — вертикальным. Шов расположен внизу кромок. Главный риск получения некачественного шва заключается в том, что жидкий металл стекает вниз, но не всегда попадает в сварочную ванну.

При потолочном способе ведения сварки следует использовать небольшой ток и минимально короткую дугу. Электроды должны иметь небольшой диаметр и тугоплавкое покрытие, удерживающее капли металла за счет поверхностного натяжения. Этот вид сварки является особенно нежелательным, когда предстоит соединение деталей малой толщины.

Краткая характеристика

Контактная стыковая сварка — метод сваривания металлических компонентов, основная сущность которого состоит в равномерном прогревании всей области стыка изделий. После нагревания они как модно сильнее стыкуются друг с другом, и в результате получается прочный неразъемный шов.

Сварка встык характеризуется высокой производительностью, это связано с быстрым образованием сварного соединения. При проведении процесса металл расплавляется намного быстрее и равномернее, поэтому соединение появляется достаточно быстро. При желании сварку можно сделать автоматизированной и встроить в конвейер. Поэтому этот вид сваривания часто применяют на серийном производстве, где требуется стыковое сваривание труб и других похожих изделий.

Несмотря на то, что сварные соединения образуются быстро, они получаются прочными и качественными. Они смогут прослужить долгий период в нормальном состоянии. По этой причине сварка встык металла часто применяется при изготовлении автомобилей, самолетов, нефтепроводов.

Зачистка сварных швов

После завершения работы на поверхностях остаются частицы металла, шлака и окалины. Шов слегка выступает над поверхностью, что ухудшает эстетические качества конструкции. Такие недостатки устраняют путем зачистки. Процедуру выполняют поэтапно. В первую очередь, молотком и зубилом снимают шлак или окалину.

На следующем этапе при необходимости выравнивают обработанную область. При этом используют болгарку со шлифовальной насадкой по металлу.

Зернистость абразива выбирают с учетом требуемой гладкости поверхности. При сварке мягких металлов сварной шов лудят: покрывают оловянным припоем.

Зачистка сварных швов борфрезами.

Как нужно варить швы в разных положениях

Перед тем как приступать к ручной дуговой сварке покрытыми электродами, стоит рассмотреть ее технологию и способы проведения. Этот процесс может выполняться в разных пространственных положениях, и каждый способ обладает важными отличительными особенностями.

Нижнее положение

РД по сварке в нижнем положении рекомендует проводить полное проплавление сечений. Чтобы это получить, требуется надежно зафиксировать свариваемые элементы. Это сможет поддерживать подходящие параметры сварочной области. Чтобы повысить качество можно подложить съемные подкладки из медной основы.

Вертикальное положение

РД по сварке металлоконструкций в вертикальном положении осложнено тем, что расплавленные металлы под воздействием силы тяжести будут стекать вниз. Это может негативно отразиться на качестве сварного шва.

Именно по этой причине сварочный процесс в вертикальном положении выполняют сверху вниз, чтобы расплавленный металл стекал на уже сформировавшийся сварной шов. Однако данная технология значительно замедляет скорость выполнения сварочных работ. Часто для нее применяют специальные электроды.

Потолочное положение

Создание швов и наплавка валов ручной дуговой сваркой в данном положении достаточно тяжелый процесс. Чтобы расплавленный металл не стекал и не капал вниз, требуется создать силу поверхностного натяжения. Она сможет удерживать жидкий металл, но при условии, если последний будет иметь небольшую массу.

Опытные сварщики советуют при проведении сварочного процесса в потолочном положении максимально уменьшить размеры сварочной ванны. Чтобы это осуществить требуется постоянно прекращать сварочные работы, чтобы расплавленный металл смог нормально кристаллизоваться.

РД на сварные швы является популярным и проверенным способом, который применяется уже на протяжении длительного времени. Сварочный процесс обладает простой и легкой технологией, которая не требует большого опыта. Оборудование и материалы, которые используются для проведения сварочных работ стоят дешево, а их использование не вызовет особых сложностей. А главное этот метод прекрасно подходит для бытовых и производственных работ.

Вертикальный шов полуавтоматом

От качества сварочного шва зависит то, насколько прочной будет получаема конструкция и на какую нагрузку она будет рассчитана

Кроме этого, в некоторых случаях важно сохранить привлекательный эстетический вид. Больше всего проблем возникает с созданием вертикального сварочного шва, так как металл вытекает из ванны

Довольно распространенным вопросом можно назвать то, как варить вертикальный шов. Среди особенностей отметим нижеприведенные моменты:

1. Проводится подготовка материала в зависимости от того, какие именно работы будут проводится. Учитывается толщина материала и степень обрабатываемости.
2. Выбирается короткая дуга со средним показателем рабочего тока.
3. Стержень со специальной обмазкой располагается под углом 80 градусов относительно обрабатываемой поверхности.
4. Создавая вертикальный шов рекомендуется манипулировать стержнем по всей ширине формируемого валика.

Сварка полуавтоматом

Качественный вертикальный шов можно получить при сварке с отрывом дуги от поверхности. Для начинающих сварщиков подобный метод подходит в большей степени, так как проще в исполнении. Это связано с тем, что на момент отрыва дуги металл может остыть. Однако, есть и существенный недостаток – снижается показатель производительности.Среди особенностей применения этого метода, связанного с отрывом стержня от поверхности, назовем нижеприведенные моменты:

1. При сварке наконечник можно опирать на полочку сварного кратера.
2. Схема движения рабочей части из сторону в сторону, за счет чего охватывается весь вертикальный шов. Кроме этого, можно применять схему петель или короткого валика при движении рабочей части сверху вниз.
3. Устанавливаемая сила тока во многом определяет форму шва и его основные параметры. В общем случае рекомендуется снизить показатель на 5 А от обычного значения для конкретной толщины сплава

Стоит учитывать, что основные параметры проводимой работы практически во всех случаях выбираются экспериментально. Именно поэтому умения сварщика во многом определяют качество соединения и его надежность.

Усиление стыковых швов

Усиление стыковой сварки осложнено тем, что чаще всего его усиление может привести к порче места соединения. К примеру, если стыковой шов сделан во всю длину или высоту металлических компонентов, то никакого укрепления и вовсе делать нельзя. Наплавка создаст излишнюю концентрацию в месте плавления, из-за чего наплав может не только испортиться, но также вовсе разрушиться. Все дело в том, что высота таких сварных швов определяется только по стыкуемым элементам и при учете строения валика самого соединения. Этот валик и есть выступ.

Если же стыковую варку все же нужно обработать, то предварительно нужно снять напряжение абразивными инструментами. После этого рассчитывается площадь накладок, с помощью которых предстоит усилить шов.

По пространственному положению

Последующая классификация швов и соединений осуществляется по месту наложения в пространстве. Их делят на:

• Нижнее. Часто встречается на заводах и крупных производствах. Обеспечивает равномерное распределение расплавленного металла, с минимальным количеством потеков и наплывов. Чтобы сваривать большие изделия в нижнем положении применяются вращающиеся кондукторы. Электрод или горелка всегда направлен сверху вниз. Так можно выполнять все виды стыков по способу соприкосновения друг с другом (углом, внахлестку, и т. д.).
• Вертикальное. Отличается повышенной сложностью и требует определенных навыков. Применяется при сварке труб (прохождении швов по бокам) или скреплении больших конструкций, за невозможностью перевернуть их для нижнего положения. Требует большего времени для наложения шва, меньшей силы тока, и прерывистой дуги, для предотвращения потеков. Электрод направляется снизу вверх. Так же ведется и сварка.
• Горизонтальное. Используется при соединении вертикальных труб или листов металла. Чревато потеками при медленном ведении шва, или не проваренными местами при быстром проходе. Для удобства стороны выставляются со смещением в 1 мм, чтобы образовалась «ступенька» для задержки накладываемого металла. После наложения шва разницу в выступлении поверхностей на 1 мм не видно.
• Потолочное. Самое трудное для сварщиков, но доступное после того, как специалист освоит вертикальный метод. Шов наносится прерывистой дугой, на меньшей силе тока. Используется при сварке труб, когда возможность провернуть изделие отсутствует. Активно применяется на строительных площадках в монтаже потолочных швеллеров и балок.

Подготовительные работы

Перед началом сварки угловых швов проводится подготовка. Если при визуальном осмотре на металлических деталях наблюдаются загрязнения, окалина, ржавчина, то необходимо их зачистить

Особое внимание уделяют свариваемым местам. Для этих работ используются щетки с ворсом из металла, растворители, шлифовальные инструменты, продув сжатым воздухом

Сварное соединение угловым способом будет более надежным, если подрезать торец, который предполагается соединить с поверхностью второй детали. Устанавливая элементы желательно воспользоваться с обеих сторон прихватками. Это является профилактикой появления перекосов и деформаций. Перед началом процесса необходимо грамотно выбрать электроды. Это зависит от толщины металлических листов и числа слоев.

Коэффициент прочности шва

Это показатель φ, являющийся отношением между собой прочностей сварной дорожки и основного материала. Его значение нормировано и определяется способом сварки и конструкцией стыка. Он принимается на основании Правил Госгортехнадзора и отражается в приложениях ГОСТов Р52857.1-2007, 14249-89 и 34233.1-2017.

Таблица 1. Коэффициенты прочности сварочных швов

Тип сварного соединения	Значение φ
Контролируемый участок от общей протяженности шва:
100%	10-50 %
Стыковое одностороннее, выполненное ручной сваркой	0,9	0,65
Тавровое, с конструктивно предусмотренным зазором между деталями	0,8	0,65
Встык одностороннее, производимое с подкладкой из флюса или керамики, автоматической или полуавтоматической сваркой	0,9	0,8
Втавр или встык со сплошным двусторонним проваром, выполняемый автоматикой или полуавтоматикой	1,0	0,9
Стыковое с подвариванием корня шва или тавровый со сплошным проваром с 2 сторон, выполненные ручной сваркой	1,0	0,9
Одностороннее встык, во время сварки имеет со стороны корня шва металлическую подкладку, прилегающую к основному материалу по всей длине шва	0,9	0,8

Коэффициент прочности для дорожек, паянных мягкими и твердыми припоями с использованием аппаратов из цветных металлов, составляет 0,7 для композиционной пайки, 1 — для однородной.