Сварочный шов – это участок соединения двух частей в единое целое, благодаря расплавлению металла под воздействием высокой температуры и дальнейшей его кристаллизации. На сегодняшний день различают более 100 типов соединений. Они все разделяются по особым параметрам и делятся на различные группы и подгруппы, в связи с чем и существует множество классификаций сварных швов.

Содержание статьи

По виду сварного соединения

Классификация сварных швов по виду сварного соединения делится на стыковые и угловые. Какое именно произвести соединение в той или иной ситуации, решает мастер, отталкиваясь от положения деталей в пространстве.

• Швы угловые производятся тогда, когда заготовки находятся по отношению друг к другу под углом.
• Сварка стыковых соединений образуется в результате прилегания двух частей или деталей торцами друг к другу, которые располагаются на одной плоскости. Сама дорожка при этом может быть трех видов – вогнутая, выпуклая или плоская. Последняя применяется чаше всего, так как она не имеет особо выраженного перехода на стыке деталей, что выглядит более естественно, в сравнении с остальными двумя типами. Такой метод чаще всего используется при электродуговой сварке на низких токах, чтобы не пропалить заготовку. Например, тонколистовая сталь – идеальный материал для применения сварки стыковых соединений.
• Прорезной (электрозаклепочный) производится в отверстии, которое имеется на детали и выполняется в виде точечных заклепок. То есть, при этом не образуется сварная ванна и шов результате, а детали спаиваются небольшими участками через пазы в заготовке.

По месту выполнения сварки

Классификация сварных соединений и швов данной категории зависит от положения свариваемых деталей в пространстве. Например, если нужно починить деталь какой-то конструкции, которую нельзя снять и положить, но она при этом находится на некотором расстоянии от пола, то работу мастер будет производить потолочным,нижним, горизонтальным или вертикальным соединением, отталкиваясь от размещения этой детали.

• Горизонтальные – это сварные швы, которые тянутся слева направо (или наоборот) на вертикальной детали. Чтобы при этом масса металла не стекала вниз, необходимо правильно подобрать скорость движения электродом или горелкой и силу тока (это подбирается для каждого случая в индивидуальном порядке, отталкиваясь от типа сварки, характеристик деталей и мастерства специалиста).
• Вертикальный метод производства стыковых швов ведется на вертикально расположенных заготовках, при этом швы ведутся сверху вниз (или наоборот). Сложность данного процесса заключается в том, что срабатывает сила притяжения Земли и расплавленная металлическая масса все время стекает вниз, что портит и качество и внешних вид детали. Такое соединения рекомендуется проводить в крайних случаях и только тем мастерам, у которых уже есть определенный теоретический и практических багаж знаний для работы такими дорожками. Подробнее с технологией вертикального шва можно ознакомиться тут.
• Потолочным называется положение, при котором деталь находится выше головы мастера, что намного усложняет процесс. При осуществлении потолочных сварочных швов нужно строго соблюдать правила безопасности и технологию выполнения сварки, потому что в данном случае опасность заключается в стекании массы расплавленного металла.
• Нижние способы сварки выполняются тогда, когда деталь располагается внизу по отношению к мастеру. Это самый удобный метод соединения, так как металл не растекается по сторонам или вниз, а стекает в кратер. Кроме этого, свободно выходят газы и шлаки на поверхность. Стыковое сварное соединение в нижнем положении выполняется формированием валиков на протяжении всего стыка деталей. При этом технология сварки простая – достаточно вести электрод или горелку прямо или зигзагом для создания надежной и эстетически привлекательной дорожки.

По конфигурации

Данная категория стыковых швов используется при ручной дуговой сварке электродом. Сюда относятся три типа сварочных швов – прямолинейные, криволинейные и кольцевые (спиральные).  Они производятся вне зависимости от положения рабочего изделия. Все типы швов данной классификации предполагают, как стыковое, так и нахлесточное сварное соединение.

По протяженности

Классификация сварных швов по протяженности бывает двух видов: сплошные или прерывистые.

• Прерывистый – это такой шов, который производится определенной длины с синхронным интервалом. Он, в свою очередь, делится на два типа – цепная дорожка и шов в шахматном порядке. Например, двусторонние прерывистые соединения на одной стороне стенки расположены против сваренных участков шва с другой ее стороны. Такие типы сцепления могут быть как односторонними, так и двусторонними. То есть, деталь спаивается с двух сторон. Расстояние между этими сварными отрезками называется «сварочный шаг».
• Сплошные способы сварки также делятся на короткие и длинные дорожки, и совершаются вдоль всей заготовки.
• Точечный способ стыковых швов значительно отличается от других, за счет того, что здесь нет сварочной ванны и дорожки. В этом случае заготовки соединяются точками, за счет нахлесточного сварного соединения. Такой способ зачастую применяется для пайки тонкого металла или аккумуляторов.

Способы протяженных швов: а) сплошной б) прерывистый, в) точечный, г) прерывистый шахматный, д) прерывистый сплошной (цепной)

По технологии выполнения

В зависимости от технологии, по которой производится скрепление, выделяют основные четыре вида:

• Подварочный, где — меньшая часть двухстороннего шва, выполняется предварительно для предотвращения прожогов при последующей сварке;
• шов-прихватка позволяет фиксировать детали, которые уже расположены для сварки;
• временный шов необходим, чтобы скрепить заготовки на некоторое время, а по окончанию работ он удаляется.
• монтажный сварной шов, используется во время монтажа различных конструкций.

По отношению к направлению действующих усилий

Сварка стыковых соединений содержит еще одну важную классификацию, в зависимости от отношения к направлению усилий:

• Продольный способ создания стыка (фланговый), при котором усилие действует параллельно оси дорожки;
• Поперечный метод (лобовой) сварного шва, при котором его ось находится перпендикулярно (90 градусов) к оси усилия;
• Комбинированное соединение сваркой включает в себя одновременно и фланговый и поперечный тип;
• Косой, при котором ось шва располагается под углом к направлению действующих усилий.

По форме наружной поверхности

По форме поверхности сцепления делятся на три основных типа:

• Выпуклые (усиленные)- это многослойные швы, применяемый в сцеплениях при статических нагрузках, но усиленный наплыв приводит к чрезмерному расходу электродного металла и в связи с этим для его использования нужно экономическое обоснование.
• Вогнутые (ослабленные) способы используются для скрепления тонкого металла.
• Нормальные или плоские актуальны при динамических нагрузках, так как они не имеют особого перепада между дорожкой и основным металлом.

По виду сварки

Классификация сварных швов по виду сварки разделяется в зависимости от типа воздействия сварочного аппарата. Например, при работе в среде аргона или другого защитного газа, соединение будет не иначе, как «газовым», при работе с электродом – «электродуговым». Самыми основными видами являются следующие швы:

• ручной дуговой сварки – стыковое или нахлесточное соединение реализуется вручную с помощью электрода. Таким образом, можно скрепить практически любой металл, толщиной от 0,1 до 100 мм в любом положении;
• автоматической сварки, которые осуществляются при работе с аппаратом – трансформатором, выпрямителем или инвертором;
• сварки в инертном газе. Такие стыковые, угловые и нахлесточные соединения считаются самые прочные, так как сварка происходит в среде инертных газов, которые защищают его от окисления. Большим плюсом такого скрепления является эстетический вид и отсутствие отходов и шлаков;
• газовой сварки – дорожка формируется под воздействием температуры, которая создается за счет горения рабочего газа, исходящего из горелки;
• паяных соединений, которые совершаются с помощью паяльника.

Кроме описанных, существует еще множество способов для соединения деталей, как обычных, так и нестандартных, которые применяются для заваривания деталей в труднодоступных местах. Например, швы могут быть однослойными (а) или многослойными(б, в), при которых накладывается несколько валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва.

svarkaed.ru

это, их краткая характеристика, типы, давлением металлов, художественная, какие бывают, классификация способов работ – Виды сварки на Svarka.guru

Жизнь современного человека тесно связана с вещами, изготовленными с применением сварочных технологий. Речь идет не только о соединении металла, но и прочих материалов, которые можно соединить на молекулярном уровне. В статье будут рассмотрены основные виды сварки.

Понятие процесса

Физические признаки

Металлы отличаются высокой температурой плавления. Без дополнительных факторов площадь контактные части свариваемых изделий не будут взаимодействовать друг с другом. Для изменения агрегатного состояния металла требуется повысить его температуру. По достижению определенного уровня создаются условия, при которых появляется возможность выполнить стыковку деталей с получением крепкой межатомной связи между поверхностями.

Технологичность – главное свойство сварных работ

Применяемые типы сварки зависят от характеристик рабочих элементов, а также производственных условий. Наиболее употребительными являются следующие технологии:

Важность свойств

В процессе соединения заготовок необходимо обеспечить надежную защиту зоны температурного воздействия от агрессивного влияния кислорода в атмосфере. В противном случае в области обработки будут активно развиваться коррозионные процессы, ухудшающие качество конструкции. Основные способы предотвращения контакта расплава с воздухом:

• флюс;
• вакуум;
• защитные газы;
• пена.

Флюс можно вносить непосредственно в зону контакта, как при автоматической сварке. Дуговая технология подразумевает использование стержней с флюсовым материалом, который расплавляясь, защищает сварочную область.

Классификация

Классификацию сварки металлов осуществляют исходя из характера воздействия на плоскость:

1. Термический класс. Характеризуется бесконтактным способом воздействия на поверхность – электрической дугой или пламенем газа.
2. Термомеханический класс. Данный вид сварочных работ сочетает в себе бесконтактное воздействие, для достижения нужной температуры, а также механического давления для выполнения соединения.
3. Механический класс. Заданные тепловые параметры получают исключительно за счет механического воздействия на соединяемые изделия.

Ниже будут рассмотрены виды сварок и их краткая характеристика, для каждого класса.

Термический класс

Сварочная дуга

Сварочная дуга – это источник тепловой энергии для расплава металла. Представляет собой электрический разряд, возникающий при разрыве цепи. В качестве питающего механизма применяются устройства, работающие на постоянном или переменном токе.

Электродуговая

Электродуговая технология – наиболее распространенный способ соединения металлических изделий. Своей популярностью обязан относительной простоте применяемого оборудования и низкой себестоимости выполнения работ. Известно несколько видов дуговой сварки.

Ручная дуговая

Работы выполняются электродами с флюсовым покрытием и аппарата для сварки. Метод получил свое название благодаря функциям, которые осуществляются сварщиком:

• Выбор направления движения стержня и его скорость.
• Длина дуги;

Под действием высокой температуры флюс расплавляется. Одни компоненты попадают в зону расплава, улучшая качественные характеристик, другие остаются на поверхности, образуя защитную пленку.

Неплавящимся электродом

В качестве электродного материала используются тугоплавкие элементы: вольфрам или графит. Температура плавления базовой поверхности ниже, чем у электрода. Это обстоятельство увеличивает срок эксплуатации стержней. Допустимо использование присадочных металлов. Ввиду отсутствия флюса, работы ведутся в среде инертных газов.

Механизированная плавящимся электродом в среде защитного газа

Данный вид работ характеризуется применением особого присадочного материала – электродной проволоки, состав который зависит от свойств рабочей поверхности. Для подачи материала в зону сварки используют подающие механизмы. Они могут быть как одним из узлов агрегата, так и автономным оборудованием. Проволока не имеет защитного покрытия, поэтому соединение выполняют под защитой газа. При его отсутствии используют особый тип присадки – порошковую проволоку, которая содержит флюс для защиты шва. Для работы применяются аппараты, функционирующие в полуавтоматическом режиме.

Под флюсом

В этом случае на зону соединения вносят флюсовый состав, при плавлении которого возникает газовый пузырь, служащий барьером для вредных атмосферных факторов. Подчиняется требованиям ГОСТа 8713-89. На серийных производствах имеются установки, выполняющие сварку под флюсом в автоматическом режиме.

Электрошлаковая

Особенностью метода является система подачи тепловой энергии: ток проходит через флюс, нагревая его. Затем происходит плавление присадочного материала и заготовки. Способ незаменим при вертикальных соединениях с углублением, относительно основной плоскости.

Орбитальная

Метод промышленного стыкования поверхностей с круглым сечением, таких как трубы. Существует два способа реализации неразъемной связи. В первом случае заготовки вращаются вокруг своей оси. Под действие силы трения достигается рабочая температура. Во втором случае изделия зафиксированы, а вокруг них вращается подвижная головка аппарата для дуговой сварки. В этом случае используется электродная проволока.

Газопламенная

Технология характеризуется использованием тепловой энергии, образующейся при сгорании горючих газов и их смесей. В зависимости от массовой доли кислорода, определяется характер пламени. Оно может быть трех типов:

• окислительное;
• нейтральное;
• восстановительное.

Наиболее перспективным считают использование дециана. Препятствием к распространению является его токсичные свойства, однако рабочие параметры газа сопоставимы с технологией дуговой сварки, поэтому ученые активно ищут возможность устранения вредных факторов.

Плазменная

Рабочим инструментом является плазмотрон, генерирующий высокотемпературную плазменную дугу. В качестве механизма регулировки струи используют электромагнитные силы, увеличивая скорость ионов до необходимой величины. Помимо сварки, плазму используют наплавки, резки и напыления.

Электронно-лучевая

Высокотехнологичный метод, отличающийся принципом нагрева поверхности – для повышения температуры используется электронная пушка, которая создает поток электронов. Соединение элементов выполняют в условиях вакуумных камер.

Лазерная

Стыковой метод соединения пластмасс оплавлением

Исходя из названия, для оплавления пластиковых изделий используется нагревательный элемент с покрытием из тефлона.

С закладными нагревателями

Еще один метод соединения полимеров. Нагрев осуществляется элементами сопротивления, которые устанавливают на соединительную муфту. После монтажа заготовки подается электрический ток, расплавляющий пластик.

Термомеханический класс сварки

Кузнечная

В качестве рабочего инструмента использовался кузнечный молот, деформирующий заготовки. Является самым старым способом выполнения соединения. В настоящее время практически не используется.

Контактная

Наиболее популярный способ данного класса. Рабочий цикл включает в себя два этапа. Первый – плавление поверхности до пластичного состояния. Второй – давление на нагретые элементы, которое может осуществляться как вручную, так и с помощью различных приводных механизмов. Подвидами контактной технологии являются.

Точечная

Популярная технология, которая может быть реализована в домашних условиях. Изделие помещают между двумя стержнями, выполняющими роль электродов. На них подается кратковременный импульсный заряд, нагревающий плоскость. Затем заготовка сжимается электродами, образуя межатомное соединение.

Стыковая

Основное отличие технологии заключается в ширине воздействия на поверхность. Соединение выполняется по всей плоскости касания. Существует два способа создания соединения:

• сопротивлением;
• непрерывным оплавлением.

Метод оплавления используется на промышленных предприятий. Его цель – автоматизация процесса сваривания различных металлических конструкций.

Рельефная

Метод характеризуется специфической подготовкой к свариванию. На контактные плоскости предварительно устанавливают возвышения, называемые рельефами. После выполнения стыковки по точкам на них подают электрический ток, который вызывает деформацию рельефов.

Диффузионная

В основе технологии лежит явление диффузии – взаимного проникновения частиц друг в друга. При повышении температуры интенсивность движения атомов возрастает, создавая оптимальные условия для соединения деталей. Процесс протекает в условиях безвоздушного пространства или в среде защитных газов.

Высокочастотными токами

Металл плавится под влиянием токов высокой частоты. После кристаллизации обрабатываемой зоны образуется прочный сварной шов.

Существует способ соединения, не попадающий под классификацию способов сварки. Это соединение мягких тканей в медицинской практике, которое проводится путем воздействия высокочастотного тока на отдельные участки организма, нагревая их до 70 Сº.

Трением

Основное преимущество данного способа сочленения – возможность работы с разнородными металлами. Согласно технологическим требованиям, одна заготовка должна быть надежно зафиксирована в специальном суппорте. Вторую раскручивают вокруг своей оси и под давлением стыкуют с первой. Тепловой энергии, которая выделяется за счет силы трения, достаточно для образования новых молекулярных связей.

Механический класс

Взрывом

Основной способ для получения биметаллических соединений. Для спекания заготовок используют тепловую энергию, которая освобождается при взрыве.

Ультразвуковая

Данный способ использует ультразвуковые колебания для образования неразъемных связей между атомами. Уникальность технологии заключается в возможности сваривания различных материалов, начиная от металла, заканчивая кожей или стеклом.

Холодная

Уникальный метод сваривания материалов, который отличается низкой рабочей температурой, находящейся ниже уровня рекристаллизации структуры металла. Технологические требования заключаются в тщательной подготовки рабочей плоскости. Она должна быть очищена от чужеродных элементов. Непосредственно перед началом цикла производят обезжиривание поверхности.

Эту сварку давлением применяют для работы с материалами, чувствительными к температурным перепадам.

Международные обозначения

При выполнении работ на территории России, в строительстве и других отраслях промышленности, все сварочные процессы подчиняются требованиям ГОСТа Р ИСО 4063-2010. Это отечественный аналог международного стандарта ISO 4063:2009.

В искусстве

Художественная сварка – это недавно зародившееся направление в искусстве. Мастера, занимающегося созданием скульптурных композиций называют арт-сварщиком. В Москве, и других крупных городах, проходят многочисленные выставки, которые знакомят ценителей с новыми произведениями.

Можно с уверенностью утверждать, что художественной сваркой по металлу с каждым годом интересуется все больше людей.

Заключение

В статье было рассказано, какие бывают виды сварки: от электросварки до соединения ультразвуком.

Сварщик 6-го разряда Гресь Олег Станиславович Опыт работы 20 лет: «Месяц назад был на выставке сварочных композиций. Если честно, я был поражен – несмотря на то, что в описании указывалось, что работы выполнялись любителями, замысел и качество реализации были на высоте».

svarka.guru

Сварочные швы — виды и способы применения

Сварочные швы представляют собой зону соединяемых заготовок, которая подвергается непосредственному тепловому воздействию пламени, электрической дуги/плазмы или лазерного луча. По внешнему виду сварного соединения судят о квалификации сварщика, о технологическом предназначении конструкции и даже о способе сварки.

Структура шва

Типовой сварочный шов включает в себя:

1. Зону наплавленного металла (из сварочного электрода или из основного металла соединенных между собой заготовок).
2. Зону механического сплавления.
3. Зону термического влияния.
4. Переходную зону к основному металлу.

При рассматривании шлифа сварного шва в любой металлографический микроскоп разграниченность вышеперечисленных зон определяется весьма четко. Исключение составляют лазерные технологии соединения тонкостенных и мелких деталей, когда из-за точной локализации светового потока некоторые зоны могут отсутствовать.

Зона наплавленного металла представляет собой сплошную литую структуру, формирование которой происходит с момента начала расплавления электрода или заготовки. На обычных микрошлифах эту зону рассмотреть невозможно вследствие особой мелкой дисперсности частиц, которые ее составляют. Зона отличается наибольшей твердостью, но часто имеет поверхностные дефекты, обусловленные совместным действием сварочных шлаков, кислорода воздуха, остатков сварочного флюса и т.д.

Протяженность зоны механического сплавления связана с термодиффузионной активностью металлов соединяемых деталей. При интенсивном проникновении одного металла в другой глубина зоны сплавления может достигать 40-50% от объема литой зоны. Состав зоны неоднороден: наряду со структурами основного металла, там могут присутствовать интерметаллидные соединения углерода и азота с легирующими элементами, которые имеются в основном металле. Чаще всего в этой зоне встречаются грубодисперсные карбиды вольфрама, хрома, железа, а также более мелкие по размерам нитриты тех же металлов.

Зона термического влияния по своей структуре напоминает поверхностные зоны термически обрабатываемого металла в условиях скоростной и поверхностной закалки или упрочнения. Непосредственно к объемам механического сплавления примыкает так называемый «белый слой» — нетравящаяся часть металла этой зоны. Твердость белого слоя — максимальна и часто превосходит показатели зоны механического сплавления. Причиной тому являются тепловые процессы, энергии которых уже недостаточно для расплавления, но вполне хватает для сверхскоростной закалки (особенно, если сварка ведется под слоем инертного газа). Далее по глубине располагаются зоны структурных превращений, состав которых зависит от марки стали. Например, после сварки нержавеющих сталей основной составляющей рассматриваемой зоны является аустенит, для инструментальных сталей — мартенсит и т.д.

В переходной к основному металлу зоне присутствуют структуры троостита, остаточного аустенита, перлита и других составляющих, которые формируются в условиях сравнительно небольших температурных перепадов.

Качество сварки определяется скачками твердости и структурной однородности: чем они меньше, тем долговечнее и прочнее будет сварочный шов.

Таким образом, структура сварного шва является неоднородной, а сопоставительный анализ ее основных физико-механических характеристик (твердости, прочности, однородности и пр.) определяет качество сварного соединения.

Классификация видов сварных швов

В основу классификации типов сварных соединений могут быть приняты различные факторы: геометрические, конструктивные, технологические и прочностные.

С точки зрения месторасположения сварных соединений их подразделяют на:

1. Горизонтальные.
2. Вертикальные.
3. Наклонные.
4. Нижние.

Из всех типов сварных швов нижний, при котором разделка кромок исходной заготовки производится со стороны сварщика, считается не только самым доступным для освоения, но и самым прочным. Это объясняется удобством формирования расплава (как при ручном, так и при автоматическом процессах), когда силы тяжести металла способствуют лучшему заполнению зазоров между соединяемыми поверхностями. Нижний тип еще и наиболее экономичен. Используется два основных приема его формирования — от себя и на себя.

Горизонтальный шов формируется в условиях, когда подготовленные поверхности расположены перпендикулярно плоскости сварочного электрода. Приемы его получения аналогичны описанным выше, но расход сварочных электродов и флюсов увеличивается, поскольку часть расплава уносится силами тяжести из сварочной зоны.

Еще тяжелее условия для производства вертикальных швов. Здесь, кроме возрастающих потерь металла, увеличивается и неравномерность геометрических характеристик: на последних участках шов получается более толстым, а вероятность ухудшения механических параметров, в сравнении с горизонтальным и нижним типами, увеличивается.

Хуже всего качество у вертикально расположенных швов. Даже при автоматической сварке потери металла велики. Кроме того, в данном случае требуются особые меры безопасности процесса, которые бы исключали возгорание поверхностей, оплавление смежных площадей соединяемых заготовок и т.д. Количество швов, налагаемых вертикально, при проектировании сварных конструкций должно быть минимальным.

Типы сварного соединения могут классифицироваться и по конструктивному принципу своего образования. Соответственно, сварочные швы могут быть:

1. Встык.
2. Внахлестку.
3. Угловыми.
4. Тавровыми.
5. Под электрозаклепки.

Стыковое соединение считается оптимальным по соотношению «экономичность-прочность». Габариты шва при правильной подготовке зоны соединения (тип разделки, подготовка кромок, зазоры) практически не искажают форму поверхности. Качество стыкового соединения зависит от толщины заготовок. При толщине до 4 мм (все размеры здесь и далее приводятся относительно низко- и среднеуглеродистых сталей) чаще выполняется односторонняя разделка кромок, при толщине до 8-10 мм — двухсторонняя U/V-образная, а при более толстых деталях — Х-образная. Соответственно, изменяется и зазор между смежными деталями: в частности, для тонких заготовок его величина не должна превышать 1-2 мм.

Соединение внахлестку используется для ситуаций, когда свободного пространства для сварки обычным способом недостаточно. Толщина заготовок не должна превышать 8-10 мм, а для обеспечения равнопрочности подготовку необходимо выполнять с обеих сторон. Если разделка кромок невозможна, то сечение приходится увеличивать. Вариантом соединения внахлестку является прорезное, когда торцы одной из деталей искусственно увеличивают для того, чтобы добиться желаемой прочности.

Угловое соединение, в свою очередь, может быть торцевым и «в лодочку» (используется, когда торец одной детали приваривается к поверхности другой). С целью придания прочности угловым швам их, по возможности, обваривают с обеих сторон. Технология угловой сварки требует более высокой квалификации исполнителя. В частности, из-за опасности проплавления одной из смежных поверхностей электрод должен располагаться под углом 45-60⁰ к более длинной стороне угла. При сварке «в лодочку» расход сварочной проволоки увеличивается, протяженность зоны термического влияния возрастает, а ее твердость, наоборот, падает. Это связано с ухудшением условий отвода тепла.

Тавровое соединение считается более сложным вариантом углового, когда сваркой формируются обе полки такого составного профиля. Подготовка кромок в этом случае не обязательна, зато имеются определенные ограничения в направлении удерживаемого электрода, который должен располагаться к вертикальной стенке тавра под углом не выше 60⁰. При тавровом способе вероятность дефектов выше (как, впрочем, и расход сварочной проволоки, поскольку сварку приходится проводить за несколько проходов горелки).

Когда особых требований к герметичности готового соединения нет, используется шов под электрозаклепки. Подготовленные к соединению изделия плотно прижимаются плоскими поверхностями друг к другу, после чего в верхней детали любым способом получают отверстие. В него вводят горелку и расплавляют металл, который далее проникает вовнутрь, сваривая изделия между собой. Такой метод чрезвычайно экономичен и, при последующей шлифовке, обеспечивает необходимый внешний вид поверхности.

Классификация сварных швов помогает выбрать оптимальную последовательность их получения.

Основные характеристики сварочного шва

Различают геометрические и технологические параметры сварного шва. К геометрическим относят размеры в поперечном сечении — ширину, толщину и высоту над основной         плоскостью. На виды сварочных соединений влияют также и технологических параметры: катет и корень в стыке, его выпуклость/вогнутость, а также соотношение объема металла шва к общей площади сварного стыка.

Виды сварочных швов, в частности, ширина, высота и толщина, зависят от требуемых прочностных показателей соединения. Такая зависимость не является однозначной: чрезмерно массивный шов, наоборот, снижает качество соединения, поскольку сцепление зон наплавки и механического сплавления ослабляется, а качество поверхности может ухудшиться из-за наличия сварочного грата, а также интенсификации процессов окисления и обезуглероживания материала деталей.

Классификация сварных швов и форма их поверхности важны и с точки зрения долговечности готовых конструкций. Вогнутые швы, оформляемые по параболической зависимости высоты шва от его толщины, снижают уровень внутренних напряжений и минимизируют остаточные деформации. Наоборот, ровные швы, когда сохраняются острые углы при переходе от одной поверхности к смежной, уровень остаточных напряжений и деформаций повышают.

Оптимизацию формы поперечного сечения сварочного соединения можно производить при помощи следующих практических коэффициентов:

• Для наилучшего соотношения ширины к высоте — 1,2-1,5;
• Для наилучшего соотношения ширины к выпуклости — не более 8;
• Для наилучшего соотношения площадей поверхности шва к площади металла в зоне соединения — 0,85-1,0.

Виды сварных швов и технология их получения определяют качество процесса. Для оценки используют такие параметры, как глубина провара металла и количество проходов.

Глубина провара определяет однородность структуры в зоне соединения. Она принимается в пределах 0,5-0,8 (при меньших значениях ухудшается прочность сварного стыка, а при увеличенных — возрастает опасность проплавления).

Количество проходов зависит от способа разделки кромок и толщины соединяемых элементов. При увеличенных зазорах и обычном профиле кромок (со скосом) количество проходов и амплитуду колебаний горелки приходится изменять, что повышает уровень внутренних сварочных напряжений. Проблема (для сварки толстых листов) снимается оптимизацией формы подготовки кромок. Число проходов для глубоких швов может достигать 6-8, при этом стараются заполнить сначала основной зазор (между кромками), а затем обварить место стыка с обеих сторон.

На качество сварных швов и соединений влияют также относительные размеры корня по отношению к катету и высоте. Если корень шва меньше указанных параметров, то качество готового соединения будет хуже из-за уменьшенной глубины провара металла. При статических нагрузках на соединение это обстоятельство не критично, однако при динамических нагрузках может стать причиной разрушения сваренной конструкции.

Классификация сварочных швов основывается на технологии их образования, соотношении геометрических размеров и последовательности выполнения сварки.

wikimetall.ru

1 Виды сварки и их характеристика

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде. 

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

Автоматическая сварка под флюсом. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки. На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва. 

Электронно-лучевая сварка.Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка. источником энергии для нагрева материала служит плазма – ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны. Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка. Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка. нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Холодная сварка. Соединение заготовок при холодной сварке осуществляется путем пластического деформирования при комнатной и даже при отрицательных температурах. Образование неразъемного соединения происходит в результате возникновения металлической связи при сближении соприкосающихся поверхностей до расстояния, при котором возможно действие межатомных сил, причем в результате большого усилия сжатия пленка окислов разрывается и образуются чистые поверхности металлов. 

Свариваемые поверхности должны быть тщательно очищены от адсорбированных примесей и жировых пленок. Холодной сваркой могут быть выполнены точечные, шовные и стыковые соединения.

studfiles.net

Виды сварных швов и соединений

Сварным швом(в дуговой сварке) называется конструктивный элемент сварного соединения на линии перемещения источника сварочного нагрева (дуги), образованный затвердевшим после расплавления металлом.

Сварные швы классифицируются по конструктивному признаку, назначению, положению, протяженности и внешней форме.

По конструктивному признаку швы разделяют на стыковые и угловые(валиковые). Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительной разделки кромок швы бываютV-,U-,X- иK-образные. ДляV- иU-образных швов, свариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных не проваров (рис.4.1), являющихся источником концентрации напряжений.

При автоматической сварке принимаются меньшие размеры разделки кромок швов вследствие большего проплавления соединяемых элементов (см. табл.4.1). Чтобы обеспечить полный провар шва, односторонняя автоматическая сварка часто выполняется на флюсовой подушке, медной подкладке или стальной остающейся подкладке.

При электрошлаковой сварке разделка кромок листов не требуется, но зазор в стыке принимают не менее 14 мм.

Угловыми швами, весьма часто применяемыми в конструкциях, являются поясные швы в балках и колоннах. Такими швами привариваются элементы конструктивного оформления (ребра, накладки), а также элементы в углах решетчатых конструкций и т.п. Угловые (валиковые) швы наваривают в угол,

образованный элементами, расположенными в разных плоскостях. Применяющаяся при этом разделка кромок изделий показана в табл. 4.1.

Угловые швы, расположенные параллельно действующему осевому усилию, называются фланговыми, а расположенные перпендикулярно –лобовыми.

Швы могут быть рабочими или связующими (конструктивными), сплошными или прерывистыми (шпоночными). По положению в пространстве во время их выполнения они бывают нижними, вертикальными, горизонтальными и потолочными (рис. 4.2.). Сварка нижних швов наиболее

Рис. 4.1. Виды швов.

а – стыковой шов в однопроходном стыковом соединении; б –стыковой шов с подваркой корня в однопролетном стыковом соединении; в – фланговый и лобовой швы в нахлесточном соединении; г – угловые швы в тавровом соединении; д – прерывистые (шпоночные) швы в нахлесточном соединении; 1 – подварка корня шва; 2 – лобовой шов; 3 – фланговый шов; 4- угловые швы; 5 – прерывистые или шпоночные швы

удобна, легко поддается механизации, дает лучшее качество шва, поэтому при проектировании следует рассматривать возможность выполнения большинства швов в нижнем положении. Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы в большинстве своем выполняются при монтаже. Они плохо

поддаются механизации, выполнить их вручную трудно, качество шва хуже, поэтому применение их в конструкциях ограничено.

Различают следующие сварные соединения: стыковые, внахлестку, угловые и тавровые (рис.4.3).

Стыковыминазываются соединения, в которых элементы соединяются торцами и один элемент является продолжением другого. Такие соединения наиболее рациональны, так как имеет наименьшую концентрацию напряжений при передаче усилий, экономичны и удобны для контроля.

Стыковые соединения листового металла выполняют прямым или косым швом.

Рис. 4.2.Положение швов в пространстве

1 – нижнее; 11 – вертикальное; 111 – потолочное; 1У – горизонтальное на вертикальной поверхности

Соединения внахлесткуназывают такие, в которых свариваемые элементы, частично находят друг на друга (рис.4.3,б). Эти соединения широко применяют для сварки листовых конструкций небольшой толщины (2-5 мм), в решетчатых и других видах конструкций. Разновидностью соединений внахлестку являются соединения с накладками с целью усиления стыков.

Соединения внахлестку с накладками просты, но менее экономичны по расходу металла и вызывают резкую концентрацию напряжений, поэтому их редко используют при переменных и динамических нагрузках, а так же при низкой температуре.

Угловыминазываются соединения, в которых свариваемые элементы расположены под углом (рис.4.3,г).

Тавровыесоединения отличаются от угловых тем, что в них торец одного элемента приваривается к поверхности другого (рис.4.3,д).

Во всех видах сварных соединений применяются угловые швы (валиковые). Только стыковые соединения выполняются с помощью стыковых швов.

Работоспособность сварного соединения зависит от его качества, т.е. минимального числа дефектов. Наиболее часто встречающимися дефектами

сварного соединения являются:

а) подрезы,представляющие собой углубления (канавки) в металле, идущими вдоль границы шва;

б) непровары– отсутствие оплавления между металлом шва и основным металлом. При этом в местах непроваров обнаруживаются тонкие пленки оксидов и шланговые включения;

в) шлаковые(неметаллические)включения– частицы шлака, не успевшие всплыть на поверхность шва до затвердения металла шва;

г) поры– области, заполненные газом, выделяющимся в процессе сварки;

studfiles.net