Сварка швов в различных пространственных положениях. Сварочное дело. Сварочные швы и соединения. Технология выполнения сварочных швов

Сварку швов нужно стремиться выполнять в нижнем положении, где создаются наиболее благоприятные условия для получения швов хорошего качества.

Это объясняется тем, что расплавленный металл электрода переносится в ванну в направлении силы тяжести, поверхность сварочной ванны занимает горизонтальное положение. Кроме того, в нижнем положении рабочему удобнее выполнять сварку, легче наблюдать за процессом.

Качество сварного стыкового соединения без скоса кромок обусловлено правильным выбором диаметра электрода и тока. Стыковые соединения с У-образной разделкой кромок в зависимости от толщины металла сваривают однослойными или многослойными швами. На рис. 44 показано место возбуждения дуги и движения торца электрода при сварке за один проход соединения с V-образной разделкой кромок (на ответственных изделиях дуга возбуждается только на кромках). На скосах кромок движение дуги замедляют для получения необходимого провара, а в корне шва ускоряют, чтобы избежать прожога. У изделий, где доступ для сварки возможен с двух сторон, с обратной стороны накладывают подварочный шов, предварительно очистив корень шва от наплывов металла, грата и шлака.

Рис. 44. Возбуждение дуги и траектория движения торца электрода при сварке за один проход соединения с V-образной разделкой кромок

Рис. 45. Порядок наложения швов при многослойной сварке

На рис. 45 цифрами показан порядок наложения швов при многослойной сварке. Сварка швов с Х-образной разделкой не отличается от сварки с-образной разделкой кромок. Для получения качественного шва при многослойной сварке толщина нижележащего слоя не должна превышать 4-5 мм. В этом случае хорошо проплавляется и отжигается металл нижележащего слоя. Площадь поперечного сечения F наплавляемого слоя обычно увязывается с диаметром применяемого электрода.

Угловые швы следует сваривать также в нижнем положении. Такой способ называется сваркой «в лодочку» (рис. 46).

Рис. 46. Сварка «в лодочку»

Рис. 47. Сварка угловых швов

Расплавленный металл электрода при сварке вертикальных швов переносится в ванну в направлении, перпендикулярном силе тяжести. Поэтому качественный шов можно получить только при сварочной ванне небольшого объема. Вертикальные швы завариваются более короткой дугой, тогда вследствие действия сил поверхностного натяжения между расплавленным металлом ванны и каплей электродного металла возникает взаимное притяжение. При переходе металла электрода в сварочную ванну количество жидкого металла в ней увеличивается и под действием силы тяжести металл может вытечь. Во избежание этого электрод необходимо быстро отвести вверх или в сторону, чтобы металл затвердел. На рис. 49 представлены положения электрода в отдельные моменты сварки вертикального шва. Сварка вертикальных швов, как правило, выполняется снизу вверх. Образовавшийся в начале сварки кратер будет удерживать капли расплавленного металла. Электрод может быть наклонен вверх или вниз. При наклоне электрода вниз рабочему легче наблюдать за процессом сварки. Сварка сверху вниз обычно применяется для тонколистового металла. Дуга в этом случае возбуждается при перпендикулярном положении электрода к свариваемой поверхности, а после образования капли металла электрод отклоняется вниз, удерживая короткой дугой расплавленный металл от стекания (рис. 50).

Рис. 49. Положения (а, б, в) электрода при сварке вертикального шва снизу вверх

Горизонтальные швы сваривать труднее, чем вертикальные. Чтобы расплавленный металл не мог стечь, кромки на нижнем листе не скашиваются. С этой же целью сварка начинается на кромке нижнего листа, затем проваривается корень разделки, а после этого дуга переносится на кромку верхнего листа (рис. 51). Порядок сварки горизонтального шва с F-образной разделкой показан на рис. 52. Для сварки вертикальных и горизонтальных швов ток уменьшается на 10-20% по сравнению со сваркой в нижнем положении.

Потолочные швы выполняются труднее всех других, так как расплавленный металл постоянно стремится вытечь из сварочной ванны. Это обстоятельство требует от сварщика поддержания возможно короткой дуги в течение всего процесса сварки. Этапы переноса капли с электрода в сварочную ванну при потолочной сварке показаны на рис. 53. Наклон электрода к направлению сварки должен составлять 10-15° (0,17-0,25 рад). Рекомендуется применять электроды с тугоплавким покрытием. Расплавляясь несколько позже, чем электродный стержень, покрытие образует на конце электрода чехол, который обеспечивает более направленный перенос металла, облегчая тем самым процесс сварки. При сварке потолочных швов ток уменьшается на 20-25% по сравнению со сваркой в нижнем положении.

Рис. 50. Сварка вертикальных швов способом сверху вниз

Рис. 52. Движение электрода при сварке горизонтального шва

Сварка тонколистового металла. Сварку металла толщиной 1,5-3 мм следует вести на постоянном токе обратной полярности. На переменном токе сварка возможна только с применением осцилляторов. Сварка выполняется с периодическими замыканиями дуги через расплавленные капли электродного металла. Основной металл проплавляется на всю глубину и даже немного протекает на обратную сторону.

Сварка швов различной протяженности и толщины. По протяженности швы делятся на короткие (до 300 мм), средней длины (300-1000 мм) и длинные (более 1000 мм). Короткие швы сваривают от начала до конца в одном направлении. Швы средней длины сваривают участками (1-6) от середины к концам шва или об-ратноступенчатым способом (рис. 54). Длину участков подбирают таким образом, чтобы каждый из них можно было сварить целым числом электродов. Для сварки длинных шзов также применяют обратноступенча-1Ь1Н способ, который дает возмолшость хорошо проплавить начальные участки швов и уменьшить коробление изделия.

Рис. 51. Положения (1, 2, 3) электрода при сварке горизонтального шва

Рис. 53. Схема переноса капель металла при потолочной сварке

Рис. 54. Сварка швов средней длины
а - участками от середины к концам; б - обратноступенчатым способом

Рис. 55. Сварка «горкой»

Для наложения длинных швов большой толщины используют способ сварки «горкой» или «каскадом». При сварке «горкой» (рис. 55) на участке длиной 200- 300 мм накладывают первый слой шва в середине. Затем, отступив на 200-300 мм от его начала, заваривают этот отрезок до начала первого слоя, перекрывают первый слой и заканчивают сварку на расстоянии 200- 300 мм от конца первого слоя. В таком же порядке располагают все последующие слои до достижения одним из них расчетной толщины шва. После этого подваривают уже более короткие отрезки на участках, не имеющих еше расчетной толщины шва. При сварке «каскадом» отрезок первого слоя длиной 200-300 мм накладывается в конце шва. После этого сварка выполняется в последовательности, аналогичной сварке «горкой».

Под сваркой понимают процесс неразъемного соединения металлических изделий путем местного нагревания их до расплавленного или тестообразного (пластического) состояния (без применения или с применением механического усилия).

Самым распространенным способом сварки металлов является электродуговая сварка, при которой для местного расплавления свариваемых изделий используется тепловой эффект вольтовой дуги.

Газовая сварка применяется в основном для соединения тонколистового материала, тонкостенных труб, а также в ремонтном деле.

Сварными соединениями называют совокупность деталей, соединенных сварным швом. Они разделяются на следующие виды (рис. 11.1):

а) стыковые; б) угловые; в) тавровые; г) внахлестку.

Рис. 11.1. Виды сварных соединений

СВАРНЫЕ ШВЫ

Сварным швом называют затвердевший после расплавления металл, соединяющий сварные детали. Они разделяются по протяженности шва, положению в пространстве, внешней форме шва, числу проходов, характеру выполненного шва, форме подготовленных кромок.

Рис. 11.2 Виды сварных швов

По протяженности сварные швы могут быть непрерывными (рис. 11.2) и прерывистыми (рис. 11.3). Прерывистые швы подразделяются на: а) тавровые; б) внахлестку; в) односторонние; г) цепные; д) шахматные. Длина провариваемого участка прерывистого шва 20-60 мм (или определяется расчетом). Расстояние, или шаг прерывистого шва, выбирают из соответствующего ГОСТа или рассчитывают.

Рис. 11.3. Виды сварных швов

По положению в пространстве швы разделяют на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные (рис. 11.4). Нижние швы выполняют на горизонтальных поверхностях, горизонтальные и вертикальные - на вертикальных (по горизонтали и вертикали), потолочные - под изделием.

Рис. 11.4. Пространственное положение сварных швов.

По внешней форме сварные швы разделяют на швы выпуклые и вогнутые. Выпуклый шов, имеющий увеличенную высоту по сравнению с расчетной, называется усиленным, а вогнутый - облегченным (рис. 11.5).

Для швов угловых и тавровых соединений, а также соединений внахлестку характерным размером является размер катета поперечного сечения шва, обозначенный на рис. 11.5 буквой К.

По числу проходов сварные швы разделяются на однопроходные или многопроходные в зависимости от количества проходов сварочной дуги (рис. 11.6).

Характер шва зависит от толщины свариваемых деталей, технических условий сварки и может быть односторонним или двусторонним. Форма подготовки кромок зависит от толщины свариваемых деталей, положения шва в пространстве и других данных. Для обеспечения провара при ручной сварке и для формирования шва при автоматической сварке выполняют скос кромок. Угол скоса кромки определяется по соответствующему стандарту.

Отметим, что сварочные полуавтоматы целесообразнее использовать на производстве, а не для работы в домашних условиях, поскольку работа на них требует определенных навыков и умений. Самое широкое распространение сварочные полуавтоматы нашли в работе автосервисов, так как сварочный шов полуавтоматом наиболее пригоден для сварки тонкого металла, используемого сейчас в автомобилестроении.

Такие швы при сварке полуавтоматом получаются более качественными благодаря автоматической системе подачи проволоки и меньшему нагреву металла. Это позволяет избежать деформации металлической поверхности и получить качественный шов, который не трескается в течение долгого времени.

Особенно подходит сварочный полуавтомат для точечной сварки, когда требуется наложить металлическую «заплатку» благодаря тому, что он имеет специальное сопло. Также оправдано применение сварочных полуавтоматов на стройках, когда ежедневно ведутся большие объемы сварочных работ.

При работе с листами нержавеющей стали и алюминия в качестве защитного газа для избегания разбрызгивания металла используют аргон, гелий, углекислый газ, или их смеси.

Способы сварных соединений.

Сварка встык применяется в авторемонтных работах при проведении работ по частичной замене детали и наружных кузовных работ. Такая сварка требует точной подгонки деталей, однако при этом снимать фаски с краев свариваемых листов нет необходимости. Если края свариваемых деталей имеют слишком большой зазор, то вместо сварного соединения есть риск получить «дыру».

Сварка встык позволяет достичь высокого качества ремонтных работ, например, если крыло автомобиля нуждается не в полной замене, а достаточно произвести замену отдельного фрагмента. Вырезается нужный по величине лист металла и приваривается на место ремонта методом сварки встык путем наложения сплошного точечного шва. Если в процессе сварки выбран правильный режим, то зачистив и отрихтовав полученный шов, можно даже отдельно это место не шпатлевать. Особая квалификация от сварщика требуется для сваривания металла менее 2 мм по толщине, гораздо проще выполнять швы на толстом металле, поскольку там требуется не такая точная подгонка.

Сварка внахлест является самым простым, а поэтому и самым распространенным способом сваривания двух листов металла. Обычно швы внахлест применяются для сварки металлов там, где имеются повышенные нагрузки: при ремонте лонжеронов, порогов, усилителей.

Одной из разновидностей сварки внахлест является сварка через отверстие, или, так называемая, электрозаклепка. Такая технология частично напоминает точечную сварку, которая применяется в заводских условиях для сборки кузова, а также часто применяется при ремонте автомобиля.

Находит, правда, полуавтомат применение и в домашних условиях. Например, при помощи полуавтоматической сварки можно сварить кузов для автомобильного прицепа из мебельного профиля.

Виды сварных швов, выполняемых с помощью полуавтомата.

Независимо от того, каким способом соединяется металл в процессе сварки, различается всего три вида сварного шва - это точечный, сплошной и сплошной прерывистый.

Сварные точки, нанесенные с интервалом в несколько миллиметров или сантиметров, называются точечным швом.

Сплошной ряд сварных точек, нанесенный полуавтоматом на металл, расположенный вплотную к перекрытию, составляет сплошной точечный шов. Этот вид шва применяется для сварки как тонкого металла, так и толстого. В автосервисах обычно такой шов непопулярен, поскольку кузов обязан иметь определенную «эластичность», чтобы уменьшить вероятность проявления усталости металла, а сплошной шов имеет повышенную жесткость. Сплошной сварной шов используется при сварке баков, необходимых в хозяйстве, или для сваривания стальных металлоконструкций.

Сплошным прерывистым швом, как правило, соединяют в кузове силовые элементы, где применяется более толстый металл.

Разновидности вертикальных сварочных швов при сварке полуавтоматом.

На деталях, по-разному расположенных в пространстве, используют горизонтальные швы - «на полу» или «на потолке» и вертикальные - «на стене».

Самое высокое качество сварки получается, когда сварочный шов полуавтоматом выполняется в горизонтальной плоскости «на полу». Когда вертикальные швы свариваются в положении на «стене» и особенно на «потолке», лучше придерживаться определенных рекомендаций, так как расплавленный металл пытается вытечь из сварочной ванны, что ухудшает качество шва.

Сварка вертикальных швов полуавтоматом ведется короткой дугой с выставлением среднего показателя рабочего тока. Электрод располагают практически перпендикулярно к шву (80°…90°).

Обязательным при сварке вертикального шва является манипулирование электродным стержнем с амплитудой от 2 до 4 диаметров электрода по всей ширине формируемого валика.

Сварным соединением называют элемент сварной конструкции, состоящей из двух

или нескольких деталей конструкции и сварного шва, соединяющего эти детали.

ГОСТ 5264-80 устанавливает основные типы и конструктивные элементы

сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых ручной дуговой сваркой металлическим электродом при толщине свариваемого металла до 175 мм. Предусмотрены стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые соединения. Стыковые соединения (рис. 1, а...в) самые типичные из сварных соединений, в которых торцы или кромки соединяемых деталей располагаются так, что поверхность одной детали является продолжением поверхности другой детали. Стыковые соединения без скоса свариваемых кромок применяют при соединении листов толщиной до 12 мм.

Кромки листов срезают под прямым углом к плоскости листа и при сварке располагают с зазором 1...2 мм. Листы толщиной до 4 мм сваривают односторонним швом; 2...12 мм-двусторонним швом.

Рисунок 1. Стыковые соединения.

Стыковые соединения с V-образной разделкой кромок применяют при сварке

металла толщиной 3...60 мм. При этом разделка кромок может быть одно- и двусторонней.

Для толщин металла в пределах 15... 100 мм применяют V-образную разделку с криво-

линейным скосом одной или обеих кромок. Стыковые соединения с Х- и К-образными

разделками кромок применяют при сварке металла толщиной 8... 175 мм.

Нахлесточные соединения, (рис. 1, г) предусмотренные для металлов толщиной

2...60 мм, применяют при изготовлении различных строительных конструкций - колонн, мачт, ферм и др.

Листы заваривают с обеих сторон, чтобы не допустить проникновения влаги в зазор

между свариваемыми листами.

Тавровые соединения - соединения, (рис. 1, д) при которых торец одного

элемента примыкает к поверхности другого элемента свариваемой конструкции под

некоторым углом (чаще всего под прямым). Их применяют для металлов толщиной 2...

120 мм. В зависимости от назначения соединения и толщины металла элементов

конструкции сварка может быть осуществлена без скоса, с одно- и двусторонним скосом кромок элементов соединения. Для получения прочного шва зазор между свариваемыми элементами составляет 2...3 мм.

Угловые соединения (рис. 1, е) осуществляют при расположении свариваемых

элементов под прямым или произвольным углом, и сварка выполняется по кромкам

этих элементов с одной или с обеих сторон. Угловые соединения применяют при сварке различных коробчатых изделий, резервуаров и емкостей из металла толщиной 1...100 мм.

Рисунок 2. Классификация сварных швов по положению относительно

действующего усилия .

Сварные швы подразделяют по следующим признакам: по положению

относительно действующего усилия - на фланговые (рис. 2, а), лобовые (рис. 2,6) и

косые (рис. 2, б); по положению в пространстве - на нижние (рис. 3, а), горизонтальные

(рис. 3,6), вертикальные (рис. 3, б) и потолочные (рис. 3, г); по внешней форме - на

выпуклые (рис. 4, а), нормальные (рис. 4,6) и вогнутые (рис. 4, в); по протяженности - на

непрерывные или сплошные и прерывистые

Рисунок 3. Классификация сварных швов по положению в пространстве.

Рисунок 4. Классификация сварных швов по

внешней форме.

Технология ведения сварочных процессов. Выбор режима сварки и техника выполнения швов

Режимом сварки называется совокупность параметров, определяющих процесс сварки: вид тока, диаметр электрода, напряжение и значение сварочного тока, скорость перемещения электрода вдоль шва и др.

Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр

электрода и сварочный ток. Остальные параметры выбирают в зависимости от марки электрода, положения свариваемого шва в пространстве, вида оборудования и др.

Диаметр электрода устанавливают в зависимости от толщины свариваемых кромок,

вида сварного соединения и размеров шва. Для стыковых соединений приняты

свариваемых кромок:

При выполнении угловых и тавровых соединений принимают во внимание размер

катета шва. При катете шва 3...5 мм сварку производят электродом диаметром 3...4 мм;

при катете 6...8 мм применяют электроды диаметром 4...5 мм. При многопроходной сварке швов стыковых соединений первый проход выполняют электродом диаметром не более 4 мм. Это необходимо для хорошего провара корня шва в глубине разделки.

По выбранному диаметру электрода устанавливают значение сварочного тока.

Обычно для каждой марки электродов значение тока указан на заводской этикетке, но

можно также определить по следующим формулам:

где I - значение сварочного тока, A; dэ - диаметр электрода, мм.

Полученное значение сварочного тока корректируют, учитывая толщину металла и

положение свариваемого шва. При толщине кромок менее (1,3...1,6) dэ, расчетное

значение сварочного тока уменьшают на 10...15 %, при толщине кромок > 3 dэ,-

увеличивают на 10...15 %. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют

сварочным током, на 10...15 % уменьшенным против расчетного.

Сварочную дугу возбуждают двумя приемами. Можно коснуться свариваемого

изделия торцом электрода и затем отвести электрод от поверхности изделия на 3...4 мм,

поддерживая горение образовавшейся дуги. Можно также быстрым боковым движением коснуться свариваемого изделия и затем отвести электрод от поверхности изделия на такое же расстояние (по методу зажигания спички). Прикосновение электрода к изделию должно быть кратковременным, так как иначе он приваривается к изделию, т. е. «примерзает». Отрывать «примерзший» электрод следует резким поворачиванием его вправо и влево.

Длина дуги значительно влияет на качество сварки. Короткая дуга горит устойчиво

и спокойно. Она обеспечивает получение шва высокого качества, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. Но слишком короткая дуга вызывает «примерзание» электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки. Длинная дуга горит неустойчиво с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная,

расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется.

Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество окислов.