Виды и классификации сварных соединений и швов

Виды и классификации сварных соединений и швов

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.

Что такое сварочный шов

Для начала определимся с понятиями «сварочный шов» и «сварочное соединение», потому что некоторые источники рассматривают их как одно и то же, другие разводят формулировки.

Самое короткое определение: сварочный шов – это неразъемное соединение сваркой.

Второй вариант раскрывает физику процесса сварки как таковой: сварочный шов – это участок, в котором соединены две или несколько деталей в результате кристаллизации или деформации вещества, или одного и другого вместе. Так или иначе, сварочные швы и соединения логичнее принимать за один и тот же процесс.

Один из самых старых и известных среди специалистов стандартов – «ГОСТ 5264 – 80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные». Этот ГОСТ был введен в действие еще в 1981 году, он до сих пор прекрасно справляется со своими задачами: четко и ясно перечислены основные виды сварных швов, их размеры, конструктивные элементы и инструкции, как правильно класть сварочный шов. Отличный пример документа, который не нуждается в корректировках в течение долгого времени.

Как соединяют детали

Технологию производства сварочных соединений, включая их виды, размеры основных элементов и их условные обозначения на чертежах, устанавливает ГОСТ 5264-80. Чтобы правильно прочитать чертеж, предназначенный для сварки конструкции, надо ознакомиться с данным стандартом.

В соответствии с ГОСТом, при выполнении сварочных работ, могут применяться следующие виды соединений:

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

О каждом из них стоит поговорить отдельно, поскольку выбор сварочного соединения и подготовка кромок заготовок напрямую влияют на качества шва.

Стыковые

Такое сварочное соединение характеризуется примыканием боковых поверхностей свариваемых деталей, находящихся в одной плоскости.

Существуют разновидности выполнения данной сварочной операции. Работа может выполняться без подготовки соединяемых поверхностей. При сваривании сравнительно тонкого листового материала, его края могут быть предварительно отбортованы, то есть, загнуты под углом 90 °C.

У более толстых заготовок для осуществления полного провара материала по толщине применяется скашивание кромок с одной или с двух сторон. Форма скоса кромок может быть прямолинейной или криволинейной.

Для удержания сварочной ванны в зоне шва, под свариваемые листовые заготовки иногда помещается плоская подкладка, которая после выполнения работ удаляется.

Сам шов при выполнении стыкового соединения может быть односторонним или двухсторонним.

Угловые

Это соединение применяют к деталям, не находящимся в одной плоскости, кромки которых расположены под некоторым углом друг относительно друга. Такие соединения также выполняются с предварительной подготовкой поверхностей, или без нее.

Подготовка заключается в скашивании соединяемых кромок разными способами, одна из плоскостей может быть отбортована. Сварные швы, в зависимости от конструктивных требований, односторонние или двухсторонние.

Тавровые

При тавровом соединении, кромка одной из свариваемых деталей присоединяется к поверхности другой детали под углом 90 °. Таким образом, поперечный разрез соединения имеет форму буквы «Т».

Для улучшения качества соединения применяются односторонние или двухсторонние скосы кромок присоединяемого элемента. Обработке подвергаются те детали, торцы которых привариваются к плоскостям других деталей.

Для лучшей проварки металла обычно при закреплении деталей обеспечивают наличие небольшого зазора между ними. Величина зазора составляет 2 – 3 мм.

Вообще, для каждой конкретной процедуры должна быть составлена технологическая карта операции, учитывающая все требования проекта собираемой конструкции.

Внахлест

Детали, соединяемые внахлест, накладываются одна на другую, находясь при этом в параллельных плоскостях. Швы выполняются с одной или с обеих сторон.

Производить скос кромок в этом случае не имеет смысла, так как торцевые участки и плоскости соединяемых деталей образуют вогнутый угол, хорошо удерживающий сварочную ванну и позволяющий выполнить прочный шов.

Классификация по расположению соединения

Кроме вышеприведенной квалификации, сварные швы можно классифицировать и по другим характеристикам. Одна из таких – это по степени выпуклости.

Сварные швы можно разделить на:

  • нормальные;
  • выпуклые;
  • вогнутые.

Во многом этот параметр зависит от параметров сварочных материалов и от режимов сварочного аппарата. Если при выполнении сварки применяют длинную дугу, то шов выйдет ровным и широким. При использовании короткой дуги, ширина шва уменьшиться, а сам он станет выпуклым. Нельзя забывать и о том, что на качество и геометрию шва большое значение оказывает скорость движения электрода и, конечно, форма и размеры разделки кромки.

Сварные швы можно классифицировать по их положению в пространстве. То есть они могут быть расположены – внизу, вертикально и на потолке.

Оптимальным расположением сварочного шва считают нижнее. Такой вид шва рекомендуется использовать при разработке рабочей документации на изделия. Сварщик, при обработке нижнего шва, находиться поверх него и прекрасно видит и движение электрода, и процесс формирования шва.

Вертикально расположенные или потолочные швы могут выполнять только сварщики определенной квалификации. Потолочное расположение шва это самый трудоемкая и небезопасная работа.

Какие бывают сварочные швы и соединения классификация

Все типы сварных соединений классифицируются по следующим признакам.

По способу выполнения

По способу выполнения технологический процесс производят следующим образом:

  • высокотемпературным плавлением;
  • посредством давления.

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

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

Способы выполнения сварки

Сам нагрев осуществляется различными типами технических приёмов:

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

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

По степени выпуклости

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

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

Схематичное изображение выпуклого шва

По положению в пространстве

Рассматривают два вида взаимного положения различных элементов:

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

В первом случае различают следующие типы положения:

  • нижнее;
  • вертикальное;
  • потолочное;
  • горизонтальное положение шва на вертикальной плоскости;
  • угловой шов (в профессиональной литературе можно встретить такой термин «сварка в лодочку»).
Читайте также  Можно ли использовать старый цемент

Классификация швов по положению в пространстве

Во втором случае выделяют два основных вида относительно поверхности детали:

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

По протяжённости

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

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

Сварные швы по протяженности

Виды сварных соединений и швов по взаимному расположению

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

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

Виды сварных соединений по расположению

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

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

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

Виды сварных швов по форме свариваемых изделий

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

Параметры сварных швов

Форма стыкового шва определяется:

  • шириной – шагом между внешними границами линий сплавления;
  • выпуклостью – шагом от точки максимальной высоты рубца до основной поверхности;
  • глубиной провара – шаг от поверхности детали до максимальной точки расплавления;
  • толщиной – величиной, равной расстоянию от максимума выпуклости до точки максимального расплавления;
  • зазором – расстоянием 0–5 мм по торцам привариваемых частей, величина которого увеличивается пропорционально толщине материала (чем толще материал, тем больше зазор).

Форму углового шва определяют:

  • катет – кратчайший отрезок между краями шва на плоскости соединяемых деталей;
  • расчетная высота – шаг от точки максимального расплавления до наружной части рубца;
  • толщина – шаг от наивысшей точки поверхности до нижней точки расплавления.

Сварочное соединение состоит из следующих элементов:

  1. Непосредственно сварной шов – зона стыка деталей.
  2. Зона сплавления.
  3. Зона термического влияния сварочного аппарата – это участок металла, где заметны термические изменения в результате воздействия сварки.
  4. Основной металл – остальная площадь металлических деталей, которые соединили с помощью сварки.

При выполнении сварки в несколько слоев, выделяют также корневой шов – это самый первый сварочный слой, расположенный глубже других. При его выполнении воздействие должно быть максимальным и по возможности – непрерывным.

Сварные швы классифицируют по нескольким основным признакам – в зависимости от вида стыка, сечения, пространственного расположения, и т. д. Каждый шов применяется в зависимости от общей идеи конструкции, целесообразности, и других условий.

По виду соединения

  • Стыковые швы

Стыковочные или стыковые швы – самые простые и распространенные. Они образуются, когда две детали соединяют их торцевыми поверхностями. Благодаря методу стыковки расход металла получается меньший, чем при использовании других способов соединения деталей.

Шов в данном случае может быть:

  • Односторонний со скосом кромки – рекомендуется при сварке деталей толщиной 8-25 мм. Самый популярный вид скоса – V-образный, но иногда используется и U-образное соединение.
  • Односторонний без скоса кромки – применяется при сваривании листов металла толщиной до 4 мм.
  • Двусторонний со скосом кромки – толщина от 12 мм. В этом случае чаще всего применяется X-образное скашивание кромок, которое требуется меньшего расхода металла в сравнении с V-образным.
  • Двусторонний без скоса кромок – при сваривании деталей толщиной до 8 мм.

  • Тавровые швы

Они образуются, когда два листа металла, или другие металлические детали соединяют в виде буквы «Т». Одна часть будущей конструкции прислоняется торцом к боковой поверхности другой части. Тавровые соединения также могут быть без скоса кромок, с односторонним или двусторонним скосом.

  • Нахлесточные швы

Используются, когда две детали необходимо расположить в параллельных плоскостях, чуть внахлест по отношению друг к другу. Такие швы рекомендуется использовать при сварке листов толщиной от 10 мм. Сваривают детали с обеих сторон.

  • Угловые швы

Образуются, если детали соединяют под прямым или любым другим углом. Иногда для прочности такие швы делают с обеих сторон соединения. В зависимости от толщины деталей, они могут быть со скошенными кромками, или без них.

Угловые швы также делятся по протяженности сварочных отрезков (участков воздействия сварки) на:

  • Непрерывные – сплошной сварочный шов.
  • С шахматным расположением сварочных отрезков – участки воздействия сварки на одной стороне противоположны участкам с другой стороны.
  • Цепные – участки сварки с обеих сторон стыка расположены одинаково.

По степени выпуклости

Принято считать, что сварной шов должен быть ровным и практически незаметным. Однако глубина или вогнутость шва зависит в первую очередь от типа сварного соединения и выбранного режима сварки.

По этому признаку швы делятся на следующие виды:

  • Выпуклые – рекомендованы при статическом режиме сварочного аппарата. Это так называемые усиленные швы.
  • Нормальные – с минимальной выпуклостью.
  • Вогнутые, или ослабленные – используются при угловых соединениях. Браком является наличие вогнутого шва при стыковом соединении конструкции.

По умолчанию подразумевается, что все соединения должны быть усиленными и слегка выпуклыми. Вогнутый шов должен быть обозначен на чертеже будущей конструкции.

По количеству проходов

Многопроходной сварочный шов.

По числу проходов сварочным аппаратом и слоев швы могут быть:

  • Однопроходными (или однослойными).
  • Многопроходными (многослойными).

Под термином «слой сварного шва» подразумевается количество металла, наплавленного за один проход сварочным аппаратом (сварочных валиков).

По действующему усилию

По этому критерию сварные швы подразделяются на несколько видов:

  • Фланговые – действующее усилие параллельно области шва.
  • Лобовые – усилие аппарата направлено перпендикулярно.
  • Косые – усилие идет под углом менее 90 градусов.
  • Комбинированные – совмещают в себе несколько видов.

По конфигурации и положению в пространстве

По этому признаку все швы можно разделить следующим образом:

  • Кольцевые – используются для сварки цилиндрических деталей, сваривание идет только снаружи.
  • Прямолинейные.
  • Вертикальные – шов расположен в вертикальной плоскости.
  • Горизонтальные – сварка идет в горизонтальной плоскости.
Читайте также  Улучшенная штукатурка

Особым видом сварочного шва является потолочный. В данном случае усилие идет в горизонтальной плоскости, но выше уровня сварочного аппарата. Поэтому потолочный шов считается самым сложным видом сварки. Очень важно при его выполнении соблюдать технику безопасности – максимально защитить себя сварочной маской и плотной одеждой.

По свариваемым материалам

Еще одна классификация – по материалам, которые соединяют друг с другом.

По этому критерию выделяют:

  • Швы на углеродистой и легированной стали.
  • На цветном металле.
  • На биметалле.
  • На пластике и полиэтилене.

Тавровые

Это т-образное соединение, при котором торец одного из листов приваривается к плоскости другого. Для надежности на первом можно сделать одно или двухсторонние скосы. С их помощью увеличивается объем наплавленного металла. Область применения – дуговая сварка металлоконструкций сложной формы.

Перед началом работ нужно учесть следующие факторы:

    расположение свариваемых элементов – верхнее, боковое или нижнее; рекомендуемый зазор между стыками 2-3 мм для лучшего соединения; стандартное расположение швов – двухстороннее. односторонние формируются только при отсутствии возможности обработки стыка с двух сторон.

Конфигурация скосов стандартная, угол зависит от толщины металла.

Полная классификация сварочных швов и соединений

Виды сварных швов разделяются на несколько категорий по различным признакам. Одним из них является различие по внешнему виду. Здесь выделяют:

  • Вогнутые (они же ослабленные);
  • Выпуклые (они же усиленные);
  • Нормальные (они же плоские).

По типу исполнения встречаются:

  • Односторонние;
  • Двусторонние.

По количеству проходов:

  • Многопроходные;
  • Однопроходные.

По количеству слоев:

  • Многослойные (при сварке толстых металлов);
  • Односторонние.

Классификация сварных швов выделяет еще разновидности по протяженности:

  • Точечные швы (их создают при помощи контактной сварки);
  • Двусторонние шахматные;
  • Двусторонние цепные;
  • Односторонние прерывистые;
  • Односторонние непрерывные.

Типы сварных швов по направлению усилия воздействия:

  • Лобовой (поперечный) – усилие осуществляется перпендикулярно;
  • Фланговый (продольный) – усилие проводится параллельно шву;
  • Косой – усилие осуществляется под углом;
  • Комбинированный – сочетает в себе фланговую и лобовую разновидность.

Виды сварочных швов и соединений по пространственному положению:

  • Нижний;
  • Горизонтальный;
  • Вертикальный;
  • Потолочный;
  • Полугоризонтальный;
  • Полувертикальный;
  • Полупотолочный;
  • В лодочку.

По своим функциям и назначению категории сварочных швов бывают:

  • Герметичные;
  • Прочные;
  • Прочно-плотные.
  • Уширенные – делаются при помощи поперечных колебательных движений электрода;
  • Ниточные – ширина шва которых практически не превышает величину диаметра сварочного электрода.

Особенности швов

  • Стыковые

Это наиболее распространенный вариант, который представляет собой обыкновенное соединение листов или торцевых поверхностей. На него требуется минимальное количество металла и времени. Его могут проводить без скоса кромок, если листы тонкие. Для толстых изделий требуется подготовка металла под сварку, где потребуется скашивать кромки для увеличения глубины проварки. Это актуально при толщине от 8 мм и выше. Если деталь толще 12 мм, то здесь необходимо двустороннее стыковое соединение со скашиванием кромок. Такие соединения чаще всего проводятся в горизонтальном положении.

Внешний вид стыкового сварочного шва

  • Тавровое

Тавровые разновидности соединений и швов представляются в виде буквы «Т». Оно могут быть одно- или двусторонними, а также могут соединять изделия различной толщины. Если перпендикулярно устанавливается меньшая деталь, то электрод во время сварки нужно наклонять до 60 градусов. Здесь же можно воспользоваться прихватками, чтобы наклонить деталь и осуществить более простой вариант сварки «в лодочку». Это уменьшает вероятность образования подрезов. Шов, как правило, накладывается за один проход. Сейчас существует много аппаратов для осуществления автоматической тавровой сварки.

Внешний вид таврового соединения

  • Угловое

Угловым считается соединение, которое располагается под углом 90 градусов, или другой величины. У таких соединений часто подкашиваются кромки, чтобы шов смог залечь на нужную глубину для обеспечения надежности. Двусторонняя проварка делает соединение более крепким.

  • Внахлест

Этот метод применяется для сваривания листов толщиною менее 1 сантиметра. Они кладутся внахлест друг на друга и провариваются с двух сторон. Следует следить, чтобы между ними не попадала влага. Иногда, для лучшего скрепления, такое соединение варится с торца.

Сварочное соединение внахлест

Геометрия сварного шва

Рассмотрев виды сварных швов и способы их нанесения, стоит обратить внимание на основные геометрические параметры.

Геометрические параметры шва встык

  • E – ширина образованного шва;
  • S – толщина заготовки;
  • B – зазор между свариваемыми заготовками;
  • T – толщина полученного шва;
  • H – глубина залегания проваренной части;
  • Q – размер выпуклой части.

Геометрические параметры углового шва

  • A – толщина углового шва, в которую. Входит величина выпуклости и расчетной высоты;
  • P – расчетная высота, которая соответствует перпендикулярной линии, проведенной из места самого глубокого про плавления к гипотенузе самого большого прямого треугольника, вписанного во внешнюю часть шва;
  • Q – выпуклость наплавленной области;
  • K – катет углового шва представляет собой расстояние от поверхности одной заготовки до границы угла другой.

Особенности выбора

Все виды сварных соединений и швов заметно отличаются по своим свойствам. Поэтому, для каждого конкретного случая приходится подбирать свой набор параметров для удачного сочетания. В первую очередь следует обращать внимание на пространственное положение. Чем более легко проходит работа, тем лучше качество шва. Наиболее легкими в исполнении считаются горизонтальные швы, поэтому, мастера стараются поставить заготовки в такую позицию. Иногда даже приходится несколько раз переворачивать одно и то же изделие, чтобы обеспечить высокое качество шва. «Важно! Не следует забывать, что сваривание за один проход помогает достичь лучшей крепости, чем многократные проходы. Поэтому, нужно находить баланс между удобством и количеством проходов.»

При толстых заготовках всегда нужно разделывать кромки и после этого еще обрабатывать поверхность, чтобы добавить ей чистоту. Стыковые варианты являются самыми простыми и предпочтительными к работе, так как их проще фиксировать, чтобы избежать искажений геометрии полученных деталей. Помимо правильного выбора типа шва, нужно обращать внимание еще и на температурный режим, так как тогда могут сместиться зоны проварки и изделие просто переплавится или недоварится.