Правильное наложение сварочных швов. Способы выполнения сварочных стыковых, тавровых, угловых и нахлесточных соединений

Для выполнения сварного шва прежде всего определяют режим сварки, обеспечивающий хорошее качество сварного соединения, установленные размеры и форму при минимальных затратах материалов, электроэнергии и труда.

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 практические рекомендации по выбору диаметра электрода в зависимости от толщины 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 указано на заводской этикетке, но можно также определить по следующим формулам:

I = (40–50)d ,

при d = 4–6 мм;

I = (20+6d)d ,

при d меньше 4 и больше 6 мм,

где I – значение сварочного тока (А);

d – диаметр электрода (мм).

Полученное значение сварочного тока корректируют, учитывая толщину металла и положение свариваемого шва. При толщине кромок менее 1,3–1,6 безрасчетное значение сварочного тока уменьшают на 10–15 %, при толщине кромок больше трех диаметров электрода увеличивают на 10–15 %. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют сварочным током, на 10–15 % уменьшенным против расчетного.

Сварочную дугу возбуждают двумя приемами:

1. Можно коснуться свариваемого изделия торцом электрода и затем отвести электрод от поверхности изделия на 3–4 мм, поддерживая горение образовавшейся дуги (рис. 60а).

2. Можно также быстрым боковым движением коснуться свариваемого изделия и затем отвести электрод от поверхности изделия на такое же расстояние (по методу зажигания спички) (рис. 60б).

Рис. 60.

Зажигание сварочной дуги:

а – кратковременным прикосновением электрода к поверхности изделия; б – чирканьем конца электрода о поверхность изделия

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. После отрыва дуга зажигается повторно (рис. 61).

Рис. 61.

Зажигание дуги после ее обрыва:

1 – место повторного зажигания дуги;

2 – кратер

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 при этом слишком короткая дуга вызывает «примерзание» электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки. Горение длинной дуги происходит 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.

Для электродов с толстым покрытием длина дуги указывается в паспортах. В процессе сварки электроду сообщаются движения, показанные на рисунке 62.

Рис. 62.

Перемещение электрода в трех направлениях

Скорость перемещения электрода не должна быть большой, так как металл электрода не успевает сплавиться с основным металлом и получается непровар.

При малой скорости перемещения возможны перегрев и пережог металла, шов получается широкий, толстый, производительность сварки низкая.

Поперечные колебательные движения (рис. 63) применяют для получения уширенного валика. Поперечные движения замедляют остывание наплавляемого металла, облегчают выход газов и шлаков и способствуют наилучшему сплавлению основного и электродного металла и получению высококачественного шва. Образующийся в конце наплавки валика кратер необходимо тщательно заварить.

Рис. 63. Колебательные движения концом электрода поперек шва:

1, 2, 3 – для равномерного прогрева сварочной ванны; 4 – для усиленного прогрева корня шва; 5, 6 – для усиленного прогрева кромок

Поперечные колебательные движения конца электрода определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Техника выполнения зависит от вида и пространственного положения шва.

Нижние швы наиболее удобны для выполнения, так как расплавленный металл электрода под действием силы тяжести стекает в кратер и не вытекает из сварочной ванны, а газы и шлак выходят на поверхность металла. Поэтому по возможности следует вести сварку в нижнем положении.

Стыковые швы без скоса кромок выполняют наплавкой вдоль шва валика с небольшим уширением. Необходимо хорошее проплавление свариваемых кромок. Шов делают с усилением выпуклость шва до 2 мм. После проверки шва с одной стороны изделие переворачивают и, тщательно очистив от подтеков и шлака, заваривают шов с другой стороны.

Сварку стыковых швов с V-образной разделкой (рис. 64) при толщине кромок до 8 мм производят в один слой, а при большей толщине – в два слоя и более. Первый слой наплавляют высотой 3–5 мм электродом, диаметр которого 3–4 мм. Последующие слои выполняют электродом диаметром 4–5 мм. Перед наплавкой очередного слоя необходимо тщательно очистить металлической щеткой разделку шва от шлака и брызг металла. После заполнения всей разделки шва изделие переворачивают и выбирают небольшую канавку в корне шва, которую затем аккуратно заваривают. При невозможности подварить шов с обратной стороны следует особенно аккуратно проварить первый слой.

Рис. 64.

Сварка стыковых швов:

а – однослойный шов; б – многослойный шов; 1–7 – последовательность наложения швов

Стыковые швы с Х-образной разделкой выполняют аналогично многослойным швам с обеих сторон разделки.

Угловые швы в нижнем положении (рис. 65) лучше выполнять в положении «лодочка». Если изделие не может быть так установлено, необходимо особенно тщательно обеспечить хороший провар корня шва и свариваемых кромок. Сварку следует начинать с поверхности нижней кромки и затем переходить через разделку шва на вертикальную кромку.

Рис. 65.

Сварка угловых швов:

а – траектория движения электрода; б – изменение угла наклона электрода; в – сварка в «лодочку»

Таблица 18

Сварные соединения

При наложении многослойного шва первый валик выполняют ниточным швом электродом с диаметром 3–4 мм. При этом необходимо обеспечить хороший провар корня шва. Затем после зачистки разделки наплавляют последующие слои.

Вертикальные швы (рис. 66) менее удобно сваривать, так как сила тяжести увлекает капли электродного металла вниз. Следует выполнять вертикальные швы короткой дугой снизу вверх. При этом капли металла легче переходят в шов, а образующийся кратер в виде полочки удерживает очередные капли металла от стекания вниз.

Рис. 66.

Сварка вертикальных швов:

а – снизу вверх; б – сверху вниз; 1 – положение электрода в начале сварки; 2 – положение электрода в процессе наложения шва

Таблица 19

Допустимая наибольшая разность толщин стыкуемых деталей, свариваемых без скоса кромок

Таким же образом можно вести сварку и сверху вниз. При этом дугу следует зажигать при положении электрода, перпендикулярном плоскости изделия. После образования первых капель металла электрод наклоняют вниз и сварку выполняют максимально возможной короткой дугой. Рекомендуется применять электроды диаметром 4–5 мм при несколько пониженном сварочном токе (150–170 А).

Таблица 20

Величина скоса детали, имеющей большую толщину, при стыковом соединении ее с тонкостенной деталью

Горизонтальные швы (рис. 67) выполняют при разделке кромок со скосом у верхнего листа. Дугу возбуждают на нижней кромке и затем переводят на поверхность скоса и обратно. Сварку выполняют электродом диаметром 4–5 мм.

Рис. 67.

Сварка горизонтальных швов:

а – стыковое соединение со скосом одной кромки; б – нахлестанное соединение; в – стыковое соединение со скосом двух кромок

Горизонтальные нахлесточные швы выполнять легче, так как нижняя кромка образует полочку, удерживающую капли расплавленного металла.

Потолочные швы (рис. 68) требуют высокой квалификации сварщика. Применяют электроды диаметром не более 5 мм при уменьшенном значении сварочного тока. Следует применять тугоплавкое покрытие электрода, образующее «чехольчик», в котором удерживается расплавленный металл электрода. Дуга должна быть как можно короче для облегчения перехода капель металла электрода в кратер шва.

Рис. 68 .

Сварка потолочных швов

Выбор порядка и способа выполнения сварных швов зависит от протяженности шва и толщины металла. При сварке тонколистовой стали необходимо строгое соблюдение техники выполнения сварных швов. Особую опасность представляют сквозные прожоги и проплавление металла. Сталь толщиной 0,5–1,0 мм следует сваривать внахлестку с проплавлением через верхний лист или встык с укладкой между свариваемыми кромками стальной полосы. Во втором случае расплавление кромок должно происходить при косвенном воздействии дуги.

Питание дуги производится от преобразователей ПС–100–1 или аппарата переменного тока ТС–120, так как они отличаются повышенным напряжением холостого хода и относительно малыми значениями сварочного тока.

Таблица 21

Допустимые значения выпуклости и вогнутости сварных угловых швов

Температура подогрева стыков перед прихваткой и сваркой дуговыми способами при положительной температуре воздуха

Применяют электроды с покрытием марок МТ или ОМА–2. Сварку ведут на массивных теплоотводящих медных подкладках. Такой способ теплоотвода предохраняет металл от сквозного прожога и способствует хорошему формированию шва. Тонколистовую сталь можно сваривать с отбортовкой кромок. Сварку производят постоянным током неплавящимся электродом (угольным или графитовым) диаметром 6–20 мм при значении сварочного тока 120–160 А.

Металл большой толщины сваривают в несколько проходов. Разделка кромок может быть заполнена слоями или валиками. При толщине металла 15–20 мм сварку выполняют секциями способом двойного слоя : шов разбивают на участки длиной 250–300 мм и каждый участок заваривают двойным слоем. Наложение второго слоя производят после удаления шлака по неостывшему первому слою.

При толщине металла 20–25 мм и более применяют сварку каскадом или сварку горкой . Каскадный способ заключается в следующем: весь шов разбивают на участки и сварку ведут непрерывно. Окончив сварку слоя на первом участке, продолжают выполнение следующего слоя второго участка по неостывшему предыдущему слою. Разновидностью сварки каскадом является сварка горкой, которая обычно выполняется двумя сварщиками одновременно. Сварка горкой ведется от середины шва к краям. Такие способы сварки обеспечивают более равномерное распределение температуры и значительное снижение сварочных деформаций.

Рис. 69.

Схемы сварки:

а – на проход; б – от середины к краям; в – обратноступенчатым способом; г – блоками; д – каскадом; е – горкой; А – направление заполнения разделки; 1–5 – последовательность сварки в каждом слое

Способы выполнения сварных швов по длине зависят от их протяженности (рис. 69). Условно принято различать короткие швы , длиной до 250 мм, средние швы, длиной 250–1000 мм и длинные швы протяженностью более 1000 мм. Короткие швы выполняют сваркой на проход, швы средней длины сваривают либо от середины к краям, либо так называемым обратноступенчатым способом . Этот способ заключается в том, что весь шов разбивают на участки и сварку участка производят в направлении, обратном общему направлению сварки шва. Конец каждого участка совпадает с началом предыдущего участка. Длина участка выбирается в пределах 100–300 мм в зависимости от толщины металла и жесткости свариваемой конструкции. Длинные швы сваривают обратноступенчатым способом.

Сварка при низких температурах отличается следующими основными особенностями: стали изменяют свои механические свойства – понижается ударная вязкость и уменьшается угол загиба, ухудшаются пластические свойства и несколько повышается хрупкость, а отсюда склонность к образованию трещин. Это особенно заметно у сталей, содержащих более 0,3 % углерода, а также у легированных сталей, склонных к закалке.

Металл сварочной ванны охлаждается значительно быстрее, что приводит к повышенному содержанию газов и шлаковых включений и, как следствие, к снижению механических свойств металла шва.

В связи с этим установлены следующие ограничения сварочных работ при низкой температуре. Сварка металла толщиной более 40 мм при температуре 0 °C допускается только с подогревом. Подогрев необходим для сталей толщиной 30–40 мм при температуре ниже –10 °C, для сталей толщиной 16–30 мм – при температуре ниже –20 °C и для сталей толщиной менее 16 мм – при температуре ниже –30 °C. Для подогрева металла применяют горелки, индукционные печи и другие нагревательные устройства.

Сварку производят электродами типов Э42А, Э46А, Э50А, обеспечивающими высокую пластичность и вязкость металла шва. Значение тока на 15–20 % выше нормального.

§ 32. Сварка стыковых соединений в различных пространственных положениях

Рис. 34. Схема заполнения швов по сечению:
а - однопроходная сварка, б - многослойная, в - многослойная многопроходная: I-VI слои шва, 1-8 - очередность наложения валиков

Рис. 35. Выполнение первого слоя при сварке стыкового соединения, имеющего разделку кромок

Рис. 36. Техника сварки стыкового соединения:
а - вертикально расположенным электродом, б - углом назад, в - углом вперед; 1 - свариваемые пластины, 2 - подкладка, 3 - положение электрода углом вперед, 4 - вертикально расположенным электродом, 5 - положение электрода углом назад, 6 - корневой шов

Рис. 37. Схема техники выполнения наплавки валиков и вертикальных швов на подъем:
а - зажигание дуги, б - образование сварочной ванны, в - движение электрода вверх

Рис. 38. Схема техники сварки (наплавки) на спуск:
а - зажигание дуги, б - образование сварочной ванны, в - движение электрода вниз

Рис. 39. Движение электрода ври наплавке узких валиков при наклонном положении:
а - по траектории острого угла, б - лесенкой, чередуя приближение электрода к поверхности пластины с последующим отводом его, в - перемещение электрода на 3-4 диаметра вверх вдоль пластины и последующее возвращение его к сварочной ванне (цифрами отмечены точки изменения направления электрода)

Рис. 40. Схема движения электрода при выполнении широких валиков при сварке стыковых соединений в вертикальном положении

Рис.41. Последовательность наложения слоев при выполнении горизонтального шва (1-6 - очередность выполнения валиков)

Рис. 42. Схема наложения узких валиков в потолочном положении:
I - лесенкой, II - полумесяцем, III - обратнопоступательно, l - диаметр закристаллизовавшейся капли металла

Рис.2

При сварке металла большой толщины шов выполняется за несколько проходов. При этом заполнение разделки может производиться слоями (рис 3,а) или валиками (рис 3,б). При заполнении разделки слоями каждый слой шва выполняется за один проход. При заполнении разделки валиками в средней и верхней частях разделки каждый слой шва выполняется за два или более проходов, путем наложения отдельных валиков. С точки зрения уменьшения деформаций из плоскости первый способ предпочтительнее второго. Однако при сварке стыковых швов не всегда удобно выполнять очень широкие валики в верхней и средней частях разделки. Поэтому на практике 1-й способ чаще применяется при сварке угловых швов, 2-й - стыковых.

Рис.3а

Рис.3б

При сварке толстого металла выполнение каждого слоя на проход является нежелательным, так как это происходит к значительным деформациям, а также может привести к образованию трещин в первых слоях. Образование трещин вызывается тем, что первый слой шва перед наложением второго слоя успевает полностью (или почти полностью) остыть. Вследствие большой разницы в сечениях наплавленного слоя и свариваемого металла все деформации, возникающие при остывании неравномерно нагретого металла, сконцентрируются в металле шва. При этом запас пластичности может оказаться недостаточным, что приведет к трещинообразованию.
Для предотвращения образования трещин заполнение разделки при сварке толстого металла следует производить с малым интервалом времени между наложением отдельных слоев. Это достигается применением каскадного метода заполнения разделки (рис.4, а), или заполнения разделки горкой (рис.4, б).

Рис.4,а

Рис.4,б

При каскадном способе заполнения разделки весь шов разбивается на короткие участки и сварка осуществляется таким образом, что по окончании сварки слоя на данном участке, не останавливаясь, продолжают выполнение следующего слоя на соседнем участке и т. д., как это схематично представлено на рис.4, а.
При этом каждый последующий слой накладывается на неуспевший еще остыть металл предыдущего слоя. Сварка горкой является разновидностью каскадного способа. Обычно сварка горкой ведется от середины шва к краям одновременно двумя сварщиками, как это схематично представлено на рис.4, б.
Так же важным фактором при выполнении сварки является способ перемещения сварочной горелки и проволоки или электрода. Пример предпочтительных способов движений при сварке показан на (рис. 5).

Рис.5

Если по окончании шва сразу оборвать дугу, то образуется незаполненный металлом кратер, который ослабляет сечение шва и может явиться началом образования трещин. Поэтому при окончании шва всегда должна производиться заварка кратера, которая осуществляется сваркой в течение некоторого времени без перемещения электрода вдоль свариваемых кромок, а затем постепенным удлинением дуги до ее обрыва.

§ 38. Способы наложения валиков и техника выполнения швов

Рис. 30. Траектория движения конца электрода при наплавке уширенных валиков

Рис. 31. Различное положение электродов при сварке:
а - вертикальное, б - углом вперед, в - углом назад (стрелкой указано направление сварки)

Рис. 32. Способы выполнения сварных соединений различной протяженности:
а - сварка на проход для выполнения коротких соединений, б - сварка соединений средней длины от середины к концам шва, в - сварка обратноступеичатым способом для выполнения соединений средней длины, г - сварка обратноступеичатым способом от середины к концам шва для выполнения длинных соединений; 1-6 - последовательность наложения швов