Виды сварных швов: разбираемся в классификации и особенностях

Для качественного соединения деталей в различных условиях необходимо правильно подбирать виды сварных швов, которые будут соответствовать всем требованиям. Несмотря на то, что их общее количество насчитывает несколько сотен, все они собраны в удобную и понятную классификацию.

Не менее важным вопросом является и проверка качества шва после его создания. В нашей статье мы расскажем, какие бывают сварные соединения, по каким признакам их классифицируют, а также поговорим о том, как происходит их проверка, и перечислим наиболее распространенные дефекты.

Слои сварного шва

Сварной шов – место, в котором соединяются кромки обрабатываемых деталей и конструкций. Формируется он под воздействием электрической дуги, расплавляющей металл заготовок. Разные виды сварных швов выполняют различными способами в зависимости от материала соединяемых изделий, их толщины и формы, мощности используемого для работы оборудования и т. п.

Независимо от вида, сварной шов состоит из нескольких разграниченных между собой слоев:

Область наплавления металла – выглядит как единый литой слой, формирующийся при взаимодействии плавящегося электрода и кромок соединяемых заготовок. Металлические частицы в этой зоне очень твердые, мелкие и плотно спаянные друг с другом. Из-за нарушения технологии проведения сварных работ в этой области появляются дефекты.

Причина их образования может заключаться в воздействии кислорода, попадании шлаков, частиц флюса и т. п.

Зона сплавления металлов – образуется за счет термодиффузии, которой обладают обрабатываемые материалы. При активном взаимодействии молекул одного металла с молекулами другого глубина их проникновения составляет свыше 50 % монолитного наплавления. Для этой области не характерна однородность, в ней могут присутствовать соединения углерода с железом, хромом, азотом и пр.

Слой термического воздействия – структурно напоминает металл, образующийся в процессе поверхностной закалки. Область механического сплава граничит с так называемой белой зоной. Металл в этой области обладает максимальной твердостью и прочностью. Появление этой участка особенно заметно при сварке в защитной среде инертных газов. Возникает он благодаря тепловой энергии, которая уже не расплавляет материал заготовки.

Зона структурных преобразований материала – расположена следом за белым слоем. Изменения в структуре металла зависят от его марки.

Переходная область за которой следует основной металл. Слой включает в себя компоненты, образующиеся при незначительных температурных колебаниях (троостит, перлит, аустенит и др.).

Таким образом, ни один из видов сварных соединений и швов нельзя назвать однородными и гомогенными. Качество их составных частей влияет на надежность и прочность соединения в целом.

Основные виды сварных швов

Стыковые соединения.

Это простейшие сварные швы, используемые для соединения торцевых частей деталей, расположенных на одной плоскости или ровной поверхности. Если заготовки имеют разную толщину, то поверхности могут быть смещены относительно друг друга. Стыковой вид сварных соединений используют при работе с листовыми металлами, для сварки труб и резервуаров. Среди преимуществ этого способа обработки заготовок можно отметить высокую скорость работы, небольшой расход материалов. К недостаткам метода относится необходимость тщательной подготовки кромок соединяемых деталей.

Угловые соединения.

Этот вид сварных швов используют в том случае, когда металлические заготовки соединяют под углом друг к другу. При разнице в толщине металла толстостенная деталь размещается снизу и, расплавляясь, образует сварочную ванну. Этот прием помогает предотвратить появление таких дефектов, как подрезы и прожиги. Чтобы сделать шов более прочным, место соединения деталей проваривают с обеих сторон. Для внутреннего угла используют ток небольшой мощности, в таком случае снаружи не образуется закругления.

Для создания такого вида сварных соединений используют способ «в лодочку». Заготовки располагают под нужным углом относительно друг друга и слегка прихватывают их. Непосредственно сварку выполняют, установив конструкцию в положение плывущего кораблика. Расплавленный металл будет равномерно стекать с двух сторон обрабатываемых заготовок. Такой прием помогает избежать образования дефектов.

Угловой вид сварных швов подходит для работы с небольшими по размеру строительными каркасами, емкостями, навесами, элементами автомобильных кузовов, а также используется для сварки элементов конструкций в труднодоступных местах.

Рекомендуем статьи по металлообработке

• Марки сталей: классификация и расшифровка
• Марки алюминия и области их применения
• Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

Нахлесточные соединения.

Этот вид сварных швов применяют при необходимости соединения металлических листов, расположенных параллельно друг другу, при этом край одного из листов слегка накладывается на край другого. Чтобы увеличить прочность соединения, а также предотвратить попадание внутрь шва влаги и, как следствие, появление коррозии, область стыка деталей проваривают с двух сторон. Нахлесточные швы подходят для соединения заготовок толщиной не более 1,2 см.

Технология не требует высокой квалификации мастера, поскольку отсутствует необходимость в тщательной подготовке поверхностей свариваемых деталей, вероятность появления прожигов при применении этого способа минимальна. К недостаткам такого вида соединения относится больший расход металла по сравнению с другими.

Тавровые соединения.

При тавровом соединении заготовки сваривают под прямым углом или незначительно отклоняющимся от угла 90° относительно друг друга. При толщине деталей свыше 0,4 см шов выполняют с двух сторон. Кромки вертикальной заготовки должны быть тщательно подготовлены. Технологию используют в основном при сборке несущих конструкций. По возможности ее элементы следует располагать «в лодочку», чтобы повысить прочность узлов.

Торцевые соединения.

Торцевой вид сварных швов предполагает соединение плотно прилегающих друг к другу краев заготовок. Угол между ними не должен превышать 30°. При помощи такой технологии изготавливают кожухи, вентиляционные короба, контейнеры, металлические шкафы и др.

Среди достоинств этого способа соединения металлов можно отметить небольшую вероятность появления прожогов, внутренних деформирующих напряжений. К недостаткам относятся повышенный расход материалов, риск возникновения коррозии в случае попадания влаги внутрь соединения.

Классификация сварных швов

Различные виды сварных швов выделяют в зависимости от:

• пространственного положения заготовок;
• конфигурации;
• степени выпуклости соединений;
• количества подходов;
• направления прилагаемого усилия и вектора воздействия внешних сил;
• вида сварки;
• протяженности шва.

Пространственное положение сварного шва влияет на выбор технологии сварки и уровень сложности работы. В зависимости от положения в пространстве выделяют следующие виды сварных швов:

• нижние – самые простые в исполнении, могут выполняться начинающими сварщиками;
• горизонтальные;
• вертикальные;
• потолочные – наиболее сложные, требуют от мастера высокой квалификации и опыта работы, поскольку в данном случае увеличивается степень травмоопасности для сварщика из-за вероятности попадания на него капель расплавленного металла.

В зависимости от конфигурации выделяют следующие виды сварных швов:

• прямолинейные;
• криволинейные;
• кольцевые.

В зависимости от степени выпуклости существуют следующие виды сварных швов:

• вогнутые;
• плоские;
• выпуклые.

При выполнении вогнутых и плоских швов расходуется меньше металла, однако их качество нельзя назвать высоким. Выпуклые отличаются большей прочностью. Однако слишком рельефные сварные соединения накапливают высокие напряжения.

Для выполнения разных видов сварных швов используют различные типы сварки:

• электрическую дуговую;
• автоматическую и полуавтоматическую под флюсом;
• электродуговую в среде защитных газов;
• электрошлаковую;
• электрозаклепочную;
• контактную;
• пайку.

В зависимости от протяженности различают следующие виды сварных швов:

• сплошные – более прочные, качественные, устойчивые к коррозии;
• прерывистые (в свою очередь делятся на цепные и шахматные) – более дешевые в исполнении, требующие меньших усилий, но при этом менее прочные и подверженные коррозии.

Методы контроля качества сварных швов

Любые сварные соединения в обязательном порядке подвергаются контролю качества выполнения. Самые высокие требования предъявляют к несущим конструкциям и ответственным узловым соединениям. Готовые детали и конструкции оценивают визуально, а также при помощи других видов контроля сварных швов:

Капиллярный способ.

Самый распространенный метод, требующий применения специальных жидкостей – индикаторов, или пенетрантов. Ярко окрашенные жидкие составы проникают в малейшие трещины сварных соединений. Таким образом, окрашивание определенной области шва свидетельствует о наличии в ней дефектов. Увидеть их можно невооруженным глазом.

Индикаторы наносят на сухую очищенную поверхность изделия или конструкции. Если деталь небольшая, ее полностью погружают в емкость со специальной жидкостью. Более крупные изделия смачивают пенетрантом или наносят его с помощью баллончика. При вакуумном способе проверки качества жидкость втягивается в пустоты швов, при компрессионном – попадает внутрь сварных соединений за счет давления воздуха, при ультразвуковом – под воздействием ультразвука, при деформационном – благодаря колебаниям звуковых волн.

Магнитная дефектоскопия.

Подходит для контроля качества разных видов ферромагнитных сварных швов. Способ помогает обнаружить внутренние трещины, включая микротрещинки, и инородные включения. Контроль проводится при помощи дефектоскопа – аппарата, создающего магнитное поле.

Различают несколько видов контроля сварных швов при помощи магнитного дефектоскопа:

• Магнитопорошковый предполагает использование ферримагнитного порошка, в составе которого присутствуют частицы железа. Он может быть сухим, в виде водной эмульсии или суспензии. Состав скапливается в области дефекта, определяя его форму и размеры.
• Магнитографический, при котором контроль осуществляют с помощью ленты-магнитоносителя. Информация с нее записывается дефектоскопом.

Индукционный способ.

Контроль качества разных видов сварных швов выполняют индукционными катушками, соединенными с регистраторами. Катушку перемещают вдоль шва, при обнаружении дефекта магнитный поток меняется, его изменения регистрируются специальным прибором.

Ультразвуковой способ.

При обнаружении дефекта сварного соединения меняется направление ультразвука. Изменение регистрируется специальным прибором. У ультразвукового метода несколько разновидностей. Он подходит для выявления большого количества недочетов, в том числе для проведения контроля качества разных видов сварных швов. К его достоинствам также относятся безопасность и возможность использования при выездных работах.

Радиационный способ.

С его помощью можно выявить трещины, непровары, инородные включения в зоне соединения заготовок. Разные виды сварных швов просвечивают рентгеновскими и гамма-лучами с регистрацией результатов специальной аппаратурой. На полученной рентгенограмме видны дефекты.

В ГОСТ 5264-80 перечислены и подробно описаны основные виды сварных швов, а также предъявляемые к ними требования.

Наиболее распространенные дефекты сварных швов

Наиболее часто встречающимися видами дефектов сварных швов являются следующие:

• Непровары – возникают, если при обработке заготовок используется маломощный ток, дуга перемещается вдоль места соединения слишком быстро, шов накладывается мимо линии стыка (у сварщика в защитной маске ограничен обзор).
• Наплывы – представляют собой бугры, неравномерные волны застывшего металла в области соединения заготовок. Причины их появления – нарушения технологии выполнения вертикальных и потолочных швов, неравномерная скорость создания сварного соединения в нижнем положении.
• Подрезы – могут появиться на боковой части сварного шва, если сварщик использует слишком мощный ток или неправильно перемещает электрод при работе. Дефект представляет собой выхваченные области из основного материала.
• Поры – образуются, если поверхность обрабатываемого металла не была предварительно очищена либо при сварке в среде защитного газа сварщик некачественно защитил сварочную ванну от попадания в нее воздуха.
• Кратеры – представляют собой отверстия в конце сварного шва, из-за которых соединение перестает быть герметичным. Причина возникновения дефекта – резкое прерывание дуги при аргонной сварке или попадание шлака при ручной дуговой сварке.
• Трещины – образуются, если сварной шов слишком резко охлаждают, например, помещая изделие в холодную воду. При работе с чугуном причиной образования дефекта является неравномерный прогрев заготовки.

Научиться выполнять разные виды сварных швов можно самостоятельно, начиная с простых соединений и постепенно переходя к более сложным. Самые легкие для исполнения – нахлесточные швы, самые трудные – потолочные.