Типы сварных швов: отличия от соединений и описание разновидностей

Различные типы сварных швов используются в определенных условиях для специфического соединения деталей. Пренебрежение к выбору наиболее подходящего варианта влечет за собой неизбежную потерю качества соединения вплоть до его полной отбраковки. Чтобы этого не произошло, нужно понимать отличия между сварными швами.

Не менее важным будет знание о том, чем отличается сварной шов от сварного соединения. В нашей статье мы расскажем об этом, приведем типологию соединений и швов и обозначим требования к качеству, которые обеспечиваются нормативными актами.

Требования к сварным швам

Сварка сегодня признается как самый популярный метод для производства различных металлических конструкций. Ее популярность объясняется в первую очередь надежностью и прочностью итогового соединения. Вполне очевидно, что сварка широко применяется в производстве таких металлических изделий, которые будут нести серьезную нагрузку.

Но стоит отметить, что не все типы сварных швов обладают долговечностью, обещанную стойкость могут гарантировать лишь соединения, при изготовлении которых были соблюдены все требования, указанные в ГОСТе.

Основной документ, который прописывает критерии качества для различных типов и видов сварных швов, – это ГОСТ 23118-99. Некоторые дополнительные требования прописаны в следующих правилах и инструкциях:

• СП 105-34-96 – сводные правила, которые прописывают критерии качества для сварных швов, а также диктуют алгоритм проведения сварочных мероприятий;
• ВСН 006-89, ВБН А.3.1.-36-3-96 – инструкции по технологии проведения сварочных работ;
• ВСН 012-88 – инструкция, в содержании которой последовательно указаны все мероприятия по контролю качества выполненных работ.

Вышеперечисленные нормативные документы относятся к различным способам сварки и к различным типам швов сварных соединений.

Отличия сварных швов от соединений

Сварной шов и сварное соединение – понятия разные, но новички в сварке обычно путают эти термины. Шов – это место, где происходит стык заготовок, которые заблаговременно плавятся, а затем охлаждаются. Сварное соединение – это три участка, которые были подвержены воздействию высокой температуры. К последним принято относить:

• Швы, которые появляются в результате плавления основного материала. Также в ходе работы может добавляться присадочный металл.
• Зону сплавления. Территориально она располагается между сварным швом и материалом, из которого выполнены детали. Зона сплавления не подвержена нагреванию до высокой температуры. Здесь важно отметить, что она имеет свойство насыщаться элементами, которые участвуют в процессе присоединения, электродами или флюсом. По этой причине в составе будут присутствовать отличия от основного металла.
• Зону термического воздействия. Это полоса, которая соединяется с зоной сплавления. В месте соединения под воздействием высокой температуры происходит изменение первоначальных свойств.

Типы сварных соединений

Сварные соединения имеют некоторые различия, поэтому они классифицируются на следующие виды:

• Стыковые. Особенностью соединения является расположение деталей в одной плоскости.
• Угловые. Элементы, которые необходимо соединить, располагают под определенным углом. Чаще всего этот угол равен 90°.
• Тавровые. При таком соединении торец одного из элементов располагается под углом не более 90°.
• Нахлесточные. Элементы располагаются параллельно по отношению друг к другу.
• Торцевые. В этом случае два торца свариваются в один целый элемент.

Остановимся немного подробнее на этих типах швов сварных соединений.

Стыковой шов получил свое распространение в сварке таких конструкций, как трубопроводы, металлические листы и трубы различного назначения. В данном случае свариванию подвергаются поверхности торцов. Перед тем как начать сварку, необходимо выполнить подготовительные действия: подогнать поверхности друг к другу. Чтобы добиться максимальной точности, можно предварительно использовать подварочный шов.

Важно: во время сварки электроды нужно направлять к той детали, толщина которой больше. Таким образом, нагрев будет более значительным, а детали с наименьшей толщиной будут защищены от прожогов.

Угловые швы применяются для соединения составляющих разнообразных емкостей, а также резервуаров. Чтобы угловое соединение имело наиболее высокое качество, детали следует устанавливать «лодочкой».

Тавровый вид получил свое широкое распространение в сварке несущих конструкций. Отметим, что к тавровой сварке необходимо основательно подготовиться. Основные преимущества таврового вида: высокая прочная и возможность применения в трудных местах – там, где сварку другими способами применить крайне сложно.

Нахлесточный метод используют для сварки металлических листов. Применение этого способа возможно, если толщина листов не будет превышать 1,2 см и между поверхностями элементов будут отсутствовать зазоры. Преимуществом способа является его простота. Чтобы выполнить работу, сварщику необязательно иметь высокий уровень квалификации.

Торцевые соединения, как это понятно из названия, служат для соединения торцов. Преимуществом метода является возможность качественной сварки элементов независимо от их толщины. Также здесь следует отметить, что деформация деталей при использовании этого способа является минимальной.

Основные типы сварных швов

Типы сварных швов имеют несколько классификаций:

По положению в пространстве

Здесь принята следующая классификация:

• Нижние сварные швы располагаются внизу по отношению к специалисту. В этом случае расплавленный материал не может вытечь из сварочной ванны. При этом подъем шлаков и газов происходит без препятствий. При нижней сварке проведение электрода или пламени происходит вдоль стыка, сварщик выполняет поперечные движения.
• Горизонтальные швы производятся в том случае, если сварке подлежат вертикальные элементы. Сварка выполняется по горизонтальной траектории: справа налево и слева направо. Для того чтобы расплавленный металл не стекал, необходимо обеспечить смещение горизонтальной заготовки на уровень 1 мм. На скорость сварки необходимо обратить особенное внимание. Если сварка происходит в медленном темпе, есть риск появления потеков, если в быстром – могут появиться непровары.
• Вертикальные сварные швы. Для этого типа характерно соединение элементов сверху вниз и снизу вверх. Чтобы минимизировать потеки, необходимо использовать малый ток и выполнять сварку прерывисто.
• Потолочные сварные швы применяются, когда стык находится над головой сварщика. Для удержания расплавленного материала применяется поверхностное натяжение.

По конфигурации

Типы сварных швов по конфигурации классифицируются как прямолинейные, криволинейные и кольцевые. Последние также именуются спиральными. Отметим, что конфигурация швов не имеет взаимосвязи с положением элементов в пространстве.

По степени выпуклости

По степени выпуклости швы бывают:

• Выпуклыми (усиленными). Они часто применяются, чтобы собрать узлы, которые будут нести высокую статическую нагрузку.
• Вогнутыми (ослабленными). Применяются для сварки металла, имеющего минимальную толщину.
• Нормальными (плоскими). Преимуществом нормальных швов является противостояние воздействиям, которые могут нести разрушительную силу.
• Специальными. Эти типы сварных швов имеют форму неравнобедренных треугольников. Чаще всего они используются в угловых и тавровых типах соединений.

По протяженности

В этом случае сварные швы классифицируются как сплошные и прерывистые. Последние типы выполняются отрезками, длина которых колеблется от 10 до 30 см. При расчете длины отрезка учитывается общая протяженность сварного соединения.

Сварные швы по протяженности бывают:

• Цепными. Они имеют одну или две стороны. Разрывы при таком соединении должны быть расположены равномерно.
• Шахматными. В данном случае отрезки с разных сторон сдвигают аналогично шахматному порядку.
• Точечными. Эти швы применяются при контактной сварке.

Сварные швы классифицируют и по их длине:

• короткие – до 25 см;
• средние – от 25 до 100 см; 
• длинные – длина превышает 1 м.

По количеству проходов

Все типы сварных швов выполняются одним или несколькими проходами. Количество проходов рассчитывается в зависимости от толщины материала и характеристики необходимой прочности. Для любого прохода характерно наплавление одного валика. При одноуровневом расположении происходит образование слоя шва.

Если металл имеет толщину до 5 мм, соединение происходит с использованием одного прохода. Также один проход используется, если создаются угловые соединения, два прохода – для создания стыковых швов.

По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил

Тут сварные швы классифицируются как:

• продольные (фланговые) – усилие делается параллельно стыку;
• поперечные (лобовые) – направление вектора происходит под прямым углом;
• комбинированные – используются оба вышеперечисленных способа;
• косые – усилие имеет острый угол.

По виду сварки

Вид сварки имеет прямую взаимосвязь с использованием сварочного аппарата. Вот основные типы сварных швов по категории сварки:

• ручная;
• автоматическая;
• в среде инертных газов;
• плазменная;
• лазерная;
• газопламенная.

Контроль качества сварных швов

Государственный стандарт регламентирует механические свойства сварного соединения, его отдельно взятых участков, а также получившегося в итоге материала. Для того чтобы определить, насколько качественным является изделие, необходимо произвести его испытания.

ГОСТ прописывает следующие способы определения качества:

• Статический. В рамках этого метода происходит плавное увеличение нагрузки. На определение качества требуется длительное время, так как необходимо создать постоянное продолжительное напряжение.
• Динамический. В этом случае используются маятниковые копры. Здесь нет необходимости в длительном наблюдении. В короткий промежуток времени создается нагрузка максимальной силы.
• Усталостный. Нагрузка создается многократно. Ее сила имеет разное значение, количество циклов может достигать нескольких миллионов.

Для определения твердости участков шва используются методы Роквелла, Бриннеля, Веклера.

Чтобы определить качество при приемке без разрушительной силы, используются следующие способы:

• Визуально-измерительный контроль. Для оценки качества производится внешний осмотр.
• Ультразвуковой метод. Оценка качества происходит с использованием ультразвуковых волн. Если в материале есть дефекты, участки с недостатками не будут отражать волну.
• Капиллярный метод. В данном случае используются жидкости с красящим пигментом. Если материал имеет микротрещины, жидкость проникнет в них и покажет наличие дефекта посредством окрашивания.
• Пневматический метод. Наличие дефектов определяется путем подачи воздуха под давлением и мыльного раствора. Низкое качество будет доказано образованием пузырей.
• Гидравлический метод имеет сходство с капиллярным. Здесь также заливается жидкость, затем выжидается время. Если в материале есть микротрещины, они будут заполнены. Затем специалисты будут обстукивать поверхность молотком. Если металл даст течь, значит, материал имеет дефекты.
• Магнитный метод применяется для контроля качества элементов из стали. В ходе проверки происходит намагничивание материала, а затем распыляется металлический порошок. При отсутствии дефектов порошок ляжет по рисунку магнитных полей.

ГОСТ 23118-99 и Сводные правила СП105-34-96 указывают требования к качеству металлических изделий и различных типов сварных швов. Все детали исследуются на предмет наличия следующих изъянов:

• неоднородностей;
• трещин;
• раковин;
• свищей;
• сколов;
• непроваров;
• складок.

Знание основных типов и соединений сварных швов, а также способов и принципов их применения дает возможность максимально грамотно выбирать необходимый способ сварки.