Катет сварного шва: правила расчета и выбора

Катет сварного шва наряду с другими параметрами (высотой, длиной, шириной и т. д.) определяет качество всего соединения. От правильности его расчета зависит, насколько прочным получится стык и сможет ли изделие выполнять свои функции.

Несмотря на кажущуюся простоту расчета, при выборе катета имеются свои «подводные камни». В нашей статье мы расскажем, в чем важность этого параметра, рассмотрим способы его вычисления, а также разберем ошибки, которые связаны с величиной катета сварного шва.

Определение катета сварного шва

Сварка позволяет создать прочное соединение на изделии из металла, способное служить долгие годы. Однако при формировании швов важно учитывать целый ряд нормативов. Так, катет сварного шва определяет, смогут ли тяжелые металлоконструкции крупных размеров справляться с постоянными эксплуатационными нагрузками.

Но, прежде чем разбираться, как определить катет сварного шва, следует понять, о чем идет речь, и какие функции ложатся на катет в конструкциях.

Правильно выполненное угловое сварное соединение в разрезе имеет форму равнобедренного треугольника. А расстояние от начала одного стыкового соединения до конца второго и является его катетом. Иначе говоря, так называют длину плоскости наибольшего треугольника, имеющего равные стороны и не выходящего за пределы поперечного сечения.

Размер катета определяет прочность сварного шва. Допустим, при данном минимальном показателе не стоит ждать высокой прочности, что объясняется малой площадью сечения.

Тогда как слишком большое значение чревато деформацией металла, связанной с увеличением объема наплавки. Кроме того, большая величина вызывает увеличение энергозатрат в процессе сварки.

Расчет катета сварного шва

Сечение углового сварного шва близко по форме к треугольнику, поэтому вычислить высоту и длину его сторон можно таким образом:

T = S × cos45°,

где:

T – искомая величина катета сварного шва;

S – ширина валика/гипотенуза треугольника;

cos45° – стандартное значение, имеющее коэффициент 0,7.

Разберем расчет на примере. Допустим, есть угловое соединение, у которого валик имеет ширину 5 мм. Тогда вычисление выглядит таким образом: 5 × 0,7 = 3,5 мм. То есть катет равен 3,5 мм.

Стоит отметить, что данная формула может использоваться, если наплавленный металл равномерно закрывает обе стороны углового соединения.

На данный момент установлены точные параметры сварного шва для деталей любой толщины – все показатели были получены опытным путем. Чтобы сформировать прочное соединение и не допустить перерасхода присадки, рекомендуется придерживаться таких показателей:

Получается, что катет сварного шва имеет величину в 30-100% от толщины заготовки, и чем последняя тоньше, тем он ближе по размеру к сечению детали. Если необходимо соединить элементы различной толщины, при выборе катета учитывают больший показатель.

Так, сваривая детали сечением 5 и 10 мм с проваром с одной стороны, необходимо обеспечить катет в 6 мм. Во время подобной операции считают, что толщина обеих сторон составляет 10 мм.

Если за основу брать характеристики тонкой стороны, усиление на толстом металле окажется слабым и получится ненадежное соединение. Правда, не менее важно грамотно подобрать силу тока и вести дугу в соответствии с определенной техникой.

Помимо большого катета шва сварного соединения, слишком маленький тоже становится проблемой неопытных сварщиков. Здесь на кромках остается недостаточно наплавленного металла, из-за чего снижаются прочностные характеристики соединения. Поэтому при изломе или вибрации шов треснет, не справившись с нагрузкой.

Хотя малый катет позволяет сократить количество необходимых расходников, он подходит лишь для неответственных соединений, допустим, при изготовлении мангала, стола, пр.

Измерение катета сварного шва

При определении интересующего нас показателя используют различные шаблоны по высоте катета (если в чертеже для обозначения катета сварного шва использована буква «z»), по толщине шва (если обозначен как «а») или по длине гипотенузы (отсутствуют обозначения).

Шов может иметь разные виды усиления. Для замера катета с любым усилением чаще всего применяют универсальные шаблоны, такие как WG01, WG1, WG2+. Указанные шаблоны измеряют длину катета сварного шва, не затрагивая усиление, то есть гипотенузу.

Немного менее удобны шаблоны с плоскими гранями, так как предполагают определение размеров катета за счет измерения гипотенузы. Недостаток этого подхода кроется в том, что он не позволяет измерять шов с усилением или валиком. Поэтому для оценки длины катетов на усиленных швах выбирают шаблоны, которые имеют вогнутую сторону или гипотенузу.

Либо замеры могут производиться по толщине шва при помощи шаблона Ушерова-Маршакова, если в чертеже перед размером стоит «a».

Правила выбора катета сварного шва

От катета зависит надежность конструкции, поскольку он влияет на площадь соединения элементов и наливочного материала. При грамотном выполнении сварочных работ нагрузка равномерно распределяется по всей площади контакта деталей, благодаря чему изделие справляется, например, с сильными ударами.

Однако не стоит полагать, что большой шов – это гарантия высокой надежности. Помимо этого, требуются подробные расчеты нагрузок, не допускается перенапряжение металла, в противном случае есть риск, что деталь согнется и станет непригодной для дальнейшей эксплуатации.

А значит, сварочный стык должен выбираться под конкретные задачи и свариваемые материалы. Поэтому, задавая размеры катета сварного шва, нужно знать, какие характеристики от него требуются. Основным показателем является форма: важно, чтобы соединение было однородным, равномерным – проверить эти свойства можно просто визуально.

Говоря о таком свойстве, как однородность, важно учитывать, что материалы, имеющие разный состав, обычно плохо свариваются. Избежать дефектов позволяет правильный выбор электродов.

Также необходимо, чтобы шов имел правильное геометрическое расположение и максимально охватывал соединяемые заготовки.

Глубина провара является еще одним значимым показателем, ведь если детали не контактируют по всей доступной площади, изделие не справится с серьезными нагрузками.

Специалисты заранее просчитывают все характеристики стыка, добиваясь таким образом максимальной прочности конструкции. Чтобы работать по аналогичной схеме, важно уметь рассчитать катет сварного шва – тогда удастся задать ему нужные параметры и выбрать необходимый подход к проведению работ.

Шов рассчитывают на основании типа обрабатываемых заготовок, точнее, учитывают все параметры материалов, такие как размеры, ширина, пр. Нужно понимать, что от толщины и длины изделия зависят его стойкостные характеристики.

Длина считается основным показателем при расчете и выборе типа шва, ведь она влияет на прочность соединения. Если длина достаточно большая, возрастает расход материалов изделия, а также становится возможной их деформация.

Избежать дефектов получится, создав качественное и надежное металлическое изделие при помощи шаблонов – обычно достаточно универсального образца.

Факторы, влияющие на катет сварного шва

Катет угловых и тавровых сварных швов зависит от таких особенностей:

• Направленность горелки/электрода. Когда при формировании угловых швов электрод или горелку держат под углом 45°, расплавленный металл стекает на нижнюю полку, вызывая занижение вертикального катета. Чтобы изменить высоту катета, получить правильный треугольник в сечении шва, рекомендуется выбрать угол в пределах 20–30°, направив конец электрода на вертикальную поверхность.
• Размещение конструкции. Шов на угловом соединении с большей вероятностью получится равномерным, если изделие будет находиться в положении «в лодочку». Это позволяет обеспечить ровную поверхность сварочной ванны, ведь металлу некуда стекать, поэтому он одинаково покрывает кромки обеих заготовок.
• Скорость перемещения дуги. Слишком быстрое движение приводит к образованию узкого шва с маленьким катетом. За счет сварки с задержкой добиваются увеличения катета и высоты шва. Лучше всего подбирать скорость на черновой заготовке, чтобы иметь возможность проверить разные варианты и после этого браться за работу на ответственной конструкции.
• Сила тока. Недостаточный показатель приводит к поверхностному наложению присадки, не обеспечивая полноценного проплавления металла. В итоге соединение оказывается ненадежным, несмотря на значительный катет сварного шва. Избыточная сила тока обеспечивает глубокое проплавление, однако приводит к повышенной текучести металла. Из-за этого на вертикальной стороне образуются дефекты, которые называются подрезами.
• Индуктивность. Данный показатель определяет скорость переноса капли расплавленного металла во время сварки полуавтоматом. При помощи грамотной настройки удается качественно прогреть заготовку, наложить аккуратный шов, параллельно снизив количество брызг металла.
• Свойства присадки. При наличии в стержне плавящегося электрода или проволоки полуавтомата высокотемпературных добавок получается более густая сварочная ванна, а это влечет за собой увеличение размеров катета сварного шва. Тогда как низкотемпературные сплавы быстрее растекаются, что приводит к снижению интересующего нас показателя.

Проверка качества сварного шва

Невозможно добиться надежного, крепкого соединения лишь благодаря правильному расчету размеров катета сварного шва. Необходимо также соблюдать технологию работ, отслеживать, чтобы шов по всей длине был однородным и равномерным.

Убедиться в прочности и большом сроке службы соединения можно при помощи нескольких методов, среди которых наиболее популярными считаются:

• Разрушающий. Испытания осуществляют на специальных макетах, что позволяет оценить прочность стыков и всей конструкции. Для этого изделие подвергают повышенным механическим нагрузкам, химическим, металлографическим исследованиям, пр.
• Неразрушающий. Сюда входит визуальный осмотр, проверка при помощи магнитных волн, ультразвука и иных приборов.

Для проведения визуального контроля мастеру не требуются специальные навыки или дорогостоящее оборудование. Однако данный метод не позволяет выявить все проблемы. Чтобы не допустить формирования дефектов на сварочном шве, стоит выполнять такие рекомендации:

• в месте проведения сварочных работ недопустим сквозняк, сильный ветер, так как подобные условия чреваты формированием пористого шва;
• не превышайте допустимую силу сварочного тока, чтобы не нарушить структуру металла;
• зазор подбирается в соответствии с толщиной обрабатываемого металла;
• работайте с короткой дугой;
• не допускайте попадания воды на металл или электроды, используя постоянный ток;
• шов должен иметь одинаковую ширину по всей своей длине, ведь даже небольшие отклонения приводят к неравномерному распределению нагрузок и повышенному риску растрескивания соединения с его дальнейшим полным разрушением;
• важно, чтобы глубина провара была равномерной, иначе вероятны внутренние трещины;
• при выборе электродов учитывайте их диаметр и состав, ведь, например, для выпуклых валиков необходимы расходники, обеспечивающие вязкую и густую консистенцию металла – жидкий расплав приведет к формированию вогнутой линии.

Выбранный режим влияет на качество сварки и форму соединения между заготовками. Чтобы увеличить глубину и сократить ширину шва, необходимо передвигать электрод с большей скоростью. Если нужно уменьшить глубину и увеличить ширину, стоит изменить напряжение.

Эти несложные советы вместе с правильными расчетами катета сварного шва позволяют добиться высокого качества и значительной прочности соединений.