Разновидности швов и геометрия стыков
Соединяемые детали ориентируют одну относительно другой по-разному.
В зависимости от этого различают 3 вида швов:
- Стыковой. Детали расположены в одной плоскости, торцы их стенок упираются один в другой.
- Нахлесточный. Шов используют при том же расположении деталей, если их малая толщина (менее 8 мм) не позволяет применить стыковой вариант. Элементы накладывают один на другой с нахлестом в 2 мм и приваривают с обеих сторон вдоль кромки.
- Угловой. Его применяют в крестовидных, Г- и Т-образных стыках. Детали могут располагаться с отклонением от прямого угла, например крестообразное соединение вида «Х» вместо «+».
Рекомендуем к прочтению Как самостоятельно пользоваться электросваркой
Различают лобовой и фланговый нахлесточные швы. Первый выполняют привариванием накладываемой детали вдоль торцевой кромки, второй – вдоль боковых по обеим сторонам.
Параметры сварных швов.
Кроме катета, геометрия сварного шва характеризуется еще рядом параметров.
Основными являются:
- Ширина. Максимальный размер по горизонтали.
- Высота. То же по вертикали.
- Выпуклость или вогнутость. Расстояние от поверхности деталей до наивысшей точки наплавки.
- Глубина провара. Расстояние по вертикали от поверхности деталей до нижней точки расплавленного металла.
Глубинную часть шва называют корнем. Он прилегает к нерасплавленному металлу. Проваривание корня – наиболее ответственный этап при соединении массивных заготовок. Швы в таких конструкциях делают в несколько подходов.
Сначала формируют корень, стараясь ровно и без дефектов приварить кромки электродом диаметром 3 мм. Затем более толстым набирают усиление необходимого объема.
Длина сварного шва.
Что такое катет сварочного шва
Если рассмотреть сварочный шов в разрезе при угловой сварке, то это в идеале должен быть равнобедренный треугольник. Так вот его катет, а это расстояние от конца шва одной детали до плоскости другой. По сути, катет шва и есть катет треугольника, поэтому данный показатель так и назван.
Итак, от значения катета углового соединения зависят прочностные характеристики стыка. Но в этом плане нельзя говорить о том, что чем больше катет, тем прочнее соединение. Потому что большое количество наплавленного металла может привести к сварочным деформациям. Плюс, это всегда большой расход электродов, газа, флюса и присадки, и как следствие повышение себестоимости проводимых сварочных работ.
Поэтому необходимо учитывать геометрию стыка с таким учетом, чтобы в него поместился катет с большими параметрами продольного сечения. Если производится сваривание двух заготовок разной толщины, то катет определяется по детали с меньшей толщиною. Обычно данный параметр сварочного шва определяется и измеряется специальными шаблонами. Сегодня все чаще сварщики пользуются универсальными измерительными инструментами УШС-2. Их называют катеомерами сварщика.
Это несколько тонких пластин, на концах которых есть выемки, определяющие разные размеры катетов. Соединяются пластины кольцом или шарниром. Прикладывая поочередно каждый шаблон к сварочному шву, находится тот, который точно будет прилегать к образовавшемуся валику.
По форме шов должен быть без выпуклостей и вогнутостей. Но так получается редко.
- Обычно сварной шов – это валик с выпуклой поверхностью. Специалисты отмечают, что это не самый лучший вариант, потому что внутри такой формы концентрируются напряжения, плюс увеличивается расход материалов.
- Идеальный же вариант – валик с вогнутой поверхностью, который получить очень сложно. Для этого необходимо правильно настроить параметры сварочного аппарата, а также точно соблюдать определенную одинаковую скорость электрода. А этим владеют только сварщики с большим опытом. Поэтому вогнутую поверхность получают после сварки механической обработкой. Данный вид сварного шва в сборке металлоконструкций не используется.
Что касается размеров катета углового соединения, то, как уже было сказано выше, все зависит от толщины свариваемых деталей. К примеру, если их толщина находится в пределах 4-5 мм, то катет не должен превышать 4 мм. Если толщина больше данного показателя, то и катет не должен быть 5 мм – и это минимальный показатель.
Необходимо отметить, что вогнутость и выпуклость сварного валика во многом зависит от того, каким электродом проводился сварочный процесс. Здесь имеется ввиду химический состав стержня. К примеру, если сварка проводилась электродом, расплавленный металл которого становился вязким и густым, то получается в конечном итоге выпуклая поверхность валика. Если расплавленный металл был жидковатым и растекающимся, то получается вогнутая поверхность.
Что касается режима и скорости проведения сварочного процесса.
- В основе выбранного режима лежат две величины: сила тока и напряжение. Так вот при увеличении силы тока и стабильном напряжении увеличивается глубина проварки, и уменьшается ширина шва. При стабильном токе и изменении напряжения наблюдается снижения параметра глубины проварки и увеличения ширины валика. Понятно, что и катет шва при сварке будет изменяться.
- Если скорость перемещения электрода вдоль сварочного стыка не превышает 50 м/час, то глубина проварки стыка увеличивается, а его ширина уменьшается.
- Все происходит наоборот, если скорость начинает увеличиваться и превышает обозначенное значение. В любом случае, не только уменьшается катет шва, но и снижаются характеристики металла внутри зазора между заготовками, потому что нагрев ванны производится незначительный.
Конфигурация сварных швов
Сварные швы также отличаются по своей конфигурации. Тут можно выделить несколько видов: продольные прямолинейные и криволинейные, кольцевые.
Если будет осуществляться сварка продольных швов, то очень важно провести тщательную подготовку поверхности металла, особенно если работы будут проходить с большой протяженностью шва. При создании такого типа шва важно, чтобы поверхность не была волнистой, а все заусеницы кромок необходимо очистить
Также важной деталью будет удаление влаги, ржавчины, грязи или любых других нежелательных элементов с рабочей поверхности до начала сварки
Также важной деталью будет удаление влаги, ржавчины, грязи или любых других нежелательных элементов с рабочей поверхности до начала сварки. Если будет проводиться кольцевая сварка, то тут очень важно откорректировать режим работы сварочного аппарата. Если диаметр изделия небольшой, то для достижения качественного сварочного шва важно понизить силу тока
Если диаметр изделия небольшой, то для достижения качественного сварочного шва важно понизить силу тока
Если будет проводиться кольцевая сварка, то тут очень важно откорректировать режим работы сварочного аппарата. Если диаметр изделия небольшой, то для достижения качественного сварочного шва важно понизить силу тока
Можно добавить, что полученные швы могут быть не только вогнутыми или выпуклыми, но и плоскими
Плоские и вогнутые типы лучше всего подходят для тех конструкций, которые эксплуатируются при динамических нагрузках. Причиной этому стало то, что у такого типа шва отсутствует ощутимый переход от самого соединения к металлу
Можно добавить, что полученные швы могут быть не только вогнутыми или выпуклыми, но и плоскими. Плоские и вогнутые типы лучше всего подходят для тех конструкций, которые эксплуатируются при динамических нагрузках. Причиной этому стало то, что у такого типа шва отсутствует ощутимый переход от самого соединения к металлу.
Геометрия сварного шва
Рассмотрев разновидности мест, где катет может иметь свои параметры и особенности, стоит взглянуть на другие составляющие сварного соединения, которые также могут оказаться важными. Многие величины взаимозависимы, но некоторые можно доработать уже после создания шва. К примеру, высота валика всегда может стать меньше при обтачивании, если это необходимо. Основные параметры выглядят следующим образом:
Схема обтачивания сварного шва
- E – ширина полученного шва;
- T – толщина созданного шва;
- B – зазор между свариваемыми деталями;
- H – глубина залегания области проварки;
- S – толщина используемой заготовки;
- Q – размер выпуклой части.
Для углового соединения они несколько отличаются, так как здесь другое геометрическое положение
Тем не менее, важность из значения не становится меньше. Здесь выделяют:. Схема углового соединения
Схема углового соединения
- K – катет шва;
- A – Величина толщины углового шва, к которой относится величина расчетной высоты и выпуклости;
- Q – выпуклость наплавленной области;
- P – расчетная высота, что должна соответствовать перпендикулярной линии, которая проводится из места наиболее глубокого проплавления к гипотенузе наибольшего прямого треугольника, который вписан во внешнюю часть шва.
Свойства
Разобравшись с тем, что такое катет сварного шва, следует отметить свойства, которыми должно обладать соединение. В первую очередь это однородность и равномерность наплавленного валика. Это легко определиться, так как здесь может применяться даже визуально-измерительный контроль сварных швов, самый простой и доступный из них. Высота валика должна быть примерно одинаковой по всей поверхности. Это же касается и его ширины, так как в этом случае нагрузки на нем будут распространяться равномерно. Если будет какое-либо послабление, то вероятность поломки возрастает именно в этом месте.
Однородность состава обеспечивает лучшее скрепление. Как правило, различные марки металла очень плохо свариваются и чем больше различий в составе, тем хуже будут скреплены заготовки. Для высокого качества соединения следует знать, какие электроды выбрать для сварки инвертором, или другим удобным способом. Также следует рассчитать правильное геометрическое расположение шва, чтобы у него был максимальный охват скрепляемых деталей.
Не менее важным параметром является глубина проварки. Если заготовки будут соединены не по всей возможной площади, то они не смогут выдерживать максимальные нагрузки. В профессиональной сфере рассчитывается каждый параметр соединения, чтобы придать конструкции максимальную прочность. Здесь нужно знать, как рассчитать катет сварного шва, чтобы он приобрел требуемые параметры и как провести сварку.
Выбор катета шва
Расчет катета сварного шва совершается под каждое отдельное соединение. Чтобы правильно выбрать его, требуется знать параметры свариваемых деталей. Прочность здесь будет зависеть от толщины соединения и его длины. Основным параметром выбора и расчета является длина, так как от этого зависит прочность. Слишком большая длина приведет к увеличению расхода материалов, а также деформации заготовки.
Схема чтения длины катета сварного шва
На практике применяются разнообразные шаблоны, которые проверены опытом предыдущих сварщиков. Для каждого типа соединения, в зависимости от размера заготовки и положения, подбирают готовые размеры.
Как измерить катет сварного шва
Разобравшись с тем, как выбрать катет сварного шва, необходимо узнать, как правильно провести его измерения. Это требуется для того, чтобы проконтролировать полученный результат. Размер искомого значения определяется по обыкновенным геометрическим законам. Для этого требуется вычислить катет максимально возможного треугольника, вписанного в продольное сечение соединения. Итоговый размер катета соединения и будет искомой величиной.
Схема определения катета сварного шва
Как рассчитать катет сварного шва
В каждом случае, расчет проводится по-разному, в зависимости от имеющихся условий. К примеру, для определения нахлесточных соединений листов, толщина которых составляет менее 4 мм, катет стараются делать равным по толщине самих листов. Если же толщина листов составляет больше 4 мм, то здесь берется 40% от толщины металла и добавляется 2 мм. Таким и должен быть максимальный катет сварного шва.
Геометрия шва
Катет шва должен соответствовать геометрическим параметрам, указанным в нормативных документах. По ним же осуществляются математические расчеты основных геометрических характеристик по формулам и таблицам.
Геометрия сварочного стыка определяется типом соединения. От типа и размеров свариваемых деталей будет зависеть сечение стыка.
На производстве все параметры и прочность соединений рассчитывают с помощью формул. В домашних условиях можно ограничиться готовыми шаблонами.
Наиболее удобным и распространенным является универсальный шаблон, представляющий собой набор скрепленных между собой пластинок. Поочередно прикладывая их к поверхности изделий, выбирают ту, которая наиболее плотно к ним прилегает.
При сварке металлических конструкций, не требующих высокой прочности и надежности, минимальный размер шва определяют исходя из толщины металла.
Оценить контакт на глаз очень просто. Обычно он соответствует толщине металла. Так, для сварки изделий толщиной 7 мм, катет также должен равняться 7 мм. Можно провести и более точные расчеты, воспользовавшись соответствующей формулой.
После выполнения расчетов выбирают необходимый ток и напряжение, после приступают к сварке.
Типы сварных соединений
Участок стыковки двух элементов, полученный в процессе кристаллизации металла после расплавки, называется сварным швом (линией). Выбирают вид сварочной стыковки в зависимости от конфигурации готовой конструкции. В конечном варианте изделие должно иметь нужную форму, хорошую работоспособность и не поддаваться разрушениям.
Сварные швы бывают двух типов:
Типы сварных швов
- угловой;
- стыковой.
Угловой выполняется в случаях, когда необходимо получить тавровую, крестовую или непосредственно угловую форму. В сечении такие стыки выполняются с односторонней или двухсторонней разделкой кромок (здесь играют роль габариты конструкции). По виду продольного сечения стыковочные линии бывают непрерывными или прерывистыми (в зависимости от толщины металла).
Стыковой – это самый распространенный вариант сложения двух изделий торцами, внахлест или со скосом кромок. Чаще такие элементы свариваются по горизонтали, а линия сваривания отличается сплошностью стыка. Соединение встык проводят без разделки кромок, но с разделкой торцов деталей. При этом края могут быть как прямыми, так и криволинейными. Металлические листы, соединяемые без разделки кромок, имеют толщину более 8 мм. При меньшем размере детали укладывают с нахлестом 2 мм.
Характеристики хорошо исполненного шва
Выше вы уже прочитали как посчитать катет сварочного соединения. Это будет большим плюсом, но все же для качественного соединения только этого мало. У сварочного шва есть свои параметры не считаться с которыми вам не удастся.
Вам что-то моет показаться пустяком, а позже конструкция просто может рухнуть, и хорошо если не кому-то на голову. Ширина шва должна быть одной по всей длине.
Если соединение где-то шире где-то уже, то возникнут точки опоры, и эту точку не смогут вынести веса конструкции, она начнет пускать трещины и позже может рухнуть.
Ещё важно наблюдать чтобы ваше соединение было на достаточной глубине. Важно равномерно заваривать на глубину или могут пойти внутренние трещины
На заводах производиться профессиональный расчёт всех этих характеристик. Сварщики до миллиметров рассчитывают глубину ширину, длину. И зачастую используют все перечисленные нами техники работы с расчётами.
Чем сильнее похожи между собой заготовленные делали для сваривания тем лучше.
Естественно есть и такие способы сварки которые работают по сваривании неподобных металлов, химический состав которых совсем разный, но все равно соединение таких металлов не будет очень прочным что бы вы с ним не делали.
Для хорошего результата вам нужно что бы была правильная сила тока, качественное профессиональное оборудование, если вы не новичок в этом деле, ещё важно приобрести качественные расходные материалы, в первую очередь электрод, потому что именно они формируют шов. Только если вы можете обеспечить такие условия работы подсчет катета соединения будет полезен для вас
Только если вы можете обеспечить такие условия работы подсчет катета соединения будет полезен для вас.
Вы можете просчитать все до миллиметров, но при этом работать на старом, не исправном оборудовании или с не качественными электродами с которых так и сытиться шлак, то результат никогда не будет крепким.
Что в сварочном соединении обозначает катет
Лучшим способом получить выносливые и долговечные соединения изделий из металлов является их сваривание. Но состыковка отдельных деталей в цельные конструкции должна осуществляться в соответствии действующих нормативов. Смогут ли массивные и габаритные металлоконструкции выдерживать постоянные эксплуатационные нагрузки непосредственно зависит от катета сварочного соединения.
Что такое катет в сварке и какие функции он выполняет в готовых изделиях? Если рассматривать образуемый угловой сваркой стык в разрезе, то в идеале он должен воссоздавать равнобедренный треугольник. Расстояние от начала одного стыкового соединения до конца второго обозначает катет сварочного шва.
Другими словами, катет шва при сварке — это длина плоскости наибольшего треугольника с равными сторонами, который не выходит за пределы поперечного сечения.
От величины катета напрямую зависит прочность шовного соединения. Например, недостаточной прочность будет при минимальной величине катета из-за небольшой площади сечения, а при чрезмерно большом значении может возникнуть деформация металла по причине увеличенного объема наплавки. Также большая величина влечет за собой повышенный расход электроэнергии и используемых при сваривании материалов.
Основы дуговой сварки
Катеты угловых сварных швов определяют их размер и расчетную толщину
В тяжелом машиностроении, судостроении и строительстве огромные несущие конструкции со сложными углами часто состоят из сварных соединений протяженностью во множество километров. Среди них, угловые сварные швы используются для соединений углов, Т-образных стыков и нахлесточных соединений, так как они более экономичны по сравнению со швами с разделкой кромок. Дело в том, что угловые сварные швы легче выполняются с точки зрения подготовки кромок и сборки.
Прочность углового сварного шва основывается по расчетам на производной от (фактическая площадь шва: T x W) теоретической толщины (расчетной толщины) и фактической длины шва, как показано на Рис.1. Катеты углового сварного шва определяют его размер. Размер углового сварного шва измеряется по длине катетов самого большого прямоугольного треугольника, который может быть вписан в продольное сечение шва.
Рис. 1 —Измерения углового сварного шва: L: Длина катета, S:Размер углового сварного шва, T: Расчетная толщина, V: Усиление, C: Ослабление, W: Фактическая длина
Катеты углового сварного шва определяют его расчетную толщину. На Рис. 2 показан результат для случая, когда равнобедренный прямоугольный треугольник может быть вписан в поперечное сечение углового сварного шва: S x cos45° = 0.7S.
Рис. 2 — Как рассчитать теоретическую толщину углового сварного шва
Катеты угловых сварных швов должны быть достаточно большого размера, чтобы они могли выдерживать приложенную нагрузку, но при этом их конкретные размеры не должны быть излишне большими, чтобы свести к минимуму сварочные деформации, а также стоимость. Стандарт AWS Dl.l (Нормы и правила выполнения сварки строительных конструкций — Сталь) приводит минимальный размер катета углового сварного шва для разной толщины основного металла: в частности, катет в 6 мм для металла толщиной от 12,7 до 19 мм. AWS Dl.l также приводит максимальное усиление шва, так как излишнее усиление может вызвать концентрацию напряжений на концах углового шва, что, в свою очередь, может вызвать преждевременное разрушение сварного соединения. В процессе контроля качества угловых сварных швов на реальных изделиях катет или размер, толщина, усиление и ослабление инспектируются с помощью сварочных шаблонов нескольких типов. На Рис.3 показано измерение катета углового сварного шва с помощью сварочного шаблона.
Рис. 3 — Измерение катета углового сварного шва с помощью универсального сварочного шаблона.
Правильная настройка аппарата для сварки
Режим работы определяется 3 параметрами:
- напряжением;
- силой тока;
- скоростью движения электрода.
Настройка аппарата состоит в подборе их оптимальных значений.
На это влияют следующие факторы:
- Толщина заготовок.
- Материал.
- Вид шва.
Параметры подбирают опытным путем, действуя в такой последовательности:
- Берут ненужный фрагмент из того же материала, что и заготовки, которые нужно приварить.
- Зачищают его шлифмашинкой до металлического блеска.
- Выставляют на аппарате напряжение в 15-20 В и сварочный ток в 100 А.
- Зажигают дугу и путем постепенного регулирования параметров добиваются стабильного горения с хорошей глубиной провара.
- Фиксируют оптимальные настройки письменно или посредством фотосъемки.
- Плавно уменьшают силу тока, пока дуга не погаснет. Записывают ампераж, при котором это произошло.
- Возвращают регулятор на 100 А, снова зажигают дугу и увеличивают силу тока до наибольшего значения. Его тоже фиксируют.
- Снижают напряжение на 0,5 В и тем же способом определяют минимальную и максимальную силу тока. Несколько раз повторяют это действие, с каждым разом уменьшая вольтаж.
- Возвращаются к оптимальным настройкам.
- В том же порядке определяют верхний и нижний пределы силы тока, несколько раз повышая напряжение с шагом в 0,5 В.
Рекомендуем к прочтению Особенности сварочного соединения внахлест
Пункты 6-10 инструкции позволяют определить крайние точки диапазона, в пределах которого можно регулировать аппарат перед работой с другими заготовками.
При настройке полуавтомата скорость подачи присадочного прутка подбирают в зависимости от силы тока: чем больше ампераж, тем быстрее должен поступать материал.
Порядок проведения расчетов сварных стыков
Чтобы определить какие нагрузки способен выдерживать образуемый при сварке стык, необходимо правильно подобрать все необходимые данные для расчета сварного шва. Предотвратить ошибки при математических исчислениях можно, если при их выполнении придерживать следующего порядка:
- Определить с минимальными погрешностями пространственное положение, форму и размеры, характерные сварочному соединению.
- Далее на контактируемую со свариваемым элементом площадь повернуть следует опасное сечение (с наивысшим напряжением). Необходим поворот в случаях, когда на исследуемой конструкции плоскость стыка не соответствует его сечению. После поворота должно образоваться новое сечение, которое называют расчетным.
- Дальнейшие действия состоят в поиске на образовавшемся вследствие поворота сечении центра масс.
- Следующий этап – перемещение в центр масс внешней приложенной нагрузки.
- Установить какое напряжение в расчетном сечении возникает в момент воздействия всех силовых нагрузок, в частности нормальной и поперечной усилий, изгибающего и крутящего моментов.
- Когда известно напряжение необходимо найти в сечении точку, подвергающуюся наибольшим нагрузкам. В этой точке все воздействующие на поверхность нагрузки сочетаются одновременно, что позволяет установить суммарную. В итоге получается максимум, которому шов будет подвергаться.
- Вычисляется максимально допустимое напряжение, которое будет оказывать силовое воздействие на полученный в результате сварки шов.
- Завершающий этап состоит в сравнении максимальных показателей суммарного и допустимого напряжений. Это позволит получить расчетное сопротивление сварного шва и определить размеры, которые обеспечат полноценную и безопасную эксплуатацию создаваемой металлоконструкции. Для большей достоверности полученной информации рекомендовано провести дополнительный проверочный расчет.
Не нужно забывать о том, что актуальным расчет сварного шва на срез или прочность будет только в том случае, когда строго соблюдена технология создания соединений
В любом случае важно и нужно рассчитывать стыки, поскольку только с точность установленные параметры способны обеспечить прочные и долговечные сварочные соединения
