Все, что нужно знать о сварочных швах

Сварочный процесс является высокотехнологичной манипуляцией, к результатам которой предъявляются определенные критерии качества. Сварочный шов подразделяется на разновидности, которые обладают некоторыми особенностями выполнения и свойствами. Соединение заготовок из металла выполняется путем воздействия на материал высоких температур, подвергающих его плавлению. По результатам внешнего вида и прочности сварочного соединения можно определить технологию сварки, прочность шва, а также увидеть и квалификацию сварщика, выполнявшего работу.

Под сварочным швом понимают место соединения двух кромок металлических заготовок, которое выполнено за счет расплавления металла под действием электродуги сварочного электрода. Сварочные швы по типу и конфигурации в определенных условиях сварки могут быть самыми разными: их выбор зависит от состава соединяемых металлов, толщины материала, мощности сварочного оборудования, формы свариваемых деталей и так далее.

Если рассматривать любой сварочный шов послойно, то можно увидеть, что он состоит из четко разграниченных между собой областей.

• Слой наплавления металла. Внешне выглядит литым единым компонентом, который начинает свое формирование с того момента, как начали расплавляться сварочный электрод и стыки соединяемых заготовок. Частицы, составляющие область наплавления, очень мелкие, они плотно спаяны между собой и обладают высокой степенью твердости. При неправильном выполнении сварки область наплавления металла может содержать дефекты, которые получаются под воздействием кислорода, шлаковых соединений металла, кусочков флюса и других факторов.

• Область сплавления металлов. Она обусловлена активной функцией термодиффузии, присущей металлам соединяемых заготовок. Если один металл активно проникает в структуру другого металла, то протяженность в глубину у области сплавления будет составлять не менее 50% монолитного наплавления металла. Область сплавления металла по своей структуре неоднородна и может содержать карбидные компоненты железа, хрома, соединения углерода с азотом, нитриты и другие элементы.

• Слой термического воздействия. По структуре этот участок сварочного шва похож на металл, который образуется при поверхностной закалке. Таким образом, к области механического сплава примыкает так называемый белый слой, который является максимально твердым, превосходя по прочности металл, находящийся в области механического сплавления. Образуется этот слой под воздействием тепловой энергии, что уже не может плавить металл, но ее емкости хватает для осуществления сверхскоростной закалки материала. Такое особенно явно выражается в случаях, когда сварочный процесс осуществляется под защитой инертного газа.

• Области преобразования. После белого слоя ниже находятся области структурных преобразований металла – их состав зависит от марки свариваемой стали.

• Переходной слой. Так называют область перехода к основному металлу. Она состоит из троостита, перлита, аустенита и других компонентов, что образуются в среде небольших различий температурных режимов.

При анализе слоев шва становиться понятно, что он не является однородной гомогенной структурой, а его составные части определяют надежность и прочность сварного соединения.

Все виды, типы, ширина, расположение и классификация сварочных швов подвергаются критериям стандартов, прописанных в ГОСТ 5264-80. Этот норматив был введен в 80-е годы прошлого столетия и не претерпел изменений до нашего времени.

В документе содержится не только описание швов, но и правила их выполнения. Например, кольцевые соединения используются для сварки цилиндрических деталей, корабельный шов применяют в судостроении, а монтажный используют для сборки конструкций по месту их применения. Существуют многопроходные швы, а также угловые и горизонтальные, когда к боковой кромке одной детали присоединяется кромка другой. Безусловно, ГОСТ 5264-80 является основным подспорьем для начинающих сварщиков, которые хотят научиться делать красивые и качественные сварочные швы.

Методики выполнения соединения металлических заготовок сварочным способом подразделяются в зависимости от определенных критериев.

Соединение металлических кромок заготовок выполняется сварочными швами нескольких видов. Кратко охарактеризуем их.

• Стыковой шов. Наиболее распространенный метод сварки, который используется для соединения листов металла и торцевых частей труб. Требованием к стыковым швам является жесткое соединение двух заготовок с допустимым зазором величиной не более 2 мм, заполняемым расплавленным металлом, образующимся при плавлении электрода. Перед началом сварочных работ необходимо провести подготовку кромок свариваемых деталей – их выравнивают и зачищают.

• Угловой шов. Этот вид соединения довольно сложен в исполнении, так как в процессе сварки расплавленный металл имеет свойство стекать с угловой поверхности – с вертикальной части заготовки на горизонтальную. Чтобы справиться с такой проблемой, сварщику необходимо держать электрод под правильным углом наклона, одновременно следя за тем, чтобы движения электрода были равномерными. Результатом такой работы станет ровное и прочное сварочное соединение. Для качественной сварки углового шва пользуются методикой под названием «лодочка»: соединяемые детали располагают под прямым углом, а шов выполняют короткими штрихами.

Угловые сварочные швы имеют особенности в зависимости от геометрии расположения наплавления. Они характеризуются следующими параметрами:

1. ширина шва – расстояние между кромками заготовок при сварке;
2. изогнутость наплавления – точка зазора в области максимального уровня вогнутости;
3. выпуклость шва – точка максимального уровня наплавления;
4. корень области соединения – наиболее удаленная область от профиля, находящаяся ближе к изнанке работы.

• Тавровый шов. Если выполнить разрез такого соединения, то можно увидеть, что одна деталь стыкуется с другой по профилю, выполненным в виде буквы «Т». По ГОСТу существует 9 видов исполнения тавровых швов, для которых требуется глубокое проплавление, выполняемое путем применения автоматического вида сварки. При ручном сваривании тавровым швом кромки заготовок необходимо тщательно зачистить и выровнять. Данная методика соединения металлических деталей имеет важную особенность – сварочный шов получается прочнее, чем металл заготовок.

• Шов внахлест. Такой вид шва выполняется путем наложения поверхностей заготовок одна на другую, а соединяются они угловым способом сварки. Швы внахлест учатся делать новички в области сварки, при этом толщина металла для таких соединений не должна превышать 8 мм. Во время сварочных работ важно правильно выбрать угол наклона для электрода, который должен составлять от 15 до 45°. Швы внахлест нередко выполняют точечной сваркой, но в этом случае между стыкуемыми листами металла остаются зазоры, куда попадает влага, способствующая развитию коррозии металла. По этой причине подобные швы не являются долговечными, хотя и имеют довольно широкое применение среди пользователей.

• Существует и особенный вид сварки, называемый обратноступенчатым. Суть метода заключается в том, что протяженность сварного шва делят на участки, а затем их проваривают отрезками, направленными поочередно в противоположные стороны. Размер таких ступенек зависит от общей длины шва.

От того, в каком положении поверхность находится в пространстве, также зависит вид шва. Всего может быть 4 положения швов.

• Нижняя плоскость. При таком расположении деталей их соединение выполняют угловым методом или встык. Это наиболее удобное положение заготовок для выполнения сварочных работ, потому как расплавленный металл в сварочной ванне не вытекает за ее пределы, что можно контролировать. Такое положение более всего удобно для новичков, не имеющих большого опыта в выполнении сварочных работ.

• Горизонтальная плоскость. В этом случае необходимо выполнить шов в несколько проходов. Начинать нужно от нижней кромки, постепенно доходя до верхней. Основную проблему при горизонтальном положении сварочной ванны представляет собой металл, который под действием силы тяжести устремляется вниз. Соединения в горизонтальной плоскости можно выполнять в любом удобном направлении – хоть справа налево, хоть наоборот. Чтобы расплавленный металл не стекал, электрод во время работы нужно держать под максимально большим углом наклона, учитывая при этом мощность сварочного тока и скорость движения электрода.

• Вертикальная плоскость. Такие сварочные стыки выполняются по направлению снизу вверх. Движение электродом рекомендуется выполнять в виде зигзага или полумесяца (что наиболее удобно). При сварке в вертикальном положении возникает проблема стекания расплавленного металла, поэтому на готовых участках шва могут оставаться застывшие капли. Чтобы предотвратить это, электродугу на аппарате выбирают более короткого диапазона.

• Потолочная плоскость. Наиболее сложное положение соединяемых стыков в пространстве. Чтобы сделать сварочный шов в такой плоскости, потребуется большой опыт, так как расплавленный металл стекает при работе вниз. Чтобы снизить сползание раскаленного металла, уменьшают силу тока на 20% от обычного показателя. При работе сварочный электрод требуется держать строго под прямым углом к потолочной плоскости, при этом сварочная дуга должна быть короткой. Движения электродом нужно выполнять быстро (с одинаковой амплитудой).

Стыковочные соединения подразделяются по их протяженности. При этом различают прерывистые швы и сплошные. Прерывистый шов допускает наличие небольших интервалов на всем протяжении сварочного стыка. Такие соединения могут быть односторонними или двухсторонними. Сплошные соединения представляют собой непрерывный сварочный шов, который закрывает собой всю соединительную кромку стыкуемых заготовок.

Пользуясь возможностью выбора параметров сварочного режима, а также вариантами конструктивного типа кромок соединяемых заготовок, сварщик может выбирать, на какую величину ему следует увеличить или снизить глубину проплавления металла в сварочной ванне, а также откорректировать и другие параметры сварного шва.

По расположению к силовому воздействию сварочной дуги швы делятся на такие варианты:

• фланговый – осуществляется в долевом направлении относительно оси соединения;

• лобовой – располагается в поперечном направлении к оси соединения;

• комбинированный – представляет собой сочетание лобовых и фланговых разновидностей;

• косые швы – выполняются под определенным углом к оси соединения.

Идеальный и прочный шов можно создать, если правильно перемещать электрод относительно рабочей поверхности заготовок. Класть красивый сварочный слой из расплавленного металла реально в том случае, если работать электродом, установка которого находится под углом 55-60°, и вести его плавно, без отрыва. При этом передерживать электрод на одном месте нельзя, чтобы не проплавить заготовку.

В случае, когда расстояние между кромками заготовок составляет 5 мм и более, для соединения применяют технику «елочка», что позволяет наплавить большое количества металла и выполнить прочный шов. При такой методике электрод устанавливают под углом 45° и выполняют движения в виде треугольников, не отрывая при этом электрод от рабочей поверхности. Не менее прочными швами являются соединения, выполненные по методу «петелька», которую используют для стыковки тонких заготовок.

Чтобы сварочные соединения всегда получались красивыми и надежными, следует воспользоваться некоторыми рекомендациями специалистов сварочного дела.

1. При работе нужно стараться сохранить ширину зазора между кромками одинаковым на всем протяжении шва. В этом случае соединение будет выполнено ровно и аккуратно.
2. Во время сварочного процесса важно не терять контакт дуги с рабочей поверхностью, иначе это приводит к деформации соединения, что выглядит очень некрасиво.
3. Чтобы сварка происходила без подтекания металла, необходимо стараться держать электрод под углом 70-75° относительно рабочей поверхности.
4. Вертикальные швы всегда нужно начинать сваривать снизу, тогда растекание металла будет не таким интенсивным.

Когда соединительный шов будет сформирован и остынет, на поверхности заготовок останется сварочный шлак и металлическая окалина, а сам шов будет выпуклым, что выглядит неэстетично. Придать соединению презентабельный внешний вид поможет обработка сварного шва. Сначала молотком и зубилом удаляют шлак и окалину. Далее к болгарке закрепляют шлифовальный диск и обрабатывают им поверхность шва, выравнивая его с остальной поверхностью.

Долговечность сварочного соединения зависит от качества выполненной работы. Но сделать хороший и прочный шов – это еще не все. Например, должна существовать такая схема: сначала детали соединяют сварным соединением, затем выполняется проверка его качества, потом шов зачищают и производят нанесение защитного слоя от коррозии.

Такие мероприятия обязательны, например, при ремонте кузова автомобиля, прокладке трубопроводов и так далее.

Плохой сварочный шов чаще всего получается у неопытных новичков и получается это из-за того, что движение сварочного электрода было неравномерным, либо сварщик изначально неверно выбрал величину и силу тока на сварочном аппарате. При получении брака в работе некоторые дефекты устранить невозможно, но в некритичных случаях ситуацию поправить можно. В любом случае после проведения сварочных работ необходимо осуществить контроль качества шва.

Наиболее часто встречающимися дефектами могут быть следующие нарушения качества швов.

• Наличие непроваренных участков. Выражается это в том, что стык двух соединяемых деталей недостаточно плотно заполнен расплавленным металлом, что влияет на прочность соединения, делая его ненадежным. Причинами такого дефекта бывает недостаточной силы ток и слишком быстрое перемещение сварочного электрода по рабочей поверхности. Если увеличить ток и убавить длину дуги, то стык будет заполняться плотно.

• Образование канавки в материале возле сварочного соединения. Такой изъян называется подрезом, а его причина заключается в том, что сварщик выбрал очень длинную электродугу, в результате чего шов стал широким, но металл расплавлялся недостаточно из-за низкой температуры. В то же время происходило быстрое затвердевание расплавленной массы по краям сварочной ванны. Проблема решается путем уменьшения дуги и увеличения силы тока на сварочном аппарате.

• Наличие сквозного прожига на заготовке. Этот дефект получается из-за того, что силу электротока выбрали слишком большую, а скорость передвижения электрода была медленной. В результате залипания электрода образовался большой зазор между кромками стыкуемых деталей, который не заполнился расплавленным металлом. Такая проблема устраняется путем выбора правильного режима сварки.

• Пористый шов. Характеризуется наличием небольших отверстий в толще сварного шва. Образуются они в том случае, если сварка проводилась в защитной среде инертного газа, но газовое облако постоянно сдувал ветер или сквозняк. Иногда такой изъян получается, если сварку проводили по ржавой рабочей поверхности. Подобное соединение имеет низкую степень прочности, поэтому шов необходимо переделывать, обработав предварительно поверхность.

Иногда в сварочном соединении могут наблюдаться трещины, проявляющиеся после того, как расплавленный металл застынет. Трещины располагаются в долевом или поперечном направлении относительно плоскости шва. Такой шов не выдержит нагрузок и разрушится.

Далее смотрите видео о том, как научиться варить красивые швы.