Методы разделки кромок под сварку. Типы сварных соединений. Разделка кромок под сварку. Способы производства скоса кромок

Подготовка кромок сварных соединений. Машины термической резки.

I. Введение. Необходимость разделки кромок сварных соединений
Как известно, основными типами сварных соединений, выполняемых электродуговой сваркой плавлением, являются стыковые, угловые, тавровые и нахлёсточные.
При сварке плавлением металла толщиной более 5 мм наибольшей проблемой является получение гарантированного сплошного проплавления. При сварке SAW (автоматической сварке под флюсом) за счет большого тока сварки и высокой скорости подачи присадочной проволоки сплошное проплавление удается получить при толщинах листов до 20 мм, а при сварке на медной формирующей подкладке - и до 30 мм. Однако при сварке ММА (ручной сварке штучным электродом) и MIG/MAG (полуавтоматической сварке в защитных газах) толщина металла 5 мм является пределом, после которого добиться гарантированного проплавления под силу только сварщику высокой квалификации даже при условии применения многопроходной или двусторонней сварке.
Поэтому нормативной документацией устанавливается необходимость выполнения специальной разделки кромок свариваемых листов. Такая разделка выполняется как для стыковых, так и для угловых и тавровых соединений. Весьма важным обстоятельством является и то, что применение разделки кромок свариваемых деталей частот позволяет заменить двустороннюю сварку на одностороннюю, позволяя избежать излишнего тепловложения в металл, и устранить кантовку свариваемых изделий. Это особенно важно при сварке крупногабаритных конструкций и изделий сложной формы с пересекающимися сварными швами в нескольких плоскостях, таких как фермы, балки мостов, судовые конструкции.

I-образная соединение без разделки кромок (носит также название щелевой разделки)
К-образная с прямым одинарным скосом обеих кромок на одной детали с притуплением или без притупления кромки
V-образная с прямым одинарным скосом одной кромки на двух свариваемых деталях без притупления кромки
Y-образная с прямым одинарным скосом одной кромки на двух свариваемых деталях с притуплением кромки
Х-образная с прямым одинарным или двойным скосом обеих кромок на двух свариваемых деталях с притуплением или без притупления кромки
J-образная с криволинейным скосом одной кромки на одной свариваемой детали с притуплением кромки
U-образная с криволинейным скосом одной кромки на двух свариваемых деталях с притуплением кромки
J- и U-образная разделки могут быть односторонними и двусторонними. Чаще всего применяются К-, Y- и Х-образные разделки с одинарным скосом кромок, как более простые в изготовлении (впрочем Y-образную разделку в обиходе обычно называют V-образной). Также существуют формы разделок с прямыми кромками с двойным скосом. Виды различных разделок представлены на Рис. 2 - 7.
Система ГОСТ устанавливает различные формы разделки кромок и формы поперечного сечения сварного шва листовых деталей для различных толщин свариваемых деталей, видов соединений (стыковые, угловые, тавровые) и методов дуговой сварки:
ГОСТ 5264-80 Ручная электродуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

ГОСТ 14771-82 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 8713-82 Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 16098-80 Соединения сварные из двухслойной коррозионно-стойкой стали. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 11534-75 Ручная электродуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 14806-80 Соединения сварные. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 27580-88 Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 11533-75 Автоматическая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

Как видно из Рис. 8 и 9, важнейшими элементами подготовленных кромок, устанавливаемыми стандартами, являются угол разделки и величина притупления. Для стыковых соединений с К-, V-, и Х-образными разделками с одинарным скосом кромки угол разделки установлен 50º±5º или 27º±3º, а для соединений с подкладной пластиной - 10º÷12º. Размеры этих элементов определяют форму сварного шва и влияют на величину площади его поперечного сечения. Таким образом, угол разделки и величина притупления напрямую определяют глубину и характер сплошного проплавления, что определяет качество получаемого сварного шва.

II. Методы резки скоса кромок сварных соединений.
Сегодня в технологии подготовке скоса кромок под сварку применяются как термические, так и механические методы резки.
Термические методы - газокислородная (газопламенная), плазменная и лазерная резка.
Механические методы:
- фрезерная обработка скоса кромки,
- строгание скоса кромки,
- резка скоса кромки абразивными кругами,
- резка скоса кромки кромкорезами долбежного типа.

2.1. Термическая резка скоса кромок

Применение термической резки требует подготовленного персонала и специальных мер безопасности, главным образом из-за своей пожароопасности. Возможна резка фаски для К-, V-, и Х-образные разделки с одинарным скосом кромки. Специалистам понятно, что качество кромок, подготовленных с помощью ручной термической резки, практически никогда не соответствует требованиям ГОСТ, и кромки нуждаются в последующей обработке (как минимум зачистка грата абразивными кругами или проволочными щетками).
Газокислородная резка легированных сталей осложнена тем, что во время сгорания углеводородных газов (пропана, ацетилена) в атмосфере кислорода образуется свободный углерод и угарный газ, которые, вступая во взаимодействие с легирующими элементами (прежде всего хромом и никелем), образуют тугоплавкие карбиды; удаление карбидов из зоны резки при температурах газокислородного пламени практически невозможно. Поэтому газокислородная резка, к примеру, нержавеющих хромоникелевых сталей практически невозможна.
Плазменная резка - практически единственный способ выполнять качественную резку высоколегированных сталей и алюминиевых сплавов.
При использовании машинной резки (особенно портальных машин термической резки с ЧПУ), качество кромок выше и размеры элементов разделки могут полностью соответствовать требованиям стандартов. Однако при термической резке (особенно легированных сталей) происходит интенсивное изменение химического состава и свойств поверхностного слоя реза - науглероживание, азотирование, появление рыхлостей - а также интенсивные деформации вырезанных деталей при больших толщинах металла. Рез зачастую требует зачистки для снятия дефектного поверхностного слоя, а полученная кромка имеет пониженную свариваемость и при сварке требует сварщика высокой квалификации (не ниже 5 разряда), особенно, если сварная деталь ответственная и сварное соединение подвергается неразрушающему контролю. Применение в качестве плазмообразующего газа газовых смесей типа Ar/He2, Ar/H2, N2/H2 или хотя бы кислорода существенно снижает степень науглероживания и азотирование поверхностного слоя и делает требования последующей механической зачистки реза неактуальными.
Лазерная резка применяется для весьма ограниченного диапазона толщин из-за высокой стоимости лазеров большой мощности и сложности систем фокусировки и наведения. Так как наиболее оптимальные для лазерной резки толщины лежат в пределах от 0,5 мм до 10 мм, то необходимость в резке скоса кромки для них практически отсутствует. Ручная лазерная резка, очевидно, еще долгое время будет невозможна из-за большой массы оптических головок и высокой опасности для операторов.

2.2. Механическая резка скоса кромок

Механическая обработка позволяет получить поверхность кромки с максимально высокой точностью и качеством поверхности. После механической резки на поверхности кромки отсутствуют задиры, которые могут явиться причиной появления непроваров. Большим преимуществом механической резки является возможность получения прямых кромок с двойным скосом и кромок для J- и U-образная разделки.
Однако механическая обработка имеет много ограничений:
- низкая производительность процесса из-за существования предельной глубины обработки,
- сложность обработки кромок деталей больших размеров,
- сложность обработки деталей криволинейной формы,
- необходимость кантовки деталей при изготовлении двусторонних кромок,
- сложности при резке скоса кромки в монтажных условиях.
Резка скоса кромки профильными абразивными кругами является очень неэкологичной (шум, вибрация, выделение большого количества пыли), требует больших затрат ручного труда и не гарантирует точного соответствия получаемой кромки требованиям ГОСТ. При абразивной резке происходит выкрашивание частиц абразива (тем более интенсивное, чем менее качественные абразивные круги используются); абразивная крошка внедряется в поверхностный слой металла, который становится пластичным из-за интенсивного перегрева. Внедренная крошка имеет острые края и практически не переплавляется во время сварки из-за высокой температуры плавления абразива. После сварки частицы абразива практически гарантируют появление трещин, особенно, если сварной шов работает в условиях знакопеременных нагрузок.

III. Оборудование и инструмент для резки кромок сварных соединений плоских листовых деталей

3.1 Оборудование для термической резки скоса кромок.
Как уже было сказано ранее, основными методами термической резки, используемыми при резке скоса кромки, являются газокислородная и плазменная резка. В зависимости от степени автоматизации различают ручную, механизированную и автоматическую резку. Соответственно и используемое оборудование - ручное, механизированное и автоматическое.

3.1.a) Ручные газовые резаки
Используются для ручной газокислородной резки. Как правило, это стандартные резаки инжекторного типа. Для резки скоса кромки в монтажных условиях это чаще всего используемый метод. Существующие ограничения сводятся к установке максимальной длины газовых шлангов (не более 30 м) и невозможности резки иных материалов, кроме углеродистых и низколегированных сталей. Требует специальных мероприятий для обеспечения техники безопасности. Для повышения точности ручной резки используют различные приспособления, к примеру, роликовые насадки для резаков и различные угловые шаблоны.

3.1.b) Источники плазменной резки с ручными плазмотронами
Применяются для ручной плазменной резки. В качестве плазмообразующего газа обычно используются сжатый воздух или кислород. Наиболее удобны инверторные плазменные источники, имеющие малую массу. Единственным ограничением для применения ручной плазменной резки являются требования техники безопасности, которые не позволяют ручное использование электрических установок свыше определенного соотношения ток - напряжение. В качестве дополнительных приспособлений для резки скоса кромки используют дистанционные рамки, одеваемые на колпак плазмотрона, специальные угловые насадки, устанавливающие определенный угол скоса кромки и роликовые насадки.

3.1.c) Переносные машины термической резки.
Иногда их также называют переносными газорежущими машинами. На самом деле они могут быть оснащены как газопламенными, так и плазменными режущими горелками и используются для механизированной термической резки. Основное применение таких машин - вырезка небольших деталей и резка монтажных припусков.

Конструктивно переносная машина термической резки представляет собой самоходную каретку с регулируемым электрическим приводом, на которой размещены режущие горелки: одна или две газопламенные или одна плазменная. Резаки установлены в кронштейнах, дающих возможность вертикальной и горизонтальной регулировки, а также поворота для резки скоса кромки. Переносные машины, оснащенные одной режущей горелкой, могут использоваться для разделительной резки и резки скоса кромки для V-образной разделки без притупления кромки; оснащение машины двумя горелками позволят резать скосы кромок для Y-образной и X-образной разделок. Иногда на переносную машину устанавливается три горелки, что позволяет резать скосы кромок для К-образной разделки.
Выпускаются два типа переносных машин термической резки - легкие и тяжелые. Легкие машины имеют собственную массу до 10 кг и комплектуются одной режущей горелкой, позволяющей резать металл толщиной не более 100 мм. Тяжелые машины могут весить до 15 - 20 кг и могут комплектоваться двумя или тремя режущими горелками. Тяжелые машины также более приспособлены для комплектации оснащением для плазменной резки, которая требует более высокой скорости, чем газокислородная.

Переносные машины позволяют производить резку как прямых резов с перемещением по направляющим, так и вырезать криволинейные детали (с ручным направлением перемещения или при помощи циркульного устройства) и широко используются в монтажных устройствах.

3.1.d) Портальные машины термической резки.

Наиболее сложный вид оборудования для раскроя листового металла. На портале могут быть установлены несколько режущих суппортов, оснащенных горелками как для газокислородной, так и для плазменной резки. Оснащены компьютерными системами управления, которые позволяют вырезать детали с высокой точностью и небольшим количеством отходов. Резка скоса кромки для газокислородных и плазменных режущих суппортов осуществляется по разному. Газокислородные режущие суппорты оснащаются так называемыми трехрезаковыми блоками, которые представляют собой зубчатый сектор, установленный на суппорте и поворачивающийся вокруг вертикальной оси (см. Рис. 15). Режущие горелки крепятся на зубчатом секторе: одна горелка вертикально, две другие - по обе стороны сектора. Боковые горелки могут устанавливаться в зависимости от требуемого узла разделки.

3.2 Оборудование для механической резки скоса кромок.
Основными процессами резки скоса кромки резанием являются фрезерование, строгание и долбление. Несколько особняком стоит метод резки абразивными кругами. Обработка проводится на различных типах оборудования - стационарных и мобильных: - стационарные станки: фрезерование, строгание, долбление, резка абразивными кругам; - мобильные (передвижные) машины: фрезерование; - переносной инструмент: фрезерование, долбление, резка абразивными кругам. Нет смысла рассматривать абсолютно все виды оборудования, поэтому остановимся на наиболее часто применяемых в промышленности.

3.2.a) Кромкострогальные станки.
Применяются для обработки только прямых деталей, но при этом строгание позволяет получить скос кромки любого вида, в том числе с двойным сломом и криволинейные. Кромкострогальные станки применяют в тех отраслях промышленности, где большинство деталей имеет прямы кромки - химическое машиностроение, котлостроение, производство вагонов. Необходимо помнить, что при высоте кромки (размер h на Рис.8) больше, чем 4 мм, строгание необходимо вести за несколько проходов.

3.2.b) Кромкофрезерные станки.
В отличие от кромкострогальных, позволяют обрабатывать криволинейные детали. Обработка скоса кромки проводится либо цельными фрезами из быстрорежущей стали, либо наборными режущими головками с режущими твердосплавными пластинами. Кромкофрезерные станки различают двух видов - с перемещением фрезерной головки и с перемещением обрабатываемой детали. Станки с перемещением обрабатываемой детали более простые по конструкции. В частности, изменение угла обрабатываемого скоса кромки обычно достигается наклоном фрезерной головки относительно станины станка.

Для обработки криволинейных деталей на станках перемещением фрезерной головки используют различные системы механического отслеживания кромки детали. Кромкофрезерные станки с ЧПУ имеют весьма ограниченное применение из-за своей высокой стоимости.

3.2.c) Кромкоскалывающие станки.
Конструктивно это те же самые кромкофрезерные станки, однако обработка ведется на большой скорости специальными фрезами из быстрорежущей стали с нечетко выраженными режущими гранями. Кромкоскалывающие станки имеют большую производительность, но поверхность полученной кромки очень грубая и нуждается в дальнейшей обработке. Чаще всего кромкоскалывающие станки используют на крупных предприятиях, обрабатывающий большой объем металла, для предварительной подготовки скоса кромки на деталях больших толщин (свыше 20 мм). В дальнейшем полученная кромка доводится до нужного качества строганием, чистовым фрезерованием или абразивной обработкой.

3.2.d) Специальные кромкофрезерные головки.
Почти не используемое специальное оснащение для портальных машин термической резки с ЧПУ. Фрезерные головки с приводом вращения и профильными режущими пластинами устанавливаются на отдельный суппорт портальной машины и работает по программе, задаваемой системой ЧПУ.

3.2.e) Передвижные кромкофрезерные машины.
По технологии обработки копируют стационарные станки, отличаясь только тем, что во время обработки рабочий должен вручную перемещать машину вдоль обрабатываемой детали. Передвижные машины незаменимы при обработке деталей большой длины (прямолинейных или криволинейных) в тех случаях, когда предприятие не имеет кромкофрезерных станков или транспортировка деталей на них нецелесообразна.

3.2.f) Переносные кромкофрезерные машинки.
Это ручной механизированный инструмент, который представляет собой стандартные углошлифовальные машинки, оснащенные специальными фрезерными головками со сменными твердосплавными режущими пластинами. Позволяют резать скосы кромок для V-образной, Y-образной и J-образной разделок (за счет сменных головок с пластинами различной формы). Очень удобны при обработке деталей сложной формы с различными отверстиями, вырезами, криволинейными гранями, но требуют от рабочих наличия определенных навыков.

3.2.g) Переносной механизированный инструмент долбежного типа.
Такой инструмент под названием ручных кромкорезов или ручных фаскорезов выпускается компанией Trumpf (Германия). Способ обработки кромок долблением сравнительно недавно вошел в российскую технологическую практику и еще не слишком широко известен. Инструмент такого типа (с электрическим или пневматическим приводом) использует в работе принцип долбежного станка: нож, совершая возвратно-поступательные движения поперек кромки детали, срезает часть металла. Перемещение кромкореза вдоль края детали осуществляется вручную. При помощи долбления удается обрабатывать за один проход скосы кромок деталей довольно большой толщины - до 40 мм. При правильном использовании кромкорезов удается получить чистый скос кромки очень высокого качества - в первую очередь необходимо следить за соблюдением скорости перемещения инструмента.
Кромкорезы долбежного типа наиболее удобны при обработке кромок деталей небольшой длины, сложных криволинейных кромок (на плоских деталях, деталях с погибью, трубах, в том числе трубах с косыми резами) при работе в монтажных условиях. К недостаткам можно отнести большую массу инструмента и возможность обработки только прямых скосов.

3.2.h) Переносной электрический инструмент для абразивной обработки
В эту группу можно включить следующие виды инструменты:
- стандартные углошлифовальные машинки для резки скоса кромки абразивными кругами,
- специальные углошлифовальные машинки для резки скоса кромки абразивными кругами,
- специальные машинки для абразивной зачистки скоса кромки после строгания или фрезерования.
Абразивная зачистка после строгания или фрезерования (абразивными шлифовальными дисками или лентами) часто применяется для деталей из нержавеющих сталей или алюминиевых сплавов, так как при сварке эти материалы весьма «чувствительны» к высокой шероховатости поверхности кромки (также зачистка может вестись и на кромкофрезерных станках при оснащении их соответствующими сменными инструментальными головками). После предварительной обработки на кромкоскалывающих станках абразивная зачистка обязательна, иногда - в несколько этапов абразивными материалами различной зернистости.

IV. Сравнение и применяемость различных методов подготовки скоса кромок сварных соединений

Все вышеперечисленные способы имеют свои достоинства и недостатки и выбор технологии разделки зависит от обрабатываемых изделий и конкретных условий производства. Важно оценивать, какая из рассмотренных технологий наиболее применима на производстве и обеспечит необходимую точность, будучи при этом максимально дешевой. Для удобства сравнения особенности рассмотренных вариантов сведены в таблицу.

Сравнение методов резки скоса кромок под сварку

БИБЛИОГРАФИЯ:
1. Акулов А.И., Алехин В.П., Ермаков С.И., Полевой Г.В., Рыбачук А.М., Чернышов Г.Г, Якушин Б.Ф. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки. - М., Машиностроение, 2003.
2. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. - М., Машиностроение, 1977.
3. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. - Л., Машиностроение, 1987.
4. Никифоров Г.Д., Бобров Г.В., Никитин В.М., Дьяченко В.В. Технология и оборудование сварки плавлением. - М., Машиностроение, 1978.
5. Сварные конструкции: достижения и перспективы нового тысячелетия. Материалы конференции Международного института сварки 13 июля 2000 г. - М., АО «Спецэлектрод», 2000.
Также использованы фотографии и материалы компаний:
Cevisa (Испания), ESAB (Швеция), Koike (Япония), Messer C&W (Германия), Trumpf (Германия), Gerima (Швейцария), Gloor (Швейцария), Air Liquide Welding (Франция)

Разделка кромок металла под сварку - обработка свариваемых кромок, придание им надлежащих параметров. Данная процедура осуществляется со следующими целями: обеспечение доступа к корню шва сварочного оборудования, проварка соединяемых деталей по всей толщине материала.

Кромки по форме разделки могут отличаться:

• соединения сварные без разделки краев деталей;
• соединения элементов с разделкой, отбортовкой.

Разделка кромки может быть:

• с односторонним скосом, который может выполняться для одной или обоих краев;
• с двусторонним скосом, выполняемым аналогично для одной, обеих кромок.

Выбирая вариант разделки, рекомендуется брать в учет то, что самым экономным считается соединение сварное без выполнения скоса кромки. Если же предварительная обработка краев изделия все-таки производится, то наиболее простой считается разделка с прямым скосом К, V, Х-образная, чем U-образная. Если сравнивать с односторонней разделкой, то двусторонняя К, Х-образная разделка считается более технологичной, но осуществить такую обработку возможно только в случае наличия доступности сварочным устройством к обоим краям свариваемого металла.

В процессе предварительной подготовки свариваемых металлических элементов производятся следующие мероприятия:

• правка, разметка материала;
• резка металла;
• подготовка к соединению кромок изделия;
• гибка металла горячим, холодным способом.

Подготовка металла может производиться ручным, механическим способами:

• ручная обработка осуществляется на специализированных правильных плитах, выполненных из чугуна, стали. При этом используется винтовой ручной пресс, правка выполняется ударами кувалды;
• механическая правка выполняется на листоправильных вальцах;
• правка угловой стали осуществляется на правильном прессе;
• обработка швеллеров, двутавровых элементов производится на ручных, механических правильных вальцах;
• разметка материала определяет будущую фигуру изделия;
• резка механическая металлических листов может быть прямолинейной, криволинейной. Для этого предназначены специальные ножницы роликовые, оборудованные ножами дискового типа;
• резка заготовок из углеродистых сталей осуществляется дуговой плазменной или газокислородной резками, механическим или ручным способом;
• резка заготовок из легированных сталей производится дуговой плазменной или флюсовой газовой резкой.

Важно! При сварке металл самой конструкции, присадочный материал должны в обязательном порядке предварительно зачищаться от различных загрязнений, конденсата, сколов, жирных, масляных пятен, ржавчины.

Присутствие на поверхности свариваемых деталей любых загрязнений способствует формированию в швах пор и шлаковых отложений, которые значительно ухудшают качество, прочность соединения.

Предварительная подготовка деталей

Предварительная разделка кромок под сварку соединяемых элементов осуществляется для обеспечения максимальной проварки основного металла. Для изделий толщиной свыше 5 мм делается скос свариваемых краев. Угол разделки кромок может составлять от 70 до 90 градусов.

Способы выполнения скосов краев металла

• Выполнение скоса пневматическим, ручным зубилом. Это наиболее грубая с низкой производительностью методика, в результате которой края получаются недостаточно ровные.
• Обработка на специализированном оборудовании: фрезерные, кромкострогальные станки. В данном случае скосы получаются более чистыми, ровными.
• Самый экономичный вариант получения скоса - это ручная, механизированная кислородная резка, после которой обязательно нужно убрать шлаковые отложения при помощи металлической щетки или зубила.

Важно не забывать про очистку кромок, чтобы не допустить наличия неметаллических компонентов в сварочном шве и некачественного провара.

В процессе сборки элементов конструкции под сварку обязательно нужно контролировать правильное расположение соединяемых кромок по отношению друг к другу, то есть исключить возможные перекосы, выдержать необходимые зазоры и прочее.

• Чтобы в период выполнения сварочных работ не нарушалось положение деталей, размеры зазоров между кромками, необходимо их предварительно прихватить сваркой, то есть соединить в нескольких точках.
• Длину прихваток, промежутки между ними нужно определять в зависимости от длины основного сварного шва, толщины соединяемого материала. Например, прихватка тонких изделий, которые будут соединяться короткими швами, не должна быть больше 5 мм, а для толстых изделий, которые планируется соединять довольно длинными швами, прихватки выполняются на расстоянии до 50 см между собой и быть длиной до 3 см.

Важно понимать! При соединении металлических образцов значительными по длине сварными швами важно соблюдать порядок постановки прихваток.

Кромки разделывают в целях полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочности сварного соединения с основным металлом. Формы подготовки кромок под сварку различают V, K, X – образные

При ручной электродуговой сварке основными видами сварных соединений являются стыковые, угловые, тавровые и соединения внахлестку. Стыковые соединения в зависимости от толщины свариваемых листов делятся на несколько типов. При толщине листов от 1 до 3 мм применяются стыковые соединения с отбортовкой кромок.

Листы толщиною от 1 до 8 мм свариваются в стык без подготовки кромок. Для листов толщиною от 1 до 6 мм применяется односторонняя сварка иногда с остающимися или съемными подкладками; листы толщиною от 3-3,5 мм до 8 мм свариваются с двух сторон. Предельная толщина металла в этом случае определяется возможностью проплавления всего сечения с одной или с двух сторон. Для обеспечения провара всего сечения при сварке листов большей толщины делается скос кромок, называемый разделкой кромок.

Для металла толщиной от 3 до 26 мм предусматривается так называемый V-образный односторонний или двусторонний скос кромок. При этих соединениях также могут применяться остающиеся или съемные подкладки. Металл толщиною от 12 до 40 мм может свариваться К-образным соединением, при котором производится двусторонний скос одной только кромки. Для толщин от 20 до 60 мм с целью экономии наплавленного металла может применяться U-образное соединение с криволинейным скосом одной или двух кромок.

Для металла толщиной от 12 до 60 мм делается Х-образная подготовка крсмок, при которой производится двусторонний скос каждой кромки. При Х-образном стыковом соединении для толщин металла от 30 до 60 мм может применяться также двусторонний криволинейный скос двух кромок. Основными конструктивными элементами разделки являются: угол разделки кромок, притупление и зазор в стыке. Угол разделки кромок для V- и Х-образных соединений берут равным 60°, а для V-образного соединения со скосом одной кромки так же, как и для К-образного соединения, равным 50°.

Величина нескошениой части или так называемое притупление составляет 1-2 мм, а величина зазора принимается равной 2 мм. Угловые соединения при толщине металла не более 3 мм могут выполняться с отбортовкой кромок. При больших толщинах, в зависимости от вида углового соединения и толщины свариваемых листов, сварка производится без скоса, а также с односторонним или двусторонним скосом кромок вертикального листа.

Тавровые соединения, применяемые для толщин металла от 2 до 60 мм, также выполняются без скоса или со скосом кромок вертикального листа. Соединения без скоса кромок применяются для толщин от 2 до 30 мм. Такие соединения свариваются как односторонними, так и двусторонними швами. При этом величина зазора может составлять от 0 до 4 мм. Величина катета выбирается в зависимости от толщины листов и условий работы.

Соединения с односторонним скосом кромок выполняются при толщине листов от 4 до 26 мм и двусторонним скосом для толщин металла от 12 до 60 мм. Угол разделки кромок берут равным 50°, а притупление от 1 до 2 мм, величина зазора обычно составляет около 2 мм. Соединения внахлестку выполняются одно- или двусторонние. Швы накладываются сплошные или прерывистые. Соединения внахлестку могут выполняться также с круглыми или удлиненными отверстиям.

Рис. 7С Форма разделки кромок под сварку

Параметры разделки являются важной характеристикой, от которой зависит качество шва и общая работоспособность изделия. Поэтому для каждого способа сварки и группы изделий нормативными документами определяются требования к выполнению разделки кромок под сварку.

Форма разделки кромок характеризуются следующими основными конструктивными элементами: угол скоса кромки β; угол разделки кромок α= 2 β; притупление С; зазор b.

Скос кромки - прямолинейный наклонный срез кромки, подлежащей сварке.

Угол скоса кромки β - острый угол между плоскостью скоса кромки и плоскостью торца.

Угол разделки (раскрытия) кромок α - угол между скошенными кромками свариваемых частей.

Угол скоса кромок βпри щелевой разделке изменяется в пределах от 0 до 8 градусов.

Стандартный угол разделки кромок α в зависимости от способа варки и типа сварного соединения изменяется в пределах от 60 ± 5 до 20 ± 5 градусов. Угол разделки кромок выполняется для обеспечения доступа электрода к основанию формируемого сварного шва.

Притупление кромки С - нескошенная часть торца кромки, подлежащей сварке.

Притупление кромок С обычно составляет 2 мм ± 1 мм. Назначение притупления - обеспечить формирование сварного шва без образования прожога (см. Дефекты сварных соединений). Иногда, в связи с конструктивными особенностями сварного соединения, значение притупления может приниматься равным нулю (С=0). В этом случае необходимо предусматривать технологические мероприятия, исключающие появление прожога (сварка на подкладке, сварка на флюсовой подушке, укладка подварочного шва – см. Выполнение швов сварных соединений).

Зазор b - кратчайшее расстояние между кромками собранных для сварки деталей.

Зазор b обычно равен 1,0 – 3,0 мм. При принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для обеспечения проплавления всей толщины свариваемых элементов в результате затекание расплавленного металла между их кромками. В отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8-10 мм и более. Если зазор b = 0, выполняемая сварка называется сваркой без зазора, если b ≠ 0 –сваркой с зазором (или по зазору).

R назначается для обеспечения плавного сопряжения вертикальных и горизонтальных плоскостей разделки. Величина R зависит от геометрических особенностей профиля разделки.

Форма разделки кромок определяет количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, производительность сварки. Так, например, Х-образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6- 1,7 раза.

Форма разделки кромок, а также размеры параметров разделки (профиль разделки кромок, угол разделки кромок, величина зазора и притупление) зависит от свариваемого материала, толщины свариваемых элементов, и способа сварки. Параметры разделки кромок являются важной характеристикой, от которой зависит качество шва и общая работоспособность изделия. Поэтому для каждого способа сварки и группы изделий нормативными документами определяются требования к выполнению разделки кромок под сварку.

studfiles.net

Виды разделки кромок свариваемых деталей

Виды разделки кромок свариваемых деталей и зазоры между ними зависят от толщины свариваемого металла, способов сварки и видов сварных швов (стыковые, угловые). Разделка кромок и зазор между кромками должны обеспечить полный провар по всей толщине соединений. Конструкции подготовки (разделки) кромок свариваемых деталей и собственно швов сварных соединений принимаются в соответствии с указаниями следующих государственных стандартов: ГОСТ - ручная электродуговая сварка, стыковые, угловые (под прямым углом), тавровые и нахлесточные соединения; ГОСТ - ручная электродуговая сварка, соединения под острым и тупым углами; ГОСТ - автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, стыковые угловые (под прямым углом) и нахлесточные соединения; ГОСТ - автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, соединения под острым и тупым углом; ГОСТ - электрошлаковая сварка, стыковые, угловые и тавровые соединения; ГОСТ - электрозаклепочные соединения.

Согласно ГОСТ, для сварных швов, выполняемых электродуговой сваркой в среде углекислого газа проволокой диаметром 0,8-1,2 мм, основные типы сварных соединений и их конструктивные элементы разрешается принимать по данным ГОСТ, т. е. как при ручной электродуговой сварке.

При сварке элементов строительных конструкций встык наиболее часто встречаются кромки с У- и Х-образными симметричными разделками, а также кромки без разделки. Значительно реже применяются чашеобразная, К-образная, несимметричная Х-образная и другие виды разделок.

Стыковые швы без разделки кромок имеют наименьший объем наплавленного металла и могут быть применены при ручной сварке для деталей толщиной до 6-8 мм, при полуавтоматической сварке в углекислом газе до 10 мм, а при автоматической сварке под флюсом - до 30 мм. При электрошлаковой сварке кромки деталей любой толщины не обрабатывают и варят при зазоре 20-30 мм.

У-образную разделку кромок рекомендуется применять при ручной сварке деталей толщиной от 8 до 30 мм, при сварке деталей в среде углекислого газа толщиной 12-24 мм и при автоматической сварке под флюсом толщиной более 30 мм Х-образная разделка является двухсторонней.

У-образная разделка применяется для стыков, которые в процессе сварки можно кантовать. При Х-образной разделке стыковые швы имеют меньший объем наплавленного металла, а обработка таких кромок требует больших затрат труда, чем при У-образной разделке.

Подготовка кромок при сварке угловых швов также может быть выполнена без разделки и с разделкой кромок. При разработке технологического процесса важное значение имеют правильно выбранные режимы сварки, так как они прежде всего определяют качество и производительность сварочных работ. Режим сварки характеризуют сила и плотность сварочного тока, скорость подачи проволоки и сварки, количество слоев швов, напряжение, на дуге. При разработке технологического процесса должны быть определены также сварочные материалы.

www.prosvarky.ru

Виды сварочных швов и соединений | Типы сварных швов

Сварочные швы – зоны сварных соединений, которые образованы первоначально расплавленным, а затем кристаллизованным при остывании металлом.

Параметры сварочных швов

Срок службы всей сварочной конструкции зависит от качества сварочных швов. Качество сварки характеризуется следующими геометрическими параметрами сварного шва:

• Ширина – расстояние между его краями;
• Корень – внутренняя часть, противоположная его внешней поверхности;
• Выпуклость – наибольший выступ от поверхности соединяемого металла;
• Вогнутость – наибольший прогиб от поверхности соединяемого металла;
• Катет – одна из равных сторон треугольника, вписанного в поперечное сечение двух соединяемых элементов.

Какие бывают сварочные швы и соединения, классификация

В таблице 1 приведены основные типы сварочных соединений, сгруппированные по форме поперечного сечения.

	Сварные соединения и швы	Особенности расположения	Основное применение	Примечание
1	Стыковые	Соединяемые детали, элементы находятся в одной плоскости.	Сварка конструкций из листового металла, резервуаров и трубопроводов.	Экономия расходных материалов и времени на сварку, прочность соединения. Тщательная подготовка металла и выбор электродов.
2	Угловые	Соединяемые детали, элементы расположены под любым углом относительно друг друга.	Сварка емкостей, резервуаров.	Максимальная толщина металла 3 мм.
3	Нахлесточные	Параллельное расположение деталей.	Сварка конструкций из листового металла до 12 мм.	Большой расход материала без тщательной обработки.
4	Тавровые (буквой Т)	Торец одного элемента и боковая часть другого находятся под углом	Сварка несущих конструкций.	Тщательная обработка вертикального листа.
5	Торцовые	Боковые поверхности деталей примыкают друг к другу	Сварка сосудов без давления	Экономия материала и простота исполнения

По способу выполнения:

• Двухсторонние – сварка с двух противоположных сторон с удалением корня первой стороны;
• Однослойные – выполнение за один «проход», с одним наплавленным валиком;
• Многослойные – число слоев равно числу «проходов». Применяется при большой толщине металла.

По степени выпуклости:

• Выпуклые - усиленные;
• Вогнутые - ослабленные;
• Нормальные - плоские.

На выпуклость шва влияют используемые сварочные материалы, режимы и скорость сварки, ширина разделки кромок.

По положению в пространстве:

• Нижние – сварка ведется под углом 0° - наиболее оптимальный вариант, высокие производительность и качество;
• Горизонтальные - сварка ведется под углом от 0 до 60° требуют повышенной
• Вертикальные- сварка ведется под углом от 60 до 120° квалификации сварщика;
• Потолочные – сварка ведется под углом от 120 до 180° - наиболее трудоемкие, небезопасные, сварщики проходят специальное обучение.

По протяженности:

• Сплошные – самые распространенные;
• Прерывистые – негерметичность конструкции.

Виды сварных соединений и швов по взаимному расположению:

• Расположены по прямой линии;
• Расположены по кривой линии;
• Расположены по окружности.

По направлению действующего усилию и вектору действия внешних сил:

• фланговые – вдоль оси сварного соединения;
• лобовые – поперек оси сварного соединения;
• комбинированные – сочетание фланговых и лобовых;
• косые –под некоторым углом к оси сварного соединения.

Виды сварных швов по форме свариваемых изделий:

• на плоских поверхностях;
• на сферических.

Виды швов зависят также от толщины рабочего материала и от длины самого стыка:

• короткие - не > 25 см, при этом сварка производится способом «за один проход»;
• средние - длиной

Все протяженные швы обрабатываются обратно-ступенчатым способом, от центра к краям.

Разделка кромок под сварку

Для создания прочного и качественного сварного шва кромки соединяемых изделий проходят необходимую подготовку и им придается определенная форма (V, X, U, I, K, J, Y – образная). Во избежание прожога подготовку кромок можно выполнять при толщине металла не менее 3 мм.

Порядок подготовки кромок:

1. Очищение краев металла от ржавчины и загрязнений;
2. Снятие фасок определенного размера – в зависимости от способа сварки;
3. Величина зазора – в зависимости от типа сварных соединений.

Параметры подготовки кромок:

В таблице 2 приведены особенности подготовки кромок в зависимости от толщины металла.

Таблица 2

svarkagid.ru

Конструктивные элементы разделки кромок

РАЗДЕЛКА ДВУХ КРОМОК

α - угол разделки кромок (60-90°)

β - угол скоса кромки (30-50°)

b - зазор (1-4 мм) в зависимости от толщины свариваемого металла

При сварке плавящимся электродом зазор b обычно составляет 0-5 мм. Чем больше зазор, тем глубже проплавление металла

с - притупление кромок (1-3 мм) в зависимости от толщины свариваемого металла

Х - образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавляемого металла в 1,6-1,7 раза

СМЕЩЕНИЕ СВАРИВАЕМЫХ КРОМОК

Δ - смещение свариваемых кромок одна относительно другой.

Проплавление металла толщиной 5 мм и более довольно трудная задача при использовании ручной дуговой сварки. Получение качественного шва в этих условиях затруднительно даже для опытных сварщиков. По этой причине ГОСТами и другими руководящими документами предписывается формировать соответствующим образом кромки заготовок. Разделка кромок под сварку делается при выполнении практически всех угловых и стыковых соединений.

Обязательная подготовка

Единственной задачей разделки кромок является желание получить качественный надежный шов. Разделку проводят так, чтобы электрод легко мог достать до нижних слоев и проварить изделие по всей толщине.

Подготовка кромок перед сваркой проводится в любом случае. Она может быть:

• без разделки;
• с отбортовкой;
• с разделкой.

Обязательный подготовительный этап заключается в очистке торцовой и прилегающей области от всевозможных механических и жировых загрязнений, оксидных пленок, ржавчины на расстояние не менее 20 мм в соответствии с ГОСТ. Зачистка стыков под сварку может производиться вручную с использованием наждачки, щетки с металлической щетиной, напильника, шлифовальной машинки или с применением химических реагентов.

После того как детали собраны в узел, который предстоит варить, и зафиксированы, правильно обработать кромки уже не получится.

Подготовку стыков рекомендуется делать при толщине стенок свариваемых деталей 5 мм и более. Односторонняя отбортовка выполняется при сварке стыковых и угловых соединений. Двухсторонняя отбортовка производится при стыковой сварке. В целом разделка заключается в придании кромкам определенной формы, в результате чего они становятся тоньше.

Скосы

Стыки с разделкой кромок бывают с односторонним скосом одной или двух кромок и с двусторонним скосом одного или двух стыков. Скосы могут быть прямолинейными или криволинейными, с притуплением или без него.

При односторонней сварке разделку стыков делают в виде буквы V или U. При сварке с обеих сторон реализуется K или X-образные разделки. Разделка для односторонней сварки более трудоемка, чем при сваривании с двух сторон.

Выбор скосов кромок под сварку определяется конструкцией свариваемых изделий, толщиной металла и диаметром электрода. Форму разделки определяет угол и форма скоса, а также высота притупления.

Притуплением называют нескошенную часть стыка. Оно нужно для правильного образования сварного шва и предотвращения прожога. Притупление бывает толщиной от 1 до 3 мм. Иногда обходятся совсем без него. Тогда предусматриваются специальные мероприятия предотвращающие прожог сварного шва. Сваривание производят на подкладке, основе из флюса или используют замковое соединение.

При использовании ручной электродуговой сварки подготовку кромок у металла толщиной менее 5 мм не делают. Если изделие более толстое, то обычно используют одностороннюю симметричную разделку с углом в 60 °-80 °и притуплением 1-3 мм.

Для соединений в стык с К-, V-, и Х-образной обработкой кромки, совокупный угол скоса равен 45 °-55 °, а при сваривании с подкладкой – 10 °-12 °. Эти параметры влияют на свойства шва и прямо определяют его характеристики.

Методы резки

Разделка кромки заключается в том, что с торца детали снимают часть металлы под углом. Угол определяют между плоскостью торца и образовавшегося скоса. Разделку можно провести механическим способом и термическим. Впоследствии, в зависимости от качества образованной поверхности, проводится механизированная или ручная доработка.

Механизированная доработка осуществляется на расточном оборудовании для тел вращения. Для прямолинейных поверхностей используются фрезерные станки или пневматические шлифовальные машины. Если специального оборудования нет, то поверхность под сварку можно доработать вручную с помощью зубила и напильника.

Термические методы разделки кромок – это газовая (при помощи кислорода), плазменная и лазерная резка. При терморезке можно получить К-, V-, и Х-образные скосы кромок. К механическим методам относятся фрезеровка, строгание, резка абразивом и долбежными устройствами.

Особенности методов резки

При газовой кислородной резке легированных сталей свободный углерод образует карбиды, удалить которые очень трудно. Поэтому подготовку таких сплавов, как хромированная нержавейка, например, проводят другими способами. Газовую разделку кромок применяют в основном к углеродистым сталям.

Качество термической резки, проведенной вручную, почти всегда оставляет желать лучшего, поэтому требуется дополнительно обрабатывать срез абразивом. К тому же изменяется состав и свойства верхнего слоя, что приводит к деформации изделий.

Плазменная резка позволяет получить качественный срез практически любых металлов. В роли плазмообразующего газа применяют воздух. Переносные устройства терморезки оснащаются газовыми и плазменными горелками. При установке трех горелок можно делать скосы кромок К-образной формы.

При машинной термической резке, качество кромок получается высоким, и удовлетворяет требованиям ГОСТов. Лазерная разделка кромок используется, когда ее нечем заменить, стоит она очень дорого.

Механическая резка обеспечивает получение качественных скосов кромок. К достоинствам относится создание скосов сложной формы. Но есть и существенные недостатки, среди которых невысокая производительность и трудность формирования кромок на крупных заготовках. При формировании двусторонних скосов механическим методом требуется кантовка заготовок. Резка стыков абразивами является вредным производством и требует много ручного труда. Элементы абразива вызывают трещины.

Оборудование для механической разделки

Основные механические способы подготовки стыков – это фрезеровка, строжка, долбежка и резка абразивом.

Кромкострогальные станки используются при разделке стыков прямолинейных заготовок и позволяют получать любые виды разделки кромок. Кромкофрезерное оборудование может работать с криволинейными заготовками. Переносные устройства используют, чтобы подготавливать стыки трубопроводов. Кромкоскалывающее оборудование работает на высокой скорости, но кромки требуют дальнейшей доводки.

Для доводки стыков абразивом применяют шлифовальные машинки. Данная обработка используется после фрезеровки изделий из нержавейки и алюминия.

Все методы разделки кромок имеют свои полюсы и минусы, все зависит от конкретики, вида обрабатываемых заготовок, условий работы и требуемой точности обработки.

svaring.com

Подготовка кромок под сварку

Рисунок 7 - Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку (а) и шва (б):

в - ширина шва, h - высота шва, К - катет шва

Выбор формы полготовки кромок под сварку регламентируеся ГОСТами и техническими условиями.

ГОСТ 5264-80 устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых ручной и дуговой сваркой., он предусматривает для стыковых соединений формы подготовленных кромок, представленные на … рис. 8; для угловых соединений - на рис. 9; тавровых - на рис. 10 и нахлесточных - на рис. 11.

Кромки свариваемых деталей могут быть подготовлены различными способами: без скосов кромок, со скосом одной кромки, со скосом двух кромок, с двумя симметричными скосами одной кромки, с отбортовкой кромок и др. Для их различения к соответствующему буквенному символу добавляется еще цифровое обозначение вида подготов­ленных кромок: С1, С2, СЗ и т. д.; У1, У2, УЗ,…; Н1, Н2, НЗ,…; Т1, Т2, ТЗ,….

Рисунок 8 - Форма подготовленных Рисунок 9 - Форма подготовленных

кромок под сварку для кромок под сварку для

стыковых соединений угловых соединений

Рисунок 10 - Форма подготовленных Рисунок 11 - Форма подготов-

кромок под сварку для ленных кромок под сварку

тавровых соединений для нахлесточных соединений

Подготовку кромок под сварку выполняют на механических станках -токарных (обработка торцов труб), фрезерных, строгальных - обработка листов и т. д., а также применением термической резки. Листы, трубы, изготовленные из углеродистых сталей, обрабатываются газокислородной резкой. В качестве горючих газов могут служить ацетилен, пропан, коксовый газ и т. д. Цветные металлы, а также нержавеющие стали обрабатываются плазменной резкой.

Перед сваркой особо ответственных конструкций торцы труб или листов после газокислородной резки обрабатывают дополнительно механическим путем; это делается для того, чтобы избежать каких-либо включений в металле.

Основные типы сварных соединений

refac.ru

СВАРКЕ. Выбор формы подготовки кромок

Основными типами соединений, выполненных электродуговой сваркой, являются стыковые (С), угловые (У), тавровые (Т) и нахлесточные (Н). Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений, выполненных ручной сваркой металлическими электродами при толщине сварного изделия до 175 мм, регламентирует ГОСТ.

Так, на рисунке 4.1 приведены примеры стыкового и углового соединений. Стыковое соединение характеризуется следующими параметрами: шириной шва е, глубиной проплавления h, высотой усиления q, толщиной шва H. Угловое – катетом шва k.

а – стыковое соединение; б – угловое соединение

Рисунок 4.1 – Сечение сварного шва

Условные изображения и обозначения швов сварных соединений на чертежах устанавливает ГОСТ. Согласно ГОСТ в зависимости от толщины свариваемого металла для каждого типа соединений устанавливается определенная форма подготовки кромок под сварку (форма разделки).

На рисунке 4.2, например, приведены основные разновидности формы подготовки кромок стыковых соединений по ГОСТ. Основными конструктивными элементами подготовки кромок являются: угол раскрытия, величина притупления с, величина зазора в (рисунок. 4.2).

а – с отбортовкой кромок; б – без скоса кромок; в – со скосом

одной кромки; г – с криволинейным скосом одной кромки;

д – с двумя скосами одной кромки; е – с двумя криволинейными

скосами одной кромки; ж – со скосом кромок; з – с двумя

симметричными скосами кромок; и – с двумя симметричными

криволинейными скосами кромок

Рисунок 4.2 – Форма подготовки кромок стыковых соединений

При проектировании конструкции и технологических процессов изготовления сварных соединений постоянно решаются задачи выбора подготовки кромок, швов и соединений. В общем виде подготовка кромок необходима для получения качественных швов и соединений. Это включает, прежде всего, получение швов заданной формы, т. е. с геометрическими размерами, соответствующими размерам, заданным ГОСТ. Подготовка кромок под сварку, сборка без скоса кромок с обязательным зазором применяются для обеспечения проплавления свариваемых элементов на всю их толщину.

Технология электродуговой сварки заготовок без специальной подготовки кромок во многих случаях является более прогрессивной и экономичной, т. к. в этом случае не требуется механическая обработка кромок, связанная с удалением металла в отходы и затратами труда; при последующей сварке, как правило, швы имеют меньшую площадь сечения и, следовательно, меньшую массу наплавленного металла, поэтому она требует минимального расхода покрытых электродов, электроэнергии, минимальных затрат ручного труда сварщика.

В связи с этим в качестве основных показателей при оценке эффективности выбора формы подготовки кромок следует считать:

– площадь поперечного сечения или массу удаленного с кромок металла и трудоемкость обработки;

– площадь поперечного сечения или погонную массу наплавленного металла шва.

Чем меньше масса удаленного с кромок металла и масса наплавленного металла шва при заданном качестве сварного соединения, тем экономнее форма подготовки кромок.

Сварное соединение, согласно ГОСТ, имеет условное буквенное обозначение, в котором буква обозначает тип соединения, цифра или число – порядковый номер, соответствующий определенной подготовке кромок. Например, символом С17 обозначается стыковое соединение с V-образным односторонним скосом кромок, используемое при толщине металла 3…60 мм. Если в таком соединении применяется шов с подваркой корня, то оно обозначается С18 и т. д. ГОСТ устанавливает сорок разновидностей стыковых (С1 – С40), десять угловых (У1 – У10), восемь тавровых (Т1 –Т8) и два нахлесточных соединения.