Подготовка кромок под сварку. Форма подготовленных кромок под сварку .

Подготовка кромок под сварку. К элементам геометрической формы подготовки кромок под сварку (рис. 25) относятся угол разделки кромок α, притупление кромок S, длина скоса листа L при наличии разности толщин металла, смещение кромок относительно друг друга б, зазор между стыкуемыми кромками а.

Рис. 25. Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку (а) и шва (б):

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

Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку ее отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик должен увеличивать величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок создает дополнительные сварочные деформации и напряжения, тем самым ухудшая прочностные свойства сварного соединения. Смещение кромок регламентируется либо ГОСТами, либо техническими условиями. Кроме того, смещение кромок не позволяет получать монолитного сварного шва по сечению свариваемых кромок.

ГОСТ 5264-80 предусматривает для стыковых соединений формы подготовленных кромок, представленные на рис. 26; для угловых соединений - на рис. 27; тавровых - на рис. 28 и нахлесточных - на рис. 29.

Рис. 26. Форма подготовленных кромок под сварку для стыковых соединений

Рис. 27. Форма подготовленных кромок под сварку для угловых соединений

Рис. 28. Форма подготовленных кромок под сварку для тавровых соединений

Рис. 29. Форма подготовленных кромок под сварку 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.

РАЗДЕЛКА КРОМОК ПОД СВАРКУ

Разделка кромок - придание кромкам, подлежащим сварке, необходимой формы.

Разделка кромок под сварку выполняется с целью обеспечения:

Провара по всей толщине свариваемых элементов;

Доступа сварочного инструмента к корню шва.

По форме разделки кромок под сварку различают сварные соединения без разделки кромок, с отбортовкой и с разделкой кромок под сварку. Кроме того, сварные соединения с разделкой кромок подразделяются на сварные соединения с односторонним скосом одной или двух кромок (односторонняя разделка одной или двух кромок) и сварные соединения с двусторонним скосом одной или двух кромок (двусторонняя разделка одной или двух кромок).

При выборе формы разделки кромки следует учитывать, что наиболее экономичным является сварное соединение без скоса кромок. В случае выполнения разделки кромок более простой в исполнении по сравнению с U – образной является разделка кромок с прямолинейным скосом кромок (V, К, Х – образные). В сравнении с односторонней разделкой кромок более технологичными являются К- и Х-образные двусторонние. Однако К- и Х-образные двусторонние могут быть реализованы при возможности доступа сварочного инструмента к обеим сторонам изделия.

Конструктивные элементы формы разделки кромок.

Конструктивные элементы формы разделки кромок зависят от конструктивных особенностей свариваемых элементов, а также от диаметра электродного материала (размеры разделки кромок должны обеспечивать доступ электрода или сварочной проволоки к корню шва).

Форма разделки кромок характеризуются следующими основными конструктивными элементами: зазор b, притупление С, угол скоса кромки β и угол разделки кромок α.

Угол скоса кромки β.

Скос кромки - прямолинейный срез кромки, подлежащей сварке.

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

Угол скоса кромки β изменяется в пределах от 30 ± 5 до 10 ± 5 градусов. При разделке одной кромки угол скоса кромки может составлять 45 градусов.

Угол разделки кромок - угол между скошенными кромками свариваемых частей. Угол разделки кромок α= 2 β. Угол разделки кромок выполняется для обеспечения доступа электрода к основанию шва.

Притупление кромки - нескошенная часть торца кромки, подлежащей сварке. Назначение притупления - обеспечить правильное формирование сварного шва и предотвратить прожоги в корне шва. Притупление кромок С обычно составляет 2 мм ± 1 мм. 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, применение замкового соединения).

Зазор - кратчайшее расстояние между кромками собранных для сварки деталей. Зазор b обычно равен 1,0 - 3 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара корня шва, но 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).

Взаимная комбинация свариваемых элементов определяет существующие типы сварных соединений.

Стыковые соединения используют, когда необходимо из отдельных листов изготовить плоскую конструкцию заданных размеров. Иногда такую конструкцию после сварки формируют штамповкой или вальцовкой в цилиндрическое или эллиптическое изделие.

Кромки стыковых соединений подготавливают различными стандартными способами (табл. 2.1, рис. 2.1) в зависимости от толщины свариваемых листов и вида сварки.

Рис. 2.1. Виды подготовки кромок стыковых соединений: а - с отбортовкой; б - без разделки; в - с V-образной разделкой; г - с Х-об- разной разделкой; д - с U-образной разделкой

При соединении металла толщиной до 3 мм кромки отбортовывают (рис. 2.1, а), а потом сваривают, как правило, без присадочного материала неплавящимся электродом - графитовым или вольфрамовым в зависимости от свойств металла. Этот способ используется при изготовлении конструкций неответственного назначения, которые не несут значительных усилий и нагрузок в процессе эксплуатации (канистры, воздухопроводы, корпуса вентиляторов, электротехнические шины и т.д.).

Государственные стандарты на основные типы сварных швов и сварных соединений, их конструктивные элементы и размеры

Таблица 2.1

Окончание табл. 2.1

Перечисленные в табл. 2.1 стандарты регламентируют для различных толщин металла тип соединения, форму и размеры подготовки кромок, характер сварного шва, форму и конструктивные элементы его поперечного разреза, условное обозначение сварного соединения. Стандарты определяют конструктивные элементы подготовки кромок и возможные отклонения их основных размеров, а также размеры швов и предельные отклонения их параметров.

При возможности полноценной сварки с одной или двух сторон разделку не выполняют (рис. 2.1, б), но если не удается надежно проварить корень шва с двух сторон, делают разделку кромок (рис. 2.1, в, д) механическим или термическим способами (элек- тровоздушной, газовой или плазменной обработкой). Основные ее параметры показаны на рис. 2.2.

Иногда разделку выполняют с целью размещения в ней лишнего электродного металла, особенно при сварке угловых швов.

Рис. 2.2. Параметры разделки кромок V-образного стыкового соединения: а - зазор; Ь - притупление; а - угол раскрытия кромок

V-образную разделку осуществляют при небольшой толщине свариваемых листов (до 20 мм) в случае невозможности двусторонней сварки, например при выполнении продольного или кольцевого шва в трубе малого диаметра. Тогда для качественного формирования корня шва используют сменные или остающиеся подкладки. Применяют также провар корня шва в положении «на весу» вольфрамовым электродом без присадки. Недостатком такой разделки являются увеличенные напряжения и деформации в конструкции.

X-образную разделку выполняют при сварке металла толщиной 20-40 мм. При этом достигают более высокой производительности (необходимо меньше наплавленного электродного металла, чем при V-образной разделке). Преимуществом является также уменьшение напряжений и деформаций за счет симметричной формы разделки.

U-образную разделку используют для сварки металла толщиной более 40 мм. Эта разделка - самая сложная. Сварку металла таких толщин выполняют в основном механизированными способами.

Сварку деталей неодинаковых толщин выполняют так, как для деталей одинаковых толщин, если разница толщин не превышает значений, приведенных в ГОСТ 5264-80, ГОСТ 8713-79, ГОСТ 4771-76, ГОСТ 16098-80. Так, при ручной дуговой сварке (ГОСТ 5264-80) для толщин тонкой детали 1-20 мм допустимая разница составляет 1 -2 мм, а для толщин 21-30 мм этот показатель достигает 3 мм. При автоматической сварке под флюсом (ГОСТ 8713-79) для толщин тонкой детали 5-30 мм допускается разница 2 мм, а при сварке в среде защитных газов (ГОСТ 14771-76) для толщин тонкой детали от 4 до 40 мм - соответственно от 2 до 4 мм.

Если производят сварку деталей неодинаковых толщин, конструктивные элементы подготовки кромок и размеры шва необходимо выбирать по большей толщине. При больших разницах на детали с большей толщиной необходимо выполнить скос с одного или двух боков до толщины тонкой детали. При этом конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва выбирают по меньшей толщине.

При сварке стыковых соединений (за исключением труб) соответственно по ГОСТ 5264-80, ГОСТ 8713-79 и ГОСТ 14771-76 допускаются смещения свариваемых кромок одна относительно другой. Смещение 5 составляет 0,5 мм при толщине детали 5до4мми 6= 1,1 ммпри4-10мм. Если толщина S= 10-100 мм, то смещение 0,15, но не более 3 мм и 5 = 0,01S + 2 при S> 100 мм, но не более 4 мм.

Соединением внахлест сваривают металл толщиной до 20 мм. Такое соединение используют вместо стыкового, когда ставится заплата небольшой площади или затруднена подгонка листов, например при сварке под водой. Работоспособность такого соединения ниже, чем стыкового, вследствие дополнительного момента изгиба. Соединения внахлест применяют при установке подкрепляющих дублирующих листов, толщина которых не меньше, чем основных, под механизмы и приборы, при облицовке емкостей и других элементов аппаратов коррозионно-стойким металлом. В этих случаях выполняют шов по периметру листа, а также швы прорезные или электрозаклепками для закрепления по всей поверхности.

Угловое соединение (рис. 2.3, а) выполняют, когда необходимо сформировать объемную конструкцию типа котла, ящика, резервуара, балки большого сечения и т.д. При этом угол между деталями, которые соединяются, может быть прямым, тупым или острым. В случае необходимости провара на всю толщину выполняют разделку, как при стыковых соединениях.

Рис. 2.3. Угловое (а) и тавровое (б) соединения

Тавровое соединение (рис. 2.3, б) используют для подкрепления ребрами жесткости плоских листовых полотнищ и придания им устойчивости (секции, которые формируют корпус судна, прямостенные резервуары и т.п.). Ребра жесткости в виде уголка или тавра должны устанавливаться на лист только стенкой и привариваться к нему односторонним сплошным швом или двусторонним прерывистым, выполненным цепочкой или в шахматном порядке. В качестве ребер жесткости не рекомендуется использовать такие профили, как двутавр, швеллер или уголок, приваренный полкой. Это увеличивает объем сварочных работ, ведет к утяжелению конструкции и развитию коррозионных процессов под полкой профиля.

При сварке угловых швов регламентируются допустимые вогнутость и выпуклость швов; ГОСТ 5264-80, ГОСТ 8713-79 и ГОСТ 14771-76 ограничивают вогнутость шва 30 % катета шва К, но не более 3 мм, выпуклость шва допускается такая же при условии, что она не уменьшает расчетной длины катета. По ГОСТ 16098-80, при сварке в нижнем положении вогнутость в зависимости от катета шва ЛГне должна превышать 1,5 мм при К 5 мм; 2,5 мм при 5 мм К 10 мм; 3,5 мм при К > 10 мм. Если сварка выполняется в других пространственных положениях, допускается увеличение вогнутости на 1 мм.

Высота катетов углового шва в соответствии с ГОСТ 5264-80 и ГОСТ 8713-79 определяется на стадии проектирования сварной конструкции, но должна быть не больше 3 мм для деталей толщиной до 3 мм и не больше 1,2 толщины более тонкой детали при сварке металла толщиной более 3 мм. Предельные отклонения размеров каждого из катетов углового шва от номинального значения должны быть 1 мм при К 5мм и 2 мм при К> 6 мм.

Минимальные размеры катетов угловых швов согласно ГОСТ 5264-80 и 8713-79 даны в табл. 2.2.

Минимальные размеры катетов угловых швов для более толстого свариваемого элемента

Таблица 2.2

ГОСТ 11969-93 устанавливает основные пространственные положения сварки (нижнее, вертикальное, горизонтальное, потолочное и наклонное) и их обозначения для сварных швов, которые выполняются сваркой плавлением в один или несколько слоев.

Контрольные вопросы

• 1. Какие типы сварных соединений используют? Где они применяются?
• 2. Как подготовляют кромки под сварку? Назовите преимущества и недостатки отдельных видов подготовки.
• 3. С какой целью выполняют разделку кромок?
• 4. Какие параметры разделки кромок зависят от вида сварки?
• 5. Что собой представляет угол раскрытия кромок? Чему он равен?
• 6. Почему кромки собираются с зазором?
• 7. От чего зависит величина притупления?
• 8. Почему для ребер жесткости не рекомендуется применение таких профилей, как швеллер, двутавр или уголок, приваренный полкой к полотнищу?
• 9. Как выбирается величина катета углового шва?

Самое элементарное, что нужно знать начинающему сварщику, это то, как соприкасаются между собой сварные детали. В зависимости от проектного положения, по правилам ГОСТ и СНиП существуют разные виды сварных соединений, как показано на рисунке ниже. Это касается не только пластин, но и уголков, швеллеров, труб, квадратов и других прокатных изделий.

Ни одно более-менее серьезное строительное производство не обходится без применения низкой и средней мощности. В меньшем количестве случаев (когда нет доступа к электричеству) виды сварных швов выполняются , которая менее распространена по причине ее большей громоздкости.

В любом случае, мало знать и уметь пользоваться сварочным аппаратом для того, чтобы сварить те или иные детали. Важно знать, какие бывают виды сварного шва, то есть, как производить обработку кромок деталей для их состыковки, фиксации в том или ином пространственном положении и дальнейшей их сварки.

Как правило, тот или иной вид шва сварного соединения формируется при помощи электроинструмента – болгарка с двумя типами кругов: отрезной по металлу и угловой шлифовальный. Первый предназначен для обрезки детали под тем или иным углом, второй – для обработки, их отрезных поверхностей, шлифованию, чтобы они ровно прилегали друг к другу. Кроме того, сам сварочный аппарат способен работать в режиме резки.

В данном случае обе детали соединяются торцами, которые заранее специальным образом обрабатывают, либо оставляют необработанными. Это зависит от толщины металла деталей, стыковое соединение которых предполагается выполнить.

Также стоит обратить внимание (рис) на то, что может быть обработан торец только одной детали, что позволяет уменьшить расход металла, сварочной проволоки при солидной толщине деталей. Кроме этого, виды стыковых соединений могут быть обработаны с одной стороны – для односторонней сварки и с двух сторон – для двусторонней сварки.

Соединение без разделки не обрабатывается каким-либо образом, только возможно убираются зазубрины, неровности и шероховатости, чтобы совершить состыковку с зазором не более 2 мм, как положено по ГОСТ. Бывает односторонним и двухсторонним, соответственно рассчитано на сварные стыковые соединения деталей, толщина металла которых не превышает 4 мм и 8 мм соответственно.

Соединение со скосом торцов выполняется во многих вариациях, как показано на рис. Это может быть и односторонний ровный/овальный скос кромки, и двусторонняя разделка, так называемый V-образный, U-образный скос. Применяются все эти типы стыковых соединений для деталей с толщиной металла 4-25 мм с зазором 1-2 мм.

Соединение с двусторонней разделкой имеет смысл выполнять при толщине свариваемой детали от 12 мм, так как именно с этой величины начиная можно заметить снижение расхода материала для сварки, металла. При этом и сама сварка стыковых соединений происходит быстрее, чем в случае с односторонней разделкой кромок по V-образному или U-образному способу, а расход сварочных материалов уменьшается в два раза как минимум.

Как можно заметить, детали имеют положение, напоминающее букву «Т», отсюда именуется как тавровое соединение, при котором одна деталь находится перпендикулярно относительно второй. Таким образом, сваркой соединяется поверхность кромки одной детали с плоскостной поверхностью второй. Соответственно, обрабатываться разделкой может лишь одна деталь, как на рисунке ниже.

Соединение без разделки сваривается с двух сторон и применяется для деталей одинаковой толщины металла, не превышающей 10 мм. Никакой особой обработки кромки перпендикулярно расположенной детали не применяется, лишь шлифование при необходимости для плотного прилегания кромки к плоскости (до 2 мм зазор). Важно учесть, что сварка тавровых соединений без разделки отличается в случае, если перпендикулярно расположенная (вертикально стоящая) деталь имеет меньшую толщину, чем вторая, горизонтально примыкающая. Просто электрод ставят под углом 60 градусов к более толстой детали, что способствует большему ее плавлению.

Соединение с разделкой выполняется в случае, если требуется особо прочный шов и тавровое сварное соединение имеет перпендикулярно размещающуюся (вертикально стоящую) деталь, толщина металла которой больше, чем 10 мм (как минимум — 8 мм). Это может быть и одностороння и двусторонняя разделка, при этом кромку обрезают прямолинейно, под углом 45 градусов. Так, сварка большой толщины деталей происходит в несколько слоев, пока не заполнится все около разделочное пространство.

В случае, когда производится соединение внахлест, одна деталь располагается на другой, сварка происходит по кромкам обеих деталей. При этом разделки кромок не предусматривается технологически, лишь подготовка для плотного прилегания одной плоскости ко второй. Соединяются детали двумя сварными швами, которые связывают кромки с ближе лежащими плоскостными поверхностями.

Соединение без усиления целесообразнее всего производить при соединение внахлестку деталей, имеющих толщину не более 10 мм. Двойной шов в этом случае выполняют из соображений по герметизации, то есть для того чтобы влага не попадала между нахлестом и не происходил усиленный процесс коррозии. Сам способ соединения называется «соединение внахлестку с лобовыми швами».

Соединение с усилением выполняется при особых требованиях к прочности, а также при большой толщине металла свариваемых изделий. На рисунке показано сварное соединение внахлест с дополнительными сварными креплениями, которые получают путем прогревания нижней и проплавления верхней детали, а также те, которые заранее пропиливают в месте сварного соединения. Кроме вспомогательных креплений, в редких случаях они могут также выполняться без лобовых швов при небольшой толщине изделий, но в таком случае на особую прочность не стоит рассчитывать.

Данное соединение отчасти похоже на тавровое из-за перпендикулярно размещенных сварных деталей. Подобно тавровому, угловое соединение обрабатывается лишь одной стороной кромки, вторая также участвует в сварном процессе, но разделке не подвергается, лишь ровной обрезке строго под 90 градусов и шлифовке от заусениц, зазубрин и т. д., остальных деффектов.

Соединение без разделки кромки, как показано на рис, производится со смещением детали из-под заподлицо второй кромки. При этом сварочный шов соединяет оба торца с наружной стороны, но угловые сварные соединения могут также быть дополнительно усилены и вторым швом, выполненным с внутренней стороны угла. При этом второй шов сваривает внутренние плоскости деталей, при этом увеличивается расход материала для сварки и время сварки, но получается крепчайшее сварное соединение.

Соединения с разделкой кромки применяются в случае большой толщины деталей, как и при тавровых соединениях. Односторонняя или двусторонняя разделка кромки нужна в случае, если выполняется сварка угловых соединений деталей с толщиной от 8 мм до 25 мм. При односторонней разделке выходит очень глубокий шов, в связи с этим сварку производят в 2-3-4 слоя. Двусторонняя V-образная сварка куда более экономичная и быстрая в производстве во многих случаях.

Это была статья про подготовку и состыковку сварных соединений под ручную сварку – малейшая крупинка в познании процессов сварочного производства. Отдельной темой является то, как виды сварных соединений и швов, описанных ранее, произвести тем или иным типом сварки.

К атегория:

Сварка металлов

Элементы подготовки кромок под сварку

ГОСТ 5264-80 («Ручная дуговая сварка. Соединения сварные») устанавливает основные элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку. Рассмотрим эти элементы на примере стыкового соединения.

Угол скоса кромки а - острый угол между плоскостью скоса кромки и плоскостью торца. При скосе обеих кромок установлен в пределах а=25±2°. При скосе одной кромки угол скоса принимают равным а=45±2°. Скос кромок может быть односторонний и двусторонний, прямолинейный и криволинейный.

Угол разделки кромок ((3) образуется скошенными поверхностями двух соединяемых частей изделия. Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм. Отсутствие угла разделки кромок может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла.

Рис. 1. Элементы подготовки кромок под сварку:
а - угол скоса кромки; Р - угол разделки кромок; с - притупление кромки; в - зазор между стыкуемыми кромками; s - толщина листа (детали)

При сварке толстого металла угол разделки кромок позволяет вести сварку отдельными слоями, что улучшает структуру сварного шва и уменьшает сварочные напряжения и деформации.

Притупление кромки (с) - нескошенная часть торца кромки, подлежащей сварке. Выполняется для обеспечения устойчивого процесса сварки при выполнении первого (корневого) слоя шва. Отсутствие притупления кромок способствовало бы протеканию металла при сварке (прожог). Величина притупления кромки чаще всего принимается равной 2±1 мм.

Зазор между стыкуемыми кромками (в) обеспечивает полный провар по сечению сварного шва при наложении первого (корневого) слоя шва. Отсутствие зазора может привести к непровару корня шва и способствовать увеличению сварочных напряжений. Большое значение для качества сварки имеет равномерность величины зазора по всей длине шва, т. е. соблюдение параллельности свариваемых кромок. Величина зазора чаще всего принимается равной 2±1 мм.

Сварка стыковых соединений деталей неодинаковой толщины при разнице, не превышающей значений, указанных в таблице, должна проводиться так же, как деталей одинаковой толщины; конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по большей толщине.

Для осуществления плавного перехода от одной детали к другой допускается наклонное расположение поверхности шва.

При разности в толщине свариваемых деталей свыше значений, указанных в таблице, на детали большей толщины должен быть сделан скос с одной или двух сторон до толщины тонкой детали.

Рис. 2. Сварка и подготовка кромок листов неодинаковой толщины:
а - наклонное расположение поверхности шва; б - односторонний скос листа; в - двусторонний скос листа; г - скос листа с последующей разделкой кромок

При этом конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по меньшей толщине.

Скос кромки (листа) регулирует плавный переход от толстой свариваемой детали к тонкой, уменьшая напряжения в сварной конструкции.

В стыковых, тавровых и угловых соединениях толщиной более 16 мм, выполненных в монтажных условиях, допускается увеличение зазора между стыкуемыми кромками (в) до 4 мм с одновременным уменьшением значения угла скоса кромок (а) на 3°.

Допускается смещение свариваемых кромок перед сваркой относительно друг друга, не более:
0,5 мм - для деталей толщиной до 4 мм;
1,0 мм - для деталей толщиной 4-10 мм;
но не более 3 мм - для деталей толщиной 10-100 мм.