Конструктивные элементы подготовки кромок под сварку. Правила разделки кромок перед сваркой

Для того, чтобы добиться высокого качества сварного соединения и при этом обеспечить провар металла по всей его толщине, кромки металлических листов необходимо специальным образом подготовить, то есть, выполнить скос кромок. Эта операция является обязательной, если речь идет о металлических заготовках, толщина которых превышает 5 мм при ведении односторонней сварки и 8 мм при ведении двухсторонней сварки. При этом угол скоса кромки может быть различным - здесь все зависит от того, какой угол требуется для свободного доступа к вершине сварного шва и для ее полной проварки.

Виды скоса кромок при сварке.

Различают V-образный, Х-образный и К-образный скос кромок при сварке. Выбор каждого конкретного вида скоса зависит от толщины металла и от особых требований к сварному шву.

• V -образный скос - это односторонний скос одной или двух кромок. V-образный скос кромок выполняется при сварке металлических листов толщиной от 3 до 26 мм.
• Х-образный скос - это двухсторонний скос обеих кромок металла.
• О К-образном скосе кромок речь идет в том случае, если одна из свариваемых кромок имеет двухсторонний скос, а вторая - односторонний. И Х-образный, и К-образный скос кромок делают в том случае, когда сварке подвергаются металлические изделия толщиной от 12 до 40 мм.

Если ведется ручная дуговая сварка металлических листов толщиной от 20 до 60 мм, то также применяется и еще один вид скоса кромок - криволинейный U -образный скос . Делается такой скос кромок при сварке на одной или на обеих кромках свариваемых листов. Благодаря этому уменьшается объем наплавляемого металла, а это приводит к уменьшению расхода электродов, а также к повышению производительности труда сварщика.

Если же сварке подвергаются две металлических заготовки разной толщины, то кромка листа с большей толщиной скашивается больше, чем кромка второго листа.

Преимущества Х-образного скоса перед V-образным.

Х-образный двухсторонний скос обладает некоторыми преимуществами перед односторонним скосом:

1. при одинаковой толщине металлических заготовок объем наплавленного металла при двухстороннем скосе будет меньше в два раза, чем при одностороннем скосе;
2. из первого преимущества следует и второе - при двухстороннем скосе кромок уменьшается расход электродов и электроэнергии;
3. остаточное напряжение и деформация металла при двухстороннем скосе меньше, чем при одностороннем.

Все эти преимущества и являются причиной того, что двухсторонний скос применяют в большинстве случаев, когда речь идет о сварке металлических листов толщиной больше 12 мм. Правда в некоторых случаях сделать такой скос невозможно - например, мешает конструкция изделия или его размер, и тогда используется односторонний скос кромок.

Способы производства скоса кромок.

Скос кромок металлических заготовок может производиться различными способами:

• Срубание кромок с помощью ручного или пневматического зубила. Это самый грубый и самый неточный способ подготовки кромок к сварке. Его недостатком является то, что при применении зубила края кромок получаются очень неровными.
• Подготовка кромок на специальном оборудовании - кромкострогательных станках или фрезерных машинах. При применении этого способа подготовки кромок к сварке скос получается более ровным, а края кромок более чистыми.
• Применение для выполнения скоса кромок кислородной резки. Этот способ считается самым экономичным и производительным. Кислородный резак может быть как ручным, так и механическим. Здесь важно помнить, что после его применения на поверхности металла могут остаться шлаки и окалина - их следует удалить с помощью зубила или металлической щетки.

Дальнейшая подготовка кромок для сварки.

После выполнения скоса следует уделить особое внимание чистоте получившихся кромок. Если на поверхности кромок имеется какое-то загрязнение - например, абразивные элементы, оставшиеся после выполнения скосов, то при сварке, попадая в сварной шов, эти элементы существенно снижают его качественные характеристики. Именно поэтому перед началом ведения сварки скошенные кромки и прилегающие к ним участки металла (длиной примерно в 20-30 мм) очищаются от всех видов загрязнений, в том числе, от ржавчины, окалины, технических масел и шлаков, до появления на их поверхности металлического блеска. Кстати, для того, чтобы очистить поверхность металла от краски, окалины или технического масла, можно воспользоваться газовой горелкой. Краска и масло просто сгорят в ее пламени, а окалина отстанет от поверхности металла. А после того, как металл подвергнется нагреванию пламенем горелки, его поверхность необходимо дополнительно зачистить металлической щеткой.

После такой подготовки кромок производится сборка деталей перед сваркой. При этом необходимо следить за тем, чтобы все кромки располагались правильно, то есть с соблюдением необходимых зазоров и без перекосов. Для того чтобы в процессе дальнейшей сварки детали не сдвигались, перед ведением основной сварки лучше всего выполнить прихватку деталей, то есть единение деталей короткими сварными швами в нескольких местах. Прихватки располагаются на расстоянии 300-500 мм друг от друга, а длина прихватки составляет примерно 5 мм при сварке листов тонкого металла и 20-30 мм при сварке листов из толстого металла.

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?

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.

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.

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 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.

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.

Студентам-сварщикам на лекциях рассказывают основы и важность каждого подготовительного этапа перед сваркой. Ученики знают, с какой целью выполняют разделку кромок, а на практических занятиях тренируются с различными видами сварных соединений и их подготовкой.

Меню статьи:

Эта статья расскажет о базовых особенностях сварки: о правильной подготовке кромок металла, видах соединений и способах подготовки согласно ГОСТу.

Зачем подготавливать кромки и как правильно обработать поверхность

Предварительная разделка кромок под сварку при толщине металла 5 миллиметров выполняется обязательно, согласно сварочным нормам. Это делается для того, чтобы проварка элементов была глубокой, жидкий металл электрода заполнил полости между соединяемыми частями, и застывший шов обеспечил прочность конструкции.

Государственные стандарты подготовки кромок индивидуально подобраны для всех типов сварочных соединений (швов) листового металла:

Стыковое;

• Тавровое (Т-образное);

  Нахлестовое.

Разделка кромок под сварку труб - отдельный сборник сертифицированных стандартов по обработке кромок трубных соединений. ГОСТы также отделяют стыковые, нахлесточные и угловые соединения, где скос кромок подбирается исходя из толщин свариваемых металлов.

Когда сечения и скосы выполнены согласно стандартам, сварщики приступают к другому, не менее важному этапу подготовки - зачистке и обезжириванию. Для этого мастер использует специальную ручную стальную щетку или абразивные зачистные круги, а затем - растворитель или ацетон для химического обезжиривания поверхности.

Обезжиривание и зачистка перед сваркой - неотъемлемые особенности качественной профессиональной работы. Элементы сварки зачищаются после среза и обезжириваются от следов ржавчины, маслянистых структур, влаги, окалин. Невыполнение этого этапа приводит к необратимым последствиям:

Хрупкий сварный шов;

Неоднородный шов (включения шлаков в металл);

Появление пор и микро завоздушин в шве;

Появления трещин по шву;

Пережог, перегрев металла.

Важно соблюдать последовательность действий:

Отрезать.

Подготовить кромку (снять фаски).

Зачистить от следов коррозии, старой краски, лака и прочих материалов.

Обезжирить.

Только после этого можно делать наметку и прихваты, и возможности обработать кромки больше не будет.

Типы готовых кромок - какие бывают и как выбирать

Виды разделки кромок по Госстандартам учитывают массу параметров, которые имеют свои термины:

Угол разделки кромки (α) - его наличие обеспечивает плотный шов и качественную сварную ванну.

Длина скоса кромки (L) - обеспечивает плавный переход толщины металла.

Размер притупления кромок (S) - начинается там, где заканчивается скос и обеспечивает устойчивость сварки, равномерное наложение шва.

Зазор между двумя кромками (а) - требует внимательности и правильного подхода, т.к. от его величины зависит полнота провара.

Смещение кромок относительно друг друга (δ) - влияет на прочность соединения и допускается не более 10% от толщины металла.

Опытный сварщик знает все виды разделки кромок под сварку по ГОСТу и умеет их подобрать в зависимости от толщины металла, типа соединения и способа сварки. Стандарт для наиболее распространенной ручной дуговой сварки (ГОСТ 5264-80) включает по 4 и более типов форм кромок для каждого типа соединения:

Для стыкового - 15 видов кромок;

Для углового - 5 видов кромок;

Для таврового - 4 вида кромок;

Для нахлесточного - один вид: без скоса кромок.

Такие линейные типы сварных соединений, где требуется предварительная разделка кромок, встречаются на каждом шагу:

Металлоконструкции;

Металлические инсталляции - предметы искусства;

Винтовые и пожарные лестницы;

Отдельные виды перил и ограждений;

В судостроении и ремонте.

Кромки для сварки труб, ГОСТы и особенности

Разделка кромок под сварку труб занимает отдельную категорию, так как трубные соединения - более сложные и требуют долговечности. Трудно перечислить все сферы деятельности, где «варят» трубы, наиболее часто встречаемые области, это:

Водопровод и канализация;

Отопление - трубы и радиаторы;

Бытовой газопровод;

Трубы+арматура;

Газо и нефтепровод.

Разделка кромок труб под сварку ГОСТ 16037-80 распространяется на соединения из стали и учитывает особенности соединяемых элементов и типов соединений:

Параметры конструкции элементов (труб, арматуры);

Габаритные размеры (диаметр и толщина);

Тип соединения (С - стыковое, У - угловое и Н - нахлесточное).

Условия и требования, описываемые в стандартах, обязательны к соблюдению и являются определяющими признаками качественной и «правильной» сварки. Они подходят для работы ручной дуговой сваркой, дуговой сваркой в защитном газе, дуговой сваркой под флюсом и газовой сваркой. Основные условные обозначения подробно описаны в стандарте 16037-80.

Обязательным также является качественная очистка и обезжиривание поверхности кромок и тех элементов трубы, которые будут участвовать в сварке.

Обрез трубы или участка делают по нанесенным на трубу отметкам: резать надо осторожно, учитывая толщину трубы и особенности отрезного круга (если Вы используете болгарку).

Краткие выводы

Сварка металлических конструкций и труб - чрезвычайно ответственная и сложная работа, требующая опыта и определенных теоретических знаний.

Правильная подготовка кромок свариваемых элементов гарантирует в будущем прочность шва и долговечность всей конструкции.

Основные условия подготовки кромок собраны в общепринятых государственных стандартах и определяются ГОСТами, в зависимости от применяемых методов сварки.