Характеристики и виды сварных соединений

Неверно выбранный тип сварного соединения снижает прочность и надёжность конструкции — иногда до полной непригодности. Прежде чем разбирать виды соединений, важно развести два понятия, которые часто путают: сварной шов и сварное соединение. Разберём классификацию по ГОСТ, положение и форму швов, а также как контролируют качество готовой сварки.

Сварной шов и сварное соединение — не одно и то же

Сварной шов — это сам металл, образовавшийся при расплавлении и охлаждении кромок (иногда с присадочным материалом). Сварное соединение — понятие шире: это весь участок, где деталь изменилась под действием сварки, три зоны:

• шов — застывший расплав основного металла (и присадки, если она использовалась);
• зона сплавления — узкая полоса между швом и основным металлом, частично насыщенная материалом электрода или флюса, по составу отличается и от шва, и от основного металла;
• зона термического влияния (ЗТВ) — участок, который не расплавился, но нагрелся настолько, что в металле произошли структурные изменения.

Именно ЗТВ определяет многие проблемы сварки: чем она шире, тем больше деформаций и остаточных напряжений в детали — это одна из причин, почему лазерная сварка с её узкой ЗТВ (0,5–2 мм против 5–10 мм у дуговой) даёт более предсказуемый результат на тонком металле.

Виды сварных соединений по ГОСТ 5264-80

При стыковой сварке электрод или горелку смещают в сторону более толстой детали — так тепло распределяется равномернее, и тонкая деталь не прогорает насквозь.

Классификация швов

По положению в пространстве

По конфигурации и форме

Швы бывают прямолинейными, криволинейными и кольцевыми (спиральными) — по траектории; по форме поперечного сечения — выпуклыми (для высоких нагрузок), вогнутыми (для тонкого металла) и плоскими; угловые и тавровые соединения формируют шов в форме неравнобедренного треугольника.

По протяжённости и расположению

• сплошные — непрерывный шов по всей длине стыка;
• прерывистые — участки шва длиной примерно 10–30 см с промежутками; экономят материал и время там, где сплошной шов избыточен по прочности;
• цепные — прерывистые участки расположены друг напротив друга по обеим сторонам детали;
• шахматные — участки чередуются вразбежку;
• точечные — отдельные точки соединения, характерны для контактной сварки.

По направлению нагрузки

Продольные (фланговые) швы работают вдоль приложенной силы, поперечные (лобовые) — поперёк, косые — под острым углом, комбинированные сочетают направления. Выбор ориентации шва относительно нагрузки — часть расчёта конструкции, а не только сварочная технология.

По способу сварки

Ручная, автоматизированная, в защитных газах, плазменная, газопламенная и лазерная — у каждого способа своя ниша по толщине металла, требуемой точности и объёму серии. Лазерная сварка выделяется минимальным нагревом и узким швом — подробнее о технологии и типах оборудования в статьях про лазерную сварку и про виды сварочного оборудования.

Контроль качества сварных соединений

Механические испытания

• статические — нагрузка растёт постепенно, до разрушения или заданного предела;
• динамические — резкий удар маятниковым копром, проверка на хрупкость;
• усталостные — многократное нагружение, вплоть до миллионов циклов, — так проверяют ресурс шва под переменной нагрузкой.

Твёрдость шва и зоны термического влияния проверяют методами Роквелла, Бринелля и Виккерса — они же применяются для контроля твёрдости металла в целом.

Неразрушающий контроль

• визуально-измерительный — внешний осмотр и замер геометрии шва;
• ультразвуковой — волны свыше 20 кГц отражаются от внутренних дефектов, выявляя их без разрушения детали;
• капиллярный — окрашенная проникающая жидкость выявляет микротрещины по прониканию в них;
• пневматический (пузырьковый) — конструкция находится под давлением воздуха, стыки покрывают мыльным раствором: дефект выдаёт пузырь;
• гидравлический — сосуд или трубопровод заполняют водой и поднимают давление выше рабочего, контролируя течи и остаточные деформации — стандартный метод приёмки ёмкостей и трубопроводов;
• магнитный (магнитопорошковый) — деталь намагничивают и наносят металлический порошок: он скапливается вдоль дефекта, показывая его границы.

Требования к контролю сварных соединений и допустимым дефектам (трещины, поры, свищи, непровары, включения) в России задаёт ГОСТ 23118 и отраслевые своды правил — конкретный набор проверок зависит от типа конструкции и условий её эксплуатации.

Как выбор соединения влияет на заказ

Тип соединения и шва закладывается в чертёж на этапе проектирования — от него зависят и трудоёмкость, и расход материала, и итоговая цена сварки. Мы выполняем лазерную сварку металла на собственном производстве в Видном: сталь, нержавейка, алюминий — с узким аккуратным швом и минимальными деформациями детали. Заготовки под сварку изготавливаем здесь же — лазерная резка и гибка, так что деталь идёт от чертежа до сварного узла на одной площадке. Пришлите чертёж с указанием типа соединений — технолог оценит выполнимость и посчитает стоимость в день обращения.

Частые вопросы

Чем сварной шов отличается от сварного соединения?
Шов — это только застывший расплавленный металл; соединение — более широкое понятие, включающее шов, зону сплавления и зону термического влияния, где металл изменился под нагревом, не расплавившись.

Какое соединение выбрать для тонкого листа без зазора?
Нахлёсточное — оно не требует высокой квалификации сварщика и хорошо работает на листах примерно до 12 мм без зазора между деталями.

Почему в потолочном положении сложнее варить?
Расплавленный металл в ванне удерживается только поверхностным натяжением — сила тяжести работает против сварщика, поэтому требуются меньший ток, короткая дуга и высокая квалификация.

Какой метод контроля выявляет внутренние трещины без разрушения детали?
Ультразвуковой контроль — он находит внутренние дефекты по отражению звуковых волн от неоднородностей металла, не повреждая деталь.

Данилов Иван

Редактор колонки о металлообработке

See Full Bio