Все информация о стыковой сварке – за 5 минут

Стыковая сварка – так часто называют соединение пары деталей торцами (узкими сторонами) друг к другу, которые лежат в одной плоскости. Наши эксперты подготовили для Вас подробное описание видов и способов сварки встык, подобрали схемы стыковых соединений и тематические видео.

Общая характеристика

Стыковое соединение для сталей и металлических сплавов, а также пластиков пользуется колоссальной популярностью.

Процесс отличается производительностью и простотой механизации, а результат – прочностью и герметичностью, поэтому технология применяется:

• в серийном производстве и для разовых ремонтных операций;
• на предприятиях и в сфере строительства;
• в различных отраслях экономики – на транспорте, в машиностроении, на горнодобывающих предприятиях и т.д.

Технология и ее особенности

Технологии такого соединения материалов являются основанными на введении в них количества тепла, достаточного для образования неразъёмного соединения.

«Обычные» стыковые сварные соединения с оплавлением материалов нужны для работы с металлическими сплавами. Они образуются следующим способом:

• свариваемые части располагаются друг у друга на одном уровне с определённым зазором;
• сварочный аппарат подаёт на них напряжение и присадочную проволоку (при ручном способе сварщик подаёт электрод самостоятельно);
• подаваемый металл плавится и связывает части.

Суть – в расплавлении металла, заполнении им зазора и кристаллизации с одновременным образованием неразъемности деталей.

Существует так называемая «стыковая сварка», представляющая собой подвид сварки встык. Здесь полезную работу делает электрическое сопротивление и тончайший воздушный зазор между свариваемыми торцами.

Виды

Для получения максимально надёжного результата при минимальных трудозатратах важно определиться с задействуемым методом.

Полезная статья – Какие бывают виды сварки

Стыковая сварка сопротивлением

Наиболее распространена стыковая сварка на принципе собственного электрического сопротивления заготовок, о таком способе снято много видео.

В отличие от «обычного» стыкового соединения, получаемого с помощью присадочных материалов, такой вариант является разновидностью сварки давлением. Электрический ток нагревает оба торца из металла, которые сдавливаются между собой – после остывания они образуют монолитный элемент.

Более детально процесс выглядит так:

• изделия закрепляются с помощью токоведущих зажимов;
• края изделий прижимаются друг к другу (одно из них остаётся неподвижным – так проще манипулировать системой);
• на считанные секунды включается источник сварочного тока – он подаёт напряжение на стык;
• при прохождении тока в точках контакта образуется большое количество тепла, которое расплавляет металл на всё увеличивающейся от самонагрева площади;
• в расчётный момент подача тока прекращается, а изделия либо остаются на месте, либо ещё немного прижимаются друг к другу (для уплотнения контакта);
• через некоторое время металл остывает, усилие прижатия снимается, деталь извлекается из зажимов.

Контактно-стыковая сварка – так ещё называется метод из-за задействуемых процессов.

Стыковая сварка оплавлением

Широко применяется немного другая технология – сварка оплавлением. Сущность её схожа с предыдущим вариантом:

• изделия закрепляются с помощью токоведущих зажимов, но не прижимаются друг к другу – остаются на небольшом удалении;
• включается источник сварочного тока – он подаёт небольшое напряжение на изделия;
• напряжение постепенно повышается, и в какой-то момент снимается;
• торцы накапливают количество тепла, достаточно для их оплавления;
• почти сразу после снятия напряжения детали соприкасаются оплавленными торцами (также возможно уплотнение контакта);
• через некоторое время металл остывает, усилие прижатия снимается, деталь извлекается из зажимов.

Такая сварка оплавлением для соединения двух элементов может потребовать предварительной подготовки кромок. Состояние – ровное и без сильной шероховатости, что обеспечит плотное прилегание и отсутствие местных загрязнений (включая газовые пузыри).

Стыковая сварка полиэтиленовых (пластиковых) труб

Стыковая сварка труб из полимеров (в основном – полиэтиленовых) часто применяется при строительстве для обустройства различных трубопроводов и на производстве, при создании различных механизмов.

Результатом является герметичная система, способная вмещать различные жидкости в широком интервале температуры и давления. Механическая прочность соединения при выдержанной технологии также приличная.

Принцип сварки труб в стык – такой же, что и при «стандартных» металлах. Сложность работы с пластиковыми трубами заключается в невозможности пропускания через них электрического тока. Решение заключается в нагреве труб с помощью теплопередающих накладок – а сочленяемые торцы устанавливаются специальные элементы с нагревателями.

После временного монтажа таких накладок на 2 трубы, точно подходящие по диаметру, выполняется приложение торцов друг к другу. Включается источник питания, накладки генерируют тепло, пластик нагревается и сдавливается путём смещения одной из труб в направлении к другой.

После быстрого остывания остаётся аккуратно зачистить выпуклый шов – сварка оплавлением гарантирует полноценное «склеивание» полимера.

Область применения (где используется)

Стыковая сварка является эффективным техническим решением, однако она требует применения узкоспециализированной оснастки, которая недёшево обходится и способна обрабатывать ограниченный перечень деталей.

Её целесообразно задействовать для таких целей:

• производство пластиковых и металлических конструкций из проката;
• монтаж трубопроводов любого диаметра (в т.ч. – распространённый диаметр 1420 мм);
• строительство зданий и инженерных сооружений (работа с арматурой);
• машиностроение и металлургия (для соединения проволок и листов);
• инструментальное производство (металлорежущий инструмент создаётся как раз этим способом);
• строительство и модернизация железных дорог (бесстыковые рельсы – более современная техника);
• транспорт и автомобилестроение (для изготовления деталей сложной формы, выполнение которых затруднено другими методами).

В домашних условиях в таких технологиях нет необходимости – оптимально будет вручную сварить стыковой шов с помощью более доступного оснащения.

При соединении заготовок (или частей заготовок между собой) с помощью присадочного материала способ качественно помогает производить обечайки, баллоны, цистерны и прочие резервуары, фасонные (замкнутые) профили и конструкции.

Преимущества

Стыковая сварка характеризуется такими достоинствами:

• нет нужды в предварительной обработке (за редким исключением) соединяемых торцов;
• сварной шов имеет высокое качество и приличную монолитность;
• однородность структуры и химического состава готового шва почти идентично основному материалу, что положительно описывает механические свойства соединения;
• простота технологии – нет необходимости в высокой квалификации сварщика;
• колоссальные возможности для автоматизации – сборочно-сварочное производство задействует эту технологию в широких пределах;
• высокая скорость получения результата при настроенном оборудовании.

Способ удачно подходит для сборки соединений с невысокой погрешностью линейных размеров, а для сборки труб удачен в силу простоты и мобильности оборудования.

Полезная статья – НАКС реестр сварщиков – как найти себя или проверить удостоверение

Недостатки

Контактная стыковая сварка всё же имеет несколько «минусов»:

• есть ограничение по типу обрабатываемого материала;
• значительная стоимость техники – она экономична только для производственных условий;
• высокий уровень потребления электроэнергии, приводящий к приличным расходам.

Однако стыковая сварка и расходы на неё в объёмах серийного выпуска сглаживаются преимуществами.

Виды разделки кромок

Стыковые соединения возможно получать не только «с ходу». Для высокого качества и при большой толщине металла необходимо выполнять разделку кромок.

Разделкой называют снятие части поперечного сечения вдоль всей длины будущего шва. Результат способен принять несколько форм, которые и дают название варианту разделки:

• прямая – разделка не выполняется, кромки остаются в исходной форме;
• V-образная – скос делается ровным и по всей толщине;
• Х-образный – выполняются 2 симметричных скоса от середины к каждой поверхности;
• криволинейный – скосы образуют неправильную изогнутую линию, которую начинают в любой точке по глубине.

Указанную форму может принимать как одна кромка, так и обе. Подбор типа разделки также основывается на направлении обработки – сваривать можно односторонний и двусторонний швы.

Обрабатывается металл с помощью ручных средств (кувалка, молоток и наковальня) или механизированных (фрезерование, долбление, абразивный инструмент).

Полезная статья – Как правильно сваривать металл инвертором для новичков

Виды соединений

Стыковая сварка позволяет получить несколько разновидностей сварного соединения, которые в общем порядке обозначаются таким образом:

• ОС (или SS) и ДС (или BS)– односторонний и двусторонний шов соответственно;
• с применяемой подкладкой, остающейся после сварки или демонтируемой – СП (MB), либо сварка встык без подкладочного материала – БП (NB);
• корень предварительно зачищается или не зачищается – ЗК (GG) или БЗ (NG) соответственно;
• если применяется техника газовой защиты обратной стороны свариваемых материалов – ГЗ (GB).

Более точная классификация имеется в ГОСТ применительно к интересующему виду сварки.

Сварка пластин встык

Стыковое соединение пластин является наиболее простым. Для его качественного выполнения существует ряд нюансов:

• зачистка околошовной зоны (5-15 см от торца) – здесь нагрев будет наиболее сильным, поэтому химические вещества из испаряемых загрязнений способны нарушить металлургию сварочной ванны;
• размещение пластин по расчётной величине зазора (в миллиметрах) – он должен быть одинаковым по всей длине шва;
• выполнение нескольких прихваток для гарантии несмещения пластин (минимум две);
• непосредственно процесс сварки – зажигание дуги и заполнение зазора расплавляемым присадочным металлом;
• завершение процесса – уверенным отрывом электрода при закрытии зазора.

Электрод можно удерживать ровно (перпендикулярно) к поверхностям или под углом.

Что до стыковой контактной сварки – важно выдержать все требования технологического процесса, иначе результат не окажется требуемого вида и качества.

Наиболее важно закрепить пластины, обеспечить равномерный зазор, правильно разместить электрические контакты и установить параметры электрического тока. Современное оборудование позволяет проведение сварки в полуавтоматическом режиме – прижатие заготовок, продолжительность и напряжение будут под контролем аппарата.

Соединение трубы

Сборка под сварку ручным (полуавтоматическим) способом обязательно должна включать в себя подготовку кромок. При толщине металла свыше 4-5 мм следует сваривать в 2 прохода – так деформации будут равномерно распределяться по изделию.

Контактная сварка труб и схожих заготовок применяется в основном методом оплавления. Целесообразно соединять таким способом трубы любого диаметра (на практике – до 2 м), прутки и арматуру, части цепей, полос, колёс и прочие «непрерывные» детали.

Полезная статья – Тиг сварка это что такое

Сварочные материалы

Дуговая сварка нуждается в присадочном материале, химический состав которого напрямую зависит от состава (или даже составов) изделий:

• штучный электрод – металлический пруток определённой толщины с защитным покрытием (бывает нескольких типов – рутиловое, основное, кислое, целлюлозное);
• проволока в кассете (для механизированной сварки в среде защитного газа) – из сталей или алюминиевых сплавов, без покрытия или омеднённая.

Они маркируются буквами и цифрами, отражающими определённый химический элемент с его содержанием и определённый тип свойств, обеспечивают предел прочности сварного шва до 500-600 МПа. Богатство выбора служит только одной цели – получению однородности свариваемых конструкционных и легированных сталей, различных сплавов и чистых металлов.

Сварка стыковая контактная не нуждается в присадочных материалах.

Свойства шва

Стыковые сварные соединения важно проверять на наличие различных дефектов. Это выполняется визуальным осмотром и с помощью специального оборудования:

• отсутствие отклонений по форме и размерам;
• отсутствие дефектов структуры и сторонних включений;
• отсутствие перегрева и цветов побежалости на околошовных зонах;
• приятный внешний вид.

Как выполняется процесс

Сварка оплавлением производится с большим вниманием: основной опасностью при этом является поражение оператора электрическим током – из-за высокого напряжения. Поэтому включение источника питания или его активация с пульта управления производится только после установки деталей и выхода человека из опасной зоны.

Для сварки с проволокой или электродом очень важно провести предварительную подготовку. Сварочная дуга отличается относительной устойчивостью к загрязнениям, однако чистота и прочность итогового шва будет сильно зависеть от степени чистоты кромок перед началом работы, их сухости и наличия ржавчины.

Если способ – не автоматический, зажигание дуги выполняется коротким ударом токоведущей присадки о заготовку, причём с точки зрения качества шва лучше сделать это на пластине, специально установленной в начале или конце планируемого шва.

Во избежание излишней деформации после разогрева электрода рекомендуется сделать несколько прихваток – они удержат кромки в единой плоскости и будут переварены, что обеспечит равномерность химического состава сварочной ванны.

Контактная сварка

Стыковая контактная сварка не отличается в отношении подготовки от прочих способов: важно обеспечить чистоту, а также корректную геометрию сопрягаемых заготовок.

Техпроцесс часто содержит порядок механической очистки, обезжиривания, зачистки от коррозии, пассирования и нейтрализации химической активности.

Оборудование изготавливается с неподвижными и подвижными рабочими органами, в стационарном или подвешиваемом исполнении. Как источники питания применяются трансформаторы и конденсаторные сборки. Применение таких агрегатов должно начинаться с изучения технической документации и инструктажа.

Важной частью оснастки является система охлаждения – она снимает паразитное тепло одновременно с электродов и свариваемых частей. Она позволяет избежать появления излишних деформаций. В работе требуется только регулярно проверять наличие воды (или иного теплоносителя), а также выдерживать режим активного нагрева и «отдыха».

При соблюдении требований стыковая сварка даёт надёжный и высококачественный шов.

Ручная – в нижнем положении

Общий порядок для сварки плавлением присадочного металла (ручная дуговая или полуавтоматическая в среде защитного газа)

• подготовка деталей: их механическая и химическая очистка, разделка кромок (если необходимо);
• позиционирование и закрепление – с учётом требуемого зазора между кромками, который должен соответствовать ГОСТ;
• зажигание сварочной дуги (с применением всех необходимых средств индивидуальной защиты сварщика);
• выполнение шва – с допускаемой скоростью сварки и в расчётном порядке (цельный или ступенчатый шов), под регламентируемые параметры качества (размеры валика, глубина провара);
• по подходу к концу зазора и заполнении его расплавленным металлом электрод удаляется от шва, дуга гаснет.

Движение электрода выполняется мягко, с постоянной скоростью и однообразной траектории. Резкие смещения допускаются при сваривании широкой разделки – чтобы наложить объёмную каплю между удалённых друг от друга кромок.

Удаление от свариваемого металла также необходимо выдерживать постоянным, как и угол наклона к поверхности.

Полезная статья – Сварка полуавтоматом для начинающих

Ручная – в вертикальном и потолочном положениях

Сварной шов, выполняемый в таком положении, нуждается в особом внимании:

• номинальная величина тока понижается на 10% относительно значения для нижнего положения;
• движение электрода производится вверх, дуга периодически гасится для кратковременного остывания – чтобы металл не вытекал, а для поддержания равномерного подогрева движения выполняются круговыми;
• для движения электродом вниз важно подобрать определённую марку электрода, покрытие – обеспечивающее повышенную вязкость расплавленного металла;
• номинальное напряжение принимается пониженным, дугу рекомендуется удерживать более короткой.

Работа в таких положениях выполняется специалистами с самой высокой квалификацией.

Как обозначают стык на чертежах

Единая система конструкторской документации (ЕСКД) чётко определяет обозначение сварных швов.

Сварка встык тоже обозначается. Условное обозначение при этом принимает следующий вид:

• выносная полка с односторонней стрелкой;
• тип шва по задействуемому стандарту;
• сведения о ширине шва.

Расчет стыковых швов

В общем случае расчёт производится по такой формуле:

• N – максимальное усилие, приходящееся на готовое соединение (в Ньютонах или производных величинах);
• t – толщина свариваемых частей, принимается минимальная (мм);
• lw – максимальная длина шва (мм);
• Rwy – сопротивление, рассчитываемое по пределу прочности (МПа);
• γ – коэффициент условий работы (безразмерный, принимается по специальным таблицам из среднестатистических данных).

При необходимости расчёт уточняется по отдельным методикам – для косых, вертикальных и потолочных швов, при наличии вибрационной нагрузки или изгибающих моментов.

Частые дефекты

Готовый шов чаще всего имеет следующие дефекты:

• трещины;
• подрезы (местное снижение толщины шва);
• наплывы (валик из металла ванны на детали);
• прожоги (проёмы в материале шва или детали) и непровары (местное отсутствие шва).

Причины их появления: некачественные или некорректные расходные материалы, несоответствующие общая технология и режим сварки, плохое качество подготовки кромок.

Техника безопасности

Основные факторы поражения человека при выполнении стыковой сварки – удар электрическим током, появление ожогов от расплавленного и нагретого металла и механические травмы от подвижного оборудования.

Несмотря на номинальное рабочее напряжение до 25 В источники питания подключаются к напряжению 220, 380 В и даже более.

Важно проходить полный инструктаж по технике безопасности, а самим подключением заниматься профессиональным электрикам. Им же следует проверять работу заземления. Подачу рабочего напряжения следует проводить только после проверки исправности всех систем (механические части, охлаждение, энергосеть).

Подачу рабочего напряжения следует проводить только после проверки исправности всех систем (механические части, охлаждение, энергосеть).

При установке свариваемых частей необходимо беречь пальцы. Работать необходимо только в защитных перчатках.

При активном процессе сварки – усиливать защиту очками с затемнёнными стёклами, головным убором (для дуговой сварки обязательна маска) и спецодеждой. Важно удаляться от зоны сварки на предписанное расстояние.

В фоновом режиме должна работать вентиляция – она особенно важна при работе с цветными сплавами и сложной предварительной подготовке.

Если у Вас остались вопросы, то вы можете задать их в комментариях и наши эксперты помогут Вам.

Хафизов Ильдар

Специалист НАКС IV уровня

Задать вопрос