Поделки из металла при помощи сварки своими руками

Распространенные проблемы

Начинающие сварщики нередко совершают ошибки, способствующие возникновению дефектов. Некоторые существенно ухудшают качество шва, другие влияют только на эстетические характеристики.

Необходимо своевременно обнаружить дефекты, устранить их. Самыми распространенными проблемами считают неравномерное заполнение или перепады ширины шва. По мере накопления опыта работы с угловыми сварными соединениями ошибки случаются реже.

Непровар точки соединения

Дефект возникает при частичном заполнении стыка расплавом. Это требует своевременной коррекции, поскольку снижается прочность сварного шва.

Главными причинами непровара считаются:

• установка низкой силы тока;
• слишком быстрое ведение электрода;
• неправильная разделка кромок толстых деталей.

Для устранения непровара увеличивают мощность дуги, уменьшают ее длину. При правильном подборе параметров дефект повторно не возникает.

Пример непровара точки соединения.

Неравномерность воздействия

Такая ошибка проявляется образованием пор или наплывов. Первые представляют собой пустоты, расположенные линейно или хаотично, вторые – выступающие участки расплава. Оба явления недопустимы, поскольку они отрицательно влияют на рабочие характеристики готовой конструкции.

Появлению пор способствуют:

• неправильная защита сварочной ванны, чрезмерный расход инертного газа;
• применение некачественных электродов;
• воздействие на сварочную зону ветра, отклоняющего газовое облако (кислород в этом случае вступает в реакцию с расплавом);
• наличие следов коррозии или грязи на деталях;
• неправильная обработка кромок.

Наплывы возникают при работе с присадочным материалом из-за неправильного выбора режима и параметров сварки. Эти элементы не соединяются с основной деталью. Их рекомендуется удалять механическим способом.

Подрез участка

Дефект представляет собой углубление, пролегающее вдоль шва. Возникает при увеличенной длине дуги. Сварочная ванна расширяется, температуры не хватает для прогрева краев заготовок. Металл сразу затвердевает, формируя подрезы.

При угловой сварке подрез может образоваться и из-за неправильного удержания электрода. Расплав стекает вниз, из-за чего появляется канавка. В этом случае уменьшают мощность дуги, укорачивают ее.

Дефект сварочного шва.

Прожог шва

Дефект представляет собой сквозное отверстие.

Его появлению способствуют:

• слишком большая сила тока;
• медленное ведение стержня;
• увеличенное расстояние между краями детали.

Для устранения дефекта подбирают правильные параметры работы аппарата, накладывают шов повторно.

Трещины холодного и горячего происхождения

Второй тип дефектов появляется на этапе остывания металла. Они направляются поперек или вдоль шва. Холодные трещины возникают на уже затвердевшем шве тогда, когда конструкция испытывает чрезмерные нагрузки.

Такие дефекты приводят к постепенному разрушению соединения. Для устранения недостатков требуется повторное формирование шва. При наличии большого количества трещин края деталей срезают.

Холодные трещины при сварке.

Неправильные расчеты

При выборе некорректных параметров работы аппарата возникают разные типы дефектов. Шов утрачивает прочность, деформируется.

Главными причинами проблем считаются:

1. Неверный катет. Качество сварного соединения зависит от правильности выбора напряжения, скорости ведения электрода. Последнюю нужно удерживать на одном уровне. При недостаточности тока стержень работает на небольшой скорости, основной металл плохо проплавляется. При высоком значении параметра катет получается вогнутым, образуются прожоги.
2. Косой угол. Установить детали в нужное положение достаточно сложно. Конструкция утрачивает требуемые качества, если наклон приставной пластины смещается к одному из боков.

Из чего состоит сварочное соединение

Сварочное соединение состоит из следующих элементов:

1. Непосредственно сварной шов – зона стыка деталей.
2. Зона сплавления.
3. Зона термического влияния сварочного аппарата – это участок металла, где заметны термические изменения в результате воздействия сварки.
4. Основной металл – остальная площадь металлических деталей, которые соединили с помощью сварки.

Иногда путают термины «сварное соединение» и «сварочный шов». Неразъемное соединение двух или более металлических элементов называют сварным соединением. Шов – это зона, где стыкуются две металлические детали. В свою очередь, сварочное соединение является частью сварной конструкции – металлической конструкции, состоящей из нескольких элементов, сваренных в одно целое.

При выполнении сварки в несколько слоев, выделяют также корневой шов – это самый первый сварочный слой, расположенный глубже других. При его выполнении воздействие должно быть максимальным и по возможности – непрерывным.

Требования к сварным швам

Требования к швам зависят от условий эксплуатации, видов нагрузки, свойств металла, технологии сварки и пр. Для их классификации по конкретным условиям были разработаны ГОСТы. Например, требования к соединениям ручной сварки приведены в ГОСТ 5264-80.

К общим для всех швов независимо от условий относят:

• прочность;
• надежность;
• долговечность;
• стойкость к коррозии и агрессивным веществам.

О длине и толщине швов в зависимости от особенностей конструкции и марки металла, методах проверки качества и т. д. можно узнать из тематических СНиПов, которые нетрудно найти в свободном доступе. Полученные сведения можно использовать как шпаргалку при выполнении сложной работы.

Чем определяются свойства сварного соединения

Методы определения механических свойств сварного соединения в целом и его участков, а также свойства наплавленного материала регламентируется положениями ГОСТ 6996-66. Испытания проводятся для определения качества и отработки технологии в крупносерийном и массовом производстве.

Согласно ГОСТ испытания производятся для определения качества следующими способами:

• Статическим – плавно увеличивают разрушающую нагрузку на разрывных машинах, испытания растянуты по времени, так чтобы напряжение было постоянным.
• Динамическим – проверяется на специальных маятниковых копрах. Нагрузка действует в короткий промежуток времени, возрастая до максимума почти мгновенно.
• Усталостным – на специальных машинах многократно нагружают образец нагрузкой с разной по знаку и значению. Количество циклов –до нескольких миллионов раз.
• Твердость участков шва и прилегающего металла измеряют на машинах, измеряющих твердость по методу Роквелла, Бриннеля, Веклера.

Для определения качества при приемке применяют неразрушающие методы:

Визуально-измерительный контроль – проверка внешним осмотром на наличие в зоне контроля .

Ультразвуковой метод – в зоне контроля производится излучение волн ультразвуковой частоты. Отражаясь от обратной стороны металла волны возвращаются и принимаются датчиком. В месте дефекта отражение волн не происходит и это видно на индикаторе.

Капиллярный метод – основан на способности некоторых жидкостей (пенетрантов) проникать в микротрещины. Жидкости содержат красящие пигменты и по появлению краски на поверхности определяют наличие дефектов.

Пневматический метод – подают воздух под давлением, а с другой стороны мыльный раствор. По образованию пузырей определяются наличие свищей и непроваров.

Гидравлический – заливают жидкость и выдерживают пока жидкость не заполнит микротрещины. Потом изделие достают и обстукивают молотком. По наличию течи определяют дефекты.

Для стальных деталей используют магнитный метод – намагничивают постоянным током изделия и поверх рассыпают металлический порошок. Порошок под действием магнитного поля выстраивается вдоль магнитных линий. При наличии дефектов порошок выявляет их искажениями рисунка.

Как варить вертикальный шов?

Сложность контроля сварки в условиях создания вертикального шва обусловлена обычным физическим явлением – силой тяжести. Таковая оказывает действие на массу расплавленного металла, который будучи в жидком виде, устремляется вниз.

Здесь действия профессионального сварщика заключаются в том, чтобы не дать расплавленной массе оторваться от места сваривания. Достичь такого результата поможет стабильно горящая электрическая дуга, удерживаемая на минимально допустимом расстоянии от конца электрода до сварочной ванны.

Техника снизу вверх

Вертикальный стык, как правило, заваривают ходом электрода в направлении от нижней точки к верхней. Такой маршрут обеспечивает более стабильный контроль, а электрическая дуга уверенно держит ванну с расплавом, предупреждая растекание. Именно проходом снизу вверх удаётся сформировать максимально качественный вертикальный шов.

Техника формирования вертикального шва по направлению снизу вверх. Для получения требуемой ширины шва и глубины провара мастера используют разные варианты «рисования» электродом

Конечно же, перед началом сваривания вертикального шва следует подготовить границы стыка, обработать в соответствии с техническими требованиями. Сварочный аппарат нужно настроить под условия сварки (выставить ток, подобрать электрод).

Изначально по линии стыка делаются несколько точечных «прихваток» – сварка коротким швом (1 – 2 см). Цель таких действий – исключить в процессе нагрева смещение свариваемых частей по причине температурной деформации.

Пример вертикального шва, полученного после сварки двух металлических пластин квалифицированным сварщиком. Использовалась техника направления перемещения электрода снизу вверх

Когда делается сварка стыка вертикально, угол удержания электрода относительно плоскости, на которую будет ложится шов, выдерживают в пределах 45-90º.

Инструкция сварщика устанавливает следующие действия:

1. Контактом электрода о металл зажигается дуга.
2. Делаются «прихватки» в 3-4 точках по линии стыка от её середины к краям.
3. Сварка начинается в нижней точке линии стыка.
4. Ход электрода направлен вверх, сварочная ванна удерживается в рабочей зоне.

Продвигать электрод следует с умеренной скоростью. Главный скоростной критерий – образование оптимального количества расплава сварной ванны.

Одновременно с вертикальным ходом электрода допустимы поперечные зигзагообразные движения «полумесяцем», «елочкой» или другим «рисунком». Но техника поперечного хода видится актуальной только на металлах с толщиной стенки больше 4 мм.

Сваривать металл вертикальным швом рекомендуется одним проходом без остановки. Для начинающих сварщиков в этом видится сложность. Однако опыт нарабатывается быстро.

Техника сверху вниз

Набравшиеся опыта, сварщики без труда укладывают вертикальный шов движением электрода сверху вниз. В чём заключается хитрость исполнения такой операции?

Всё просто: поджигая электрическую дугу, электрод устанавливают относительно рабочей плоскости под углом 90º. Как только металл в точке образования дуги начинает расплавляться, угол установки электрода изменяют на 15-20º, немного опуская держатель.

Техника производства вертикального шва при направлении движения электрода сверху вниз. В этом варианта применяются несколько иные формы поперечной «отрисовки» электродом

Проводка электрода по линии стыка толстостенных металлов также выполняется поперечными зигзагами «пилообразной» или «прямоугольной» формы. Некоторые сварщики пользуются методикой «волнообразного» распределения расплава.

Между тем, способ формирования вертикального шва по направлению сверху вниз сопровождается большими сложностями для сварщика. Однако, по мнению многих специалистов, сварка в таком виде даёт лучший результат в плане качественных показателей.

Классификация швов

Соединения классифицируют и по способу сопоставления кромки. Они бывают тавровыми, внахлест, встык или точечными.

Рекомендуем ознакомиться
Существующие виды сварных соединений

Соединение внахлест

Этот метод применяется при работе с тонким листовым металлом. Шов проваривают с обеих сторон, чтобы в него не проникала влага, не появлялась ржавчина.

При отклонении в большую или меньшую сторону основная масса расплава смещается. Прочность соединения снижается или сварочный шов вовсе не образуется.

Сварка внахлест.

С примыканием краев к одной точке

Такой метод применяется при работе с листовым металлом или торцами труб. Заготовки устанавливают на расстоянии 1-2 мм друг от друга, закрепляют струбцинами.

При сварке зазор заполняется плавящейся проволокой. Тонкие листы сваривают без дополнительной подготовки (очищение от ржавчины считается обязательным всегда).

При работе с толстыми деталями делают двойной или одинарный шов, кромки разделывают такими способами:

1. Края заготовок толщиной 4-12 мм обрабатывают любым методом. Удобной считается односторонняя разделка. Толстые детали срезают в виде буквы V. U-образная разделка – более сложный способ, применяемый реже. При повышенных требованиях к качеству шва и толщине более 8 мм кромки зачищают с обеих сторон.
2. При сварке деталей более 12 мм требуется двойное соединение. Такой слой металла не получится равномерно прогреть с одной стороны. Края обрезают с 2 сторон, формируя подобие буквы X. Применять V- или U-образные методы нецелесообразно: для заполнения зазоров потребуется больший объем расплава. Расход электрода увеличивается, скорость работы падает.

Если толстые детали будут соединяться с односторонней разделкой, расплав наносят в несколько подходов. Такие швы называются многослойными.

Тавровое соединение

Такой способ подразумевает установку в форме буквы Т. Соединение формируется как с одной, так и с обеих сторон.

Разделка кромки выполняется в зависимости от толщины деталей:

• при показателе до 4 мм обработка не требуется;
• если толщина составляет 4-8 мм, делают двойной шов без разделки;
• слой металла в 4-12 мм требует формирования одинарного шва с односторонней разделкой;
• при работе с деталями толщиной более 12 мм требуются двусторонняя обработка.

Угловой шов считается разновидностью таврового. При его формировании следуют тем же рекомендациям: тонкие листы варят без обработки кромок. При большей толщине снимают часть одной или обеих сторон.

Тавровое соединение сварочных швов.

С разделкой кромки или без нее

Для правильной сварки угловых соединений требуется тщательная подготовка краев элементов. Стыки тонких деталей не нуждаются в дополнительных мерах.

Сварные швы с разделкой кромки.

Подложка необходима для удержания присадки, повышения прочности шва. При двусторонней разделке конус кромки делают усеченным. Это защищает края от наплывов и прожогов.

Техника ведения электрода – залог красивого сварочного шва

Чтобы создать идеальный шов, недостаточно вести электродом по прямой линии вдоль зазора между деталями. Существует несколько методов создания соединений. Все они основаны на плавном перемещении электрода по определенной траектории, в результате чего остается ровная дорожка.

Чтобы создать красивый сварочный шов, горелку или электрод нужно немного повернуть по отношению к детали градусов на 60

Вести его нужно плавно, но при этом важно не передержать проводник на одном месте, чтобы не пропалить заготовку. Самый простой способ – это «зигзаг»

При этом проводник ведется от правой зоны сплавления до левой немного по диагонали. Возвращаться следует в зеркальном отражении и в результате получится, будто мастер условно рисует зигзаг. Такое соединение можно применять для разных видов сплавов и металлов.

Если зазор между заготовками более 5 миллиметров, то лучше применить технику «елочка». При этом совершается больше движений, которые позволяют наплавить больше материала для скрепления. Начинать рекомендуется с правой стороны и вести проводник ровной горизонтальной линией влево, затем под углом 45 градусов нужно вернуться вниз до середины шва и под таким же углом проложить линию вверх, протягивая ее выше той, с которой начинали. Таким образом, будет получаться условная елочка, созданная из множества треугольников. При этом главное не увеличить расстояние между электродом и заготовкой, чтобы не потерять дугу (при электродуговой сварке).

Красивые соединения получаются при использовании методики «петелька». Ее можно применять для тонкого металла при работе полуавтоматом или газовой сваркой. Здесь швы следует накладывать плавными закругленными движениями, напоминающие непрерывную цепочку из петелек.

На картинке можно ознакомиться, какие еще способы применяются, чтобы наносить сварные швы.

Правила нанесения обозначений и особенности их расшифровки

Выше уже упоминалось о том, как должно выполняться обозначение сварных соединений разных типов. На черту стыка указывает линия с направленной стрелкой, над или под которой наносятся надписи.

Существуют определенные правила, согласно которых должны наноситься все технические надписи. Маркировка сварных швов состоит из 9 взаимосвязанных между собой блоков. На фото ниже показана структура расположения маркировочных знаков.

На фото показано как обозначается сварное соединение на чертеже на примере двухстороннего монтажного стыкового шва, выполняемого ручной дуговой сваркой:

1. В первой колонке изображен вспомогательный знак. Это контур замкнутого шва, определяющий выдвигаемые к элементу монтажные условия.
2. Второй блок содержит код межгосударственного стандарта, в соответствии которого должны осуществляться работы по свариванию металлоконструкции.
3. Третья колонка — это маркировка (обозначение) сварного шва на чертеже.
4. Далее изображен дефис, который на подкатегории разделяет все последующие позиции.
5. Буквы в пятом блоке указывают на технологию, по которой выполняются сварочные работы. Обязательно к заполнению эта позиция не является.
6. В шестой колонке содержится величина углового катета, величина его указана в миллиметрах.
7. Седьмой блок: дополнительное обозначение — прерывистый сварной шов, интервал шага, цепное или шахматное расположение и т. д.
8. В восьмом блоке изображаются вспомогательные знаки, указывающие на тип обработки.
9. Последняя девятая колонка — это показатели чистоты поверхности стыкового соединения. Указывается в случаях, когда после сварочного процесса необходима механическая обработка изделия.

Это приведено стандартное обозначение сварных швов на чертежах, примеры обозначения некоторых уже выполненных соединений приведены ниже.

Пример 1

Представленное на чертеже условное обозначение сварного шва расшифровывается следующим образом:

• знак говорит о том, что непосредственно на месте монтажа после подгонки элементов следует осуществлять их соединение;
• ГОСТ 5264-80 — это номер регламентирующего документа, в данном случае он указывает на то, что с помощью электродуговой сварки выполнен стык;
• С13 — значит, что в стыковом соединении на одном скосе изогнутая фаска;
• знак указывает что с двух сторон шва осуществлено снятие внутреннего термического напряжения (усилия);
• Rz20 — показатель чистоты поверхности лицевой стороны, Rz80 — обратной стороны.

Пример 2

Здесь изображен выполненный автоматической дуговой сваркой (А) по замкнутой линии под флюсом (ГОСТ 11533-75) двусторонний (У2) угловой шов без скоса кромок.

Пример 3

С тыльной стороны создан стык.

Соединение выполнено с применением электродуговой сварки по ГОСТу 5264-80. Шов односторонний с загибом края, контур разомкнутый.

Пример 4

Сварочное соединение под наклоном

• контур стыковки элементов сплошной, выполнен в форме кольца;
• в газовой среде осуществлена сварка, ГОСТ 17771-76;
• стык тавровый (ТЗ), выполнена обработка каждой его стороны без разделки кромок;
• в качестве газовой среды использована окись углерода (УП) газообразной консистенции, электрод — расплавляемый;
• 6 мм составляет длина катета стыкового соединения;
• в шахматном порядке (Z) периодически создается сплошной проваренный участок длиной 50 мм и с шагом 100 миллиметров.

Пример 5

Для выполнения шва применена дуговая полуавтоматическая сварка, чертеж обозначает что шов односторонний (Н1), созданный плавящимся электродом внахлестку без скоса кромок в среде защитных газов. Шов круговой (), выполнен по замкнутой линии, 5 мм (Δ5) составляет дина катета.

Если на чертеже содержится несколько одинаковых соединительных стыков, то только на одном их них наносится условное обозначение. К остальным швам в местах, где должно быть обозначение указываются только их порядковые номера. При этом количество одинаковых соединений указывается на линии-выноске, как показано на примере ниже.

Одинаковыми стыковые соединения считаются в случаях, когда:

• разновидности стыков и размеры элементов являются одинаковыми при сравнении их поперечного сечения;
• одинаковые требования выдвигаются ко всем соединениям.

Когда для сварочного стыка установлена категория его контроля либо контрольный комплекс, то только под линией выноской должно наноситься условное обозначение.

Как вести электрод во время сварки

Существует много схем ведения электрода при сварке. Ниже я нарисовал самый простой способ, который позволяет добиться идеального сварочного шва.

Итак, наиболее простой способ для новичка, это ведение электрода небольшими круговыми движениями, а если быть точнее, то точечными. Ставим первую каплю металла электродом, затем вторую, которая должна слегка заходить на первую, и т. д. Электрод по отношению к свариваемой заготовке держим под углом в 30 градусов.

Электрод ведём на себя, строго соблюдая указанный угол наклона

Почему это важно? Просто, таким образом, весь шлак, образуемый при сварке, будет выходить наружу, и выбрасываться из сварочной ванны

В итоге, капли должны как бы пересекаться друг с другом, что и образует сплошной сварочный шов. В данном случае начинающему сварщику нет необходимости выполнять сложные движения электродом, типа «ёлочкой», «зигзагом», «треугольником» и т. д.

Сам процесс выглядит так:

• Нажали электродом, поставили точку и отпустили;
• Затем немного зайдя на первую точку, нажали электродом и отпустили;
• Процесс повторяется до тех пор, пока не будет заварено всё соединение.

На первых порах это позволит получить достаточно качественный и ровный сварочный шов, а также хорошо углубить корень шва. Существуют и другие способы вести электрод во время сварки, о которых я обязательно расскажу в следующих статьях.

Виды угловых швов (положения сварки)

Соединения классифицируют по множеству признаков. В первую очередь, это способ установки заготовок. В зависимости от требований к прочности готовой конструкции шов делают одно- или двухсторонним.

Во втором случае шов получается надежным, дольше держит форму. При односторонней сварке конструкция может деформироваться.

Нижние

При работе таким способом одна деталь находится в горизонтальном положении, другая – в вертикальном. Шов формируется в прямом углу между поверхностями.

Если толщина заготовки не превышает 12 мм, разделка кромки не требуется, однако нижнюю часть установленного перпендикулярно листа срезают так, чтобы расстояние между краями было менее 2 мм. При работе с толстыми деталями делается V-образная разделка.

Пример углового шва.

Вертикальные и горизонтальные

При сваривании деталей, расположенных вертикально, расплав стекает вниз. Исключить образование капель помогает уменьшение длины дуги, для этого наконечник электрода приближают к обрабатываемой области.

Сварка шва имеет такие особенности:

Вертикальный сварочный шов и схема движения электрода.

1. Металл подготавливают с учетом типа соединения и толщины заготовок. Детали закрепляют в нужном положении, накладывают короткие прихватки. Это препятствует смещению конструкции во время работы.
2. Шов формируют как снизу-вверх, так и в обратном направлении. Первый способ считается более удобным. Под воздействием дуги сварочная ванна смещается вверх. Шов получается более качественным.
3. Вести угловую сварку в вертикальной позиции можно с отрывом дуги. Во время перерыва расплав успевает остывать. При этом используют те же движения электрода, что при сварке без отрыва: в разные стороны, вкруговую или петлей.
4. При сварке сверху вниз стержень устанавливают под прямым углом по отношению к поверхности заготовки. После возбуждения дуги прогревают деталь, отпускают наконечник и ведут сварку в этом положении. Способ не совсем удобен, поскольку требует постоянного контроля. Однако шов приобретает требуемые характеристики.

Горизонтальные соединения также можно формировать в разных направлениях. Метод выбирают с учетом предпочтений сварщика

Ванна также смещается вниз, поэтому угол наклона электрода увеличивают, принимая во внимание скорость сварки и силу тока.

При стекании расплава делают более быстрые движения, периодически отрывают дугу. За эти перерывы металл остывает, капли не образуются. Можно попробовать изменить напряжение. Эти методы используют поэтапно.

Горизонтальный сварочный шов.

Потолочные швы

Это самый сложный способ формирования соединений. Он требует наличия опыта, постоянного контроля обрабатываемой области. В процессе сварки электрод удерживают перпендикулярно потолку.

Длина дуги минимальная, скорость движения неизменная. Стержень ведут круговыми движениями, расширяющими область расплавления.

Сварка потолочных швов.

В лодочку

Угловые стыки нередко приходится проваривать с обеих сторон. Для правильного ведения процесса заготовки устанавливают так, чтобы их плоскости находились под одинаковым наклоном. Такой способ называется сваркой «в лодочку». Это упрощает выбор движений электрода, улучшает качество шва.

Сварка в лодочку.

Положение электрода во время сварочного процесса

Наклон электрода зависит от видов сварных соединений и швов. Угол наклона влияет на скорость разогрева металла. При дуговой сварке для того, чтобы зажглась дуга, электрод следует держать перпендикулярно. Затем необходимо осуществлять небольшой наклон. Сварочный шов получится более качественным, если сварку проводить короткой дугой.

Применять сварку способом «углом вперед» имеет смысл, когда процесс осуществляется в труднодоступных местах. Однако, способ не лишен недостатков. Процессу сварки будет мешать жидкий шлак, находящийся все время впереди. Сварная дуга может или совсем погаснуть, или начать «блуждать». Качество шва может быть значительно снижено, если появятся пропущенные участки.

Способ «углом назад» находит применение в угловом варианте и при соединении стыков. При сварке под прямым углом электрод держат перпендикулярно поверхности. Это позволяет контролировать жидкий шлак и следить за тем, чтобы он перемещался вслед за сварочной ванной. На качество шва это будет оказывать благоприятное воздействие. Если шлак окажется перед электродом, то это можно исправить, перейдя на некоторое время на способ «назад углом».