Подготовка металла под сварку: последовательность операций от зачистки до сборки

Технология рубки металла перед сваркой

Рубка металла зубилом: а — разрубыеание полосового металла; б — правильный и неправильный удары молотка по головке зубила; в — вырубывание детали из листового металла; г — последовательность постановки зубила при рубке металла.

Прежде чем проводят предварительную обработку материала перед сварными работами, с него снимают слой, который называют фаской. Используют для этого газорезательный автомат или кромкострогальный станок. Порой возникают ситуации, при которых рационально применить зубило. Оно представлено в нескольких вариантах: ручное и пневматическое.

Кромки нарезают по предварительно отмеченным рискам (две параллельные), которые выполняют разметчиком. Если такие риски отсутствуют, то слесарь может использовать линейку. Когда мастер рубит фаски, также недопустимы ошибки: краям листа металла необходимо надежное крепление, а нажим на инструмент следует производить равномерно.

Оборудование и материалы

Для осуществления работ обязательно необходим сварочный аппарат. Существует несколько разновидностей:

трансформаторы, понижающие сетевое напряжение, увеличивая при этом сварочный ток;
выпрямители, преобразующие сетевой переменный ток в постоянный;
сварочные генераторы, позволяющие получать ток в отсутствие электрической сети;
инверторы, предоставляющие сварочный ток с улучшенными характеристиками.

Электроды для производства работ должны соответствовать виду свариваемых материалов. Применяемость их можно определить по информации, обычно наносимой на упаковку.

При осуществлении тиг-сварки, например, под аргоном, потребуется специальный держатель с возможностью подачи газа в зону шва. Конечно же, не обойтись в этом случае и без газобалонного оборудования.

Для подготовки материала к сварке, нужна угловая шлифмашина или станок с наждаком. При работах в сварочном цеху обычно используют сварочный стол и струбцины для фиксации заготовок, если возникнет такая необходимость.

Термообработка металла

Если в производстве используются металлы с повышенной чувствительностью температурному режиму, то подготовка и сборка деталей под сварку обязательно должна включать этап прогрева металла. Кроме того, это своеобразная закалка, которая сделает сырец более устойчивым к деформации. Производят прогрев металла, чаще всего, с использованием газовой горелки.

Прогрев метала можно производить и после сваривания. На этом этапе он поможет снять напряжение металла, если оно возникло из-за повышенного содержания водорода. Нагрев позволяет выпарить лишний газ.

Выбор необходимых подготовительно-сварочных работ во многом определяется типами производимых изделий, а также используемым материалом. Однако, какой бы метод обработки и соединения не был выбран, производить его нужно в точном соответствии с установленными нормативами. Только в таком случае можно говорить о качестве швов и изделия в целом.

Стыковая сварка

Все способы контактной сварки основаны на местном нагреве заготовок теплом, выделяющимся при прохождении через них электрического тока. Заготовки свариваются в месте их соприкосновения чаще всего без введения дополнительного металла и применения флюсов.

Чтобы получить хорошее качество с участков заготовок в местах соединения, перед сваркой необходимо удалить окислы, масло и другие загрязнения. При выборе способа очистки следует учитывать габариты изделий, характер загрязнений, толщину стенок, характер производства и материал заготовок.

Окалина и ржавчина с мелких деталей удаляются в барабанах о кварцевым песком и просушенными древесными опилками. Продолжительность очистки устанавливают исходя из характера загрязнений, конфигурации заготовок и их веса.

Скорость вращения барабана может быть выбрана по табл. 94.

Таблица 94.Таблица для выбора скорости вращения очистительного барабана.

Диаметр барабана в мм	Число оборотов в мин	Диаметр барабана в мм	Число оборотов в мин
200	71—76	700	38—40
300	57—61	800	35—37
400	50—53	900	33—35
500	44—47	1000	31—33
600	41—44

Очистка в барабане рекомендуется при стыковой сварке цепей, инструмента, заготовок, полученных горячей штамповкой, а также при точечной и рельефной сварке. Заготовки, имеющие большие габариты, следует зачищать в месте сварки и подвода тока наждачным кругом. При значительном весе заготовок и сложной конфигурации наждачный круг лучше крепить на гибком валике. При небольшом загрязнении наждачный круг можно заменить металлической щеткой.

Более универсальный и производительный способ очистки — химическая очистка как всей поверхности, так и отдельных участков заготовок. Очистка стальных деталей осуществляется травлением в 5—20%-ном растворе серной кислоты в воде с добавлением специальной присадки и последующей нейтрализацией в 1—2% растворе извести. Травильный раствор подогревается до 50—60°. После нейтрализации заготовки просушиваются, очищаются металлической щеткой от извести и сразу поступают на сварку. Способ химической очистки рекомендуется применять при шовной сварке стальных листов, полученных горячей прокаткой и покрытых слоем окалины.

При контактной сварке полированной стали заготовки необходимо обезжиривать в известковой воде, подогретой до 70—80°. После обезжиривания заготовки просушиваются, очищаются металлическими щетками от извести и направляются на сварку.

При контактной сварке медных сплавов очистка также необходима. Для удаления с поверхности заготовок жиров рекомендуется поверхность протирать бензином или промывать подогретым до 70—80° раствором следующего состава (в %):

Сода кальцинированная	0,25
Хромпик	0,08
Вода	99,67

После обезжиривания детали промываются в чистой воде и тщательно просушиваются. Удаление окисной пленки рекомендуется производить металлической щеткой или наждачной бумагой, а также травлением. Операция очистки необходима, так как наряду с обеспечением стабильного качества сварки значительно снижается износ электродных частей контактных машин.

Подготовка заготовок под разделку

Процедура состоит из таких этапов:

Расчет конфигурации и угла фаски. Угол разделки кромок определяется типом соединения, назначением детали и толщиной металла.
Зачистка торцевых поверхностей. Эта операция выполняется для снятия ржавчины, оксидного слоя, окалины и других твердых загрязнений. Плохая очистка заготовок приводит к возникновению пор, непроваров, шлаковых включений и наплывов. Слой оксидов можно удалять как механическим, так и химическим способом. В большинстве случаев для обработки используют стальные щетки, шлифовальные станки, наждачную бумагу или напильник. При механической зачистке снимают до 2 мм металла.
Удаление загрязнений. Следующим этапом подготовки является тщательная очистка торцов от масла и других веществ, которые могут привести к необратимым дефектам шва. Для обезжиривания поверхностей применяют органические растворители. Для очистки кромок от оксидной пленки — сильные кислоты.
Разделочные операции. Последний этап обеспечивает доступ ко всей поверхности стыка и корректирует форму кромок.

На производстве используют такие типы технологических операций:

правка молотком вручную: применяется для подготовки металлических плит;
механическая отделка: выполняется правильными валиками, которые устраняют коробления, неровности и другие дефекты поверхности;
разметка детали: проводится, если сварка необходима в ходе ремонтных работ или шов имеет сложную криволинейную форму;
термообработка: применяется для снятия термических напряжений, диффузионного выравнивания состава и повышения пластичности металла.

Чтобы избежать образования трещин и высоких остаточных напряжений, используют метод предварительного подогрева деталей.

Подготовка кромок

У отливок большой толщины следует тщательно подготовить свариваемые торцы, придать им надобную геометрическую форму. Она бывает не только плоской, но и V, X-образной. Первая используется при сочленении тонких элементов, фигурная — толстых.

Подготовка заключается в формировании угла разделки, ширины зазора, регламентации длины откоса, смещения, притуплении бортиков:

Угол разделки проводится при толщине материала больше чем 3 мм. Его отсутствие приводит к непровару сочленения, перегреву или пережогу металла. Избежать предполагаемого дефекта поможет увеличение силы сварочного тока. Для деталей толщиной мерее 3 мм, операция не предусматривается.
Разделка торцов позволяет проводить сваривание отдельными пластами малого сечения, чем улучшается структура сочленения, уменьшается вероятность появления сварочных остаточных деформаций.
Правильно выбранный зазор, режим процедуры обеспечит сплошную связь при исполнении корневого слоя валика.
Длина скоса обусловливает плавное перетекание от толстого соединяемого элемента к тонкому, устраняет точки напряженности.
Притупление кромок обеспечивает стабильное протекание процесса в ходе выполнения корневого валика. Несоблюдение рекомендации приводит к прожигу металла.
Смещенные торцы создают дополнительные деформации, напряжения, ухудшающие прочность сочленения. Допустимые значения сдвига регулируются государственными стандартами либо обусловленными техническими условиями.

Отклонения торцов приводят к отсутствию монолитности валика по их сечению.

Оснастка

Для каждой процедуры требуется свой набор инструментов, но в качестве основных стоит отметить такие как:

Металлическая щетка – лучший инструмент для зачистки, который подходит для заготовок любой толщины. С ее помощью можно до блеска очистить любую металлическую поверхность.
Ацетон – применяется как обезжиривающее средство. Его используют перед началом сварки или перед выкладкой флюса на поверхность, чтобы снять все образовавшиеся пленки;
Настольные тиски – для гибки в любых условиях. Они отлично подойдут также для фиксации деталей, когда уже пойдет непосредственный процесс сварки.
Газовая горелка – используется для подогрева металла до нужной температуры. Как правило, последняя подготовка поверхности металла под сварку предполагает его нагрев для избегания деформации.

Правка металла и нарезка деталей

Для правки металла использую специальные валы, которые делают процесс автоматически, или же выполняют все вручную. Во втором случае используется пресс или кувалда, чтобы исправить имеющиеся деформации. Прессы больше подходят для массивных швеллеров и двутавров.

Правка металла

После правки можно уже проводить разметку, которая делается перед резкой. Разметка делается мелом или острым металлическим предметом. Для разрезания используется гильотина, ножницы по металлу, которые могут быть автоматическими или ручными. Также используют резку сваркой, которая менее точна, но позволяет разрезать даже толстые слои. Тонкие листы могут резаться болгаркой, что очень удобно, когда будет происходить сварка тонкого металла инвертором.

Резка металла резаком

Зачистка деталей – нюансы

Когда заготовка приняла нужную форму, то следующим этапом, который включает в себя подготовка металла под сварку, является зачистка. Поверхности присадочного материала, а также кромок детали, которая будет свариваться, зачищается от ржавчины, загрязнений, следов окалин и прочих лишних веществ. Также нужно ликвидировать влагу, масляные пятна и другие химические пленки. При сварке металла в ванне не должно быть ничего неметаллического, что привело бы к образованию брака. Даже относительно небольшие остатки лишних вещей приводят к образованию пор, появлению трещин, созданию напряжений в металле и так далее. Благодаря всему этому, надежность сварочного соединения резко снижается.

Очистка металла после сварки

Подготовка кромок металла под сварку

Подготовка металла под сварку предполагает обработку кромок, особенно, при работе с толстыми заготовками. В итоге, они должны обрести определенную геометрическую форму, которая будет способствовать более надежному соединению. Подготовка включает в себя обработку угла разделки, ширины зазора, создания притупления, регулировку длины скоса и так далее. Кромки не обрабатываются, если толщина составляет менее 3 мм. При слишком большой толщине без обработки металл может не провариться полностью. Особенно актуально это, если у свариваемых деталей различная толщина. Правильный скос обеспечит плавность перехода между деталями, что снимет напряжение нагрузки при эксплуатации детали. После правильно подобранных параметров нужно еще обеспечить надежную фиксацию.

Подготовка кромок металла под сварку

Возможные регулировки в процессе сварки

Чтобы шов получился ровным и красивым, необходимо чувствовать полуавтомат и уметь его правильно отрегулировать. Нужно выставить необходимые параметры по настроечным таблицам, которые прилагаются к технической документации на аппарат конкретного типа. Варить при низком рабочем токе нельзя: это скажется на качестве шва, а в некоторых случаях даже соединить части между собой не удастся. Соблюдается такой принцип: чем толще металл, тем выше сила рабочего тока или напряжения (зависит от принципа действия полуавтомата).

Более подробно о регулировке на видео:

Нюансы разделки кромок

Разделка под сварку имеет свои особенности. При разделке увеличивается ширина сварного шва. Это приводит к дополнительному расходу материалов. При некоторых ситуациях разделка кромок отсутствует, и сварка производится без этого подготовительного этапа. Если свариваются тонкие детали, то прибегают к отбортовке.

Отбортовкой называется загиб кромок соединяемых деталей. Выполняют отбортовку ручным или машинным способом. Вручную она может выполняться на наковальне с применением молотка или кувалды. Механическая обработка также может проводиться строганием, фрезерованием, долблением, применением абразивов, что требует соответствующего оборудования, например, строгальных или фрезеровальных станков.

Устройство строгальных станков достаточно простое. Высокопрочный резец, проходя вдоль торца под установленным углом, снимает за каждый проход слой металла. Затем механизм станка изменяет его положение и операции повторяются. Фрезеровальные станки находят применение, когда поверхность деталей имеет криволинейную форму. Фаска образуется с помощью фрезы, совершающей перемещение вдоль линии шва.

Для больших конструкций и трубопроводов используют кромкоскалыватели, работающие методом долбления. Абразивную обработку применяют для заготовок маленького размера и для окончательной доводки после строгания и фрезерования. Снимать кромку можно с помощью газового резака. Для машинного способа используют зигмашину.

Фаски на кромках делают с одной стороны или с обеих. Односторонние скосы на прямых деталях способствуют легкости протекания процесса сварки. При двухсторонних фасках необходимо обеспечить сварщику доступ к обеим сторонам соединения.

Конструктивные параметры

Типы разделки кромок под сварку различаются в зависимости от выбранных конструктивных параметров:

Угол скоса. Обозначается буквой «β». Это острый угол между двумя плоскостями: торца и скошенной поверхностью. Находится в диапазоне от 10 до 30 градусов. Если скашивается только одна кромка, то угол составляет 45 градусов.
Угол разделки. Обозначается буквой «α». Под этим термином подразумевается угол между скошенными поверхностями. Когда угол скоса обеих деталей одинаков, то угол разделки равняется его двойному значению. Соответственно, находится в диапазоне от 20 до 60 градусов. Правильный выбор угла раскрытия обеспечивает проникновение электрода вглубь, достаточного для хорошей проварки корня шва.
Величина притупления. Обозначается буквой «С». Часть торца кромки, оставшаяся нескошенной, может иметь острую форму. Это может помешать процессу сварки и вызвать в этой тонкой части прожоги металла. Чтобы этого избежать прибегают к затуплению кромок. Размер притупления составляет порядка 2 мм.
Зазор. Обозначается буквой «b». Является расстоянием между кромками в зоне корня шва. Зазор оставляют для лучшего провара в этой области. Его значение обычно составляет около 1,5 мм. Эта величина может быть уменьшена или увеличена в зависимости от технологии процесса сварки.
Длина скоса. Обозначается буквой «L». Регулирует плавность перехода от минимального размера скошенной части до толщины детали. Правильно выбранное значение устранит дополнительные напряжения в этой области.
Высота и ширина обозначаются как «h» и «в» соответственно.
Катет шва. Обозначается буквой «К». Это наименьшее расстояние от плоскости одной детали до границы треугольного шва на другой.

Элементы геометрической подготовки формы кромок под сварку имеют свое обозначение, которое используется на чертежах, в технологической и конструкторской документации.

Угол при разделке кромок

Рекомендуемый параметр зависит от формы и назначения свариваемого элемента. Тип фаски определяется толщиной деталей. Если этот размер менее 3 мм, то для подготовки кромок достаточно зачистки или отбортовки.

Отбортовка предполагает загиб свариваемых кромок для более прочного соединения тонких металлических листов.

Для трубопроводов

Требования к подготовке кромок при сварке трубопроводов различаются в зависимости от размеров элементов, материалов, условий эксплуатации и других параметров. ГОСТ 16037-80 предусматривает несколько допустимых типов соединения:

встык;
внахлест;
под углом.

При сварке отвода встык необходимо выполнить скос одной или обеих кромок под углом 45°. Важным условием прочности шва является равная толщина граничащих деталей. Если отводящий фитинг присоединяется под углом, то допускается сварка без предварительной разделки.

Штуцеры, которые присоединяются к трубе основного диаметра для присоединения шлангов или отвода потока, ввариваются под углом или внахлест. В обоих случаях соединение выполняют с одной стороны и без разделки.

Особенности соединения других элементов трубопровода определяются только типом соединения и толщиной металла.

Для резервуаров и сосудов

К сварке сосудов и резервуаров предъявляются повышенные требования. Их содержимое может находиться под высоким давлением, иметь критическую температуру, быть химически или радиоактивным. Полученный шов должен быть сплошным, не иметь участков непровара и газовых пор, эффективно противостоять механической нагрузке и коррозии.

В большинстве случаев резервуары проваривают с двух сторон. Это обеспечивает равномерную толщину и качество соединения. Технологический стандарт сварки сосудов предусматривает следующие правила разделки кромок:

для стенок до 3 мм – без скоса;
при толщине детали от 3 до 25 мм – Х- либо V-образная разделка;
для стенок от 26 до 60 мм – U-образная обработка торцов;
при толщине резервуара более 60 мм – специальные комбинированные методы разделки.

При стыковом соединении

В этом случае свариваемые заготовки находятся в одной плоскости, а торцевые поверхности разделяет небольшой зазор.

Сварка встык с разделкой торцов применяется для ответственных и точных конструкций. Если толщина заготовок составляет менее 3 мм, перед формированием соединения достаточно сделать отбортовку. Если длина стыка составляет от 3 до 25 мм, то необходимо выполнить односторонний скос. Детали толщиной от 26 до 60 мм варят после двухсторонней разделки торцов.

Для угловых соединений

Торцы угловых соединений могут обрабатываться без фаски, с разделкой или отбортовкой кромок. Чтобы отнести шов к этой категории, угол между свариваемыми сторонами должен составлять более 30°.

Для швов данного типа применяются более строгие границы размеров, чем для стыковых соединений:

до 1 мм – необходима только механическая шлифовка и зачистка краев;
от 1 до 3 мм – проводится отбортовка;
от 3 до 20 мм – скашивается 1 из соединяемых кромок (тип фаски выбирается в зависимости от конфигурации детали);
от 21 до 50 мм – рекомендуется выполнить 2-сторонний скос обоих торцов.

Рекомендуем к прочтению Технология сварки блоков ДВС

Для двутавровой балки

Двутавровая балка – это стандартный профиль, который применяется в строительстве и машиностроении. Его сечение напоминает букву Н, развернутую на 90°. В конструкциях он выполняет несущую функцию.

В зависимости от толщины профиля применяют следующие виды разделки кромок под сварку:

до 4 мм – без скоса;
от 4 до 25 мм – изменение геометрии 1 торцевой поверхности;
от 26 до 60 мм – формирование двухсторонней фаски.

При других размерах детали применяют специальные типы разделки, однако прокат большей толщины редко применяется в производстве.

Устройство ручных кромкогибов

Кромкогибы, при некотором внешнем сходстве с листогибами, имеют принципиальное отличие – высота полки обычно не превышает 5…20% от их длины. Меньшее значение соответствует отбортовке внутренней кромки. При гибке такого ограничения нет, что предопределяет заметные конструктивные изменения в сравниваемых устройствах.

Первое из них касается длины рабочей зоны отбортовки – для ручных кромкогибов она может быть и небольшой, поскольку высота борта и радиус закругления не изменяются. Соответственно выпускаются портативные ручные кромкогибы, перемещая которые вдоль предварительно размеченной линии отбортовки, получаем требуемый профиль.

При большой протяжённости зоны кромкообразования процесс следует выполнять одновременно. В таких случаях кромкогиб более схож с листогибом, различаясь, по сути, лишь способом прижима заготовки.

Рассмотрим первый вариант устройства. Портативный ручной кромкогиб для постепенного формообразования борта включает в себя:

Две ручки, причём подвижной может быть одна из них, либо обе.
Рычажную усилительную систему для создания требуемого усилия отбортовки.
Рабочие губки с профилем, который соответствует размерам кромки. Обычно производитель комплектует ручной кромкогиб набором из нескольких губок и наиболее часто встречающимися на практике высотой кромки и радиуса закругления при переходе от кромки к основной плоскости.
Регулируемый ограничитель хода: чаще всего это – вывинчивающийся шлицевой винт, снабжённый упорной резьбой.

Для удобства работы ручки прорезинены, что исключает скольжение руки работающего во время приложения усилия.

Второй вариант портативного ручного кромкогиба – роликовый, где трение скольжения губок по заготовке заменяется трением качения при вращении рабочих роликов. Усилие формообразования при этом существенно снижается, но инструмент получается менее универсальным, поскольку пара роликов лишь одна, и изменить параметры кромкообразования не получится, кроме как заменой пары роликов, что довольно трудоёмко. Кроме того, роликовыми кромкогибами в большинстве случаев не удаётся выполнить внутреннюю отбортовку по малым радиусам.

Основным недостатком ручных портативных кромкогибов является их малая точность: при передвижении инструмента вдоль неровной линии будущей кромки постепенно накапливается погрешность, которая в конце операции может достигать миллиметра и более. При кузовном авторемонте это недопустимо, поэтому качество формирования борта определяется только опытом исполнителя.

Подготовка труб под сварку

Подготовка фрагментов проводится так, чтобы исключить осевое смещение. Для подготовки нержавеющих и толстостенных труб нужны заводские условия. Марка стали влияет на глубину разделки торцов, угол снимаемой фаски

Трубы из углеродистой и низколегированной стали обрабатывают вручную холодным способом. Последовательность операций такая же, как при работе с плоскими деталями. Для резки используют несколько вариантов:

делают раскрой ножницами по металлу;
используют циркулярную пилу, насадку-фрезу или болгарку;
применяют газовый резак.

Процесс подготовки металла к сварке заключается в обработке торцов, сглаживании кромок, снятии фасок, если стенка толще 3 мм.

Для любого вида сварки металл предварительно зачищают по всей окружности. Только для специальных электродов по ржавчине допускается варить металл без зачистки.