Катет шва характеризует прочность и качество углового сварного соединения. Величину нормирует ГОСТ, отклонение в меньшую или большую сторону одинаково нежелательно. Чтобы избежать этого, необходимо правильно выбирать диаметр электрода и соблюдать технологию.
Катет в сварочном соединении
Швом называют зону сплавления 2 деталей. Здесь имеется усиление, образованное материалом электрода. Его называют наплавкой.
Для понимания того, что такое катет сварного шва, необходимо представить поперечный разрез углового соединения. На нем наплавка имеет форму равнобедренного треугольника с выпуклым или вогнутым основанием.
Боковые стороны являются прямыми и прилегают к поверхностям свариваемых деталей. Длина каждой из них — это катет углового шва.
Данный параметр характеризует:
- Прочность конструкции. С увеличением размеров усиления, а значит, и его катетов, возрастают объем наплавки и площадь ее прилегания к деталям. Соответственно, повышается стойкость соединения к нагрузкам.
- Качество шва. При соблюдении технологии оба катета равны. Невыполнение этого условия свидетельствует об отклонении дуги в сторону, в результате чего одна из заготовок удерживается слабо. По этой причине снижается прочность конструкции.
В серийном производстве требуется обеспечить необходимый минимальный катет, с тем чтобы не ослабить изделие и одновременно избежать перерасхода материалов и энергии. Это позволит снизить себестоимость продукции без ущерба для ее прочностных характеристик.
Разновидности швов и геометрия стыков
Соединяемые детали ориентируют одну относительно другой по-разному.
В зависимости от этого различают 3 вида швов:
- Стыковой. Детали расположены в одной плоскости, торцы их стенок упираются один в другой.
- Нахлесточный. Шов используют при том же расположении деталей, если их малая толщина (менее 8 мм) не позволяет применить стыковой вариант. Элементы накладывают один на другой с нахлестом в 2 мм и приваривают с обеих сторон вдоль кромки.
- Угловой. Его применяют в крестовидных, Г- и Т-образных стыках. Детали могут располагаться с отклонением от прямого угла, например крестообразное соединение вида «Х» вместо «+».
Различают лобовой и фланговый нахлесточные швы. Первый выполняют привариванием накладываемой детали вдоль торцевой кромки, второй — вдоль боковых по обеим сторонам.
Кроме катета, геометрия сварного шва характеризуется еще рядом параметров.
Основными являются:
- Ширина. Максимальный размер по горизонтали.
- Высота. То же по вертикали.
- Выпуклость или вогнутость. Расстояние от поверхности деталей до наивысшей точки наплавки.
- Глубина провара. Расстояние по вертикали от поверхности деталей до нижней точки расплавленного металла.
Глубинную часть шва называют корнем. Он прилегает к нерасплавленному металлу. Проваривание корня — наиболее ответственный этап при соединении массивных заготовок. Швы в таких конструкциях делают в несколько подходов.
Сначала формируют корень, стараясь ровно и без дефектов приварить кромки электродом диаметром 3 мм. Затем более толстым набирают усиление необходимого объема.
Правильная настройка аппарата для сварки
Режим работы определяется 3 параметрами:
- напряжением;
- силой тока;
- скоростью движения электрода.
Настройка аппарата состоит в подборе их оптимальных значений.
На это влияют следующие факторы:
- Толщина заготовок.
- Материал.
- Вид шва.
Параметры подбирают опытным путем, действуя в такой последовательности:
- Берут ненужный фрагмент из того же материала, что и заготовки, которые нужно приварить.
- Зачищают его шлифмашинкой до металлического блеска.
- Выставляют на аппарате напряжение в 15-20 В и сварочный ток в 100 А.
- Зажигают дугу и путем постепенного регулирования параметров добиваются стабильного горения с хорошей глубиной провара.
- Фиксируют оптимальные настройки письменно или посредством фотосъемки.
- Плавно уменьшают силу тока, пока дуга не погаснет. Записывают ампераж, при котором это произошло.
- Возвращают регулятор на 100 А, снова зажигают дугу и увеличивают силу тока до наибольшего значения. Его тоже фиксируют.
- Снижают напряжение на 0,5 В и тем же способом определяют минимальную и максимальную силу тока. Несколько раз повторяют это действие, с каждым разом уменьшая вольтаж.
- Возвращаются к оптимальным настройкам.
- В том же порядке определяют верхний и нижний пределы силы тока, несколько раз повышая напряжение с шагом в 0,5 В.
Пункты 6-10 инструкции позволяют определить крайние точки диапазона, в пределах которого можно регулировать аппарат перед работой с другими заготовками.
При настройке полуавтомата скорость подачи присадочного прутка подбирают в зависимости от силы тока: чем больше ампераж, тем быстрее должен поступать материал.
Самостоятельный расчет катета и ГОСТы
Различают 2 случая:
- Простой. Конструкция малоответственная, высоким нагрузкам не подвергается.
- Сложный. Степень ответственности высокая, на конструкцию воздействуют большие усилия.
В первом случае катет принимают равным толщине заготовки, если она не превышает 4 мм. В противном случае ее умножают на 0,4 и добавляют 2 мм. Используют электроды с диаметром, равным катету.
Для ответственных конструкций осуществляют расчет катета.
Исходная формула: N = 0,7 K * L * Rc, где:
N — рабочая нагрузка на соединение, кгс;
K — катет, см;
L — длина шва, см;
Rc — расчетное сопротивление срезу, кгс/кв. см.
Отсюда K = N / (0.7 * L * Rc).
Если шов двойной, например нахлесточный фланговый, полученный результат делят на 2.
В приложении 1.12 ГОСТ 5264-80 приведена таблица минимальных значений катетов. Определить их параметры для заготовок с большей толщиной можно по данным СНиП II-23-81*.
Последствия неправильного вычисления катета
Ошибки приводят к следующим результатам:
- В меньшую сторону. Прочность шва не соответствует расчетной. При воздействии рабочей нагрузки соединение разрушается.
- В большую сторону. Нерационально используются материалы и энергия. Себестоимость изделия или конструкции неоправданно возрастает. Это особенно сказывается при серийном производстве. Годовые потери могут исчисляться сотнями тысяч рублей.
При разовом изготовлении малогабаритной конструкции, не подверженной большим нагрузкам, отклонения в ту или другую сторону некритичны. В этом случае катет шва можно подбирать приближенно.
Габаритное сооружение, находящееся под нагрузкой от большого собственного веса и тяжелых механизмов, требует иного подхода.
Катет и другие параметры сварных швов рассчитываются с большой точностью и в соответствии с требованиями ГОСТ. В противном случае конструкция может обрушиться.
Влияние скорости и режима сварки
Существует зависимость конфигурации поперечного сечения шва от параметров процесса:
- С увеличением силы тока при неизменном напряжении возрастает температура, поэтому глубина провара становится большей. Но при избыточном ампераже возможно прожигание металла.
- Рост напряжения при постоянной силе тока приводит к увеличению катета. При избытке возможен непровар.
- При увеличении скорости движения электрода снижается температура нагрева металла. Уменьшаются ширина шва и глубина провара. При скорости свыше 50 м/ч недостаток температуры приводит к образованию дефектов, делающих шов непрочным.
- Вязкость материала электрода влияет на форму усиления. Чем она выше, тем более выпуклой становится наплавка.
Режим сварки подбирают по заготовке с наименьшей толщиной, чтобы не прожечь ее.
Как контролировать процесс
Чтобы удостовериться в надежности сварного соединения, необходимо знать, как измерить параметры выполненного шва.
Наиболее прост и доступен способ с применением т.н. «катетометра». Понять, что это такое, поможет пример с более распространенным приспособлением. Для регулировки зазоров применяют набор щупов — прямоугольных пластин разной толщины, скрепленных в 1 точке.
Катетометр устроен схожим образом, только в пластинах со стороны угла сделаны вырезы, соответствующие профилю швов с разными катетами. Прикладывая их одну за другой к наплавке, сварщик подбирает подходящую.
При этом стороны плотно прилегают к поверхностям приваренных заготовок (располагаются перпендикулярно), кромка выреза — к усилению шва. На пластине выбита цифра, соответствующая катету.
Другой способ основан на применении более распространенных измерительных инструментов — угольника и штангенциркуля. Последний можно заменить линейкой.
Действуют в таком порядке:
- Угольник приставляют к одной из заготовок катетом так, чтобы второй был направлен параллельно другой детали. При этом инструмент должен касаться наплавки.
- Щупом штангенциркуля или линейкой замеряют ширину просвета между вторым катетом и другой заготовкой.
Приведенным методам присущи 2 недостатка:
- низкая точность;
- большие затраты времени при проверке длинных швов.
Более эффективны следующие способы:
- Дефектоскопия.
- Ультразвуковой контроль.
- Просвечивание шва рентгеновским и гамма-излучением.
- Радиография.
- Капиллярный метод.
- Магнитное зонирование.
При серийном производстве можно выбрать разрушающий метод: пробное соединение разламывают и осматривают шов изнутри.