Зачистка сварочных швов: особенности и способы

Зачистка сварочных швов: особенности и способы

1. Особенности
2. Зачем нужна?
3. Способы
   • Термическая обработка
   • Механическая обработка
   • Химическая обработка
4. Контроль качества

В процессе сварки различных изделий и конструкций образуются сварочные швы. Они могут полностью испортить внешний вид предмета, поэтому от них лучше избавиться. Сделать зачистку можно различными способами. Сегодня мы поговорим о том, как просто убрать такие швы и чем это можно сделать.

Способы зачистки сварных швов

Из-за этого и необходимости придания шву эстетичности зачистка является одним из пунктов, которые внесены в требования ГОСТа. Для зачистки сварного соединения применяются различные инструменты и методы:

• Механическая обработка стыка методом шлифовки с использованием «болгарки» или подручных абразивных материалов.
• Химическая обработка, подразумевающая протравливание специальными реагентами.
• Термический способ. Снимает остаточные напряжения конструкции.

Каждая из технологий отличается нюансами и рекомендована в конкретном случае. В определенной ситуации очень важно правильно выбрать наиболее подходящий метод и инструмент. Наиболее часто используются угловая шлифовальная машинка, металлическая щетка или шлифовальный станок. Важно при выборе оборудования учитывать в первую очередь отдаваемую мощность и только потом обращать внимание на потребляемую мощность.

Один и тот же вид оборудование имеет несколько модификаций. К примеру, в противовес привычной ручной шлифмашинке в производстве кораблей используются передвижные высокопроизводительный агрегаты. Они представляют собой шлифовальный станок, который можно переместить к конструкции большого размера и уже по месту зашлифовать стык.

Термообработка

Термическая обработка сварных соединений обязательно проводится после сварки тонкостенных изделий, особо подверженных деформациям под воздействием внутренних напряжений. К таким конструкциям относятся трубопроводы, различные емкости, сосуды давления.

Термическая обработка сварного шва

Проводится термообработка и для большинства ответственных конструкций, таких, как корпуса атомных и химических реакторов.

Заключается термообработка в нагреве детали и ее последующем охлаждении по строго заданному температурному графику.

Зачем нужна

В ходе сварки нагревается небольшая область детали в районе шва. Неравномерный прогрев и приводит к возникновению внутренних напряжений, способных деформировать или даже разрушить деталь. Кроме того, в зоне неравномерного нагрева изменяется структура кристаллической решетки металла, что приводит к ухудшению его физико-механических и химических свойств.

Рядом со сварным швом зона закалки, в которой прочность повышена, а упругость, наоборот, понижена. Ее окружает зона разупрочнения, в которой пластичность сохраняется, а прочность становится ниже, чем была до сваривания.

Термическая обработка сварных соединений призвана восстановить внутреннее строение металла и его свойства, вернуть характеристики прочности, пластичности и коррозионной устойчивости к проектным значениям.

Особенности проведения

Обработка осуществляется при высоких температурных значениях, в диапазоне 600- 1000 °С. Это позволяет преодолеть негативные последствия неравномерного нагрева и приблизить структуру шва и околошовной зоны к структуре самой детали.

Обработка проходит в три стадии:

• Нагревается область рядом со швом.
• Конструкция выдерживается некоторое время в нагретом состоянии.
• Изделие охлаждается в соответствии с графиком обработки.

Процесс термообработки швов на трубопроводе

Существует несколько видов обработки сварного шва. Выбор зависит от конфигурации конструкции, толщины детали и цели, которую собираются достигнуть.

Для каждого вида обработки применяется свой специфический график нагрева, выдержки и охлаждения.

Достоинства и недостатки

К достоинствам обработки нагревом относят:

• Восстановление целевых характеристик прочности и пластичности;
• Снятие внутренних напряжений, обеспечение долговечности шва и всей конструкции;
• Улучшение, при необходимости, этих показателей.

Отрицательные моменты при проведении обработки нагревом следующие:

• Высокие требования к квалификации работников.
• Необратимость процессов. В случае несоблюдения графика термообработки сварных швов исправить брак практически невозможно.
• Требуется дорогостоящее и громоздкое оборудование
• Высокое энергопотребление, низкая экологичность.

В большинстве случаев преимущества перевешивают недостатки.

Что подвергают обработке

Термообработке подвергают сварные швы в ответственных конструкциях. Сюда входят

• магистральные трубопроводы
• сварные конструкции различных механизмов и станков, испытывающих высокие нагрузки
• изделия, которым предстоит работать в сложных условиях эксплуатации.

При термообработке сравнительно небольших изделий используют муфельные печи.

Самодельная муфельная печь

Для обработки нагревом габаритных конструкций применяют нагрев пламенем газовых горелок или индукционный способ. В отдельных случаях применяют радиационный метод.

Термообработку для повышения коррозионной стойкости следует проводить по возможности скорее по окончании сварки.

Параметры проведения процесса

Продолжительность процесса во многом определяется маркой сплава и толщиной заготовки. Для хром-молибденовых сплавов применяют индукционный или радиационный способы нагрева. С увеличением толщины типовая продолжительность нагрева (в минутах) растет:

Толщина детали, см	Радиационный	Индукционный
2,0	40	25
2,0-2,5	70	40
2,5-3,0	100	40
3,0-3,5	120	60
3,5-4,5	140	70
4,5-6,0	150	90
6,0-8,0	160	110

Индукционный способ требует меньшего времени на обработку, но отличается большими энергозатратами. Перед обработкой следует обязательно выполнить зачистку сварочного шва.

Используемое оборудование

Термообработка сварных швов выполняется с использованием нескольких основных способов, каждый требует своего набора оборудования:

• Индукционный. Требует генератора высокочастотного переменного тока большой мощности. Нагревательным элементом является катушка индуктивности, намотанная поверх участка детали, подлежащего нагреву.
• Радиационный. Используется инфракрасное излучение от нагретой нихромовой проволоки, через которую пропускается сильный электрический ток. Требует мощных источников тока. Может применяться для прогрева материалов со слабыми электромагнитными свойствами.
• Газовый. Наиболее экономичный по энергозатратам способ. Используется специальная горелка. Факел пламени формируется так, чтобы равномерно прогневать зону термообработки.

Выбор метода нагрева проводят, сопоставляя цель обработки, толщину конструкций, характеристики материала и экономические соображения.

Механическая чистка

Важным этапом сварки является не только выполнение подготовительных работ, но и правильная зачистка сварных швов. Данный процесс обязателен и закреплен в соответствующем ГОСТе.

Условные обозначения сварных швов.

Итак, как зачистить сварное соединение? Самым простым способом очистки сварочного шва является простая чистка с помощью металлической щетки. Тем не менее использование портативного шлифовального станка или простой болгарки с шлифовальным кругом для зачистки будет более эффективным.

Такой простой способ обработки позволит избавиться от самых распространенных дефектов, к которым относятся окалины, окислы, следы побежалости, заусенцы. В результате стык обрабатываемой детали получится более качественным.

По соотношению «цена – качество» эта технология относится к наиболее выгодным способам подготовки кромок перед сваркой и после нее. В связи с этим нет ничего удивительного в том, что большинство мастеров используют именно этот метод.

Выбирая шлифовальный круг, чтобы зачистить шов после сварки, важно учитывать некоторые нюансы, в противном случае не стоит ожидать хорошего результата обработки. Следует отдавать предпочтение насадкам с лепестками на тканевой основе.

Она отличается более высокой износостойкостью по сравнению с бумажными вариантами, что необходимо в таком агрессивном виде работ, как шлифование сварочных соединений.

[box type=”fact”]Лучшим материалом для обработки нержавейки после сварки является цирконат алюминия. Он отличается достаточно высокой прочностью и не оказывает коррозирующее влияние на металл.[/box]

Следует иметь в виду, что насадки на тканевой основе с данным покрытием отличаются высокой стоимостью. Тем не менее в данном случае лучше не экономить, ведь с правильным инструментом работа будет выполняться легче, а конечный результат будет качественнее.

Технологии зачистки сварных швов

Существуют три основных способа зачистки соединений после сварки:

• Обработка термическим способом. Метод позволяет удалять из материала остаточные напряжения, которые формируются в процессе проведения сварки. Термообработка бывает двух типов: местная (осуществляется нагревание/охлаждение исключительно самого сварного шва) и общая (термообработка полностью всей металлической конструкции).

• Обработка механическим способом. Осуществляется снятие с поверхности материала остаточного шлака, зачищенный шов проверяется на прочность. Например, сварочное соединение очищается от шлакообразования, простукивается молотком.

• Очистка химическим способом. На участок соединения металлических элементов конструкции наносится специальный антикоррозионный материал. Например, сварочные швы обрабатываются грунтовочным лакокрасочным составом.

Важно помнить! Остатки шлака на поверхности соединения будут способствовать развитию коррозии металла.

Выбор инструмента

К зачистке сварочных швов после сварки нужно подходить индивидуально, правильно подбирать оборудование, расходные материалы.

Например, в качестве инструмента могут использоваться:

• обыкновенная щетка по металлу;
• специальная шлиф-машинка;
• угловая шлифовальная машина с абразивными кругами.

Пример:

• В судостроительной промышленности эффективно используются шлифовальные машины передвижного типа, так как к металлической конструкции достаточно больших размеров намного проще подъехать, чем постоянно перемещать инструмент от одного участка к другому.

Механическая обработка

Механическое устранение недостатков сварочных работ осуществляется при помощи проволочной щетки. Можно значительно упростить задачу и сделать зачистку качественнее, если использовать портативное шлифовальное устройство или болгарку с лепестковой насадкой. Вместо насадки также можно применить абразивный круг.

Механическая очистка позволяет убрать следующие дефекты сварного соединения:

• окалины;
• заусенцы;
• окислы;
• последствия побежалостей.

Несмотря на простоту и дешевизну технологии, существует ряд нюансов, касающихся выбора насадки, знание которых позволит выполнить работу качественнее:

1. Прежде всего, нужно выбрать шлифовальный круг из подходящего материала. Лучше всего для механической очистки подойдет круг из цирконата алюминия. Преимущество этого материала в том, что он, во-первых, провоцирует коррозийные процессы, а во-вторых, цирконат алюминия прочнее оксида алюминия, из которого также изготавливаются некоторые виды насадок.
2. Лепестки шлифовального круга должны быть на тканевой составляющей. Ткань надежнее и устойчивее к большим нагрузкам в сравнении с бумагой, которая иногда применяется на лепестках в качестве основы. Однако стоят такие насадки намного больше аналогов на бумажной основе. Более высокая стоимость тканевых насадок вполне оправдана и окупится при такой агрессивной по отношению к материалу работе, как шлифование швов.
3. Размер абразивного зерна зависит от типа выполняемой работы. Очень часто в ходе очистки соединений могут понадобиться насадки с разным размером зерна. Поэтому рекомендуется приобретать сразу несколько видов насадок.
4. Если нужно качественно зачистить шов, то разные размеры зерен просто необходимы, так как шлифовка осуществляется с постепенной сменой насадок на зерна меньшего размера. К примеру, крупные окалины убираются крупнозернистыми насадками, а вот тонкая шлифовка производится мелкозернистыми насадками. Финишная проходка осуществляется наиболее мелким зерном. Насадки следует менять последовательно — допускается пропуск не более одного размера. Однако если речь идет о создании зеркального блеска сварного соединения, нельзя пропускать ни одного размера.
5. Для обработки швов, расположенных в труднодоступных местах (полостях, кромках, отверстиях), используются особые устройства — борфрезы, устанавливаемые в шлифовальную машину. Существуют борфрезы самых разнообразных размеров и форм, поэтому подобрать нужную конфигурацию несложно.

к содержанию ↑

Дефекты сварочных шов

Как правило, дефекты сварочных швов возникают из-за несоблюдения технологических норм сварки, некачественных электродов, возникновения блуждающих токов и попадания атомарных частиц воздуха в сварочную ванну.

Все дефекты швов сведены в единый стандарт, который предъявляет технические требования к сварочным соединениям.

Стандартом же регламентируется и контроль сварочных швов, который включает в себя техническую проверку и звуковую дефектоскопию.

Согласно этому стандарту дефекты сварных соединений подразделяются на шесть групп:

• треснувшие швы, трещины;
• кратеры и лунки, свищи, которые образованы процессе искрения и полостей в сварочной ванне;
• твердотельные включения – электродная окалина, спазмы металла;
• не проваренные участки, отсутствие металлической связи;
• форма шва, которая не отвечает технологии сварки.

Эти дефекты выделяются в качестве основных.

Сварочные швы – неразъемные соединения металлов, поэтому к производству швов сваркой предъявляются повышенные требования.

Способы сварки и используемое оборудование

Если поверхность кузова сильно «изъедена» коррозией, для ремонта также применяется сварка. Оборудование, которое мастер выбирает для выполнения сварочных работ, может иметь различную производительность и определяет в конечном итоге качество шва. Применяемая в кузовном ремонте сварка может быть нескольких типов:

1. Газовая;
2. Электродуговая;
3. Ручная полуавтоматическая электродуговая (среда с защитным газом);
4. Контактно-точечная.

Любители ремонтируют свое «железо» газовой сваркой, это самое демократичное оборудование для частного применения. Ручной инструмент в этом деле – не помощник, так как операция становится очень трудоемкой. Профессиональные сварщики с долей скептицизма относятся к использованию дуговой ручной электрической сварки, что говорить о любителях? Контактная сварка – дорогой инструмент, которым пользуются квалифицированные мастера.

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.

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.

Сварные швы классифицируют по нескольким основным признакам – в зависимости от вида стыка, сечения, пространственного расположения, и т. д. Каждый шов применяется в зависимости от общей идеи конструкции, целесообразности, и других условий.

По виду соединения

• Стыковые швы

Стыковочные или стыковые швы – самые простые и распространенные. Они образуются, когда две детали соединяют их торцевыми поверхностями. Благодаря методу стыковки расход металла получается меньший, чем при использовании других способов соединения деталей.

Шов в данном случае может быть:

• Односторонний со скосом кромки – рекомендуется при сварке деталей толщиной 8-25 мм. Самый популярный вид скоса – V-образный, но иногда используется и U-образное соединение.
• Односторонний без скоса кромки – применяется при сваривании листов металла толщиной до 4 мм.

• Двусторонний со скосом кромки – толщина от 12 мм. В этом случае чаще всего применяется X-образное скашивание кромок, которое требуется меньшего расхода металла в сравнении с V-образным.
• Двусторонний без скоса кромок – при сваривании деталей толщиной до 8 мм.

• Тавровые швы

Они образуются, когда два листа металла, или другие металлические детали соединяют в виде буквы «Т». Одна часть будущей конструкции прислоняется торцом к боковой поверхности другой части. Тавровые соединения также могут быть без скоса кромок, с односторонним или двусторонним скосом.

• Нахлесточные швы

Используются, когда две детали необходимо расположить в параллельных плоскостях, чуть внахлест по отношению друг к другу. Такие швы рекомендуется использовать при сварке листов толщиной от 10 мм. Сваривают детали с обеих сторон.

• Угловые швы

Образуются, если детали соединяют под прямым или любым другим углом. Иногда для прочности такие швы делают с обеих сторон соединения. В зависимости от толщины деталей, они могут быть со скошенными кромками, или без них.

Угловые швы также делятся по протяженности сварочных отрезков (участков воздействия сварки) на:

• Непрерывные – сплошной сварочный шов.
• С шахматным расположением сварочных отрезков – участки воздействия сварки на одной стороне противоположны участкам с другой стороны.
• Цепные – участки сварки с обеих сторон стыка расположены одинаково.

По степени выпуклости

Принято считать, что сварной шов должен быть ровным и практически незаметным. Однако глубина или вогнутость шва зависит в первую очередь от типа сварного соединения и выбранного режима сварки.

По этому признаку швы делятся на следующие виды:

• Выпуклые – рекомендованы при статическом режиме сварочного аппарата. Это так называемые усиленные швы.
• Нормальные – с минимальной выпуклостью.
• Вогнутые, или ослабленные – используются при угловых соединениях. Браком является наличие вогнутого шва при стыковом соединении конструкции.

По умолчанию подразумевается, что все соединения должны быть усиленными и слегка выпуклыми. Вогнутый шов должен быть обозначен на чертеже будущей конструкции.

По количеству проходов

Многопроходной сварочный шов.

По числу проходов сварочным аппаратом и слоев швы могут быть:

• Однопроходными (или однослойными).

• Многопроходными (многослойными).

Под термином «слой сварного шва» подразумевается количество металла, наплавленного за один проход сварочным аппаратом (сварочных валиков).

По действующему усилию

По этому критерию сварные швы подразделяются на несколько видов:

• Фланговые – действующее усилие параллельно области шва.
• Лобовые – усилие аппарата направлено перпендикулярно.

• Косые – усилие идет под углом менее 90 градусов.
• Комбинированные – совмещают в себе несколько видов.

По конфигурации и положению в пространстве

По этому признаку все швы можно разделить следующим образом:

• Кольцевые – используются для сварки цилиндрических деталей, сваривание идет только снаружи.
• Прямолинейные.

• Вертикальные – шов расположен в вертикальной плоскости.
• Горизонтальные – сварка идет в горизонтальной плоскости.

Особым видом сварочного шва является потолочный. В данном случае усилие идет в горизонтальной плоскости, но выше уровня сварочного аппарата. Поэтому потолочный шов считается самым сложным видом сварки. Очень важно при его выполнении соблюдать технику безопасности – максимально защитить себя сварочной маской и плотной одеждой.

По свариваемым материалам

Еще одна классификация – по материалам, которые соединяют друг с другом.

По этому критерию выделяют:

• Швы на углеродистой и легированной стали.
• На цветном металле.

• На биметалле.
• На пластике и полиэтилене.