Статья. Разделка металлических кромок под сварку.

При больших толщинах свариваемого металла трудно получить полный провар из-за того, что сварочная дуга не достает до корня шва. Доступ электрода на всю глубину соединения в этом случае достигается изменением формы свариваемых торцов заготовок, для чего перед сваркой делается разделка кромок. Их геометрия регламентирована стандартами и обеспечивает полное проплавление металла и минимальные остаточные напряжения в сварном соединении.

Подготовка заготовок под разделку

Необходимым условием получения качественного сварного соединения является тщательная подготовка металла листов, труб, профильного проката под разделку кромок. Предварительно производится входной контроль материалов, в процессе которого определяется необходимый объём подготовительных работ, который обычно включает следующие операции:

1. Правка проката. Устраняются поверхностные дефекты и повреждения, образовавшиеся при погрузочно-разгрузочных работах, перевозке и хранении. Листовой прокат выравнивают с применением прессов или правильных вальцов. Концы труб с глубиной вмятин и забоин свыше 5 мм обрезают или наплавляют.
2. Механическая чистка. Поверхность металла очищается от ржавчины, шлаков и других загрязнений. Очистку проводят с помощью абразивного инструмента, металлическими щётками, напильниками, пескоструйными аппаратами, дробемётными установками.
3. Химическая чистка. Поверхность очищается от масляных и других химических загрязнений с применением растворителей.
4. Термическая обработка. Производится для улучшения прочностных характеристик металла и снятия внутренних напряжений.

Стандартные размеры конструктивных элементов кромок предусматривают стыковую сварку изделий равной толщины, в то время как размеры имеющегося проката могут отличаться. Так допускаемая разность толщин листового проката составляет 1-4 мм для толщин тонкой детали 1-30 мм. При большей разности в толщинах свариваемых изделий на более толстой заготовке выполняется плавный скос для того, чтобы размеры обеих деталей в стыке совпадали. Приведение в соответствие наружных диаметров труб производится, как и для листового проката: снимают обточкой с конца большего диаметра фаску резцом под углом 13-17 градусов к оси трубы.

Финишной операцией подготовки является разметка или наметка и вырезание заготовки по чертежу. При разметке размеры детали переносят с чертежа на металлопрокат, для чего линию будущего реза обозначают кернением. При наметке применяют специальные шаблоны из фанеры или тонколистового металла и чертилки. Вырезку заготовки производят на ножницах или газовыми резаками. Если для изготовления заготовок применяется ручная газовая резка, то неровности на кромках листового проката устраняют на кромкострогальных станках, а торцы труб подвергают токарной обработке.

Обозначения на чертежах

Согласно нормативной документации геометрию подготовленных к сварке кромок, обозначают на чертежах латинскими символами:

1. S и S1 – толщины стенок труб, профилей, листов, мм.
2. b – расстояние, выставляемое между кромками свариваемых изделий и фиксируемое прихваткой, мм.
3. угол скоса кромок в градусах. Обозначает часть металла, снимаемого с торцов свариваемых кромок для обеспечения доступа сварочного инструмента к корневой зоне соединения.
4. c – притупление кромок свариваемых деталей в мм. Это необрабатываемая часть торца кромки, предназначенная для предотвращения появления прожогов в корне шва.
5. B – ширина нахлёстки, мм.
6. f – фаска фланца, мм.
7. угол разделки кромок (=2).

Формы кромок

Разделка кромок позволяет сварить металл любой толщины. При разделке с торцов свариваемых деталей удаляют часть металла по специальной геометрической форме:

1. При V-образной разделке материал удаляют по плоской поверхности, задаваемой углом скоса. Наиболее простая в технологическом воплощении конструкция элементов под сварку.
2. Для U-образной форме кромок металл удаляют по чашеобразной поверхности. Эта форма более предпочтительна особенно для формирования качественного провара при больших толщинах металла.
3. Х-образная геометрия кромок - это двухсторонняя V-образная разделка. Позволяет уменьшить на треть расход сварочных материалов и снизить деформации соединения по сравнению с односторонней разделкой. Недостатки относятся к технологии сварки при такой форме кромок: необходимо точно совместить притупление кромок обеих свариваемых деталей.
4. К-образная разделка: скос выполняют только для одной кромки, вторую не разделывают. Такой способ применяют предпочтительно при сварке в горизонтальном положении, в этом случае неразделанная кромка облегчает формирование шва.

Для всех вышеперечисленных способов разделки кромок важно обеспечить, наряду с углом скоса, требуемые значения притупления с и зазора между кромками b. Размеры последних зависят от толщины металла свариваемых изделий, способа сварки (ручная дуговая, механизированная в среде углекислого газа и т.д.), режима сварки. При выборе зазора для качественной сварки наиболее важно не столько само значение зазора, как его постоянство по периметру сварного соединения.

Методы обработки кромок под разделку

Различают два способа разделки металлических кромок:

• механический;
• термический.

К механическому способу формирования сварочных металлических кромок относятся: фрезерование, строгание, шлифование, долбление, токарная обработка.

Достоинством механической разделки является высокое качество кромок, в том числе сложной формы и с требуемой шероховатостью для любых металлов. Недостатки: низкая производительность и сложность обработки крупногабаритных деталей.

Термический способ отличается более высокой производительностью и мобильностью при обработке крупных заготовок. Арсенал метода включает кислородную, плазменно-дуговую и воздушно-дуговую резку. Недостатки метода состоят в необходимости финишной зачистки поверхности реза механическим способом, ограниченность применения по типу металла (не применяют, например, при разделке нержавеющих сталей).

Оборудование для механической разделки кромок

По признакам мобильности применяемое оборудование разделяется на:

• стационарные станки;
• передвижные машины;
• переносной инструмент.

Наиболее распространенные станки для обработки сварочных кромок:

1. Кромкострогальные станки. Применяют только для разделки кромок прямолинейных заготовок. Позволяют получить форму кромки любой геометрии, в том числе криволинейной формы.
2. Кромкофрезерные станки. Их преимуществом, в отличие от строгальных станков, является возможность обработки криволинейных заготовок. При обработке перемещается либо фреза, либо обрабатываемая деталь. Требуемый угол скоса достигается соответствующим наклоном фрезы. Для обработки криволинейных поверхностей используют устройства отслеживания кромки заготовки, а также станки с ЧПУ.
3. Кромкоскалывающие станки. Применяют для предварительной обработки кромок крупных деталей. Имеют большую производительность, чем кромкофрезерные станки, вследствие высокой скорости реза металла фрезами из быстрорежущей стали, но требуют доводки до требуемого качества поверхности кромок чистовым фрезерованием или абразивной обработкой.

К передвижному оборудованию относятся кромкофрезерные машины, которые по принципу действия сходны с соответствующими станками, отличаясь от них необходимостью ручного перемещения машины относительно обрабатываемой заготовки. Их преимуществом является возможность обработки длинных деталей.

Переносное оборудование для разделки кромок представлено следующим ручным инструментом:

1. Стандартные и специальные углошлифовальные электрические машинки (УШМ) для резки металлических кромок или их зачистки абразивными кругами после фрезерных или строгальных операций. Наиболее актуально применение метода для деталей из алюминиевых и нержавеющих металлов, для сварки которых шероховатость поверхности кромок имеет большое значение. Вместо абразивных кругов УШМ может оснащаться сменными фрезерными головками с твердосплавными пластинами различной формы. Такой инструмент удобен при разделке стандартных скосов кромок и обработке криволинейных деталей с вырезами и отверстиями.
2. Ручные кромкорезы и фаскорезы долбежного типа. Это сравнительно новое оборудоваие, завезённое в Россию из Германии. Кромкорез обладает высокой производительностью, и он очень удобен для применения в монтажных условиях. Недостатки: возможность разделки только прямых скосов и большая масса.

Разделка трещин в металле

Определяют положение концов трещины, которые фиксируют сверлением отверстий. Производят выборку металла в дефектной детали на глубину трещины. Кромкам выборки в металле в поперечном сечении придают чашеобразную форму разделки. При сквозной трещине в нижней части выборки оставляют слой металла толщиной 2,0-2,5 мм, выполняющего роль подкладки для шва заварки трещины. Этот слой для надёжности проверяют засверливанием сквозными отверстиями диаметром 2-2,5 мм вдоль трещины. Выборку предпочтительнее выполнять вырубкой, резанием или шлифованием. Допускается применение кислородной или воздушно-плазменной строжки с последующей механической обработкой поверхности выборки.

Контроль качества готовой поверхности

Подготовленные под сварку кромки должны быть зачищены в зависимости от типа сварного соединения на ширину 20-70 мм, после чего они проходят визуальный контроль, в процессе которого проверяется:

• отсутствие на поверхности кромок ржавчины, консервирующей смазки, оплавленного слоя и других загрязнений;
• отсутствие на кромках дефектов металла: трещин, расслоений, отслоение коррозионно-стойкого слоя;
• отсутствие внутренних дефектов при толщине металла свыше 36 мм для чего кромки подвергают ультразвуковому контролю;
• соответствие шероховатости требованиям документации.

Измерительный контроль кромок под сварку проводится для оценки соответствия формы и размеров кромок нормативной документации и включает проверку:

• величины угла скоса;
• размера притупления кромки;
• радиуса чаши разделки в корневой области.

Контроль выполняется с помощью эталонов, шаблонов и мерительного инструмента. Отклонения от конструктивных размеров кромок, предусмотренных стандартами, приводит к дефектам в готовых сварных соединениях. Например, если занижен угол скоса или завышено притупление, это приводит к непровару корня шва, а завышение угла скоса – к перерасходу сварочного материала, перегреву и деформациям. Уменьшение притупления ниже допуска может привести к дефекту сварного соединения - прожогу.