Подготовка металла под сварку: разметка и резка, правка, зачистка

Сварка металлических заготовок – это не только работа с электродом или газовой горелкой. Это несколько позиций, которые влияют на качество конечного результата. А именно: подготовка металла к сварке, настройка сварочного аппарата с выбором режима сваривания и, конечно, техника проведения самого процесса. Есть еще несколько моментов, но они менее значительны.

Итак, что входит в понятие – подготовка деталей к сварке. Здесь достаточно большой список операций, с помощью которых облегчается сам процесс и увеличивается качественная характеристика сварного шва. В подготовительный процесс перед соединением металлических заготовок входит:

правка;
разметка;
при необходимости гибка заготовок;
разделка и чистка кромок свариваемых деталей;
сборка конструкций перед началом соединения.

Все операции значимые, поэтому надо более детально разобрать их.

Правка

При хранении и транспортировке части будущего сварного соединения могут потерять свою форму. К искажениям относятся:

вмятины;
выпучивания;
коробление;
волнистость;
искривления.

Исправляют металл в холодном виде и при нагревании. Исправления нагретого металла проходят легче. Выполнять правку можно машинным способом и вручную. Машинный способ применяют в промышленности. Ручную правку удобно проводить, используя наковальню. Подходит и стальная или чугунная плиты большой толщины.

Для осуществления процесса правки необходимо подготовить слесарный инструмент. Возвращать исходную форму, прежде всего, можно при помощи молотка. Однако, подойдет не любой, а изготовленный из мягкого материала. В некоторых случаях можно использовать даже резиновый. Форма бойка предпочтительно круглая — квадратная оставит на металле следы. Поверхность бойка должна быть отполированной. Кроме молотка можно использовать деревянную или металлическую гладилку.

Выпуклость и волнообразность исправляют, ударяя по краям и постепенно двигаясь к центру. По мере приближения к центральной части ударяют чаще, но силу ударов уменьшают. Для корректировки тонких изделий целесообразно применять бруски-гладилки. Правка закаленного металла осуществляется рихтованным молотком.

Разметка

Подготовка металла под сварку включает в себя приведение в соответствие размеров деталей с указанными в чертежах. Прежде, чем приступать к резке, необходимо их разметить. Для разметки применяется острый предмет, мел, ручка, тонкий фломастер, карандаш. Из инструментов также понадобятся линейка, рулетка, угольник, штангенциркуль. При крупном производстве используются шаблоны.

Кроме контура деталей на металлической детали отмечают места сгибов.

Контроль качества поверхности кромок

Контроль поверхности кромок в первую очередь проводит сам сварщик, визуально осматривая на предмет наличия дефектов, а также производит замеры угла скоса и притупления. Далее проверку кромок выполняет специалист по сварке II–III уровня (это мастер или инженер по сварке). Это стандартная схема контроля на предприятиях. Если требуется неразрушающий контроль, то проверку также проводит дефектоскопист.

При проведении контроля проверяют:

Расстояние зачищенного металла от разделки.
Угол скоса кромки и размеры притупления.
Нет ли на поверхности недопустимых дефектов (отслоений металла, трещин и грубых забоин).
Если свариваемая деталь ответственная, в некоторых случаях применяется неразрушающий контроль кромок (ультразвуковой, магнитный или ПВК)

Резка

Это является одним из самых важных этапов подготовки к металлу к сварке. Отрезанный в сторону уменьшения металлический элемент можно сразу отнести к браку. Хорошо еще, если существует возможность использовать его для других целей. Не слишком удачно, если требуется корректировка в несколько миллиметров, поскольку выполнить такой процесс достаточно трудно.

Инструменты для разрезания:

ножницы по металлу;
гильотина;
болгарка.

Для толстых деталей можно использовать сварку. Для этого надо расплавить деталь, а потом удалять металл, чтобы получался не шов, а сквозное отверстие. Если двигаться по намеченной линии, получится разрез, хотя и не слишком аккуратный. Термическая резка применима для деталей различной конфигурации. Находят широкое применение дуговая сварка, кислородный резак.

В промышленном производстве применяют отрезные станки.

Составьте план

Для правильной подготовки к сварке важно иметь план перед началом работы. В противном случае вы легко можете полностью погрузиться в проект, который кажется простым, а затем быстро обнаружить, что существует множество факторов, которые могут привести к дорогостоящим издержкам, дополнительным действиям или переделкам.

Учтите эти вопросы при разработке стратегии подготовки к сварке:

Что требуется для используемого мной сварочного процесса? Если вы выполняете дуговую сварку в защитной среде под слоем флюса (SMAW), часто можно избежать загрязнения поверхности материала, но этот процесс требует дополнительной очистки после сварки и между проходами. Дуговая сварка в защитном газе (MIG/MAG) и дуговая сварка в газовой среде вольфрамовым электродом (TIG) обычно требуют большей подготовки и более чистой поверхности для получения качественных сварных швов, но также требуют меньше усилий для очистки после сварки.

Что лучше всего подходит для подготовки материала, с которым я работаю? Некоторые материалы, такие как горячекатаный прокат, имеют на поверхности тяжелую прокатную окалину, которую необходимо полностью удалить перед сваркой. Более твердые материалы, такие как сплавы INCONEL, требуют высокоэффективных абразивов, таких как керамика, для подготовки к сварке. Мягкие и цветные металлы, такие как алюминий, могут быть более восприимчивыми к давлению на шлифовальный круг, что вызывает его засорение. В этом случае частицы основного материала прилипают к шлифовальному кругу, и требуется абразив, предназначенный для предотвращения забивания шлифовальной поверхности обрабатываемым материалом.

Каковы требования к окончательной обработке? При выборе абразива важно знать и понимать требования к обработке.

Зачистка

Подготовка металла к сварке включает его зачистку. Невыполнение этого этапа приведет к образованию дефектов. Даже небольшие частички грязи могут вызвать растрескивание детали, появление в структуре сварного шва пор, возникновению в металле очагов напряжения.

Очищение металлических поверхностей — это самый легкий подготовительный процесс, но очень важный. Особо сложных инструментов при этом не потребуется. Применяются щетки из металла, болгарки. На производстве к этому процессу подходят более серьезно и используют дробеструйные и пескоструйные аппараты.

Не следует забывать о необходимости удаления ржавчины, а также оксидной пленки, образование которой получается при контакте металла с кислородом воздуха. Для удаления следов краски и масляных пятен деталь небольшого размера можно погрузить в емкость с растворителем. Металлическую поверхность перед сваркой необходимо просушить.

Советы по подготовке к сварке

Следование передовым методикам может помочь вам оптимизировать результаты подготовки, очистки и шлифования сварных швов.

Уменьшите угол шлифования: при использовании шлифовального круга уменьшите угол шлифования. Это поможет вам добиться максимального контроля и снизить риск чрезмерных вырезов. Внешний угол шлифовального круга является наиболее агрессивным, поэтому чем круче угол входа, тем больше вероятность того, что круг удалит больше поверхностного материала, чем требуется, и испортит заготовку. Меньший угол шлифования помогает улучшить контроль и снизить риск порчи материала.

Следите за давлением. Если вы используете проволочные круги, помните, что для работы предназначены только концы проволоки. Слишком сильное нажатие может привести к изгибу проволоки, так что концы больше не будут касаться материала.

Используйте последовательные проходы. Входите в шлифовальный проход больше натягивая инструмент, а не нажимая на него, чтобы контролировать агрессивность шлифовального круга. Шлифуйте в соответствии с материалом, используя плавные ровные, а не короткие прерывистые движения. Это обеспечивает эффективные результаты с абразивами с покрытием (наждачная бумага) и связанными абразивами (шлифовальные круги).

Избегайте шлифования руками. Когда вы пользуетесь только руками для работы с шлифовальным кругом, вибрация круга может сказаться на ваших запястьях и предплечьях. Вместо этого используйте крупные мышцы тела, чтобы двигать болгарку и управлять ею. Чтобы свести к минимуму усталость, двигайте в направлении движения всем телом, а не только руками.

Правильная очистка и подготовка материала — важнейший первый шаг в производстве высококачественных сварных швов. Помните, что когда вы готовитесь к сварке, вам нужно удалить с поверхности загрязнения, а не лишний материал. Выбор подходящего абразива для подготовки к сварке и следование передовым методикам помогут вам достичь желаемых результатов.

Подготовка кромок

Для улучшения условий сварочного процесса производится обработка кромок изделия. Особенно это важно при сваривании толстых изделий. Подготовка кромок под сварку может производиться термическим и химическим способами. Результатом обработки является приобретение формы, способствующей лучшему соединению деталей. Разделка увеличивает ширину шва.

В промышленности используются фрезерные станки, специальные кромкострогальные, пневматические зубила, пламенная резка. Более простые варианты — шлифовка и вырубка. Для механической разделки применяют ножницы по металлу, болгарку, зубило, напильник. Главными параметрами являются скос, угол разделки, ширина зазора, величина притупления. Скос образуется при снятии под углом или закруглением части металла.

Если сварка производится под углом, то разделку кромок можно проводить только при толщине деталей больше 3 см. Важную роль наличие скоса играет, когда свариваются детали разной толщины. Иногда приходится прибегать к притуплению кромок. Это целесообразно, если они имеют на конце острую форму. Иначе это может вызвать образование прожогов, деформацию шва, создание дополнительного напряжения, уменьшение прочности соединения.

Разделки бывают только с одной стороны или двухсторонними. Различные типы скосов используют для разных соединений:

Односторонний скос одной или обеих кромок имеет вид буквы «V». Применяется в большом диапазоне толщин. Является наиболее популярным. При разделке обеих кромок угол составляет 60 градусов, а только одной — 50.
Двухсторонний скос обеих кромок напоминает букву «X». Применяется для изделий, имеющих толщину 10-60 мм. Угол — 60 градусов.
Скос в виде буквы «U» выполняется с одной стороны. Такую криволинейную форму используют для металлов с толщиной 20-60 мм. Для начинающих способ является сложным.
Скос в виде буквы «К» применяют редко. В этом случае для одной из кромок делают двухсторонний скос, а для второй — односторонний.

Обозначение на чертежах скоса «β», а угла раскрытия «α». Скос не должен иметь перепадов. Для контроля разделки могут применяться шаблоны.

Отдельный вариант — подготовка кромок под сварку труб. При этом процессе необходимо осуществлять контроль перпендикулярности торца трубы к ее оси. Требования изложены в нормативном документе РД 153-34.1-003-01. Общий угол раскрытия, образованный двумя круговыми кромками обеих труб — 60-70 градусов. Притупление делают на размере 2-2,5 мм.

Подготовка труб к сварке предполагает градацию согласно толщине стенок свариваемых труб. При небольшой величине применяются скосы, имеющие V-образную или X-образную форму. При более значительной толщине делают U-образный скос.

Подготовка труб под сварку предполагает также выбраковку. Сваривание недопустимо, если разница внутренних диаметров приготовленных для сваривания труб составляет более 3 мм. Если торцы имеют механические дефекты, то их подрезают.

Обозначения на чертежах

Основные типы разделки кромок под сварку на чертежах не обозначаются. При обозначении сварочного шва на чертеже указывается нормативный документ согласно которого выполняется шов, а также сам тип соединение, его условное обозначение. Подробнее о том как обозначаются сварочные швы на чертеже вы можете прочитать в нашей статье — Как обозначается на чертежах сварные швы — условное обозначение сварки.

Гибка

Подготовительно-сварочные работы включают при необходимости гибку металлов. Если детали имеют форму листов или полос, то находят применение листогибочные машины. Детали с профилем сгибают с помощью специальных прессов.

Если необходимо сделать сгибание небольшого диаметра, а также при большой толщине, то рекомендуется предварительный нагрев. Это сделает металл более податливым и усилий потребуется меньше.

Выбор режимов газовой сварки

При выборе режимов газовой сварки руководствуются маркой свариваемого металла или сплава и его толщиной. А также типом и назначением свариваемого изделия. К основным характеристикам режима газовой сварки относятся: мощность сварочной горелки, вид газового пламени, марка и диаметр присадочного прутка или проволоки, способ газовой сварки и техника сварки.

Выбор мощности сварочной горелки

Тепловая мощность сварочной горелки определяется расходом ацетилена, проходящего через неё. Требуемый расход ацетилена можно определить по формуле:

Q=AS, где Q — расход ацетилена, л/ч; S — толщина свариваемого металла, мм; А — коэффициент, который вычисляют опытным путём. При сварке углеродистых сталей коэффициент А=100-130л/(ч*мм); при сварке меди А=150 л/(ч*мм), при сварке алюминия А=75 л/(ч*мм).

Рекомендуемая мощность пламени при правом способе газовой сварки определяется расходом ацетилена 120-150л/ч, а при левом способе сварки расход ацетилена определяют из расчёта 100-130л/ч на миллиметр толщины свариваемого металла.

Необходимо иметь ввиду, что увеличение расхода ацетилена приводит к повышению мощности сварочной горелки. Но при излишней её мощности возникает риск прожога металла. Мощность должна быть оптимальной и это нужно учитывать.

Мощность газового пламени регулируется сменными наконечниками, которые идут в комплекте со сварочными горелками.

Фиксация

Подготовка деталей под сварку включает их надежную фиксацию друг с другом. Это обеспечит правильное положение при сварке и убережет от их сдвига. Методом, гарантирующим надежную фиксацию, служит выполнение прихваток. Под этим понимаются небольшие швы, выполненные поперек соединения деталей.

Размер их сечения имеет ограничение — оно не должно превышать половины ширины шва. Длина каждой прихватки не более 2 см. Сборка трубопроводов предполагает выполнение более длинных прихваток. Расстояние между ними составляет от 10 до 80 см в зависимости от длины шва. Величина шага зависит также от толщины материалов. Для коротких швов применятся точечное соединение на их краях. Высота прихваток не должна быть слишком большой.

Маленькие швы предотвращают смещение деталей в соединениях, сохраняют постоянство величины зазора между ними и придают конструкции дополнительную жесткость. Особенно это важно для крупных соединений. Прихватки выполняются за один проход.

Прихватки делятся на временные, которые после выполнения сварочного шва удаляют, и те, которые остаются. Выполняют их на оборотной стороне соединения. Перед началом процесса необходимо сделать такую же очистку поверхностей, как и для выполнения основного шва.

Прихватка заготовок

Этот процесс требуется выполнить, чтобы зафиксировать подготовленные детали перед сваркой. В результате они будут находиться в правильном положении после проведенных работ. В большинстве случаев недостаточно заготовки просто рядом положить или закрепить с помощью инструмента. Часто приварка выполняется в начале и в конце создаваемого соединения. Главное условие процедуры — детали не должны смещаться. После выполнения прихватки конструкцию разрешенного перемещать для проведения основного процесса. Без этой процедуры редко создается горизонтальный шов.

Процесс осуществляется током, сила которого на 20% больше, чем амперы, используемые в дальнейшем. Длина прихваток обязана не превышать 20 мм, а их толщина должна быть в 2 раза меньше такого же параметра сварного шва.

Сборка изделий

Подготовка поверхности металла под сварку заканчивается их сборкой. Точность взаимного расположения будет влиять на качество соединения. Перед началом сборки проверяют все детали на соответствие их размеров требованиям чертежей. Для сборки могут использоваться шаблоны, а при серийном производстве используются кондукторы, которые облегчают процесс сборки.

Сборка под сварку проводится на специальных стендах. Допускается применение подпорок и струбцин. По мере формирования шва их убирают.

Приспособления для сборки и сварки

Для более продуктивного и качественного изготовления сварных конструкций используют специальные приспособления для сборки и сварки:

универсальный зажим для монтажа и сборки цилиндрических деталей;
ручная скоба для сборки профильного и листового металла;
ручная пружинная скоба для сборки профильного металла;
поворотный винтовой зажим для сборки и крепления деталей в массовом производстве;
струбцина для сборки деталей разного профиля;
угловой прихват из болтом для сборки крупных контрукций с листового металла;
скоба прихваточная с ломом для конструкций, которые собирают внахлест в монтажных условиях;
гребенка на прихватках для крупных листовых конструкций;
прихваточные шайбы с планками и клиньями для листовых конструкций;
винтовая стяжка для притягивания деталей;
стягивательное кольцо для трубопроводов большого диаметра;
гибкий хомут с эксцентрическим зажимом для цилиндрических деталей;
винтовой распорно-стягивательный механизм для листовых конструкций и плоскостных изделий;
крюк с ломом для стягивания кромок;
винтовая распорка для цилиндрических деталей;
распор для сборки деталей машиностроительных конструкций;
винтовая упорная скоба для деталей ограниченных размеров;
односторонний винтовой упор для сборки профилей ферм и других конструкций;
односторонний упор для сборки конструкций на стационарных постах.