Что такое катет сварного шва

Что такое расчет катета сварного шва

Критерии качества шва при [сварке металлических деталей] разнообразны — на прочность и долговечность соединения влияет сразу несколько параметров. Сваривание угловых конструкций (угловое соединение) требует правильного размера узла соприкосновения и наплыва металла — расчета катета сварного шва по формуле. Каковы требования и критерии, мы расскажем в этой статье.

Качество сварочного шва и определение катета

При сборке металлоконструкции соединение деталей сваркой рассматривается как одна из наиболее надежных технологий. Надежность и прочность шва зависит от распределения усилий по металлу, а это в свою очередь определяется геометрическими параметра зоны соединения. Главная особенность технологии состоит в том, что место стыковки заливается металлом, а в процессе его остывания сварочная ванна приобретает единую структуру. Целостность и соединения в дальнейшем зависит от способности этой структуры противостоять нагрузкам.

Особенности стыкового и углового соединения заготовок

Основные параметры, по которым оценивается и рассчитывается соединение, учитывают его геометрические особенности. Для них существуют понятные определения. Они в свою очередь зависят от типа соединения — стыкового, углового, торцевого или нахлеста. При этом имеет большое значение подготовка кромок и торцов деталей. Учитывается ряд особенностей заготовок и самого шва.

Стык листов толщиной от 4 мм должен выполняться с подготовкой кромок и торцов таким образом, чтобы образовался треугольный криволинейный зазор для полного проваривания на всю глубину.

Листы толщиной 2 мм варят только нахлестом, избегая сквозного прожога металла.

Полноценный провар соединения достигается только при прогревании металла на всю глубину стыка. Именно для этого прибегают к скосу кромок деталей. При сваривании уголков большой толщины скос выполняется как для листов.

При угловом и тавровом сваривании деталей формируется характерный наплыв, ширина и форма которого определяет прочность и долговечность стыковки.

При стыковании деталей со скосом кромок, как и при угловом соединении, шов в разрезе имеет треугольную форму. В первом случае учитывается соотношение ширины, глубины и высоты шва. Во втором наплыв образует наклонную поверхность — расстояние от ее края до другой детали и есть катет сварного шва, параметры которого определяются ГОСТ 5264-80.

Зависимость качества сварки от параметров настройки аппарата

[Дуговая сварка] выполняется с определенными значениями тока и напряжения, что в итоге влияет на глубину провара и качество сплавления металла двух деталей в границах сварочной ванны. Основные приемы, которыми пользуются опытные сварщики для формирования качественного шва:

глубина провара растет при нарастании силы тока при неизменном напряжении — растет температура и глубина прогрева металла;

ширина шва и катета нарастает при росте напряжения и неизменной силе тока, однако при нарушении баланса возможен непровар стыка;

при росте скорости хода электрода снижается глубина проваривания и уменьшается ширина, а при превышении нормативного значения 50 м/ч возможно появление ряда [дефектов сварного шва], связанных с недостаточным прогревом металла;

выпуклая и вогнутая поверхность по катету сварного шва имеют разные прочностные характеристики, при этом первая получается при использовании вязких электродов.

При расчетах принимается во внимание толщина двух заготовок, но максимальные параметры тока и напряжения берутся по тонкой детали во избежание прожога. Максимальная и минимальная длина сварочного шва рассчитывается по приведенной в ГОСТ таблице.

Ошибки при неверном вычислении катета сварного шва

Неопытные сварщики могут допускать ошибки, связанные с неправильным расчетом параметров катета шва при угловом соединении. Излишек металла по линии стыка не придает прочности, он становится причиной повышенного расхода энергии и электродов, приводит к разбрызгиванию металла и возникновению не связанного с поверхностью детали наплыва. Формула расчета катета сварного шва используется для определения его максимального и минимального размера.

Так как шов имеет форму треугольника, то достаточно использовать коэффициент 0,7 для ширины полученного валика. Это касается и сварки встык, когда торцы деталей образуют откос. Но следует учитывать, что при таком соединении угол может составлять от 30 до 60 градусов, и тут могут действовать другие коэффициенты.

Расчет минимального катета при наименьшей толщине деталей для сварки

Пример: для сварки двух листов менее 4 мм толщиной можно взять минимальны катет сварного шва 4 мм при угловом соединении. Если толщина металла превышает 4 мм, то для расчета можно взять 40 % толщины листа (детали) и прибавить еще 2 миллиметра. Занижать значение не стоит — шов получится непрочным. Превышение может привести к возникновению [напряжений и деформаций] в металле, а это снизит прочность и долговечность конструкции.

Все значения параметров можно найти в таблице — это приложение к ГОСТ. Для сварщиков существуют специальные шаблоны-катетометры, позволяющие быстро и точно проверить качество и правильность формы соединения.

Как рассчитать и измерить катет сварного шва

В промышленности и на производстве большинство металлоконструкций образуются в результате сварочных соединений. В строительной сфере, машиностроении и автомобилестроении эти соединения постоянно испытывают огромные нагрузки. Получить высокое качество сварного соединения можно только при грамотном расчете его параметров. Технология сварочного процесса достаточно сложная, она наполнена рядом математических формул, отражающих способы расчета параметров. Сегодня задача мастера максимально упрощена, так как существуют специальные программы, представляющие собой готовые калькуляторы для вычислений. Помимо этого, разработаны таблицы расчетных величин, соответствующих тому или иному типу соединения, материалу конструкции, его геометрии.

Одним из вычисляемых параметров является катет сварного шва. И если одни величины можно усреднить, другие взять в готовом виде из таблиц, то катет придется рассчитывать самостоятельно. Вот почему возникает много вопросов о сущности этого параметра. Точное определение мы дадим позднее, так как сначала необходимо затронуть ряд сопутствующих вопросов. Отметим только, что данный параметр напрямую определяет прочность сварного шва.

Не вдаваясь в подробности, мы склонны полагать, что рассчитывать геометрию шва не нужно, так как максимальные значения всех параметров сыграют на улучшение прочности. Такое утверждение является неверным, так как, к примеру, чрезмерно широкий шов может привести к перенапряжениям в металле или к его деформации, что существенно ухудшит технологические параметры соединения.

Сварные соединения

На сегодняшний день разработано и освоено более 150 способов соединения деталей с помощью электросварки. Но на этом технология не останавливается, и постоянно внедряются различные инновационные методы. Практически все внимание акцентировано на сварочном шве, как области стыка двух металлов, образованной при их кристаллизации. В зависимости от взаимной ориентации элементов конструкции друг относительно друга различают несколько видов сварных швов. В самой тривиальной классификации их разделяют на угловые и стыковые.

• Угловые стыки образуются при тавровых соединениях, крестовых или непосредственно угловых. Подобные швы формируются после односторонней или двусторонней разделки кромок. Метод разделки зависит от габаритов конструкции. Такие стыки могут подразделяться на непрерывные и прерывистые, в зависимости от вида продольного сечения.
• Стыковое соединение подразумевает сварку двух изделий, прилегающих друг к другу торцами. Шов внахлест является частным случаем стыкового соединения. Кромки деталей могут иметь скос или оставаться прямыми. Чаще всего встречаются горизонтальные швы. При толщине деталей, не превышающей 8 мм, разделку кромок не производят.

Геометрические параметры

Для того, чтобы заводить речь о расчете параметров, необходимо четко знать их определения. К сожалению, сухие научные фразы не всегда дают то представление, которое желает видеть, к примеру, начинающий мастер. Ярким примером одного их таких терминов является катет сварного шва.

Согласно определению, катетом шва называют сторону (катет) наибольшего равнобедренного треугольника, который можно вписать в поперечное сечение.

Вышеприведенное определение настолько переполнено математическими терминами, что даже при желании трудно понять, что же это за величина. Обратимся к иллюстрации.

Во-первых, отметим, что говорить о катете можно только при наличии углового соединения. Во-вторых, в нашем понятии катет является стороной прямоугольного треугольника. Здесь фиолетовым цветом выделен прямоугольный треугольник, который равнобедренным должен являться теоретически, согласно требованиям к сварным швам.

На практике же этот треугольник не всегда имеет равные катеты, что, конечно же, указывает на дефект. Вот почему данный параметр необходимо рассчитывать и придерживаться полученного значения.

Под поперечным сечением подразумевается сечение детали плоскостью, перпендикулярной шву. Из рисунка также становится понятен смысл слова «наибольшего» в определении. Но что делать, если соединение проводится не под прямым углом. В этом случае тоже заводится речь о некоем катете, хотя в его расчет вносится погрешность, и она тем более, чем больше угол отличается от прямого. Теперь дадим более наглядное определение.

Катетом можно назвать расстояние от плоскости одной детали до крайней границы сварного шва на плоскости другой детали.

Один лишь катет шва рассчитывается крайне редко, поэтому приведем пример других важнейших параметров, которые учитываются при проведении сварочных работ.

На рисунке отображены следующие величины:

• S – толщина детали;
• e – ширина сварного шва;
• q – выпуклость шва;
• h – глубина провара (отмеряется от плоскости детали);
• t – толщина сварного шва;
• b – зазор между кромками (его величина зависит от способа разделки кромок);
• k – катет;
• a – толщина шва (при угловом соединении);
• p – высота шва (при угловом соединении).

Расчет

В строгом смысле для определения величины катета шва необходимо учитывать целый ряд факторов. Наиболее значимым из них является толщина заготовки. Даже начинающему мастеру известно, что геометрия сварного шва напрямую зависит от необходимой глубины провара. Эта зависимость несколько усложняется, если приходится соединять две детали разной толщины.

К дополнительным факторам относятся такие, как положение электрода, тип соединения, физические свойства металла. Полный расчет сварного соединения подразумевает использование целого ряда сложных формул. На практике, если на металлоконструкцию не будут действовать сверхвысокие нагрузки, используют упрощенные принципы расчета.

К примеру, при соединении двух деталей одинаковой толщины катет считается равным кромке детали. Если толщина материала различна, то ориентируются на параметры более тонкой заготовки. Еще раз напомним, что ошибки в расчете приводят к нежелательным последствиям. Чрезмерно малый катет ославляет прочность сварного шва, в то время как большой катет может стать причиной внутренних напряжений в металле.

Приведенный метод расчета справедлив для средних показателей толщины материала. Увеличение толщины приводит к нарушению линейной зависимости между указанными параметрами. Достаточно толстые детали свариваются швом с катетом, размер которого составляет 40% от толщины. Как видно из примера, соблюдать такую сложную зависимость проблематично, тем не менее, размер катета – величина, определенная стандартом ГОСТ 5264-80.

В ряде случаев приближенное значение катета дает слишком большую погрешность, поэтому принято пользоваться упрощенной формулой. Они имеет следующий вид:

T=Scos45°, где Т – величина катета, а S – ширина шва. Поскольку мы иллюстрировали геометрические параметры, то в наших обозначениях эта формула будет иметь вид: K=ecos45°. Учитывая то, что косинус угла – есть величина постоянная, приходим к выводу, что и в данном случае катет линейно «привязан» к такому параметру, как ширина сварного шва (но не толщина кромки).

Способы контроля

Контроль сварочных швов – неотъемлемая часть технологического процесса. Прежде всего, соединение необходимо исследовать на устойчивость к разрушающим нагрузкам. Формы контроля могут быть разными. Они зависят от принципов, на которых основываются. К передовым методам относится радиография, рентгенография, облучение гамма-лучами, ультразвуковой и вихретоковый контроль. Сюда же следует добавить магнитное зондирование, а также капиллярный способ исследования швов. Представленные виды контроля требуют наличия дорогостоящей аппаратуры и не всегда могут быть реализованы, особенно в условиях мелкого производства.

В качестве подручного прибора для измерения катетов может служить готовый шаблон. Если быть точным, то практическое значение имеет не один шаблон, а целый набор.

В самой простой конструкции шаблон представляет собой набор пластин, скрепленных одним концом. На другом конце выполнены прорези, соответствующие форме поперечного среза шва. Мастер поочередно прикладывает шаблоны к заготовке и определяет максимально соответствующий из них. На каждом шаблоне нанесен размер соответствующего катета.

Существует еще несколько приборов, которые по своему принципу действия представляют шаблоны, только способ измерения катетов у них несколько отличается. Шаблон Красовского предназначен для определения зазоров между заготовками. Универсальный шаблон сварщика (УНС-2) – набор пластин с вырезами. По форме выпуклой гипотенузе можно определить длину катетов. Шаблон Маршака-Ушерова позволяет измерить не только катет, но и определить корень шва. Этот прибор считается самым универсальным из всех описанных выше.

Что такое катет шва при сварке и какие критерии его контроля?

Сварочные соединения характеризуются несколькими параметрами. К ним относятся: наличие полостей, толщина, выпуклость ширина и др. В зависимости от вида стыка – прямого или углового, существуют различные критерии и параметры.

Для прямоугольного соединения одним из главных показателей является катет сварного шва. Этот критерий определяет прочностные характеристики соединения, площадь нагрева деталей при варке и т.д.

Виды швов в процессе сварки

Место стыковки частей металлических деталей называется сварочным швом. Он образуется за счет расплавления контактирующих частей изделия и их последующего охлаждения.

В зависимости от пространственного расположения деталей выделяют стыковые и угловые швы. В первом случае стыковка осуществляется в одной плоскости. Металлические части располагаются торцами друг к другу, а саму сварку осуществляют в горизонтальном положении.

Кроме отмеченных выше видов, соединение может быть тавровым или внахлест. Первый вид предусматривает расположение деталей нормально друг к другу буквой «Т». Он может располагаться либо с одной, либо с двух сторон.

В тавровом виде стыка детали часто располагают наклонно друг к другу. Такое расположение уменьшает растекание металла ванны. В результате шов формируется между бортов изделия.

Нахлест используют для соединения листов небольшой толщины. Сваривание в таких случаях может также осуществляться и с одной, и с двух сторон.

Итак, что это такое – катет сварочного шва? Данный критерий определяет наименьшее расстояние от первой детали до углового соединения на второй. Чтобы лучше понять, что такое катет, проще сказать, что это сторона самого большого равнобедренного треугольника, вписанного в поперечное сечение соединенных деталей.

Данный параметр является очень важным и определяет качество и надежность сварки.

Этот критерий влияет на:

• прочность изделия;
• расчет при сваривании изделий разной толщины;
• косвенно характеризует деформацию изделий из-за их нагрева при работе.

При выборе указанного параметра, необходимо понимать, чему должен соответствовать сварочный шов. В зависимости от вида изделия, их толщины, а также сферы применения, производят расчет оптимального значения катета.

Геометрия шва

Катет шва должен соответствовать геометрическим параметрам, указанным в нормативных документах. По ним же осуществляются математические расчеты основных геометрических характеристик по формулам и таблицам.

Геометрия сварочного стыка определяется типом соединения. От типа и размеров свариваемых деталей будет зависеть сечение стыка.

На производстве все параметры и прочность соединений рассчитывают с помощью формул. В домашних условиях можно ограничиться готовыми шаблонами.

Наиболее удобным и распространенным является универсальный шаблон, представляющий собой набор скрепленных между собой пластинок. Поочередно прикладывая их к поверхности изделий, выбирают ту, которая наиболее плотно к ним прилегает.

При сварке металлических конструкций, не требующих высокой прочности и надежности, минимальный размер шва определяют исходя из толщины металла.

Оценить контакт на глаз очень просто. Обычно он соответствует толщине металла. Так, для сварки изделий толщиной 7 мм, катет также должен равняться 7 мм. Можно провести и более точные расчеты, воспользовавшись соответствующей формулой.

После выполнения расчетов выбирают необходимый ток и напряжение, после приступают к сварке.

Выбор катета

Данный параметр напрямую определяет надежность изготовленных деталей. Это объясняется площадью их соединения и наливочного материала. Если все сделано правильно, тогда нагрузка на конструкцию распределится равномерно по всей площади контакта. Такое изделие может выдерживать сильные удары и т.д.

В то же время большой шов не всегда является показателем высокой надежности. В данном вопросе необходимы тонкие расчеты нагрузок. Нельзя допускать перенапряжения металла, иначе деталь может попросту согнуться, и ее нельзя будет использовать.

В связи с вышесказанным, сварочный стык необходимо выбирать в соответствии с поставленными задачами и свариваемыми материалами. От этого будет зависеть результат работы.

Чтобы правильно выбрать катет в той или иной ситуации, необходимо понимать, какими свойствами он должен обладать. В первую очередь необходимо обратить внимание на его форму. Он должен быть однородным и равномерным. В данном случае достаточно даже визуального контроля.

Высота шва должна быть одинаковой вдоль всей площади контакта. Его ширина также должна быть одинаковой. Это позволит нагрузкам на конструкцию из металла распространяться равномерно вдоль всего соединения.

Важным параметром является его однородность. Обычно материалы с разным составом свариваются плохо. Чтобы получить высококачественную сварку необходимо правильно выбирать электроды.

Контакт должен иметь правильное геометрическое расположение и максимально охватывать скрепляемые изделия.

Не менее значимым параметром является глубина провара. Заготовки должны контактировать по всей возможной площади, иначе они не смогут выдерживать значительные нагрузки.

Шов рассчитывается в зависимости от типа свариваемых деталей. Для правильного выбора необходимо учесть все параметры материалов: размеры, ширину и т.д. Стойкостные характеристики соединения зависят от его толщины и длины.

Именно длина является главным критерием расчета и выбора шва, так как от нее зависит прочность. При достаточно большом значении длины может наблюдаться расход материалов изделия и их деформация.

Правильное использование шаблонов позволит избежать появления дефектов, характерных сварке. В большинстве случаев достаточно использования универсального шаблона, чтобы получить качественную и надежную конструкцию из металла.

Как измерить катет шва?

Для контроля выполненных работ необходимо точно произвести измерения. Это позволит определить, не были ли допущены ошибки при расчете, и оценить качество изделия.

Искомый размер стыков измеряется в соответствии с геометрическими формулами. Для этого достаточно рассчитать катет максимального равностороннего треугольника, вписанного в сечение контакта между деталями.

В зависимости от ситуации расчет выполняется по-разному. Например, если сварка была сделана нахлестом листов, толщиной до 4 мм, то катет стараются делать той же толщины. В других случаях его размер должен составлять 40% от толщины.

Катет сварного шва является важной характеристикой, определяющей важнейшие параметры полученного изделия. Долговечность, качество и надежность сварки напрямую зависит от данного критерия.

Изготовить соединение в соответствии со всеми нормами можно с помощью готовых шаблонов. Они значительно упростят сварку, исключив необходимость в дополнительных расчетах.

Во многих случаях достаточно ориентироваться на правило, согласно которому катет соединения должен равняться толщине свариваемых материалов. Однако это относится к конструкциям, не требующим высокой надежности.

Что такое катет сварного шва

Сваривание металлических изделий – это наилучший способ получить прочное и надежное сварное соединение. Сварка отдельных элементов в цельные детали должна отвечать высоким требованиям качества, поскольку сложные металлоконструкции имеют огромный вес и должны выдерживать высокие эксплуатационные нагрузки. А это зависит от катета сварного шва.

Качественные параметры сварных работ

Чтобы выполнить качественное сварное соединение, необходимо знать его параметры. Одним из таких параметров является катет. Именно соблюдение его размера позволяет выдерживать будущему изделию статические и динамические воздействия. Катет сварочного шва – это расстояние, идущее по плоскости одной детали до угла примыкания с другой. Но чтобы знать этот размер, его надо правильно рассчитать.

Типы сварных соединений

Участок стыковки двух элементов, полученный в процессе кристаллизации металла после расплавки, называется сварным швом (линией). Выбирают вид сварочной стыковки в зависимости от конфигурации готовой конструкции. В конечном варианте изделие должно иметь нужную форму, хорошую работоспособность и не поддаваться разрушениям.

Сварные швы бывают двух типов:

• угловой;
• стыковой.

Угловой выполняется в случаях, когда необходимо получить тавровую, крестовую или непосредственно угловую форму. В сечении такие стыки выполняются с односторонней или двухсторонней разделкой кромок (здесь играют роль габариты конструкции). По виду продольного сечения стыковочные линии бывают непрерывными или прерывистыми (в зависимости от толщины металла).

Стыковой – это самый распространенный вариант сложения двух изделий торцами, внахлест или со скосом кромок. Чаще такие элементы свариваются по горизонтали, а линия сваривания отличается сплошностью стыка. Соединение встык проводят без разделки кромок, но с разделкой торцов деталей. При этом края могут быть как прямыми, так и криволинейными. Металлические листы, соединяемые без разделки кромок, имеют толщину более 8 мм. При меньшем размере детали укладывают с нахлестом 2 мм.

Геометрические характеристики

Параметры сварки рассматриваются исходя из вида сварных швов – угловой или стыковочный. К основным геометрическим характеристикам относятся:

• ширина – поперечный размер всей наваренной линии между свариваемыми деталями;
• толщина – расстояние от низшей точки провара до верхней;
• корень шва – часть сварки, максимально удаленная от поверхностей заготовок;
• выпуклость (вогнутость) – размер берется от поверхности детали до самой высокой (низкой) наваренной точки;
• глубина провара – выводится исходя из заполнения зазора металлом, образованным после сварки (не считая выпуклости);
• катет – эта величина, определяющаяся в условиях угловой сварки и подобна катету равнобедренного треугольника, входящего в поперечное сечение заготовки.

Катет шва при сварке – одна из главных характеристик стыка. При соединении металлов одной толщины катет задается по величине кромок. Если заготовки имеют разные размеры, то величину катета выбирают по толщине меньшей, поскольку большая величина способна вызвать деформацию изделия.

К геометрическим параметрам, необходимым для расчета прочности сварного стыка, можно отнести также толщину металла и величину зазора между соединяемыми деталями.

Размер катета углового шва

Надежность сварного стыка зависит от его толщины и длины. Эти размерные величины должны быть достаточными, чтобы выдерживать заданные нагрузки. Согласно расчетной нагрузке выбирают катет углового шва.

Экспериментальным путем были разработаны специальные приспособления, определяющие характеристики будущего углового соединения. Наиболее распространенным прибором является сварочный шаблон. При его создании прибегли к известным законам геометрии, согласно которым произвели расчет катета сварного шва.

Применяя шаблон на практике, придерживаются таких условий:

• для соединения листов, имеющих толщину меньше 4 мм, катет углового шва принимают равным этой величине;
• при больших поперечных размерах металла за необходимую величину катета сварочного шва берут 40% от толщины деталей плюс 2 мм к получившейся цифре.

Слишком большой катет брать нерационально. Это, возможно, и приведет к усиленной прочности, но скажется негативно на других факторах:

• увеличит расход материала;
• поднимет стоимость строительных работ;
• спровоцирует деформацию изделия.

Наружный контроль качества сварного соединения выполняется двумя способами – разрушающим и неразрушающим. При неразрушающем контроле применяют сварочный шаблон, с помощью него визуально определяют наличие дефектов. А для обнаружения внутренних дефектов используют метод внутреннего контроля, который проводят при помощи ультразвуковых и рентгеновских приборов.

Что влияет на качество швов

Качество свариваемых стыков зависит, в первую очередь, от электродов, используемых для проведения работ. К качеству электродов предъявляются стандартные промышленные требования:

• специальный состав металлического стержня;
• устойчивое горение электрической дуги;
• минимизация разбрызгивания.

Помимо заводских требований, есть и дополнительные условия к сварке соединений заданной формы. Для выпуклых линий необходимы электроды, образующие при плавке густую и вязкую консистенцию. Если же при оплавлении стержень дает слишком жидкий расплав, то сформируется вогнутая линия. Выпуклые стыки считаются усиленными, а вогнутые – ослабленными. Часто применяют плоские линии сварки – это универсальный тип соединения элементов.

Кроме правильно выбранных электродов, на качество сварки оказывает влияние режим работы, который можно корректировать:

• при повышении силы тока ширина сварочной линии не будет отличаться от заданной, а глубину провара можно увеличить;
• изменением напряжения добиваются увеличения ширины стыка, при снижении глубины провара;
• повышая скорость передвижения электрода, удается уменьшить ширину, и значительно увеличить глубину.

При выполнении сварочных работ необходимо помнить, что завышение скорости движения электрода на величину более 50 м/час чревато снижением качества работ, поскольку металл от скоростного воздействия прогревается недостаточно, отчего страдает плавка и нарушается кристаллизация.

Видео по теме: Сварка — катет 12 мм