Типи зварних з’єднань і швів: стикові, кутові, таврові, напусткові та їх літерні позначення

Чотири типи з’єднань

Літера показує, як розташовані деталі одна відносно одної. Це найгрубіша класифікація, але з неї починається будь-який вибір шва.

Як читати позначення

Літера й номер разом — умовне позначення варіанта з’єднання, наприклад С17. Номер не є ні товщиною, ні довжиною. Він вказує на один із варіантів, у якому вже закладено форму підготовки кромок, характер шва (односторонній чи двосторонній) і допустимий діапазон товщин. Тому С17 і С25 різні, хоча обидва стикові: в одному шов одностороннього скосу, в іншому двосторонній із симетричними скосами.

У межах одного варіанта розміри змінюються з товщиною деталей: зазор між кромками, затуплення, ширина шва, висота випуклості. Їх беруть із таблиці розмірів для цього позначення; у креслярську позначку вони не входять, і їх не вигадує ні зварник, ні конструктор.

Умовне зображення самого шва на кресленні (знак, лінія-виноска, катет, довжина й крок) підпорядковується правилам оформлення креслень, див. правила оформлення креслень КМ і КМД.

Підготовка кромок

Від товщини залежить, чи достатньо просто з’єднати торці, чи треба зняти метал по кромці. Тонкий метал зварюють майже без підготовки або з відбортовкою. Чим товщий лист, тим більше потрібен скіс, інакше шов не проплавить переріз на всю товщину.

У позначеннях зустрічаються такі форми. Відбортовка кромок: край загнуто, і тонкі деталі зварюють без присадного металу або з мінімальним. Без скосу кромок: деталі лише розведено на потрібний зазор. Скіс однієї кромки: фаска знята з однієї деталі, друга лишається прямою. Скіс обох кромок: V-подібна розробка. Два симетричні скоси кожної кромки: X-подібна розробка для великих товщин, коли шов виконують з обох боків. Криволінійний і ламаний скоси: форма розробки змінена так, щоб скоротити обсяг наплавленого металу при дуже великих товщинах.

Загальне правило просте: чим складніша розробка, тим вона економніша за наплавленим металом і менше деформує деталь, але потребує точнішого різання й більше операцій. Для невеликих товщин це не виправдано.

Односторонній і двосторонній шов, підкладки, замки

Односторонній шов виконують з одного боку; двосторонній — з двох. Двосторонній шов із повним проплавленням потребує, щоб перед заварюванням з другого боку корінь першого шва розчистили до чистого металу. Для несиметричних з’єднань, якщо корінь першого шва стругають, допускається збільшити підварювальний шов до розмірів першого.

Коли доступу з другого боку немає (труба, закритий переріз, глухий ящик), використовують підкладку. Знімну підкладку після зварювання прибирають. Залишкова лишається в з’єднанні як його частина. У замковому з’єднанні роль підкладки виконує спеціально підготовлений виступ на одній з деталей. У позначенні цей характер шва прописано словами: «односторонній на знімній підкладці», «на залишковій підкладці», «замковий».

Діапазони товщин: основні позначення

У таблиці зібрано лише ті позначення, для яких діапазон товщин не викликає сумнівів. Це не повний перелік варіантів. Решту (наприклад, кілька модифікацій С8–С12, У4, У5, Т1, Т7, Т9) пояснено в тексті нижче; точні розміри кромок і зазорів для будь-якого позначення беруть з таблиці розмірів чинного стандарту.

Як вибрати тип

Практичний порядок такий. Спершу визначають тип за розташуванням деталей. Потім за товщиною відсікають непридатні варіанти: тонкі листи до 4 мм зварюють з відбортовкою чи без скосу, від 3 до 60 мм ідуть варіанти зі скосом однієї чи обох кромок, від 8 мм і більше стають доречними двосторонні шви з двома симетричними скосами. Для найбільших товщин (понад 30 мм) використовують криволінійні та ламані скоси.

Далі дивляться на доступність. Якщо є лише один бік, потрібні варіанти з підкладкою або замком. Якщо виріб можна перевернути, двосторонній шов дає менше деформацій й менший обсяг наплавленого металу, але потребує підварювання кореня. Нарешті зважують вимогу до якості: навантажені стики, де потрібен повний провар, виконують стиковими швами з контролем; там, де повний провар не потрібен, часто вистачає кутових.

Для тонкого металу в кутових з’єднаннях без скосу кромок (У4 і У5) у системі по два варіанти: один для малих товщин (до 6 мм для У4, до 8 мм для У5) і другий, розрахований до 30 мм. Для таврових з’єднань без скосу (Т1 і Т3) діапазони підвищуються до кількох десятків міліметрів, але в різних таблицях вони розходяться, тому точну межу беруть із таблиці розмірів цього позначення.

Катет кутового шва

Для кутових швів, що входять до таврових і напусткових з’єднань, головний розмір — катет K. Його значення і допуск встановлює проєктувальник, а не цех. Верхня межа: не більше 3 мм для деталей завтовшки до 3 мм включно, а для товщих — не більше 1,2 товщини тоншої з деталей.

Нижня межа залежить від товщини товстішого елемента й межі текучості сталі. Для сталей із межею текучості до 400 МПа мінімальний катет зростає від 3 мм для товщин 3–4 мм до 10 мм для товщин 40–80 мм; для сталей понад 400 МПа до 450 МПа він на 1–2 мм більший. Мінімальний катет не перевищує 1,2 товщини тоншої деталі. Це орієнтири; точні значення для проєкту беруть з чинних норм.

Допуски на катет, за орієнтиром, залежать від номіналу.

Різна товщина і зсув кромок

Якщо товщини деталей у стику різні, але різниця не перевищує дозволену, шов виконують так само, як для однакових товщин, а розміри кромок і шва обирають за більшою товщиною. Якщо різниця більша, на товстішій деталі знімають скіс з одного або з двох боків до товщини тоншої, і тоді розміри обирають за меншою. Для плавного переходу допускається похила поверхня шва.

Зсув кромок і додаткові умови

Перед зварюванням допустимий зсув кромок одна відносно одної залежить від товщини: до 0,5 мм для деталей до 4 мм; до 1,0 мм для 4–10 мм; 0,1 s, але не більше 3 мм для 10–100 мм; 0,01 s + 2 мм, але не більше 4 мм для деталей понад 100 мм (s — товщина).

Кілька умов, які легко пропустити. У стикових, таврових і кутових з’єднаннях завтовшки понад 16 мм, що виконуються в монтажних умовах, номінальний зазор b дозволено збільшити до 4 мм, а ширину шва відповідно. При зварюванні не в нижньому положенні допускається збільшити висоту випуклості шва: на 1,0 мм для деталей до 60 мм і на 2,0 мм для понад 60 мм. У місцях перекриття швів і виправлення дефектів розміри шва можуть зрости до 30 % номіналу. Випуклість і угнутість кутового шва допустимі до 30 % катета, при цьому угнутість не має зменшувати катет, заданий проєктом.

Для якого способу зварювання ця система

Система позначень С, У, Т, Н і наведені розміри стосуються ручного дугового зварювання покритим електродом. Допускалося переносити їх на зварювання у вуглекислому газі дротом діаметром 0,8–1,4 мм. Для автоматичного зварювання під флюсом та інших способів розміри кромок, зазори та допуски інші й беруться з документів на ці способи; переносити таблиці ручного зварювання на них не можна.

Система також не охоплює зварні з’єднання сталевих трубопроводів, для яких є окремі правила. На практиці на виробництві кромки в трубах і обичайках ріжуться за технологічною картою, і тип з’єднання вибирають за товщиною, діаметром і доступом.

Що вказати на кресленні КМД

Цех не вибирає тип шва замість проєктувальника. На кресленні має бути: позначення з’єднання (літера й номер) або чітко намальована розробка кромок; для кутових швів — катет і довжина, для переривчастих — довжина й крок; вказівка заводський чи монтажний шов; вимога до контролю, якщо вона вища за звичайну (наприклад, ультразвуковий для стикових).

Розміри кромок і зазорів підтверджують таблицею розмірів для обраного позначення та технологічною інструкцією зварювання. Типи швів і їх контроль ми узгоджуємо із замовником на етапі розробки креслень: проєктування КМ і КМД, виготовлення металоконструкцій. Як перевіряють шви в цеху — у статті про контроль якості металоконструкцій.

Нормативи й чинність

Підготовку кромок для ручного дугового зварювання, зварювання в захисному газі, газового, TIG і променевого зварювання сталей описує ДСТУ EN ISO 9692-1:2014 «Зварювання та споріднені процеси. Рекомендації щодо підготування зварних з’єднань. Частина 1». У каталозі стандартів він значиться як чинний із датою втрати чинності 01.01.2027, тож перед проєктом з’ясуйте актуальний стан і можливу заміну. Для зварювання під флюсом є окрема частина тієї ж серії (ДСТУ EN ISO 9692-2:2014).

Розрахунок зварних з’єднань сталевих конструкцій виконують за ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування» (діючий; редакція зі Зміною № 1 від 2022 року), вимоги до виконання зварювання та контролю — за ДСТУ EN 1090-2:2019 «Виконання сталевих та алюмінієвих конструкцій. Частина 2. Технічні вимоги до сталевих конструкцій».

Чинність і чинна редакція кожного з цих документів потребують перевірки. Літерні позначення С, У, Т, Н і числа цієї статті склалися в радянській практиці й досі стоять на багатьох кресленнях; як вимогу чинної норми їх не подаємо, а числа з таблиць слід звіряти з чинним документом, обраним для проєкту.