Типы сварных соединений и швов: стыковые, угловые, тавровые, нахлёсточные и их буквенные обозначения

Четыре типа соединений

Буква показывает, как расположены детали друг относительно друга. Это самая грубая классификация, но с неё начинается любой выбор шва.

Как читать обозначение

Буква и номер вместе — условное обозначение варианта соединения, например С17. Номер не является ни толщиной, ни длиной. Он указывает на один из вариантов, в котором уже заложены форма подготовки кромок, характер шва (односторонний или двусторонний) и допустимый диапазон толщин. Поэтому С17 и С25 разные, хотя оба стыковые: в одном односторонний шов со скосом, в другом двусторонний с симметричными скосами.

В пределах одного варианта размеры меняются с толщиной деталей: зазор между кромками, притупление, ширина шва, высота выпуклости. Их берут из таблицы размеров для этого обозначения; в чертёжную пометку они не входят, и их не придумывает ни сварщик, ни конструктор.

Условное изображение самого шва на чертеже (знак, линия-выноска, катет, длина и шаг) подчиняется правилам оформления чертежей, см. правила оформления чертежей КМ и КМД.

Подготовка кромок

От толщины зависит, достаточно ли просто соединить торцы или нужно снять металл по кромке. Тонкий металл сваривают почти без подготовки или с отбортовкой. Чем толще лист, тем больше нужен скос, иначе шов не проплавит сечение на всю толщину.

В обозначениях встречаются такие формы. Отбортовка кромок: край отогнут, и тонкие детали сваривают без присадочного металла или с минимальным. Без скоса кромок: детали лишь разведены на нужный зазор. Скос одной кромки: фаска снята с одной детали, вторая остаётся прямой. Скос обеих кромок: V-образная разделка. Два симметричных скоса каждой кромки: X-образная разделка для больших толщин, когда шов выполняют с обеих сторон. Криволинейный и ломаный скосы: форма разделки изменена так, чтобы сократить объём наплавленного металла при очень больших толщинах.

Общее правило простое: чем сложнее разделка, тем она экономнее по наплавленному металлу и меньше коробит деталь, но требует более точной резки и больше операций. Для небольших толщин это не оправдано.

Односторонний и двусторонний шов, подкладки, замки

Односторонний шов выполняют с одной стороны; двусторонний — с двух. Двусторонний шов с полным проплавлением требует, чтобы перед завариванием с другой стороны корень первого шва расчистили до чистого металла. Для несимметричных соединений, если корень первого шва строгают, допускается увеличить подварочный шов до размеров первого.

Когда доступа с другой стороны нет (труба, закрытое сечение, глухой ящик), используют подкладку. Съёмную подкладку после сварки убирают. Остающаяся остаётся в соединении как его часть. В замковом соединении роль подкладки выполняет специально подготовленный выступ на одной из деталей. В обозначении этот характер шва прописан словами: «односторонний на съёмной подкладке», «на остающейся подкладке», «замковый».

Диапазоны толщин: основные обозначения

В таблице собраны только те обозначения, для которых диапазон толщин не вызывает сомнений. Это не полный перечень вариантов. Остальные (например, несколько модификаций С8–С12, У4, У5, Т1, Т7, Т9) объяснены в тексте ниже; точные размеры кромок и зазоров для любого обозначения берут из таблицы размеров действующего стандарта.

Как выбрать тип

Практический порядок такой. Сначала определяют тип по расположению деталей. Потом по толщине отсекают неподходящие варианты: тонкие листы до 4 мм сваривают с отбортовкой или без скоса, от 3 до 60 мм идут варианты со скосом одной или обеих кромок, от 8 мм и более становятся уместными двусторонние швы с двумя симметричными скосами. Для самых больших толщин (свыше 30 мм) используют криволинейные и ломаные скосы.

Дальше смотрят на доступность. Если есть только одна сторона, нужны варианты с подкладкой или замком. Если изделие можно перевернуть, двусторонний шов даёт меньше коробления и меньший объём наплавленного металла, но требует подварки корня. Наконец, взвешивают требование к качеству: нагруженные стыки, где нужен полный провар, выполняют стыковыми швами с контролем; там, где полный провар не нужен, часто хватает угловых.

Для тонкого металла в угловых соединениях без скоса кромок (У4 и У5) в системе по два варианта: один для малых толщин (до 6 мм для У4, до 8 мм для У5) и второй, рассчитанный до 30 мм. Для тавровых соединений без скоса (Т1 и Т3) диапазоны поднимаются до нескольких десятков миллиметров, но в разных таблицах они расходятся, поэтому точную границу берут из таблицы размеров этого обозначения.

Катет углового шва

Для угловых швов, входящих в тавровые и нахлёсточные соединения, главный размер — катет K. Его значение и допуск устанавливает проектировщик, а не цех. Верхняя граница: не более 3 мм для деталей толщиной до 3 мм включительно, а для более толстых — не более 1,2 толщины более тонкой из деталей.

Нижняя граница зависит от толщины более толстого элемента и предела текучести стали. Для сталей с пределом текучести до 400 МПа минимальный катет растёт от 3 мм для толщин 3–4 мм до 10 мм для толщин 40–80 мм; для сталей свыше 400 МПа до 450 МПа он на 1–2 мм больше. Минимальный катет не превышает 1,2 толщины более тонкой детали. Это ориентиры; точные значения для проекта берут из действующих норм.

Допуски на катет, по ориентиру, зависят от номинала.

Разная толщина и смещение кромок

Если толщины деталей в стыке разные, но разность не превышает допустимую, шов выполняют так же, как для одинаковых толщин, а размеры кромок и шва выбирают по большей толщине. Если разность больше, на более толстой детали снимают скос с одной или с двух сторон до толщины тонкой, и тогда размеры выбирают по меньшей. Для плавного перехода допускается наклонная поверхность шва.

Смещение кромок и дополнительные условия

Перед сваркой допустимое смещение кромок друг относительно друга зависит от толщины: до 0,5 мм для деталей до 4 мм; до 1,0 мм для 4–10 мм; 0,1 s, но не более 3 мм для 10–100 мм; 0,01 s + 2 мм, но не более 4 мм для деталей свыше 100 мм (s — толщина).

Несколько условий, которые легко пропустить. В стыковых, тавровых и угловых соединениях толщиной свыше 16 мм, выполняемых в монтажных условиях, номинальный зазор b разрешено увеличить до 4 мм, а ширину шва соответственно. При сварке не в нижнем положении допускается увеличить высоту выпуклости шва: на 1,0 мм для деталей до 60 мм и на 2,0 мм для деталей свыше 60 мм. В местах перекрытия швов и исправления дефектов размеры шва могут вырасти до 30 % номинала. Выпуклость и вогнутость углового шва допустимы до 30 % катета, при этом вогнутость не должна уменьшать катет, заданный проектом.

Для какого способа сварки эта система

Система обозначений С, У, Т, Н и приведённые размеры относятся к ручной дуговой сварке покрытым электродом. Допускалось переносить их на сварку в углекислом газе проволокой диаметром 0,8–1,4 мм. Для автоматической сварки под флюсом и других способов размеры кромок, зазоры и допуски иные и берутся из документов на эти способы; переносить на них таблицы ручной сварки нельзя.

Система также не охватывает сварные соединения стальных трубопроводов, для которых есть отдельные правила. На практике на производстве кромки в трубах и обечайках режутся по технологической карте, а тип соединения выбирают по толщине, диаметру и доступу.

Что указать на чертеже КМД

Цех не выбирает тип шва вместо проектировщика. На чертеже должно быть: обозначение соединения (буква и номер) или чётко нарисованная разделка кромок; для угловых швов — катет и длина, для прерывистых — длина и шаг; указание, заводской или монтажный шов; требование к контролю, если оно выше обычного (например, ультразвуковой для стыковых).

Размеры кромок и зазоров подтверждают таблицей размеров для выбранного обозначения и технологической инструкцией по сварке. Типы швов и их контроль мы согласуем с заказчиком на этапе разработки чертежей: проектирование КМ и КМД, изготовление металлоконструкций. Как проверяют швы в цехе — в статье о контроле качества металлоконструкций.

Нормативы и действительность

Подготовку кромок для ручной дуговой сварки, сварки в защитном газе, газовой, TIG и лучевой сварки сталей описывает ДСТУ EN ISO 9692-1:2014 «Сварка и родственные процессы. Рекомендации по подготовке сварных соединений. Часть 1». В каталоге стандартов он значится как действующий с датой утраты силы 01.01.2027, поэтому перед проектом уточните актуальное состояние и возможную замену. Для сварки под флюсом есть отдельная часть той же серии (ДСТУ EN ISO 9692-2:2014).

Расчёт сварных соединений стальных конструкций выполняют по ДБН В.2.6-198:2014 «Стальные конструкции. Нормы проектирования» (действующий; редакция с Изменением № 1 от 2022 года), требования к выполнению сварки и контролю — по ДСТУ EN 1090-2:2019 «Выполнение стальных и алюминиевых конструкций. Часть 2. Технические требования к стальным конструкциям».

Действительность и действующая редакция каждого из этих документов требуют проверки. Буквенные обозначения С, У, Т, Н и числа этой статьи сложились в советской практике и до сих пор стоят на многих чертежах; как требование действующей нормы мы их не подаём, а числа из таблиц нужно сверять с действующим документом, выбранным для проекта.