На толщинах от 8 мм для конструкционных и от 6 мм для низколегированных сталей однопроходная сварка перестаёт обеспечивать сквозной провар без разделки кромок. На толщинах свыше 12–16 мм даже с разделкой нельзя положить шов одним проходом — расплав не контролируется, дуга нестабильна, провар на корне ненадёжен. Технология сварки толстого металла строится на двух принципах: разделка кромок для подачи металла в глубину шва и многослойная (многопроходная) сварка с раздельным выполнением корня, заполнения и облицовки. Гайд разбирает геометрию разделок, последовательность проходов и режимы для типовых задач — от ответственных конструкций металлокаркасов до толстостенных трубопроводов.
Что считать толстым металлом
- Для MMA штучным электродом — толстым считается металл от 6–8 мм. На этих толщинах появляется необходимость в разделке.
- Для MAG/MIG на углеродистых сталях — от 8–10 мм, в зависимости от диаметра проволоки и режима переноса.
- Для TIG — от 4–5 мм требуется разделка, многопроходный шов и присадочная проволока.
- Условный порог «сверхтолстого» — от 30–40 мм, требует двусторонней разделки и обязательного подогрева.
- На толщинах свыше 60–80 мм применяется электрошлаковая сварка или специализированные автоматические процессы.
Зачем нужна разделка кромок
Без разделки сварочная дуга прогревает металл только на глубину 3–4 мм. Чтобы обеспечить сквозной провар толстой стенки, нужно создать «канавку», в которую попадает дуга и заполняется металл шва. Разделка решает четыре задачи:
- Обеспечение сквозного провара корня шва.
- Возможность послойного заполнения без чрезмерного тепловложения за один проход.
- Доступ электрода или горелки ко всем участкам шва.
- Снижение остаточных деформаций за счёт распределения нагрева по нескольким проходам.
Типы разделки кромок
| Тип | Толщина, мм | Угол | Особенности |
|---|---|---|---|
| Без разделки (зазор) | до 6 (MMA), до 8 (MIG) | — | Стык с зазором 1–3 мм |
| V-образная | 6–25 | 50–70° | Односторонний доступ, один проход возможен до 12 мм |
| K-образная (полу-V) | 10–30 | 50° по одной кромке | Тавровое соединение, разделка на стенке |
| X-образная | 20–60 | 50–60° обе стороны | Доступ с двух сторон, меньше деформации |
| U-образная | 30–80 | 10–20° боковой угол + радиус | Меньше объёма наплавки, чем V и X |
| Двойная U | 50–150 | 10–20° с обеих сторон | Сверхтолстый металл, максимальная экономия наплавки |
| Чашечная | 30–100 | Радиус выборки | Сосуды высокого давления |
Стандартные обозначения разделки приведены в СТБ EN ISO 9692-1 для дуговой сварки сталей и в национальных ГОСТ 5264 (ручная дуговая), ГОСТ 14771 (в защитном газе), ГОСТ 8713 (под флюсом).
Угол разделки и притупление
Параметры V-разделки для типовой ручной дуговой сварки:
- Угол раскрытия — 60° для конструкционных сталей при ручной сварке, 50° при сварке в защитном газе. На углеродистой стали угол меньше 50° даёт непровар, больше 70° — избыточный расход металла.
- Притупление (нерасточенная часть кромки внизу разделки) — 1,5–2,5 мм для MMA, 1,0–2,0 мм для MIG/MAG, 1,0–1,5 мм для TIG.
- Зазор в корне — 2–4 мм для MMA с односторонней разделкой, 0–2 мм при сварке на медной подкладке.
X-разделка требует меньшего общего объёма наплавки, чем V, и применяется на толщинах от 20 мм для снижения деформаций. Соотношение глубин верхней и нижней частей V — обычно 2:1 или 1:1 в зависимости от доступа к шву.
Многослойный шов
Шов в разделке выполняется в несколько проходов. Каждый проход — отдельный валик, по геометрии — узкая полоска шириной 3–5 диаметров электрода. Слои накладываются последовательно:
- Корневой шов — первый слой, гарантирующий сквозной провар.
- Заполняющие слои — основная масса шва, заполняют разделку.
- Облицовочный слой — последний, формирует видимую плоскость шва с плавным переходом к основному металлу.
Между слоями обязательна зачистка шлака и металлической щёткой. Незачищенный шлак между слоями даёт включения, которые ослабляют шов и проявляются при контроле.
Корневой слой
Самый ответственный проход. От него зависит сквозной провар и прочность шва на корневой части. Параметры:
- Электрод диаметром 2,5–3,2 мм (меньший из применяемых для шва).
- Ток — на нижней границе диапазона электрода, чтобы не прожечь зазор.
- Манипуляция — без поперечных движений, узкий валик строго по линии корня.
- На трубопроводах часто применяется поддув аргоном с обратной стороны для защиты корня от окисления.
- На ответственных швах после корня — визуальный контроль и устранение дефектов перед заполнением.
Для магистральных трубопроводов корневой шов часто выполняется TIG или MMA целлюлозными электродами (ВСЦ-4, ЛБ-52У) сверху вниз с обратным проваром.
Заполняющие слои
Заполнение разделки — основная часть многослойного шва. Применяется электрод большего диаметра (3,2–5,0 мм), ток номинальный. Каждый слой накладывается на предыдущий с перекрытием на 30–50 % по ширине. При широкой разделке один слой может состоять из нескольких параллельных валиков, накладываемых лесенкой.
Толщина одного слоя при многопроходной сварке — 3–6 мм для электрода Ø4,0 мм и до 8 мм для Ø5,0 мм. Превышение толщины слоя увеличивает риск шлаковых включений и непроваров.
Облицовочный слой
Последний проход формирует видимую поверхность шва. Требования:
- Плавный переход к основному металлу без подрезов.
- Равномерная чешуйчатость без наплывов и западаний.
- Перекрытие предыдущего слоя на 30–50 % с каждой стороны.
- Высота над уровнем основного металла — 0,5–2,5 мм в зависимости от стандарта.
- На ответственных швах — обработка зашлифовкой заподлицо с основным металлом.
Технологические перерывы и сопутствующий подогрев
При многослойной сварке на толстом металле температура шва между проходами не должна опускаться ниже температуры предварительного подогрева. Контроль — между каждым проходом термокарандашом или термопарой. Если температура упала — повторный подогрев горелками или нагревательными матами до возобновления сварки.
Между проходами обязательны:
- Удаление шлака металлической щёткой или зубилом-молотком.
- Визуальный контроль на трещины, поры, подрезы.
- Устранение обнаруженных дефектов выборкой шлифмашинкой и заваркой.
- Контроль температуры основного металла в зоне шва.
Принципы выбора разделки и числа слоёв
| Толщина, мм | Разделка | Угол | Число слоёв (MMA Ø4,0) |
|---|---|---|---|
| 6–8 | V или без | 60° | 1–2 |
| 10–12 | V | 60° | 2–3 |
| 14–16 | V | 60° | 3–4 |
| 20 | V или X | 50–60° | 5–6 / по 3 с каждой стороны X |
| 30 | X | 50° | 8–10 (по 4–5 с каждой стороны) |
| 40 | X или U | 50° или R 8 мм | 12–14 |
| 60 | U или двойная U | 15–20° + R 10 мм | 18–22 |
Двусторонняя сварка (X-разделка) предпочтительна при толщинах от 20 мм — снижает деформации в 1,5–2 раза по сравнению с односторонней V.
Типовые ошибки
- Сварка толстого металла без разделки — поверхностный шов, непровар на корне.
- Слишком большое притупление кромки (свыше 3 мм) — непровар корня даже при правильном токе.
- Завышение толщины одного слоя при многопроходной сварке — шлаковые включения между слоями, неоднородность шва.
- Отсутствие зачистки шлака между проходами — шлак запекается, при контроле УЗК или РК обнаруживаются включения.
- Корневой шов на завышенном токе с прожогом — расплав проваливается на обратную сторону, нужна повторная разделка.
- Применение электрода большого диаметра (4,0–5,0 мм) для корневого шва на тонкой разделке — провар нестабильный.
- Сварка многослойного шва без сопутствующего подогрева на низколегированной стали — трещины между слоями.
- Несимметричная V-разделка с разной глубиной кромок — увеличение деформации, перекос шва.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли заварить толщину 20 мм одним проходом большим током?
Нельзя. Даже при максимальном токе MMA-электрода (300 А и выше) дуга прогревает металл только на 4–6 мм. Сквозной провар не получится, под верхним валиком останется непровар на 14–16 мм. Для толщины 20 мм обязательна разделка и многослойная сварка.
Зачем X-разделка вместо V на толстом металле?
X-разделка распределяет наплавляемый металл по двум сторонам, что снижает остаточные деформации и общий объём наплавки. На 30 мм V-разделка требует около 110 мм² наплавленного металла, X — около 70–80 мм². Соответственно меньше расход электродов и времени.
Сколько времени между проходами при многослойной сварке?
Пауза нужна для зачистки и контроля, но не для остывания. На сталях с предварительным подогревом следующий проход кладётся, пока металл ещё тёплый, не опускаясь ниже температуры подогрева. На обычной Ст3 пауза 1–3 минуты на проход для зачистки шлака.
Можно ли использовать электрод Ø5,0 мм для облицовочного слоя?
Можно, при условии что разделка достаточно широкая для размещения валика. На узкой V-разделке Ø5,0 мм даёт высокий валик с подрезами по краям. Облицовку обычно выполняют тем же диаметром, что и заполнение, или на одну ступень меньше.
Что делать, если в середине толстого шва обнаружен непровар или включение?
Дефект выбирается шлифмашинкой или фрезеровкой до здорового металла, разделка восстанавливается, шов заваривается заново. Глубокие дефекты в середине толстого шва — серьёзный брак, переварка делается с восстановлением геометрии разделки.
Сокращения и обозначения
- MMA — ручная дуговая сварка штучным электродом.
- MIG/MAG — полуавтоматическая сварка в защитном газе.
- TIG — сварка вольфрамом в инертном газе.
- УЗК — ультразвуковой контроль сварных швов.
- РК — радиографический контроль.
- V, X, U, K — стандартные обозначения разделок кромок.
- ЗТВ — зона термического влияния.
Материал подготовлен по действующим на дату публикации редакциям ТНПА. Применение рекомендаций должно учитывать актуальность нормативной базы и конкретные условия объекта.