Подготовка металла к сварке — это неотъемлемая часть процесса, если хотите получать прочные, долгоживущие швы, так как чистота металла имеет прямое влияние на надежность соединения.
В этой статье мы расскажем про основные требования к заготовкам, этапы подготовки и особенности некоторых металлов, которые нужно учитывать прежде, чем приступать к процессу сварки.
Почему качество подготовки металла определяет прочность шва
Как вообще получается шов? Две заготовки нагреваются в зоне будущего шва и соединяются в результате сложной физико-химической реакции. На результат этой реакции влияют температура, скорость нагрева, качество подготовки металла и защита шва от окисления.
Даже если вы идеально рассчитаете катеты и подберете настройки для аппарата, шов все равно пойдет трещинами, у него появятся поры, непровары и расслоения лишь потому, что вы забыли подготовить “почву”.
Что именно нужно счищать?
— Оксидные пленки или жировой слой;
— Ржавчину;
— Лакокрасочные покрытия;
— Масло, нагар и прочие виды загрязнений.
Основные требования к поверхности материала перед сваркой
Чистота и отсутствие загрязнений
Для удаления с поверхности остатков старой краски, масел, жира, пыли или нагара применяются химические и механические методы, а при особо сильных загрязнениях — их комбинации.
Химические способы (обезжиривание растворителями, щелочная или кислотная обработка) чаще используют при работе с алюминием и цветными сплавами.
Эти материалы чувствительны к абразивам: их поверхность легко царапается, а оксидная пленка быстро восстанавливается после механического воздействия, мешая нормальному провару. Поэтому для них выбирают щадящую химическую очистку, которая эффективно удаляет загрязнения, не повреждая металл
Механическая обработка — щеточная, шлифовальная или пескоструйная — предпочтительна при работе со сталью. Оксиды железа и нагар прочно удерживаются на поверхности, плохо реагируют на химические составы, поэтому их снимают физически. Дополнительным преимуществом является образование лёгкой шероховатости, улучшающей сцепление металла в зоне сварки.
Дополнительным преимуществом является образование лёгкой шероховатости, улучшающей сцепление металла в зоне сварки.
Отсутствие окалины и ржавчины
Прежде чем приступить к сварке, важно понимать разницу между этими видами окисления.
- Окалина — это плотный слой оксидов железа, образующийся при нагреве металла до высоких температур, например, при резке или предыдущих сварочных операциях.
- Ржавчина, напротив, — результат электрохимической коррозии, возникающей под действием влаги и кислорода при обычной температуре.
Оба этих слоя ухудшают теплопроводность металла и препятствуют стабильному формированию сварочной дуги. В результате возможны непровары, пористость и включения в зоне шва, что напрямую снижает его прочность и герметичность.
Для удаления окалины и ржавчины применяют механические методы — стальные щетки, лепестковые круги, — а также современные технологии, такие как лазерная очистка. Последняя обеспечивает точное и бережное удаление окислов без повреждения основного металла, что особенно важно при сварке несущих и герметичных конструкций.
Геометрия и состояние поверхности
Для образования прочного шва заготовки должны иметь правильно подготовленные кромки. Форма разделки (прямая, Х- или U-образная) выбирается в зависимости от толщины металла и типа сварки: при толщине свыше 4 мм фаска обеспечивает полный провар по всей глубине.
Перед сваркой с кромок удаляют заусенцы и острые углы, а также устраняют трещины, риски и неровности, которые служат концентраторами напряжений и могут привести к микротрещинам в зоне шва.
При работе с тонколистовым металлом особое внимание уделяют точности совмещения деталей: даже перекос в 0,3–0,5 мм при толщине листа до 2 мм способен вызвать деформацию после сварки. Для более толстых заготовок (3–5 мм) допустимое отклонение обычно не превышает 1 мм.
Любое смещение кромок приводит к неравномерному нагреву и нарушению геометрии соединения.
Грамотная подготовка металла к сварке напрямую влияет на качество и прочность шва: любые остатки загрязнений могут вызвать пористость, непровары или включения, ослабляющие соединение.
Этапы подготовки металла к сварке
Определение параметров заготовки
Первым делом определяют:
- толщину материала;
- тип соединения (угловой, стыковой, тавровый и так далее).
Это определит форму кромки.
Выбор формы кромки
| Тип кромки | Толшщина заготовки | Особенности применения |
|---|---|---|
| Без разделки | до 5 мм | Для стыковых соединений без скашивания. |
| V-образная | 3–25 мм | Скашивание с одной стороны под углом 60–70°. |
| X-образная | 25–60 мм | Скошены обе стороны под углом 60°. |
| U-образная | >25 мм | Сложная форма для особо толстых листов, сложна в исполнении (обрезается специальным оборудованием, кромкорезом) |
| К-образная | — | Используется, когда подготовить кромку на одной из деталей трудно или невозможно |
Разметка заготовок
Разметка выполняется:
- вручную, если детали небольшого размера
- на разметно-маркировочных машинах
Так как вариант разметки вручную занимает больше времени, на крупных предприятиях чаще используют машины.
Затем переходят к резке.
Подготовка металла к резке
- Ручная обработка — шлифовальными дисками, напильником, ножницами по металлу.
Подходит для тонких заготовок (до 4мм), но требует аккуратности.
- Механическая обработка — на фрезерных станках, если толщина более 4–5 мм.
- Термическая обработка — с помощью плазменной, газовой или лазерной резки.
После такой обработки металл иногда нуждается в зачистке от окалин.
- Гибридный метод — сочетание лазерной резки и ручной доводки шлифмашиной.
Фрезерные, плазменные и лазерные станки с ЧПУ применяются на производствах, так как лучше подходят для серийной подготовки металла к сварке
Подготовка кромок под сварку: обезжиривание и очистка
Финишный этап заключается в очистке поверхности металла от оксидного слоя, окалин и прочих загрязнений, что могли появиться после разметки и резки. И важно очистить не только сами кромки, но и область рядом с ними, примерно в 3 см от стыка.
Для этого используются:
- Механическая зачистка. Щётки для оксидного слоя и шлифовщики или пескоструйное или другое любое абразивное оборудование уже для более серьёзных загрязнений.
- Химические средства. Иногда может быть достаточно ацетона, а иногда приходится применять растворители, соляные кислоты или фосфатирующие вещества. Это действенные методы удаления загрязнений, но с ними нужно быть аккуратными и хорошо счищать сами средства.
- Лазерное оборудование. Ещё один способ, использующий абляцию. Лазерная очистка эффективна при удалении ржавчины и масел без абразивов — подробнее о технологии лазерной очистки можно прочитать в этой статье.
Не забывайте, что обезжиривать и очищать необходимо с обеих сторон будущего соединения!
Лазерная сварка Wattsan 4в1:
сварка и очистка в одном устройстве
Мощный лазерный станок, объединяющий функции ручной сварки, очистки, резки и зачистки швов в одном корпусе. Точная и надежная обработка металла
Особенности подготовки разных металлов
Углеродистая сталь
Этот металл склонен образовывать окалины, но в целом довольно прост в подготовке. Иногда на этой стали может быть оцинкованное покрытие — его лучше удалять в специальной зоне, так как в процессе очистки он выделяет вредный для здоровья дым.
В целом же этапы подготовки металла к сварке сохраняются: очистка от грязи и окалин, разметка и обработка кромок, финальное очищение.
Нержавеющая сталь
Сначала необходимо очистить поверхность щёткой, абразивом или лазером. Следом нужно использовать ацетон или другие растворители для очистки от жиров.
При работе с нержавеющей сталью не допускаются абразивы с железом, если вы используете этот метод очистки!
Также важно очищать этот материал теми инструментами, что не обрабатывали углеродистую сталь. Если частица углеродистой попадёт на нержавейку, то последняя очень быстро станет подвержена коррозии. По этой причине эти два типа металла рекомендуется хранить отдельно.
Алюминий и его сплавы
Очень важный этап очищения алюминия — это снятие оксидной пленки. Щётка или химическое средство помогут вам в этом. Например, можно использовать серную, фосфорную кислоту в виде раствора (5-10%) или гидроксид натрия. Но будьте осторожны с парами, которые эти вещества испускают, они токсичны.
Также с алюминием придётся работать быстро, потому что сразу же после очистки оксидная плёнка образуется на его поверхности за считанные минуты.
Цветные металлы: латунь, медь, титан
Медь склонна к окислению, поэтому необходимо убрать окисную пленку. Для этого применяется сетка из нержавейки, щётка или абразивная смесь. Очистить нужно до блеска.
Еще одна особенность меди — ее нужно подогреть перед сваркой, если деталь толще 5 мм. Нагревают обычно до 300-700°C.
Латунь не сильно отличается от меди.
Титан же имеет свойство быстро окисляться при больших температурах, поэтому при работе с ним частью подготовки металла к сварке является правильно расположение рабочей зоны: подальше от дверей и окон. Плюс, её стоит держать в отдельном от стали месте.
Контроль качества подготовки поверхности
Чтобы проверить качество, можно обратить к более мягким или строгим критериям оценивания:
- Визуальный осмотр. В этом случае можно проверить поверхность на вид: при окислении она может поменять цвет, а загрязнения вроде масла или гари довольно заметны.
- Пробная сварка. Проведение пробной сварки поможет выявить не столь очевидные проблемы, вроде неправильного расположения места сварки или случайно перепутанной щётки для очистки разных металлов.
- ГОСТ стандарты позволяют оценить работу уже строже. Например, ГОСТ 9.402 или РД 03-606-03.
Что произойдет, если пренебречь подготовкой
Шов некрасивого цвета — это самое безобидное, что может произойти. А вот “развалившаяся постройка” уже звучит страшно. Неправильная подготовка металла к сварке может привести к:
- Пористости или непрочности шва. В результате он может лопнуть или пойти трещинами.
- Слабому сцеплению между поверхностями. Неполноценный провар образует слабый шов, который легко нарушить.
- Нарушению формы изделия. Плохая очистка и, как следствие, сварка могут привести к деформации.
- Коррозии.
Заключение
Подготовка металла к сварке состоит из 5 основных этапов: разметка, резка, очистка, обезжиривание и контроль качества. Правильное выполнение всех этапов позволяет получать прочные и качественные швы.
Для подготовки металла используются щётки, химические вещества и растворители, абразивные установки и лазерное оборудование.
Технологии лазерной обработки и лазерной сварки, представленные в каталоге Lasercut.ru, помогут добиться идеальной чистоты качества соединения без абразивов и химии.
Часто задаваемые вопросы
-
Для чего проводят подготовку металла к сварке?
Для получения надежных соединений. Если подготовка металла к сварке будет проведена некачественно или вовсе пропущена, то шов быстро сломается. Удаление окислений, жиров или нагара из зоны сварки необходимо.
-
Как подготовить металл к сварке?
Одного ответа тут дать нельзя, так как у каждого металла есть свои особенности очистки. Но чаще всего для этой задачи применяются щётки, ацетон, растворители или кислоты, а также абразивные смеси и аппараты лазерной очистки.
-
Что включает в себя подготовка металла к сварке?
Начинается всё с выбора типа шва и подготовки кромок (разметка и резка). Затем проводится очистка и обезжиривание. Последний этап — это проверка проведенных работ.