Сколько держит сварочный шов на разрыв?

Коротко

• Прочность металла шва по ГОСТ 9467-75 - 42-50 кгс/мм² в зависимости от типа электрода, это не то же самое, что несущая способность готового соединения.
• Расчёт сварных соединений стальных конструкций ведут по СП 16.13330, с коэффициентами запаса.
• Сколько килограмм выдерживает 1 сантиметр сварочного шва, зависит от катета, длины, типа соединения и направления нагрузки, а не только от марки электрода.
• Непровар, поры, трещины и подрезы по ГОСТ 30242-97 уменьшают рабочее сечение шва и его прочность, а насколько именно - без разрушающих испытаний не измерить.
• Механические свойства сварного соединения проверяют по ГОСТ 6996-66 - разрывом контрольных образцов на испытательной машине.

Если рассчитывают нагрузку на сварной шов, не всегда ясно, какую цифру прочности брать - из характеристик электрода или из практики монтажа. Ниже разбираем, сколько держит сварочный шов на разрыв: что показывает временное сопротивление по ГОСТ 9467-75, от чего зависит нагрузка на сантиметр шва, как влияют непровар и поры, как это проверяют и какой электрод выбрать для большей прочности.

Путаница в том, что эти два числа - разные вещи. Одно - прочность самого наплавленного металла, которую даёт паспорт электрода и ГОСТ. Второе - несущая способность готового узла, где кроме металла шва работают ещё геометрия соединения и качество работы сварщика. Ниже - что говорят стандарты про каждое из них и когда одной цифрой не обойтись.

1. Что показывает временное сопротивление разрыву шва по ГОСТ 9467-75?

Временное сопротивление разрыву - это нагрузка на единицу площади сечения, при которой образец металла шва рвётся при испытании на растяжение. ГОСТ 9467-75 задаёт эту величину для каждого типа покрытых электродов и заодно относительное удлинение - на сколько процентов образец успевает вытянуться перед разрывом.

• Тип электрода: Э42
  • Временное сопротивление разрыву σв: не менее 42 кгс/мм² (около 412 МПа)
  • Относительное удлинение δ5: не менее 18%
  • Где применяют: углеродистые и низколегированные стали
• Тип электрода: Э46
  • Временное сопротивление разрыву σв: не менее 46 кгс/мм² (около 451 МПа)
  • Относительное удлинение δ5: не менее 18%
  • Где применяют: углеродистые и низколегированные стали
• Тип электрода: Э50
  • Временное сопротивление разрыву σв: не менее 50 кгс/мм² (около 490 МПа)
  • Относительное удлинение δ5: не менее 16%
  • Где применяют: углеродистые и низколегированные стали
• Тип электрода: Э50А
  • Временное сопротивление разрыву σв: не менее 50 кгс/мм² (около 490 МПа)
  • Относительное удлинение δ5: не менее 20%
  • Где применяют: швы с повышенными требованиями к пластичности

Перевод в мегапаскали приблизительный: 1 кгс/мм² равен 9,80665 МПа, а не ровно 10. Это цифры для самого металла шва, наплавленного конкретным электродом, а не для готового сварного соединения в узле - соединение зависит ещё от того, как шов лёг и какая у него геометрия.

На практике электроды с буквой «А» в обозначении, например УОНИ-13/55 типа Э50А, по ГОСТ 9467-75 имеют то же временное сопротивление разрыву, что и Э50, но большее относительное удлинение - 20% против 16%. Типы Э42А, Э46А и Э50А стандарт предназначает для швов, к металлу которых предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Тип по ГОСТ 9467-75 у любой марки, например у электродов МР-3, указан на пачке. Марку и тип электрода по ГОСТ 9467-75 всегда можно свериться с паспортом на пачке.

2. От чего зависит, сколько килограмм выдерживает 1 сантиметр сварочного шва?

Прочность на разрыв в кгс/мм² - это свойство металла, а не готовой конструкции. Чтобы понять, сколько выдержит конкретный шов, к этой цифре нужно добавить ещё несколько параметров:

• Тип электрода и марку стали - от них зависит табличное временное сопротивление разрыву.
• Катет углового шва или толщину металла в стыковом - от них зависит рабочее сечение шва.
• Длину шва - чем она больше, тем больше сечение работает на нагрузку.
• Тип соединения - стыковой, угловой, нахлёсточный швы нагружаются по-разному.
• Направление нагрузки относительно оси шва - вдоль шва он работает иначе, чем поперёк.
• Качество самого шва - без непровара, пор и трещин, о которых ниже.

Расчёт сварных соединений стальных конструкций ведут по СП 16.13330 «Стальные конструкции» - там задают расчётные сопротивления угловых и стыковых швов и коэффициенты запаса, с которыми несущую способность соединения в проекте всегда берут меньше, чем прочность самого металла шва.

Однозначного ответа, сколько килограмм выдерживает 1 сантиметр сварочного шва, нет: итоговая цифра складывается из нескольких вещей сразу. Прочность металла шва по ГОСТ 9467-75 задаёт только свойство самого наплавленного металла, дальше на неё влияют размеры шва (катет или толщина металла и длина), тип соединения, направление нагрузки и дефекты самого шва - непровар, поры, трещины и подрезы, о которых ниже. Поэтому допустимую нагрузку на сварное соединение в конструкции считают по СП 16.13330 с расчётными сопротивлениями и коэффициентами запаса, а не по табличному сопротивлению металла шва.

3. Сколько кг выдерживает сварочный шов при непроваре или порах?

Дефекты соединений при сварке металлов плавлением классифицирует ГОСТ 30242-97, и каждый из них по-своему уменьшает прочность шва:

• Непровар - отсутствие соединения между металлом шва и основным металлом или между отдельными валиками шва: там, где шва фактически нет, он и нагрузку не держит.
• Поры - несплошности произвольной формы, образованные газами, задержанными в расплавленном металле: они выедают часть рабочего сечения шва.
• Трещины - местный разрыв шва, который может возникнуть при охлаждении или под действием нагрузки: трещина - это уже готовое начало разрушения.
• Подрезы - продольные углубления на наружной поверхности валика шва: из-за такого углубления рабочее сечение шва в этом месте становится меньше номинального.

Точную цифру, на сколько именно процентов дефект снижает прочность конкретного шва, без разрушающих испытаний не назвать - это зависит от размера и расположения дефекта. Поэтому ответственный шов не варят «на глаз»: его либо проверяют неразрушающим контролем, либо вырезают образец и разрывают на испытательной машине.

4. Как проверяют, сколько держит сварочный шов на разрыв?

Табличные цифры ГОСТ 9467-75 получают не на глаз, а испытанием. ГОСТ 6996-66 устанавливает методы определения механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла: испытание на статическое растяжение, испытание на ударный изгиб, измерение твёрдости и другие виды проверки.

Из шва или наплавленного металла вырезают образец нужной формы и разрывают его на испытательной машине - так получают то самое временное сопротивление разрыву, относительное удлинение и ударную вязкость, которые для типов электродов задаёт ГОСТ 9467-75. В цеху так проверяют контрольные образцы при аттестации технологии сварки, а не каждый шов подряд.

5. Как выбрать электрод, чтобы шов держал больше?

Раз сколько держит сварочный шов на разрыв зависит в первую очередь от типа электрода, выбор начинается с него:

1. Смотрите тип по ГОСТ 9467-75 в паспорте на пачке - Э42, Э46, Э50 и так далее, а не только торговую марку.
2. Если к шву предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости, по ГОСТ 9467-75 берут электроды типов с буквой «А» - Э42А, Э46А, Э50А.
3. Диаметр и режим сварки уточняйте по паспорту конкретной марки - они не входят в ГОСТ 9467-75 и заданы производителем.
4. Перед ответственным швом зачистите кромку от ржавчины и окалины.

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей с нужным типом по ГОСТ можно подобрать среди электродов для углеродистых сталей, а ток и режим под конкретный катет задают сварочные инверторы для ручной дуговой сварки. Подробнее про маркировку и подбор диаметра под ток - в статье «Электроды для сварки: маркировка, диаметр и выбор тока».

6. Сколько стоит сварочный шов трубы отопления и сколько стоит сварочный шов 1 см электросваркой?

Цену шва эта статья не считает: смета зависит от расценок конкретного исполнителя, диаметра и материала трубы, а не от прочности металла шва, которую задаёт ГОСТ 9467-75. Прочность шва - величина техническая, из паспорта электрода и стандарта, а стоимость работ - коммерческий вопрос, который напрямую с ней не связан.

7. Частые ошибки, из-за которых шов держит меньше

• Кромку перед сваркой не зачищают от ржавчины и окалины - отсюда непровар и поры; для зачистки под шов пригодятся щётки с металлической проволокой.
• Угловой шов делают короче, чем нужно по расчёту, рассчитывая на «запас по глазу» - несущая способность соединения зависит от его фактической длины, а не от ощущений.
• Нагрузку прикладывают поперёк шва там, где расчёт предполагал нагрузку вдоль него.
• Для нагруженного узла берут первый попавшийся тип электрода, не сверяясь с ГОСТ 9467-75 и требованиями к пластичности.
• Ответственный шов сдают без контроля, хотя по ГОСТ 6996-66 для него предусмотрены механические испытания образцов.

Если шов стоит в нагруженном узле, не подбирайте электрод по цене - сверьтесь с типом по ГОСТ 9467-75 на пачке и возьмите марку с запасом по пластичности, а не только по прочности.