Прихватки и сборка под сварку: длина, шаг, порядок постановки и кондукторы

Зачем нужны прихватки

Прихватка — короткий шов, который удерживает детали узла в проектном положении до основной сварки. Она фиксирует зазор и взаимное положение кромок и не даёт деталям разойтись от нагрева. Kobelco подчёркивает: прихватку часто делают небрежно, хотя требования к её качеству те же, что к основному шву.

Прихватка работает и как силовой элемент. Lincoln Electric напоминает, что при кантовке и подогреве узла усилия передаются через прихватки. Прочность прихватки, как любого шва, пропорциональна сечению и длине. СП 70.13330.2012 поэтому запрещает переносить и кантовать узлы, собранные только на прихватках.

Требования к прихваткам

Нормы сходятся в главном: прихватка — это шов, и делают её по тем же правилам.

• Кто ставит. По СП 70.13330.2012 сварку и прихватку выполняют аттестованные сварщики. По EN 1090-2 для классов исполнения EXC2–EXC4 прихватки должны входить в аттестованную технологию сварки — так это отражено в руководстве BOC по EN 1090.
• Материалы. Для прихваток берут те же сварочные материалы, что для швов. Kobelco советует для толстого металла, низколегированных и теплоустойчивых сталей электроды с низким содержанием водорода — против холодных трещин.
• Качество. СП 70.13330.2012 требует, чтобы размеры прихваток, расстояния между ними и их качество были не ниже, чем у основных сварных соединений. Швы поверх прихваток накладывают только после их зачистки.
• Подогрев. Если сталь требует подогрева, его держат и при прихватке — Lincoln Electric напоминает, что так требует AWS D1.1. Короткий валик остывает быстрее шва, поэтому Kobelco для высокопрочных и теплоустойчивых сталей рекомендует подогрев на 40–50 °C выше, чем при основной сварке.
• Место. Kobelco советует не ставить прихватки в острых углах, где концентрируются остаточные напряжения. На жёстко закреплённых толстых узлах их ставят симметрично.

Длину и шаг задают в технологической карте или WPS. Kobelco приводит рекомендации японской спецификации JASS 6 для стальных конструкций при ручной дуговой и механизированной сварке в газе:

При сварке под флюсом с большим тепловложением прихватки делают длиннее и толще: иначе деформация от основного шва их разорвёт.

Порядок сборки и прихватки

1. Кромки. Разделку кромок, притупление и зазор задаёт стандарт на тип соединения — ГОСТ 5264-80 для ручной дуговой сварки, ГОСТ 14771-76 для сварки в защитном газе — или технология сварки. Кромки очищают от окалины, масла и влаги. Как обозначают соединения на чертеже — в статье «Сварные соединения и обозначение швов».
2. Установка. Детали выставляют на сборочном столе или в кондукторе, зазор задают прокладками или упорами, прижимают струбцинами.
3. Прихватка. На длинном стыке — сначала концы, затем середина, затем середины получившихся половин и так далее.
4. Проверка. Измеряют зазор, смещение кромок, углы и габариты узла, осматривают прихватки.
5. Зачистка. Снимают шлак и брызги, высокие прихватки сошлифовывают.

Почему порядок важен. Каждая прихватка при остывании даёт усадку и стягивает кромки. Если идти подряд от одного края, усадка накапливается, и к дальнему концу зазор закрывается. IMOA приводит правильную последовательность именно для того, чтобы ширина зазора оставалась одинаковой по всей длине.

Сколько ставить прихваток, считают от длины стыка и шага:

Пример. Стык листа 12Х18Н10Т толщиной 3 мм длиной 1200 мм. По IMOA шаг для толщины 2–3 мм — 70–120 мм, принимаем 100 мм: 1200 / 100 = 12, n = 12 + 1 = 13 прихваток. Для стали 09Г2С толщиной 8 мм при том же стыке и шаге 400 мм: 1200 / 400 = 3, n = 3 + 1 = 4 прихватки длиной не меньше 40 мм.

Кондукторы и сборочные столы

Кондуктор задаёт положение деталей без разметки и держит их при сварке. ESAB для алюминия советует закреплять узел струбцинами на жёсткой базовой плите, а также собирать два одинаковых узла спиной к спине и разжимать только после остывания. Про влияние закрепления на сварочные деформации — в статье «Сварочные деформации: как уменьшить».

Для единичного и мелкосерийного производства удобны модульные сварочные столы с сеткой системных отверстий. К ним крепят упоры, угольники, призмы и прижимы, и узел собирается по координатам сетки. Например, у Demmeler три системы: D28 — для повседневной работы и крупных сварных конструкций, D22 — для лёгких и средних задач, D16 — для тонких работ. Сетка отверстий в зависимости от серии — 50 × 50 мм или 100 × 100 мм.

Под серию делают специальный кондуктор под конкретный узел: базы по чертежу, быстрые прижимы, окна для доступа горелки. Для роботизированной сварки требования к сборке строже — о них в статье «Подготовка деталей под роботизированную сварку».

Нержавейка и алюминий

Аустенитная нержавейка сильнее расширяется и хуже отводит тепло, поэтому IMOA рекомендует ставить прихватки чаще, чем на углеродистой стали:

Ещё несколько требований IMOA. Прихватки делают в инертном газе, присадкой под основной металл. Прихватки в трубах, которые войдут в шов, не должны быть сквозными и не должны быть окислены. Высокие прихватки и прихватки с резким началом и концом сошлифовывают на плавный профиль. Дугу не зажигают и не гасят на прихватке. Про газ и поддув корня — в статье «Сварка нержавеющей стали».

Алюминий ESAB советует обезжиривать до прихватки — иначе грязь останется между деталями. Если разделку делали с лубрикантом, обезжиривают ещё раз. Подробнее — в статье «Сварка алюминия».

Дефекты от прихваток

• Трещины. Короткий валик быстро остывает, и твёрдость зоны термического влияния растёт. Kobelco объясняет так трещины в прихватках на высокопрочных сталях; средства — подогрев и электроды с низким содержанием водорода.
• Непровар и несплавление. Lincoln Electric указывает, что у концов прихватки труднее всего получить сплавление с корнем, а крупная прихватка сбивает дугу и портит вид шва.
• Поры и окисление. На нержавейке окисленная прихватка в корне трубы переходит в шов.
• Сдвиг зазора. Прихватки подряд от одного края стягивают стык — это видно на схеме выше.
• Скрытые дефекты после удаления. Lincoln Electric предупреждает: если прихватку вне шва поставили без подогрева, трещина может уйти в основной металл, и срезка валика её не уберёт.

Дефектную прихватку удаляют до сварки. Kobelco требует визуально осматривать прихватки и удалять дефектные. По СП 70.13330.2012 при зачистке прихваток абразивом риски направляют вдоль сварного соединения. Методы контроля шва — в статье «Дефекты сварных швов и контроль».