ГЛАВА III. СУЩНОСТЬ, ТЕХНИКА РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ СВАРКИ И ОБОРУДОВАНИЕ

Назад: 10. Выбор сварочного оборудования

11. Дефекты сварных соединений, их причин и методы устранения

Дефекты, возникающие в сварных соединениях, классифицируются по разным признакам.

По месту расположения различают - наружные и внутренние дефекты.

По причинам возникновения различают:

- дефекты, связанные с металлургическими, термическими и гидродинамическими явлениями – трещины (кристаллизационные и холодные), поры, шлаковые включения, несплавления, утяжины, неблагоприятные изменения свойств металла в зоне термического влияния;

- дефекты формирования швов – подрезы, непровары, наплывы, прожоги, кратеры, несимметричность расположения слоев шва.

См. слайд 44.

Кристаллизационные трещины

Процесс образования трещин может быть описан следующей схемой. При затвердевании металл шва находится в твердо - жидком состоянии, которое характеризуется пониженной пластичностью. Затвердевание металла происходит в условиях воздействия растягивающих напряжений, и если в период ТИХ величина деформации превысит пластичность металла, произойдет разделение кристаллитов, т. е. образуется трещина.

Стойкость металла шва к образованию горячих трещин зависит от величины ТИХ (наличие эвтектики при повышенном содержании C, Si, P, S приводит к росту интервала ТИХ), темпа деформации – растягивающих напряжений (от порядка наложения слоев, количества наплавленного металла, подогрева), склонности металла к росту зерна и коэффициента формы шва (распределение эвтектики и направление роста кристаллов).

Трещины являются недопустимым дефектом, так как могут послужить причиной хрупкого разрушения конструкции в процессе изготовления.

См. слайд 45, См. слайд 46.

Холодные трещины

Трещины являются типичным дефектом соединений из перлитных и мартенситных сталей, склонных к закалке. Холодные трещины образуются при температурах ниже 200 ⁰С, чаще поражают ЗТВ и реже металл шва.

Основными факторами, определяющими появление трещин, являются закалочные структуры (мартенсит), суммарные напряжения (сварочные и внешние) и водород.

См. слайд 47, См. слайд 48, См. слайд 49, См. слайд 50.

Шлаковые включения

Шлаковые включения – небольшие объемы, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, окислами). Они оказывают заметное влияние на свойства и качество шва, уменьшая сечения шва. Возникают по следующим причинам: плохая очистка слоя от шлака при многослойной сварке (особенно при плохой его отделимости от поверхности), наличие загрязнений на кромках детали, некачественное электродное покрытие (образование «козырька»).

Поры

Возникают при первичной кристаллизации ванны в результате выделения газов и располагаются по оси шва или по его сечению. Поры, выходящие на поверхность называются свищами. Поры недопустимый дефект сварных швов для изделий, работающих под давлением или под вакуумом.

Основной причиной пор при сварке сталей являются газы Н₂, СО и N₂, в алюминии – Н₂, в меди – пары воды, Н₂. Образование пор в швах на стали обусловлено резким снижением их растворимости в процессе затвердевания металла сварочной ванны (растворимость N₂ снижается в 4 раза, а Н₂ – в 1.7 раза). Водород поступает в сварочную ванну из ржавчины, технологической смазки, влаги, из увлажненных сварочных материалов.

Уменьшить содержание водорода можно соответствующей очисткой кромок изделия, прокалкой электродов и флюсов, увеличением времени дегазации сварочной ванны.

Несплавления

Образование зоны несплавления тесно связано с формированием сварочной ванны, когда часть жидкого металла затвердевает, а при выполнении последующего слоя теплоты недостаточно для повторного расплавления металла; смачивания металла не происходит и образуется зона несплавления. Для предупреждения несплавлений применяют сварку с подогревом, двумя дугами, наклонным электродом.

Непровары

В зависимости от расположения различают непровар по толщине металла, по кромке, между слоями. Место непровара в большинстве случаев заполнено шлаком. Непровар уменьшает сечение шва и вызывает значительную концентрацию напряжений. Причиной непровара может быть неточное направление электрода по стыку, большое притупление кромки, недостаточная величина тока.

Подрезы

Подрезом называется местное уменьшение толщины основного металла у границы шва. Глубина подреза может колебаться от десятых долей до нескольких миллиметров. Наиболее часто возникают при сварке угловых швов и 1-х слоев при многослойной сварке. В большинстве случаев подрез является следствием излишне высокого напряжения, большой скорости сварки или неточного ведения электрода по стыку, неудобное пространственное положение шва (горизонтальное, потолочное). Если глубина подреза составляет 1-2 мм, то дефектный участок шва заваривается ниточным валиком.

Наплывы

Наплывы это натекание металла на поверхность без сплавления с ним. Возникают при неправильном выборе режима или при наличии на кромках толстого слоя окалины. Для исключения дефекта необходимо повышать напряжение и уменьшать количество наплавленного металла.

Наплывы, имеющие большую протяженность, следует считать недопустимыми дефектами, так как они вызывают концентрацию напряжений и нередко приводят к появлению непровара.

Прожоги

Прожог — это сквозное проплавление свариваемых элементов с вытеканием жидкого металла из сварочной ванны. Прожог чаще всего встречается при сварке металла небольших толщин, сварке стыковых швов, выполняемых с глубоким проваром, приближающимся к толщине свариваемого металла, а также при сварке снизу - вверх вертикальных угловых швов.

Причинами прожога могут быть: чрезмерная величина сварочного тока; большой зазор между кромками свариваемых деталей; неплотное прилегание флюсовой подушки или металлической подкладки при автоматической сварке под флюсом; малая скорость сварки. В ответственных конструкциях прожоги являются недопустимым пороком.

Незаваренный кратер

Кратер - углубление, образующееся в конце шва, при резком обрыве дуги. Особенно часто кратеры встречаются при выполнении коротких прерывистых швов. Причиной возникновения дефекта является неправильная техника сварки (при РДС) или отсутствие в автоматах устройства заварки кратера.

Незаваренные кратеры оказывают весьма неблагоприятное воздействие на прочность сварного соединения, так как являются концентраторами напряжений. Снижение прочности (по литературным данным) составляет 25…50 % в зависимости от марки стали (для низкоуглеродистой – 25 %; низколегированной – 40…50 %).

Отклонение размеров и формы шва от проектных (в сторону увеличения или уменьшения) также является дефектом. Основные причины: несоблюдение режима сварки, неправильная подготовка кромок деталей.

К дефектам сварных конструкций относятся деформации и коробления, т. е. отклонение формы сварной конструкции от проектной, что является следствием неравномерного местного нагрева и охлаждения изделия после сварки. Деформации, в зависимости от целого ряда причин, могут быть различными по величине.

На увеличение деформаций до недопустимых пределов могут влиять: проектирование сварной конструкции с излишне большим количеством сварных швов; нарушение технологического процесса сборки и сварки конструкции; завышенная погонная энергия при сварке и т. д.

Уменьшению деформаций способствуют: соблюдение последовательности выполнения швов, уменьшение зазоров; предварительные выгибы свариваемых элементов в направлении, компенсирующем сварочные деформации; оптимальная погонная энергия.

Далее: ГЛАВА IV. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И НАПЛАВКИ