Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения. В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения: горячие и холодный трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния. Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами формирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, небрежностью и низкой квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствие швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др.
Дефекты по месту расположения подразделяются на внешние и внутренние. К внешним относятся: нарушение установленных размеров и формы шва, непровар, подрез зоны сплавления, поверхностное окисление, прожог, наплыв, поверхностные поры, незаваренные кратеры и трещины на поверхности шва. К внутренним дефектам относятся следующие: внутренние поры, неметаллические включения, непровар и внутренние трещины. Нарушение установленных размеров и формы шва выражается в неполномерности ширины и высоты шва, в чрезмерном усилении и резких переходах от основного металла к наплавленному. Эти дефекты при ручной сварке являются результатом низкой квалификации сварщика, плохой подготовки свариваемых кромок, неправильного выбора сварочного тока, низкого качества сборки под сварку. Дефекты формы шва могут быть и следствием колебания напряжения в сети.
Виды дефектов приведены на рис. 1. Дефектами формы и размеров сварных швов являются их неполномерность, неравномерные ширина и высота, бугристость, седловины, перетяжки и т.п.
Эти дефекты снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. Причины их возникновения при механизированных способах сварки - колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в подающих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве.
Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными - в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплывов - большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправильный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск. При выполнении кольцевых швов наплывы образуются при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться непровары, трещины и др.
Подрезы представляют собой продолговатые углубления (канавки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов является смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концентрации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения.
Прожоги- это сквозные отверстия в шве, образованные в результате вытекания части металла ванны. Причинами их образования могут быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуются при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут также образовываться в результате недостаточно плотного поджатая сварочной подкладки или флюсовой подушки.
Непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Непровары уменьшают сечение шва и вызывают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования непроваров - плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязнений, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка. Непровары выше допустимой величины подлежат удалению и последующей заварке.
Трещины, также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопическими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора.
Шлаковые включения , представляющие собой вкрапления шлака в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке - недостаточной зачистке шлаков с предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность.
Неметаллические включения образуются при сварке малым сварочным током, при применении недоброкачественных электродов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных кромок и плохой очистке шва от шлака при многослойной сварке. При неправильно выбранном режиме сварки шлаки и оксиды не успевают всплыть на поверхность и остаются в металле шва в виде неметаллических включений. Трещины, наружные и внутренние, являются опасными и недопустимыми дефектами сварных швов. Они образуются вследствие напряжении, возникающих в металле от его неравномерного нагрева, охлаждения и усадки.
Высокоуглеродистые и легированные стали после сварки при охлаждении закаливаются, в результате чего могут образоваться трещины. Причина возникновения трещин повышенное содержание в стали вредных примесей (серы и фосфора).
Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор - повышенное содержание углерода при сварке сталей, загрязнения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами, в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя так называемые свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.
Поверхностные и внутренние поры возникают вследствие попадания в металл шва газов (водород, азот, углекислый газ и др.), образовавшихся при сварке. Водород образуется из влаги, масла и компонентов покрытия электродов. Азот в металл шва попадает из атмосферного воздуха при недостаточно качественной защите расплавленного металла шва. Оксид углерода образуется в процессе сварки стали при выгорании углерода, содержащегося в металле. Если свариваемая сталь и электроды имеют повышенное содержание углерода, то при недостатке в сварочной ванне раскислителей и при большой скорости сварки оксид углерода не успевает выделиться и остается в металле шва.
Таким образом, пористость является результатом плохой подготовки свариваемых кромок (загрязненность, ржавчина, замасленность), применения электродов с сырым покрытием, влажного флюса, недостатка раскислителей, больших скоростей сварки.
30. Методы контроля сварных швов.
31. Температурные деформации и напряжения.
Причины возникновения и характеристика сварочных напряжений и деформаций. Неравномерный разогрев изделия при сварке порождает неравномерную температурную деформацию его. Монолитность материала изделия препятствует свободной температурной деформации отдельных частей его, в результате чего во время сварки образуются напряжения и пластическая деформация части металла соединения, а после охлаждения в изделии остаются сварочные напряжения и деформации. Оставшиеся после сварки напряжения и деформации называются термическими сварочными. Эти напряжения, не связанные с действием внешних сил, являются внутренними, собственными напряжениями первого рода, уравновешиваемыми в объеме элемента и вызывающими его деформацию. Помимо термических сварочных напряжений в соединении могут существовать напряжения структурные, получающиеся в результате быстрого охлаждения соединения и появления переохлажденных структур, не свойственных данному температурному состоянию изделия, например мартенсита. Структурные напряжения сильно зависят от свойств материала и технологии сварки, термические сварочные напряжения и деформации - от конструктивного решения и технологии сварки.
Сварочные напряжения и деформации при наплавке валика на кромку листа. Лист при наплавке валика на кромку разогревается неравномерно по ширине и распределение температуры поперек листа имеет вид убывающей кривой е - е.
Если бы рассматриваемый лист состоял из отдельных узких, продольных полос, не связанных друг с другом по краям, то каждая такая полоса удлинялась бы пропорционально своей температуре на
Сварочные напряжения и деформации при соединении листов встык. При сварке двух листов встык возникают как продольные, так и поперечные сварочные напряжения и деформации. Эпюры этих напряжений должны быть уравновешенными, и в результате сварки двух листов встык получаются эпюры напряжений. Сварочные напряжения существенно увеличиваются при сварке встык деталей, закрепленных от свободных перемещений по краям. В этом случае детали при нагревании расширяются в сторону шва и в гаком сближенном состоянии свариваются. При остывании шва невозможность свободной деформации закрепленного по краям изделия вызывает большие растягивающие напряжения в нем, которые могут привести к разрушению.
Возникновение в стыковом шве и в околошовной зоне растягивающих сварочных напряжений двух направлений создает плоско напряженное состояние этой зоны, что может привести к хрупкому разрушению.
Сварочные напряжения и деформации при соединении угловыми швами. В угловых швах также возникают сварочные напряжения, так как жесткость соединяемых элементов препятствует свободному сокращению шва при остывании. Остаточные сварочные напряжения вызывают продольную и поперечную усадку швов и деформацию элементов. Усадка происходит всегда к центру шва. Наиболее неблагоприятна поперечная усадка, которая примерно в 10 раз больше продольной.
Снизить сварочные деформации можно рядом технологических мероприятий, в том числе закреплением или даже выгибом изделия в сторону, обратную его усадке, однако в этом случае увеличиваются сварочные напряжения.
Влияние сварочных напряжений на прочность соединения. Сварочные напряжения линейного характера не влияют на прочность изделия при наличии в соединении от внешних усилий тоже линейного напряженного состояния, совпадающего по направлению с первым. В силу уравновешенности сварочных напряжений они будут увеличивать и уменьшать напряжения от внешней нагрузки, но не будут нарушать равновесия внешних сил, действующих на изделие. Сварочные напряжения, совпадающие по знаку с напряжениями от нагрузки, могут вызвать преждевременное появление местной текучести в изделии, выравнивающей неравномерное распределение напряжений. Пластическая работа материала в этом случае уменьшает сварочные напряжения, и после первой же разгрузки конструкция работает упруго.
При плоском однозначном поле сварочных напряжений (например, средняя зона двух листов, сваренных встык, испытывающая растяжение в двух направлениях) они препятствуют развитию пластичности при суммировании сварочных и силовых напряжений и могут вызвать хрупкое разрушение изделия. Их неблагоприятное воздействие усиливается источниками концентрации напряжений вследствие дефектов сварного шва. Особенно опасны сварочные напряжения, появляющиеся при сварке толстых изделий, так как в этом случае распределение остаточных напряжений носит объемный характер, еще более затрудняющий влияние пластичности материала на выравнивание напряжения.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему