Основные дефекты сварных швов

Основы сварочного дела

Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора или нарушения технологического процес­са изготовления сварной конструкции, применения некачественных свароч­ных материалов и низкой квалифика­ции сварщика.

Дефекты разделяются на внеш­ние и внутренние. К внешним де­фектам относятся: нарушение разме­ров и формы шва, непровар, подрез зоны сплавления, поверхностное окис­ление, прожог, наплыв, поверхност­ные поры, незаверенные кратеры и трещины продольные и поперечные. К внутренним дефектам относятся: внутренние поры, неметаллические включения, непровар и микротрещины.

Нарушение 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 коле­баний напряжения в сети. При авто­матической сварке нарушения формы и размеров шва являются следствием неправильной разделки шва или на­рушения режима в процессе сварки (скорости сварки, скорости подачи электродной проволоки, сварочного тока).

Непровар—местное несплавление свариваемых кромок основного и на­плавленного металлов—является следствием низкой квалификации сварщика, некачественной подготовки свариваемых кромок(малый угол ско­са, отсутствие зазора, большое при­тупление), смещения электрода к од­ной из кромок, быстрого переме­щения электрода по шву.

Подрез—узкое углубление в основ­ном металле вдоль края сварного шва—образуется при сварке большим током или удлиненной дугой, при завы­шенной мощности горелки, неправиль­ном положении электрода или горел­ки и присадочного прутка.

Поверхностное окисление—окис­ление металла шва и прилегающе­го к нему основного металла. При­чинами являются сильно окисляющая среда, большая длина дуги, чрезмер­но большая мощность сварочной го­релки или слишком большой свароч­ный ток, замедленное перемещение электрода или горелки вдоль шва.

Прожог—сквозное отверстие в сварном шве. Основными причинами прожога являются большой свароч­ный ток, завышенная мощность сва­рочной горелки, малая толщина основного металла, малое притуп­ление свариваемых кромок и не­равномерный зазор между ними по длине.

Наплыв—результат натекания ме­талла шва на непрогретую поверх­ность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним. Такие дефекты могут быть при низкой квалификации сварщика, не­качественных электродах и несоот­ветствии скорости сварки и сварочного тока разделке шва.

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, to 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.

Неметаллические включения обра­зуются при сварке малым сварочным током, применении некачественных электродов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных кромках 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 (микротрещины) являются опасными и недопустимыми дефектами сварных швов. Они образуются вследствие напряжений, 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. Причиной возникновения трещин служит также повышенное содержание в стали вредных приме­сей (серы и фосфора).

Методы устранения дефектов свар­Ных швов. Не пол номер ность швов устраняется наплавкой дополнитель­ного слоя металла. При этом наплав­ляемую поверхность необходимо тща­тельно очистить до металлического блеска абразивным инструментом или металлической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивного инструмента или пнев­матического зубила.

Непровар, кратеры, поверхност­ные и внутренние поры и неме­таллические включения устраняют вы­рубкой пневматическим зубилом или расчисткой абразивным инструментом всего дефектного участка с после­дующей заваркой. Часто применяют выплавку дефектного участка с по­мощью поверхностной кислородной или воздушно-дуговой резки.

Подрезы заваривают тонкими Бе­ликовыми швами. Наплывы устраняют обработкой абразивным инструментом или с помощью пневматического зу­била. Наружные трещины устраняют разделкой и последующей заваркой. Для предупреждения распростране­ния трещины по концам ее засвер — ливают отверстия. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком. Кромки разделки зачищают от шлака, брызг металла, окалины и заваривают. Швы с внутренними трещинами вы­рубают и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектный участок вырезают и сваркой накла­дывают заплату.

Читайте о том как выбрать сварочный аппарат для дома или дачи. Чем такие устройства отличаются от полу- и профессиональных. Что необходимо знать перед покупкой.

В последнее время с появлением китайской техники на мировом рынке, сварочный аппарат стал наиболее популярным инструментом у владельцев частных домов, коттеджей, дач и гаражей. Учитывая соотношение цен на приобретение сварки …

Выполнение сварочных работ на строительно-монтажной площадке требует особо четкого выполнения всех правил безопасности производ­ства работ. Сварочные работы на высоте с лесов, подмостей и люлек разрешается производить только по­сле проверки этих …

Основные дефекты сварных швов | Soedenimetall.ru

Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора или нарушения технологического процес­са изготовления сварных конструкций, применения некачественных свароч­ных материалов и низкой квалифика­ции сварщика.

Дефекты разделяются на внеш­ние и внутренние. К внешним де­фектам относятся:

• нарушение разме­ров и формы шва
• непровар
• подрез зоны сплавления
• поверхностное окис­ление
• прожог
• наплыв
• поверхностные поры
• незаваренные кратеры и трещины продольные и поперечные

К внутренним дефектам относятся:

• внутренние поры
• неметаллические включения
• непровар
• микротрещины

Нарушение ризмеров 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 колебаний напряжения в сети. При автоматической сварке нарушение формы и размеров шва являются следствием неправильной разделки шва или на­рушения режима в процессе сварки (скорости сварки, скорости подачи электродной проволоки, сварочного тока).

Непровар — местное наплавление свариваемых кромок основного и на­плавленного металлов — является следствием низкой квалификации сварщика, некачественной подготовкисвариваемых кромок (малый угол скоса, отсутствие зазора, большое при­тупление), смещения электрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву.

Подрез — узкое углубление в основном металле вдоль края сварного шва — образуется при сварке большим током или удлиненной дугой, при завы­шенной мощности горелки, неправильном положении электрода или горелки и присадочного прутка.

Поверхностное окисление — окисление металла шва и прилегающего к нему основного металла. Причинами являются сильно окисляющая среда, большая длина дуги, чрезмер­но большая мощность сварочной горелки или слишком большой сварочный ток, замедленное перемещение электрода или горелки вдоль шва.

Прожог — сквозное отверстие в сварном шве. Основными причинами прожога являются большой сварочный ток, завышенная мощность сварочной горелки, малая толщина основного металла, малое притупление свариваемых кромок и неравномерный зазор между ними по длинне.

Наплыв — результат натекания ме­талла шва на непрогретую поверхность основного металла и ранее

выполненного валика без сплавления с ним. Такие дефекты могут быть при низкой квалификации сварщика, некачественных электродах и несоот­ветствии скорости сварки и сварочного тока разделке шва.

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.

Неметаллические включения обра­зуются при сварке малым сварочным током, применении некачественных электродов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных кромках 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 (микротрещины) являются опасными и недопустимыми дефектами сварных швов. Они образуются вследствие напряжений, 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. Причиной возникновения трещин служит также повышенное содержание в стали вредных приме­сей (серы и фосфора).

Методы устранения дефектов свар­ных швов.

Неполномерность швов устраняется наплавкой дополнитель­ного слоя металла. При этом наплав­ляемую поверхность необходимо тща­тельно очистить до металлического блеска абразивным инструментом или металлической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивного инструмента или пневматического зубила.

Непровар, кратеры, поверхност­ные и внутренние поры и неме­таллические включения устраняют вы­рубкой пневматическим зубилом или расчисткой абразивным инструментом всего дефектного участка с последующей заваркой. Часто применяют выплавку дефектного участка с по­мощью поверхностной кислородной или воздушно-дуговой резки.

Подрезы заваривают тонкими валиковыми швами. Наплывы устраняют обработкой абразивным инструментом или с помощью пневматического зу­била. Наружные трещины устраняют разделкой и последующей заваркой. Для предупреждения распростране­ния трещины по концам ее засверливают отверстия. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком. Кромки разделки зачищают от шлака, брызг металла, окалины и заваривают. Швы с внутренними трещинами вы­рубают и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектный участок вырезают и сваркой накла­дывают заплату.

Вопрос 26. Основные дефекты сварных швов и виды контроля качества.

Контроль по образцам технологических проб.В этом случае периодически изготовляют образцы соединений из материала той же марки и толщины, что и свариваемое изделие, и подвергают их всесторонней проверке: внешнему осмотру, испытаниям на прочность соединений, просвечиванию рентгеновскими лучами, металлографическому исследованию и т.д. К недостаткам такого способа контроля следует отнести некоторое различие между образцом и изделием, а также возможность изменения сварочных условий с момента изготовления одного образца до момента изготовления следующего.

Контроль с использованием обобщающих параметров, имеющих прямую связь с качеством сварки, например использование дилатометрического эффекта в условиях точечной контактной сварки. Однако в большинстве случаев сварки плавлением трудно или не всегда удается выявить наличие обобщающего параметра, позволяющего достаточно надежно контролировать качество соединений.

Контроль параметров режима сварки.Так как в большинстве случаев определенных обобщающих параметров для процессов сварки плавлением нет, то на практике контролируют параметры, непосредственно определяющие режим сварки. При дуговой сварке такими параметрами в первую очередь являются сила тока, дуговое напряжение, скорость сварки, скорость подачи проволоки и др. Недостаток такого подхода заключается в необходимости контролирования многих параметров, каждый из которых в отдельности не может характеризовать непосредственно уровень качества получаемых соединений.

Контроль изделий производят пооперационно или после окончания изготовления. Последним способом обычно контролируют несложные изделия. Качество выполнения сварки на изделии оценивают по наличию наружных или внутренних дефектов. Развитие физики открыло большие возможности для создания высокоэффективных методов дефектоскопии с высокой разрешающей способностью, позволяющих проверять без разрушения качество сварных соединений в ответственных конструкциях.

В зависимости от того, нарушается или не нарушается целостность сварного соединения при контроле, различают неразрушающие и разрушающие методы контроля.

 Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида изделия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений  различают по причинам возникновения  и месту их расположения (наружные и внутренние). 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 холодные 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, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др. 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.

 

Рис. 1. Виды дефектов сварных швов:

а — ослабление шва. б — неравномерность ширины, в — наплыв, г — подрез, с — непровар, с — трещины и поры, ж — внутренние трещины и поры, з — внутренний непровар, и — шлаковые включения

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.

Наплывыобразуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним.

Подрезыпредставляют собой продолговатые углубления (канавки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги.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.Непроваромназывают местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке.

Трещины, также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов.Шлаковые включения, представляющие собой вкрапления шлака в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений.Газовые порыпоявляются 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.

Микроструктура шва и зоны термического влиянияв значительной степени определяет свойства сварных соединений и характеризует их качество.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений

К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относят внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов.

Контроль керосиномоснован на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам — сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раствором мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов.

Контроль аммиакомоснован на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак.

Контроль воздушным давлением(сжатым воздухом или другими газами) подвергают сосуды и трубопроводы, работающие под давлением, а также резервуары, цистерны и т.п. Это испытание проводят с целью проверки общей герметичности сварного изделия.

Контроль гидравлическим давлениемприменяют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газопроводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением.

Вакуумному контролюподвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резервуаров, газгольдеров и других листовых конструкций.

 

Рис. 2. Вакуумный контроль шва:

1 – вакуумметр, 2 — резиновое уплотнение, 3 — мыльный раствор, 4 — камера.

 

В зависимости от формы контролируемого изделия и типа соединения могут применяться плоские, угловые и сферические вакуум-камеры. Для создания вакуума в них применяют специальные вакуум-насосы.

Люминесцентный контрольи контроль методом красок, называемый также капиллярной дефектоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты — трещины, поры, непровары.

Контроль методом красокзаключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачивающая жидкость, которая под действием капиллярных сил проникает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов.

Контроль газоэлектрическими течеискателями применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи.

Магнитные методы контроля основаны на обнаружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или помещая внутрь соленоида.

Рис. 3. Магнитная запись дефектов на ленту: 1 — подвижный электромагнит, 2 — дефект шва, 3 — магнитная лента.

 

Радиационные методы контроляявляются надежным и широко распространенными методами контроля, основанными на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металл.

Рис. 4. Схема радиационного просвечивания швов: а — рентгеновское,  б — гамма-излучением: 1 — источник излучения, 2 — изделие, 3 — чувствительная пленка

 

Ультразвуковой контрольоснован на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пластинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов. При встрече с дефектным участком ультразвуковая волна отражается от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал (рис. 5).

Рис. 5. Ультразвуковой контроль швов: 1 — генератор УЗК, 2 — щуп, 3 — усилитель, 4 — экран.

  .

Методы контроля с разрушением сварных соединений

К этим методам контроля качества сварных соединений относятся механические испытания, металлографические исследования, специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений. Эти испытания проводят на сварных образцах, вырезаемых из изделия или из специально сваренных контрольных соединений — технологических проб, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке изделия.

При макроструктурном методеизучают макрошлифы и изломы металла невооруженным глазом или с помощью лупы. Макроисследование позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений.

При микроструктурном анализеисследуется структура металла при увеличении в 50 — 2000 раз с помощью оптических микроскопов. Микроисследование позволяет установить качество металла, в том числе обнаружить пережог металла, наличие оксидов, засоренность металла шва неметаллическими включениями, величину зерен металла, изменение состава его, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры.

Основные дефекты сварных швов — КиберПедия

 

В наиболее общем случае дефекты сварного шва подразделяют на две группы:

1. Внутренние дефекты, вызванные термохимическими процессами, происходящими в расплаве при сварке.

2. Внешние дефекты, преимущественно механического характера, связанные с возникающими термическими напряжениями в соединяемых металлах.

 

Внутренние дефекты

В свою очередь, внутренние дефекты могут представлять собой:

— Газовые включения и поры, образующиеся в результате колебаний внутреннего давления в расплаве и интенсивного окисления металла струёй высокотемпературного плазмы сварочной дуги. Такие поры могут образовывать пустоты, а могут и наполняться газами – продуктами термохимических реакций;

— Высокотемпературные включения шлаков и интерметаллидных соединений различной формы и направленности.

Разнородность материала, пониженные механические характеристики: прочность, сопротивление изгибу, ударная вязкость – основные причины разрушения сварных соединений, имеющих в своём составе газовые включения и несплошности.

Шлаковые и металлические включения ослабляют сварной шов вследствие пониженной прочности отвердевших при охлаждении шлаков, а также неблагоприятной микроструктуры в зоне сварки.

 

Внешние дефекты

Внешние дефекты сварного шва определяются:

— Качеством проведения процесса, следствием чего является либо односторонность сварки, либо надрез готового шва, в основном по его корню;

— Нарушением технологии охлаждения металла после сварки, в результате чего образуются поверхностные или глубинные трещины, прожоги, поверхность с грубой шероховатостью и неравномерными сварочными швами.

Наличие трещин является следствием существенной неравномерности условий охлаждения металла в зоне расплава, в результате чего его отдельные объёмы охлаждаются с заметно различной скоростью. Возникающие при этом напряжения растяжения определяют место возникновения трещины, путь её распространения, и габаритные размеры дефекта.

 

К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относят внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов.

Виды неразрушающего контроля сварных соединений:

— Визуальный.

— Капиллярный.

— Магнитный.

— Радиационный.

— Ультразвуковой.

— Вихретоковый.

 

Визуальный осмотр — наиболее распространенный и доступный вид контроля, не требующий материальных затрат. Данному контролю подвергают все виды сварных соединений, несмотря на использования дальнейших методов. При внешнем осмотре выявляют практически все виды наружных дефектов. При этом виде контроля определяют непровары, наплывы, подрезы и другие дефекты, доступные обозрению. Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом или используют лупу с 10-ти кратным увеличением. Внешний осмотр предусматривает не только визуальное наблюдение, но и обмер сварных соединений и швов, а также замер подготовленных кромок. В условиях массового производства существуют специальные шаблоны, позволяющие с достаточной степенью точности измерить параметры сварных швов.

В условиях единичного производства сварные соединения обмеряют универсальными мерительными инструментами или стандартными шаблонами, пример которых приведен на рис.1.

Набор шаблонов ШС-2 представляет собой комплект стальных пластинок одинаковой толщины, расположенных на осях между двумя щеками. На каждой из осей закреплено по 11 пластин, которые с двух сторон поджимаются плоскими пружинами. Две пластины предназначены для проверки узлов разделки кромок, остальные — для проверки ширины и высоты шва. С помощью этого универсального шаблона можно проверять углы разделки кромок, зазоры и размеры швов стыковых, тавровых и угловых соединений.

 

Рис. 1. Измерение разделки кромок, зазоров и размеров швов шаблоном ШС-2

Капиллярный метод

Непроницаемость емкостей и сосудов, работающих под давлением, проверяют гидравлическими и пневматическими испытаниями. Гидравлические испытания бывают с давлением, наливом или поливом водой. Для испытания наливом сварные швы сушат или протирают насухо, а емкость заполняют водой так, чтобы влага не попала на швы. После наполнения емкости водой все швы осматривают, отсутствие влажных швов будет свидетельствовать об их герметичности.

Испытаниям поливом подвергают громоздкие изделия, у которых есть доступ к швам с двух сторон. Одну сторону изделия поливают водой из шланга под давлением и проверяют герметичность швов с другой стороны.

При гидравлическом испытании с давлением сосуд наполняют водой и создают избыточное давление, превышающее в 1,2 — 2 раза рабочее давление. В таком состоянии изделие выдерживают в течение 5 — 10 минут. Герметичность проверяют по наличию влаги наливах и величине снижения давления. Все виды гидравлических испытаний проводят при положительных температурах.

Пневматические испытания в случаях, когда невозможно выполнить гидравлические испытания. Пневматические испытания предусматривают заполнение сосуда сжатым воздухом под давлением, превышающим на 10-20 кПа атмосферное или 10 — 20% выше рабочего. Швы смачивают мыльным раствором или погружают изделие в воду. Отсутствие пузырей свидетельствует о герметичности. Существует вариант пневматических испытаний с гелиевым течеискателем. Для этого внутри сосуда создают вакуум, а снаружи его обдувают смесью воздуха с гелием, который обладает исключительной проницаемостью. Попавший внутрь гелий отсасывается и попадает на специальный прибор — течеискатель, фиксирующий гелий. По количеству уловленного гелия судят о герметичности сосуда. Вакуумный контроль проводят тогда, когда невозможно выполнить другие виды испытаний.

Герметичность швов можно проверить керосином. Для этого одну сторону шва при помощи пульверизатора окрашивают мелом, а другую смачивают керосином. Керосин имеет высокую проникающую способность, поэтому при неплотных швах обратная сторона окрашивается в темный тон или появляются пятна.

Химический метод испытания основан на использовании взаимодействия аммиака с контрольным веществом. Для этого в сосуд закачивают смесь аммиака (1%) с воздухом, а швы проклеивают лентой, пропитанной 5%-ным раствором азотнокислой ртути или раствором фенилфталеина. При утечках цвет ленты меняется в местах проникновения аммиака.

Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резервуаров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и регистрации на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся неплотности. Контроль ведется с помощью переносной вакуум-камеры, которую устанавливают на наиболее доступную сторону сварного соединения , предварительно смоченную мыльным раствором (рис. 2).

В зависимости от формы контролируемого изделия и типа соединения могут применяться плоские, угловые и сферические вакуум-камеры. Для создания вакуума в них применяют специальные вакуум-насосы.

Люминесцентный контроль и контроль методом красок, называемый также капиллярной дефектоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты — трещины, поры, непровары. Люминесцентный контроль основан на свойстве некоторых веществ светиться под действием ультрафиолетового облучения. Перед контролем поверхности шва и околошовной зоны очищают от шлака и загрязнений, на них наносят слой проникающей жидкости, которая затем удаляется, а изделие просушивается. Для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением — в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению.

Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачивающая жидкость, которая под действием капиллярных сил проникает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов.

Контроль газоэлектрическими течеискателям и применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий. Обладая высокой проникающей способностью, он способен проходить через мельчайшие несплошности в металле и регистрируется течеискателем. В процессе контроля сварной шов обдувают или внутренний объем изделия заполняют смесью газа-индикатора с воздухом. Проникающий через неплотности газ улавливается щупом и анализируется в течеискателе.

 

Магнитные методы контроляоснованы на обнаружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или помещая внутрь соленоида. Требуемый магнитный поток можно создать и пропусканием тока по виткам (3 — 6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от способа обнаружения потоков рассеяния различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. При методе магнитного порошка на поверхность намагниченного соединения наносят магнитный порошок (окалина, железные опилки) в сухом виде (сухой способ) или суспензию магнитного порошка в жидкости (керосин, мыльный раствор, вода — мокрый способ). Над местом расположения дефекта создадутся скопления порошка в виде правильно ориентированного магнитного спектра. Для облегчения подвижности порошка изделие слегка обстукивают. С помощью магнитного порошка выявляют трещины, невидимые невооруженным глазом, внутренние трещины на глубине не более 15 мм, расслоение металла, а также крупные поры, раковины и шлаковые включения на глубине не более 3 — 5 мм. При индукционном методе магнитный поток в изделии наводят электромагнитом переменного тока. Дефекты обнаруживают с помощью искателя, в катушке которого под воздействием поля рассеяния индуцируется ЭДС, вызывающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом методе (рис. 3) поле рассеяния фиксируется на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверхности соединения. Запись воспроизводится на магнитографическом дефектоскопе. В результате сравнения контролируемого соединения с эталоном делается вывод о качестве соединения.

Радиационные методы контроля являются надежным и широко распространенными методами контроля, основанными на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металл. Выявление дефектов при радиационных методах основано на разном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором расстоянии от него помещают источник излучения, с противоположной стороны плотно прижимают кассету с чувствительной фотопленкой (рис. 4). При просвечивании лучи проходят через сварное соединение и облучают пленку. В местах, где имеются поры, шлаковые включения, непровары, крупные трещины, на пленке образуются темные пятна. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками. Источниками рентгеновского излучения служат специальные аппараты (РУП-150-1, РУП-120-5-1 и др.).

 

Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгенографированием (экспозицией на пленку) применяют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуоресцирующим покрытием. Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой способ можно сочетать с телевизионными устройствами и контроль вести на расстоянии.

При просвечивании сварных соединений гамма-излучением источником излучения служат радиоактивные изотопы: кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ампула с радиоактивным изотопом помещается в свинцовый контейнер. Технология выполнения просвечивания подобна рентгеновскому просвечиванию. Гамма-излучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл на большую глубину. Оно позволяет просвечивать металл толщиной до 300 мм. Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются меньшая чувствительность при просвечивании тонкого металла (менее 50 мм), невозможность регулирования интенсивности излучения, большая опасность гамма-излучения при неосторожном обращении с гамма-аппаратами.

Ультразвуковой метод относится к акустическим методам контроля, обнаруживающим дефекты с малым раскрытием: трещины, газовые поры и шлаковые включения, в том числе и те, которые невозможно определить радиационной дефектоскопией (рис. 5). Принцип его действия основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред. Наибольшее распространение получил пьезоэлектрический способ получения звуковых волн. Этот метод основан на возбуждении механических колебаний при наложениях переменного электрического поля в пьезоэлектрических материалах, в качестве которых используют кварц, сульфат лития, титанат бария и др.

Для этого с помощью пьезометрического щупа ультразвукового дефектоскопа, помещаемого на поверхность сварного соединения, в металл посылают направленные звуковые колебания. Ультразвук с частотой колебаний более 20 000 Гц вводят в изделие отдельными импульсами под углом к поверхности металла. При встрече с границей раздела двух сред ультразвуковые колебания отражаются и улавливаются другим щупом. При однощуповой системе это может быть тот же щуп, который подавал сигналы. С приемного щупа колебания подаются на усилитель, а затем усиленный сигнал отражается на экране осциллографа. Для контроля качества сварных швов в труднодоступных местах в условиях строительных площадок используют малогабаритные дефектоскопы облегченной конструкции.

К преимуществам ультразвукового контроля сварных соединений относят: большую проникающую способность, позволяющую контролировать материалы большой толщины; высокую производительность прибора него чувствительность, определяющую местонахождение дефекта площадью 1 — 2 мм2. К недостаткам системы можно отнести сложность определения вида дефекта. Поэтому ультразвуковой метод контроля иногда применяют в комплексе с радиационным.

 

Рис. 5. Схема ультразвукового контроля: 1 — генератор ультразвуковых колебаний; 2 —пьезоэлектрический щуп; 3 — усилитель; 4 — экран дефектоскопа.

 

Вихретоковый метод контроляоснован на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемаявихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его.

Объектами контроля являются основной металл, сварные соединения конструкций, а также детали. Вихретоковым контролем могут быть выявлены: ковочные, штамповочные, шлифовочные трещины, надрывы в элементах конструкций и деталях; волосовины, неметаллические включения, поры в поковках и прокате; трещины, возникшие в элементах конструкций и деталях при эксплуатации машин.

Вихретоковый контроль наиболее эффективен при контроле немагнитных материалов. Возможность контроля ферромагнитных материалов и деталей из них определяется однородностью магнитных свойств, наличием локальных магнитных полюсов. Наличие локального изменения магнитных свойств материала детали может вызвать ложное срабатывание вихретокового дефектоскопа. Наличие на контролируемой поверхности зон структурной неоднородности, приводящих к изменению электропроводности, вызывает расстройку дефектоскопа. Увеличение электропроводности снижает чувствительность, уменьшение электропроводности вызывает эффект, аналогичный влиянию дефекта. Наличие на контролируемой поверхности значительных остаточных макронапряжений, возникающих в результате поверхностного упрочнения детали или под действием сжимающих остаточных напряжений, приводит к сжатию полостей трещин и других дефектов и к снижению их выявляемости. Максимальная чувствительность вихретокового вида контроля может быть достигнута при контроле деталей с шероховатостью поверхности не более Rz 20. Возможность и целесообразность контроля деталей с грубой поверхностью должна определяться в каждом конкретном случае специалистами по вихретоковому контролю.

 

Основные дефекты сварных швов — Энциклопедия по машиностроению XXL

К основным дефектам сварных швов относят  [c.506]

К основным дефектам сварных швов, выполненных сваркой плавлением, относятся следующие.  [c.308]

Перечислите основные дефекты сварных швов и причины их возникновения.  [c.290]

Основные дефекты сварных швов  [c.155]

Контроль качества сварных узлов из нержавеющих сталей отличается некоторыми особенностями. Основной дефект сварных швов — микротрещины — не обнаруживаются ни рентгеновским просвечиванием, ни методами гамма-дефектоскопии, Ультразву-ко ым контролем сварных соединений из аустенитных сталей пока также не удается добиться хороших результатов из-за трудностей расшифровки показаний дефектоскопов, искажаемых границами аустенитных зерен. Ультразвуковой контроль хромистых сталей и швов дает хорошие результаты при наличии в них любых дефектов, однако еще нет значительного опыта его производственного применения.  [c.224]

ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ ШВОВ И ПРИЧИНЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ  [c.167]

Ультразвуковым методом контроля выявляют все основные дефекты сварных швов и околошовной зоны. Однако этот метод контроля дает положительные результа-  [c.171]

Сосуды, у которых при контроле обнаружены дефекты (в основном дефекты сварных швов), оперативно отремонтированы.  [c.269]

Глава 17. Контроль качества сварных швов 17.1. Основные дефекты сварных швов  [c.118]

Перечислите основные дефекты сварных швов при сварке нагретым газом.  [c.151]

Свищи в сварке труб возникают, главным образом, вследствие дефектов сварки и неудовлетворительного контроля за ее производствам и качеством готовых швов. Основными дефектами сварных стыков являются неудовлетворительная подготовка кромок концов труб, наличие в сварных швах участие  [c.146]

Магнитный контроль сварных соединений используют для выявления дефектов ферромагнитных ОК. Магнитографический метод широко используют для обнаружения дефектов сварных швов трубопроводов. Магнитопорошковый метод для контроля сварных швов применяют в основном для контроля швов, прошедших зачистку, при этом шероховатость поверхности шва должна быть не ниже четвертого класса [19, 83].  [c.343]

Испытание керосином предназначено для контроля качества сварных швов листовых конструкций, у которых возможен доступ к внутренней и внешней поверхностям. Данный метод контроля основан на способности керосина, который обладает высокой смачивающей способностью и малой вязкостью, проникать через капиллярные неплотности — дефекты сварных швов. Испытание проводят следующим образом. Основной металл сварной конструкции предварительно оббивают молотком на расстоянии  [c.378]

К прецизионным способам неразрушающего контроля относят голографию. Голография, как и метод светового сечения, основан на фиксации возникающего под действием механических или термических нафузок удлинения. Такие деформации могут являться показателем качества сварного шва [132]. Методом голографии в лучах ОКГ в результате интерференции световых лучей на поверхности контролируемого изделия выявляются по смещению интерференционных полос самые незначительные различия в деформации основного материала и материала шва, которые могут быть вызваны скрытыми дефектами сварных швов. Основными достоинствами способа являются отсутствие разрушений близкие к рабочим условия испытаний возможность установления дефектов в виде участков шва, где контакт поверхности есть, а сварки нет высокая чувствительность независимость от состояния поверхности и от геометрии контролируемого объекта. При количественном анализе результаты  [c.380]

Определенная часть дефектов сварных швов появляется в результате применения недостаточно качественных исходных материалов (основных и сварочных), нарушения требований к сборке под сварку, технологии ее выполнения. Предотвратить появление этих дефектов помогает предварительный и пооперационный контроль, выполняемый методами внешнего осмотра и обмеров,  [c.26]

Дефекты сварных швов и соединений по природе их образования и по расположению весьма разнообразны. По-природе образования можно выделить следующие.основные группы дефектов  [c.246]

Большое число случаев хрупкого разрушения относится к сварным конструкциям. Трещины образуются обычно у дефектов сварных швов и распространяются в зоне сварочного нагрева. Эта особенность разрушения сварных конструкций связана не только с наличием макроскопических дефектов в соединениях, но также с существенным изменением структуры и свойств основного металла в зоне сварки под действием сварочного тепла и влиянием остаточных сварочных напряжений. Наиболее важными структурными факторами, определяющими сопротивление сварных соединений распространению хрупких трещин, являются размер зерна и фазовые превращения в металле шва и околошовной зоне.  [c.179]

В разделе курса Сварочное производство изложены основные методы сварки и технологии изготовления сварных изделий, даны причины дефектов сварных швов и их устранения. Кратко охарактеризованы сварочные машины.  [c.6]

Развитию усталостных трещин способствует концентрация напряжений в местах резкого изменения сечений элемента, дефектов сварных швов, коррозионных изъянов и т. д. Сопротивление усталостным разрушениям наиболее уязвимых зон может быть оценено эффективным коэффициентом концентрации напряжений р, который показывает, во сколько раз предел выносливости уязвимой зоны о/ меньше предела выносливости основного металла, т. е.  [c.127]

Пузыри. Основная причина образования пузырей на грунтовом слое — недостаточно высокое качество металла и особенно сварных швов. Наличие в сварных швах пор, включений шлака, непровара неизбежно приводит к образованию пузырей в эмали. Для устранения указанных причин, вызывающих образование пузырей, дефектные места на поверхности металла зашлифовывают мелкозернистыми шлифовальными камнями, изготовленными на керамической связке. Дефекты сварных швов вырубают зубилом и вновь заваривают.  [c.289]

В разделе Основы сварочного производства изложены основные методы сварки — газовая, контактная и дуговая, даны понятия о технологии изготовления сварных изделий, рассмотрены причины дефектов сварных швов и способы их устранения, кратко охарактеризованы сварочные машины.  [c.5]

К внутренним дефектам сварных швов относятся непровар кромок основного металла, несплавление валиков при многослойной сварке, наличие в шве загрязнений и шлаков, газовых пор, трещин в шве и в основном металле, перегрев и пережог металла.  [c.45]

Наиболее частыми дефектами сварных швов являются поры и холодные треш,ины. Образование пор вызывает в первую очередь водород. Чтобы получить беспористые швы, необходимо обеспечить требуемую чистоту основного металла и сварочных материалов, сварку выполнять па оптимальных режимах с соблюдением всех требований технологических процессов.  [c.408]

Сводка основных экспериментальных данных по влиянию исходных трещин различной длины и глубины представлена на рис. 294. Аналогичные результаты были получены также для трещин и других дефектов сварных швов. Обработка количественных данных рис. 294 для трещины, пересекающей всю высоту двустороннего Х-образного сварного соединения, дает соотношение =  [c.436]

В настоящее время выпускают ультразвуковые дефектоскопы, работающие на одной пластинке, которая подает короткими импульсами ультразвуковые волны на контролируемый шов. Отраженные волны воспринимаются этой же пластинкой в промежутки времени между импульсами излучения. При этом получается высокая четкость излучаемых и отраженных ультразвуковых волн. Ультразвуковой метод контроля позволяет обнаружить все основные дефекты сварных швов. Кроме того, ультразвуковые дефектоскопы типа УЗД-7н имеют специальное приспособление для настройки на заданную толидину шва и определения глубины расположения обнаруженного дефекта. Недостатками ультразвукового контроля являются трудности проверки швов толщиной менее 10 мм и определения характера дефекта.  [c.362]

Все подлежащие исправлению дефекты сварных швов и основного металла — трещины, песочные и газовые раковины, коррозионные повреждения, вмятины, подрезы, незаплавленные кратеры и пр., необходимо разделать до здорового металла механическим способом или воздушно-дуговой (газовой) резкой. При использовании воздушнодуговой резки поверхность разделки зачищают механическим способом, снимая слой не менее 2 мм.  [c.379]

Обнаружить, с минимальной погрешностью измерить дефект Б различных пространственных направлениях, оценить его характер и степень допустимости для данной конструкции — в этом задача ультраз1вукового контроля. Однако эта весьма серьезная задача до сих пор не решена в полной мере, что объясняется двумя основными причинами. Во-первых, большим разнообразием дефектов сварных швов по отражательным свойствам, ориентации и расположению во-вторых, ограниченной информативностью ультразвукового метода, пе обеспечивающего надежную дешифровку дефекта. В силу этих причин процесс обнаружения дефектов и измерения их размеров носит вероятностный характер. Поэто му для уменьшения ошибки измерения необходимо экспериментальное изучение статистических законов, характеризующих отражательные свойства дефектов различного типа, распределение дефектов по типам, ориентации, местоположению и т. п.  [c.56]

Дефекты сварных швов по отражательным свойствам можно разделить на два основных типа объемные и плоскостные. К первому типу отжосятая, сралаитмьно неопасные для. лррчности ища дефекты — поры и шлаковые включения. Ко второму ти-  [c.72]

К внешним дефектам сварных швов относятся следующие перекос и смещение кромок, неравномерное сечение шва по ширине и толщине, подрезы кромок основного металла, прожоги, непровары, незаварен-ные углубления швов, наружные трещины в шве и в основном металле.  [c.45]

Повышенный отвод тепла от зоны сварки ухудшает проплав-лениа кромок основного металла, что увеличивает вероятность получения серьезного дефекта сварных швов — непроваров.  [c.149]

Дефекты сварных швов и соединений весьма разнообразны. Можно выделить следующие основные группы дефектов образующиеся в результате нарушения технологии сборки (смещение вapивae a.Ix кромок, осей труб, несоответствие зазора между свариваемыми деталями и др.)  [c.240]

---

Виды дефектов сварных швов, а так же способы их устранения

Дефекты бывают нескольких видов — наружные и внутренние. Наружными являются дефекты, которые можно найти визуально при осмотре сварочного шва. Внутренние дефекты, наоборот, находятся внутри сварочных соединений и их можно увидеть лишь после дефектоскопии, включая рентген, а так же механическую обработку. Дефекты бывают допустимыми и не допустимыми, в зависимости от требований, предъявляемых к сварочным соединениям и конструкции в целом.

Впрочем, исходя из самого определения, любые дефекты являются недостатками и требуют их полного устранения или же сведения к минимуму как их количества, так и размеров. Поскольку дефекты сварных швов являются причиной, в результате которой повышается риск поставить под угрозу стабильность соединения и функциональность сварной конструкции, есть ряд операций, чтобы их устранить.

Для того чтобы свести к минимуму вероятность появления дефектов нужно обязательно учитывать:

— спецтехнологию сварки, а так же квалификацию сварщика;
— присадочный материал, а так же свариваемый металл;
— подготовку поверхности под сварку, а так же защитный газ;
— режимы и применяемое сварочное оборудование.

Внешние дефекты

К наружным дефектам относятся нарушения геометрических размеров (подрезы, наплывы), непровары и прожоги, незаваренные кратеры.

Непровар

Основной причиной непроваров является неудовлетворительный сварочный ток, поскольку он в большей степени оказывает существенное влияние на проникновение в металл. Устранение дефектов этого вида традиционно происходит путем повышения мощности сварочной дуги, уменьшением длины дуги, а также увеличением её динамики. Также причиной непроваров может быть огромная скорость сварки или же неудовлетворительная подготовка кромок сварного соединения.

 Непровары могут быть нескольких видов:

— когда сварочный шов проникает не на всю толщину металла при односторонней сварке;
— при двусторонней сварке встык швы не стыкуются друг с другом, образуя несплавление между собой;
— при сварке в тавр сварочный шов не проникает вглубь, а лишь цепляется за свариваемые кромки.

Также причиной непроваров может быть огромная скорость сварки или же неудовлетворительная подготовка кромок сварного соединения.

Подрез

Подрезом обычно называют дефект в виде канавки в основном металле по краям сварочного шва. Это наиболее распространенный недостаток при сварке тавровых или же нахлесточных соединений, однако может также возникнуть и при сварке стыковых соединений. Данный вид дефекта обычно вызван неправильно подобранными параметрами, особенно скоростью сварки и напряжением на дуге.

При угловой сварке (к примеру, при сварке длинных швов при сварке балок) подрезы достаточно часто появляются из за того, что сварочная дуга направлена больше на вертикальную поверхность. Расплавленный металл стекает на нижнюю кромку и его не вполне хватает для заполнения канавки.

При слишком высокой скорости сварки, а так же повышенном напряжении, сварной шов образуется «горбатым». Из-за быстрого затвердевания сварочной ванны, в этом случае также образуются подрезы. Уменьшение скорости сварки потихоньку уменьшает размер подреза и в конечном результате устраняет этот недостаток.

На подрезы оказывает существенное влияние также длина сварочной дуги. При слишком длинной сварочной дуге ширина шва возрастает, тем самым увеличивая количество расплавленного основного металла. Поскольку при увеличении длины дуги тепловложение остается прежним, его попросту не хватает на весь сварочный шов, кромки быстро остывают, образуя подрезы. Уменьшение длины дуги не только избавляет от подрезов, но и увеличивает проплавление, а так же устраняет такие дефекты, как непровар.

Наплыв

Этот дефект появляется в результате натекания присадочного материала на основной металл без образования сплавления с ним. Традиционно причиной этого недостатка является неправильно подобранные режимы сварки, а так же окалина на свариваемой поверхности. Подбор правильного режима (соответствие сварочного тока со скоростью подачи присадочного материала, возрастание напряжения на дуге) и заблаговременная очистка кромок устраняют появления наплывов.

Прожог

Данный недостаток — отверстие насквозь в сварочном шве. В основном причинами прожога являются сравнительно большой ток, медленная скорость сварки или же сравнительно большой зазор между кромками сварного соединения. В результате происходит прожог металла, а также утечка сварочной ванны.

Понижение сварочного тока, увеличение скорости сварки и соответствующая подготовка геометрии кромок позволяют устранить прожоги. Прожоги представляют собой весьма частый дефект при сварке алюминия, из-за его низкой температуры плавления и высокой теплопроводности.

Кратер

Кратер возникает в конце сварочного шва в результате резкого обрыва дуги. Выглядит он в виде воронки в середине сварочного шва при его окончании. Современное сварочное оборудование имеет особые программы для заварки кратера. Они позволяют проводить окончание сварки на пониженных токах, в результате чего кратер заваривается.

Внутренние дефекты

К внутренним основным дефектам сварных швов относят трещины (холодные и горячие), а так же поры.

Горячие трещины

Горячие трещины возникают в то время, когда металл сварного шва находится в состоянии между температурами его плавления и затвердевания. Они могут быть в 2-х направлениях — как вдоль, так и поперек сварного шва. Горячие трещины обычно являются результатом применения неправильного присадочного материала (в частности, алюминиевых и CrNi сплавов), а так же его химического состава (к примеру, высокое содержание в составе углерода, кремния, никеля и др.). Горячие трещины могут возникнуть в результате неправильной заварки кратера, по причине резкого прекращения сварки.

Холодные трещины

Трещины, которые появляются после того, как сварочный шов полностью остывает и затвердевает, именуются холодными трещины. Эти недостатки также появляются тогда, когда сварочный шов не полностью соответствует действующим на него нагрузкам и разрушается.

Поры

Пористость является одним из основных дефектов сварки, с которыми сталкиваются все сварщики при всех сварочных процессах. Пористость может быть вызвана засорением, плохой защитой ванны потоком сварочного газа, маслом, краской, сваркой несовместимых сплавов или же даже ржавчиной и окислением металла.

Поры могут различаться по размеру, а так же, как правило, распределяются в случайном порядке по сварочному шву. Они могут находиться как внутри шва, так и на его поверхности.

Основные причины появления пористости:

— Неудовлетворительный поток защитного сварочного газа
— Непомерный поток защитного газа. Это может вызвать подсос воздуха в поток газа.
— Сквозняк в зоне сварки. Он может сдувать защитный газ.
— Загрязнение сварочного сопла или же повреждение системы подачи газа (утечка в шлангах, соединениях и т.д.)

Надеемся, что описанные в этой статье основные виды дефектов сварных швов и соединений, а так же способы их устранения сделают Вашу сварку высококачественной и высокопроизводительной. Помните, что грамотный выбор сварочного оборудования и спецтехнологии сварки имеет большое влияние как на весь процесс сварки в целом, так и в отдельности на каждые его составляющие.

Дефекты сварных швов и соединений

• наружные, к основным из которых относятся: трещины, подрезы, наплывы, кратеры;
• внутренние, среди которых чаще всего встречаются: пористость, непровары и посторонние включения;
• сквозные – трещины, прожоги.

Причинами возникновения дефектов могут быть различные обстоятельства: низкое качество свариваемого металла, неисправное или некачественное оборудование, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки или неправильный выбор режима, недостаточная квалификация сварщика.

Основные дефекты сварки, их характеристика, причины возникновения и способы исправления

Чаще всего причиной образования трещин является несоблюдение технологии сварки (например, неправильное расположение швов, приводящее к возникновению концентрации напряжения), неверный выбор сварочных материалов, резкое охлаждение конструкции. Способствует их возникновению также повышенное содержание в шве углерода и различных примесей – кремния, никеля, серы, водорода, фосфора.

Исправление трещины заключается в рассверливании ее начала и конца, с целью исключения дальнейшего распространения, удалении шва (вырубанию или вырезанию) и заваривании.

Подрезы. Подрезы – это углубления (канавки) в месте перехода «основной металл-сварной шов». Подрезы встречаются довольно часто. Их отрицательное действие выражается в уменьшении сечения шва и возникновении очага концентрации напряжения. И то и другое ослабляет шов. Подрезы возникают из-за повышенной величины сварочного тока. Чаще всего этот дефект образуется в горизонтальных швах. Устраняют его наплавкой тонкого шва по линии подреза.

Наплывы. Наплывы возникают, когда расплавленный металл натекает на основной, но не образует с ним гомогенного соединения. Дефект шва возникает по разным причинам – при недостаточном прогреве основного металла вследствие малого тока, из-за наличия окалины на свариваемых кромках, препятствующей сплавлению, излишнего количества присадочного материала. Устраняются наплывы срезанием с проверкой наличия непровара в этом месте.

Прожоги. Прожогами называют дефекты сварки, проявляющиеся в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. При этом обычно с другой стороны образуется натек. Прожоги возникают из-за чрезмерно высокого сварочного тока, недостаточной скорости перемещения электрода, большого зазора между кромками металла, слишком малой толщины подкладки или ее неплотного прилегания к основному металлу. Исправляют дефект зачисткой и последующей заваркой.

Непровар. Непровары – это локальные несплавления наплавленного металла с основным, или слоев шва между собой. К этому дефекту относят и незаполнение сечения шва. Непровары существенно снижают прочность шва и могут явиться причиной разрушения конструкции.

Дефект возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.

Кратеры. Это дефекты в виде углубления, возникающего в результате обрыва сварочной дуги. Кратеры снижают прочность шва из-за уменьшения его сечения. В них могут находиться усадочные рыхлости, способствующие образованию трещин. Кратеры надлежит вырезать до основного металла и заварить.

Свищи. Свищами называют дефекты швов в виде полости. Как и кратеры, они уменьшают прочность шва и способствуют развитию трещин. Способ исправления обычный – вырезка дефектного места и заварка.

Посторонние включения. Включения могут состоять из различных веществ – шлака, вольфрама, окислов металлов и пр. Шлаковые включения образуются тогда, когда шлак не успевает всплыть на поверхность металла и остается внутри него. Это происходит при неправильном режиме сварки (завышенной скорости, например), плохой зачистке свариваемого металла или предыдущего слоя при многослойной сварке.

Вольфрамовые включения возникают при сварке вольфрамовым электродом, окисные – из-за плохой растворимости окислов и чрезмерно быстрого охлаждения.

Все виды включений уменьшают сечение шва и образуют очаг концентрации напряжения, снижая тем самым прочность соединения. Дефект устраняют вырезкой и завариванием.

Пористость. Пористость – это полости, заполненные газами. Они возникают из-за интенсивного газообразования внутри металла, при котором газовые пузырьки остаются в металле после его затвердевания. Размеры пор могут быть микроскопическими или достигать нескольких миллиметров. Нередко возникает целое скопление пор в сочетании со свищами и раковинами.

Возникновению пор способствует наличие загрязнений и посторонних веществ на поверхности свариваемого металла, высокое содержание углерода в присадочном материале и основном металле, слишком высокая скорость сварки, из-за которой газы не успевают выйти наружу, повышенная влажность электродов. Как и прочие дефекты, пористость снижет прочность сварного шва. Зону с ней необходимо вырезать до основного металла и заварить.

Перегрев и пережог металла. Пережог и перегрев возникают из-за чрезмерно большого сварочного тока или малой скорости сварки. При перегреве размеры зерен металла в шве и околошовной зоне увеличиваются, в результате чего снижаются прочностные характеристики сварного соединения, главным образом – ударная вязкость. Перегрев устраняется термической обработкой изделия.

Пережог представляет собой более опасный дефект, чем перегрев. Пережженный металл становится хрупким из-за наличия окисленных зерен, обладающих малым взаимным сцеплением. Причины пережога те же самые, что и перегрева, а кроме этого еще и недостаточная защита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха. Пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.

Содержание

Дефекты сварных швов – это, прежде всего, различные несплошности в металле шва, ухудшающие его качество. При оценке свариваемости стали исходят, главным образом, из того, что металл сварного шва должен быть сплошным. И все образования, которые делают сварной шов неоднородным, принято считать дефектами. Различают следующие виды дефектов сварного шва: микро- и макротрещины (горячие и холодные), непровары, поры, различные включения.

Внутренние и наружные дефекты сварных швов

Самый распространённый метод классификации дефектов сварки – по их месту расположения. Согласно этой классификации, различают внутренние и наружные сварные дефекты. Наружные выходят на поверхность шва и околошовной зоны, а внутренние располагаются внутри соединения, не выходя на поверхность. Из этого следует, что один и тот же вид дефектов (например, трещины или поры) может быть как внутренним (если располагается внутри), так и наружным (если выходит на поверхность).

Наружные сварные дефекты

К наружным дефектам сварных соединений относят неравномерность формы сварного шва из-за неправильного его формирования, подрезы шва, прожоги свариваемого металла, наплывы, трещины, поры и другие дефекты, которые располагаются на поверхности металла. Все они выявляются при внешнем визуальном осмотре сварного соединения. Ниже по тексту перечислены и показаны распространённые виды наружных дефектов.

Внутренние сварные дефекты

К внутренним дефектам сварных соединений, согласно ГОСТ23055, относятся неметаллические, шлаковые и оксидные включения, непровары и несплавления металла, а также поры и трещины, не выходящие на поверхность металла. Для того, чтобы выявить подобные дефекты, на практике применяются методы неразрушающего контроля сварки. Ниже по тексту рассказывается о часто встречающихся видах внутренних дефектов.

Дефекты формирования шва

Дефекты формирования сварных швов проявляются в неравномерности их формы (см. рисунок справа). Формируются они из-за непостоянных режимов сварки, непостоянного зазора между свариваемыми кромками и неравномерного угла скоса кромок. Несоответствие фактической формы шва требуемой может проявится вследствие неверной техники ручной дуговой сварки, из-за неправильного расположения электрода относительно сварных кромок.

Подобный дефект может проявиться и при других видах сварки. Например, при автоматической сварке причиной появления такого дефекта могут стать проскальзывание сварочной проволоки в подающем механизме, перепад напряжения в сети, попадание расплавленного металла в зазоры и др.

Непровар сварного шва

Чаще всего, непровары в сварных швах происходят в тех случаях, когда между сварными кромками небольшие зазоры, при большом притуплении кромок, а также при наличии на них загрязнений, при неправильном положении электрода или сварочной проволоки относительно свариваемых кромок, при недостаточной силе сварочного тока и при завышенной скорости сварки.

Очень часто непровары образуются в корне шва (схема а) и б) ни рисунке слева и схемы в) и г) на рисунке). При автоматической сварке под флюсом непровары, в большинстве случаев, формируются в начале сварного шва. Чтобы предотвратить их появление, сварку рекомендуется производить на специальных подкладках. Непровары – одни из самых опасных дефектов для сварного соединения.

Подрезы сварных швов

Подрезы сварных швов формируются на поверхности соединения. Подрезы – это углубления в основном металле, расположенные по краям сварного шва. Они появляются из-за излишне большой силы сварочного тока и из-за большой длины электрической дуги, т.к. в этом случае ширина сварного увеличивается и края сварных кромок оплавляются сильнее.

При сварке угловых швов подрезы, чаще всего, получаются при смещении электрода очень близко к горизонтальной стенке. При этом вертикальная стенка оплавляется быстрее, чем плавится горизонтальная и расплавленный металл стекает по горизонтальной кромке вниз. В этом случае, на вертикальной стенке образуются подрезы, а на горизонтальной – наплывы (схема б) на рисунке справа).

Прожоги сварных швов

К прожогам сварного шва относятся сквозное проплавление основного или наплавленного металла (см. рисунок слева). Прожоги образуются при излишне большой силе сварочного тока и при малых скоростях сварки. Причинами прожогов могут также стать большой зазор между свариваемыми кромками или недостаточное их притупление.

В большинстве случаев, прожоги получаются при сварке тонкого металла, а также при наплавке первого слоя многослойного шва. Причинами прожогов может быть недостаточное поджатие металлической подкладки или флюсовой подушки.

Наплывы сварных швов

Наплывы в сварных швах формируются при натекании расплавленного металла из жидкой металлической ванны на холодный основной металл (см. рисунок справа). Наиболее часто наплывы случаются в процессе дуговой сварки в защитных газах при сварке горизонтальных швов на вертикальной поверхности. Причинами наплывов является большая сила сварочного тока, неправильное положение электрода при сварке, излишняя длина электрической дуги.

Кратеры сварных швов и усадочные раковины

Кратеры в сварных швах образуются при обрыве электрической дуги. Кратеры в сварных швах имеют вид углублений в застывшем металле. При автоматизированных способах сварки выполнение сварного шва завершают на выводной планке, и кратер образуется на ней. При случайном обрыве электрической дуги в процессе сварки, получившийся кратер необходимо заплавить.

Усадочными раковинами называют полости, которые появляются в результате усадки сварочной ванны при её затвердевании. Появляются усадочные раковины из-за того, что при охлаждении объём металла уменьшается и он «проседает».

Поры в сварных швах

Поры в сварных швах образуются при быстром остывании расплавленного металла из-за того, что газы, присутствующие в сварочной ванне, не успевают выйти из неё наружу и остаются в застывшем металле в виде пузырьков. Поры могут быть как внутренними сварными дефектами (схемы б) на рисунке справа), так и и наружными (схема а) на рисунке), выходящими на поверхность. Наружные поры называются свищами.

Величина пор может быть различной, от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Чаще всего они имеют сферическую форму. Причинами образования газовых пор в сварных швах могут стать присутствие ржавчины, окалины, масляных плёнок и другие загрязнений на сварных кромках, на сварочной проволоке или на присадочных материалах.

Причинами образования пор могут служить, также, применение влажных, не прокаленных электродов и флюсов, недостаточная чистота защитных газов и присутствие в ней вредных примесей. Также поры возникают при очень большой скорости сварки, из-за чего газовая защита зоны сварки может стать менее неэффективной. Поры в сварных швах появляются и при повышенном содержании углерода в составе свариваемого металла и при неверно подобранной марки сварочной проволоки. В особенности, если сварка производится в среде углекислого газа.

Несплавления сварных швов

Несплавления в сварных швах появляются в том случае, если нет их проплавления с основным, или ранее наплавленным металлом.

Причиной несплавлений могут стать плохая подготовка металла под сварку (отсутствие, или плохая зачистка), большая длина сварочной дуги, недостаточная сила сварочного тока и большая скорость выполнения сварочных работ.

Шлаковые включения в сварных швах

Шлаковыми, неметаллическими или оксидными включениями в сварном шве принято называть небольшие пространства в металле, в которых находятся неметаллические вещества. Величина включений может быть довольно значительной и составлять несколько миллиметров.

Обычно шлаковые включения обладают объёмной вытянутой формой, но, в некоторых случаях они могут быть и круглыми, и плоскими. Часто шлаковые включения находятся по границам между основным металлом и наплавленным. При выполнении многослойных швов, формирование шлаковых включений часто происходит по границам между отдельными слоями.

Причиной образования шлаковых включений могут стать наличие загрязнений на сварочных кромках (ржавчины, шлака и др.), слишком маленькая сила сварочного тока, и излишне большая скорость сварки.

Трещины в сварных швах, их виды

Трещины в сварных швах представляют наибольшую опасность для сварного соединения. Трещины могут относиться как к внутренним дефектам (схема б) на рисунке слева), так и к наружным (схема а) на рисунке). Трещины очень часто образуются при сварке высокоуглеродистых сталей, а также при сварке высоколегированных сталей.

Различают несколько видов сварных трещин:

1. Горячие трещины при сварке. К ним относятся микротрещины и макротрещины, которые образуются в металле шва или зоне термического влияния во время охлаждения при высоких температурах, порядка 800-900°C.

2. Холодные трещины при сварке. Холодные трещины (можно встретить название замедленные) вызываются водородом и появляются, как правило, после сварки, при температурах, не превышающих 200-300°C.

3. Отпускные трещины. Трещины такого вида образуются после окончания сварки, во время последующей термообработки сварного соединения.

4. Ламелярные трещины. Особенность такого типа трещин в том, что зарождаются они при высоких температурах, но развиваются уже в холодном состоянии металла. Ламелярные трещины могут развиться, например, из горячих микротрещин.

Классифицировать такие дефекты сварных соединений, как трещины, достаточно сложно из-за того, что очень часто выявленные трещины не являются трещинами какого-либо одного типа. К примеру, может возникнуть горячая микротрещина, но развиваться она будет как холодная, при низких температурах и под воздействием водорода. То же самое относится к отпускным трещинам и к ламелярным.

Виды дефектов сварных соединений, в зависимости от их формы

Существующие дефекты сварных швов по их форме можно разделить на два вида. Это плоскостные дефекты и пространственные дефекты. К плоскостным дефектам относятся горячие и холодные трещины, непровары сварного шва.

К пространственным относятся различные шлаковые включения, поры, пузырьки от газов и все виды неправильно выполненного сварного шва (подрезы, прожоги, неверная конфигурация, смещение и др.).

Плоскостные дефекты сварного шва представляют наибольшую опасность для соединения, в целом. И существующие типы трещин, в зависимости от температуры, при которой они появляются, можно разделить ещё на несколько видов, о которых сказано выше по тексту.

Виды сварных дефектов, в зависимости от причин их возникновения

При сварке плавлением, возникающие дефекты сварных соединений, в зависимости от причин их возникновения, можно разделить на два вида. Первый вид дефектов связан с металлургическими процессами при сварке и с тепловыми явлениями, которые протекают в результате образования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения. К этим дефектам относятся горячие и холодные трещины в металле и зоне термического влияния, поры в металле, неметаллические включения, а также несоответствие свойств наплавленного металла и околошовной зоны заданным параметрам.

Второй вид дефектов включает в себя их виды, причиной которых является нарушение выбранных режимов сварки, нарушения при подготовке сварных элементов и при их сборке, неисправности сварочного оборудования, недостаточный профессионализм сварщика, а также другие нарушения технологии сварки. К дефектам такого типа относятся несоответствие фактических размеров швов требуемым. Это такие дефекты, как непровары, подрезы, незаплавленные кратеры, прожоги свариваемого металла.

Допустимые и недопустимые дефекты в сварных швах

Дефекты, появившиеся при сварке, в той или иной степени, влияют на работоспособность сварного соединения. И принимая решение о пригодности, или непригодности данного сварного соединения, учитывают все факторы, которые могут повлиять на допустимость или недопустимость дефекта в сварном шве. При этом принимают во внимание такие обстоятельства, как:

Геометрия и габариты сварной конструкции, в целом, и дефектного сварного соединения, в частности.

Напряжения, возникающие в конструкции. При этом, учитывают не только действие максимальных распределённых нагрузок, но и действие остаточных напряжений при сварке.

Вид сварного дефекта. А также его величина и место его возникновения.

Механические свойства сварного соединения. Это предел прочности, текучесть, ударная вязкость, пластичность, сопротивляемость коррозии, сопротивление усталостному разрушению и т.д.

Условия, при которых изделие эксплуатируется. В основном, это характер окружающей среды.

Функции, которые должно выполнять изделие. Существует даже такой термин: «пригодность для данной цели». Т.е. один и тот же дефект в сварном шве может быть допустим для выполнения одной задачи, и недопустим для выполнения другой.

Для принятия решения о допустимости дефектов того, или иного типа и величины, необходимо, чтобы измерительная способность прибора для контроля дефектов была выше, чем допустимая величина дефекта. Т.е., если в сварном шве допускаются дефекты, величиной не более 2мм, то нельзя использовать для контроля этого шва прибор, с измерительной способностью 5мм.

Для того, чтобы определить максимальную величину допустимого дефекта, необходимо иметь ввиду, что дефекты сварных швов увеличивают, главным образом, способность стали к усталостному и хрупкому разрушению.

Для разрушений такого вида, наибольшую опасность представляют плоскостные дефекты (микротрещины, макротрещины, непровары). В случае их выявления, нужно обратить внимание не только на максимальные размеры отдельно взятых дефектов, но и на их взаимное расположение и на их количество.

Опасность плоскостных дефектов заключается в том, что они являются концентраторами высоких напряжений из-за отсутствия радиуса закругления у трещин. Пространственные дефекты, такие, как поры, газовые пузыри или какие-либо включения имеют какой-либо радиус закругления, поэтому, представляют собой меньшую опасность, даже при большем количестве.

При маленьком закруглении у основания трещины, для того, чтобы оценить действующие в ней напряжения, применяют коэффициент интенсивности напряжений К1, позволяющий оценить механику разрушения. Коэффициент интенсивности напряжений возможно определить в том случае, если напряжение, необходимое для разрушения, меньше предела текучести материала. Определяется он по формуле:

где а – величина (высота) наружного дефекта, или половина величины внутреннего дефекта;
б m – напряжение при растяжении;
б в – напряжение при изгибе;
Мm и Мв – коэффициенты, величина которых определяется отношением величины дефекта к толщине детали и расположением дефекта;
Q – коэффициент, зависящий от формы дефекта.

Для сварных соединений, не подвергаемых отжигу после сварки, с целью уменьшения внутренних напряжений, для оценки допустимости сварных дефектов необходимо использовать расчёт критического раскрытия трещины (COD). Вычисление коэффициента К1, или нахождение величины критического раскрытия, даёт возможность с высокой точностью определить величину возможного допустимого дефекта сварного шва.

Время чтения: ≈12 минут

Не важно, какую технологию вы выбрали для выполнения сварочных работ. Дефекты могут возникнуть в любом случае, что при ручной дуговой сварке, что при сварке под флюсом с применением автоматического сварочного аппарата. Появление дефектов связано либо с неопытностью сварщика, либо с неправильно выбранным режимом сварки, либо с недостаточно тщательным контролем качества.

Поэтому важно предотвращать дефекты и контроль качества сварных соединений должен проводится после выполнения каждой сварочной операции. В этой статье мы подробно расскажем, какие существуют распространенные дефекты сварных швов. И какие методы контроля можно использовать, чтобы обнаружить их.

Распространенные дефекты

Любой опытный сварщик скажет вам, что существуют многочисленные виды дефектов сварных швов. Их можно разделить на две категории — наружные и внутренние. Наружные дефекты сварных швов можно обнаружить прямо на поверхности шва с помощью специального инструмента (например, лупы) или хорошего зрения. Внутренние дефекты сварных швов визуально не видны и для их обнаружения нужно использовать особые методики контроля качества. О них мы расскажем ближе к концу. А пока дефекты.

В рамках этой статьи мы не будем перечислять все возможные дефекты, а расскажем только о самых распространенных. Итак, ниже наша краткая классификация дефектов сварных швов.

Непровар

Непровар в сварном шве — один из самых часто встречающихся дефектов у новичков. Представляет собой небольшой участок с недостаточно проваренным металлом. Основные причины образования непроваров — слишком длинная сварочная дуга, недостаточная сила тока или обе ошибки одновременно.

У новичков непровары образуются в том случае, если была выполнена неправильная разделка кромок или если сварка велась слишком быстро. Как не трудно догадаться, чтобы предотвратить непровар сварного шва нужно подобрать оптимальный режим сварки, варить не слишком быстро и на короткой дуге.

Подрез

Если вы когда-либо варили тавровый или нахлесточный шов, то наверняка могли заметить небольшие углубления вдоль сторон сварного валика. Это и есть подрезы. Частая причина образования подрезов — слишком быстрая сварка или неправильно подобранное напряжение сварочной дуги. Также подрезы порой возникают из-за слишком длинной дуги.

Некоторые новички спрашивают: «Допускаются ли подрезы сварных швов?». Да, но только в очень сложных конструкциях, где подрезов не избежать. В подобных ситуациях подрезы называют просто «допустимые дефекты сварных швов». В остальных случаях это недопустимые дефекты.

Наплыв

Наплыв в сварном шве в 95% случаев свидетельствует о том, что вы неправильно настроили режим сварки или недостаточно тщательно зачистили кромки. Очевидно, что для предотвращения образования дефекта нужно правильно настроить силу сварочного тока и немного повысить напряжение дуги.

Прожог

Прожог сварного шва — это сквозное отверстие в сварном соединении, которое вы можете обнаружить невооруженным глазом. Прожоги образуются из-за медленной сварки. В одном месте концентрируется слишком большая температура и металл плавится больше, чем должен. Главная опасность прожогов — существенное снижение прочности шва.

Понизьте сварочный ток и ускорьте формирование шва. Только так вы сможете предотвратить появление прожогов. Уделите особое внимание, если варите алюминий. У него очень высокая теплопроводность, при этом низкая температура плавления. Так что получить прожог на алюминиевой заготовке проще простого.

Кратер

Кратер — это воронка небольшого размера, расположенная прямо на валике шва. Чаще всего в самом его конце. Образуется из-за резкого обрыва дуги. Ведите дугу плавно и оканчивайте сварку постепенно. Если на вашем сварочном аппарате есть специальный режим предотвращения образования кратеров, то включите его.

Горячая или холодная трещина

Трещины в сварных швах — также один из самых часто встречающихся дефектов. Трещины бывают холодными и горячими. Горячие образуются во время сварки, а холодные — после. Горячие трещины образовываются при несовместимости электрода/присадочной проволоки и свариваемого металла. Иногда трещины могут образоваться при попытке заварить кратер, о котором мы говорили выше. Проверяйте, чтобы состав присадочного материала и металла был идентичен.

С холодными трещинами все проще. Они образовываются только в том случае, если шов слишком хрупкий и не выдерживает механической нагрузки. Единственный способ предотвратить появление холодных трещин — соблюдать технологию сварки и работать профессионально. Горячие и холодные трещины могут быть как внутренними (скрытыми от глаз), так и наружными.

Что такое пора в сварке? Пора (а чаще всего поры) — это небольшие углубления в структуре шва. Могут быть поверхностными или внутренними. Представьте муравейник, который пронизывают множественные ходы. Вот то же самое происходит и со швом. Поры без сомнения можно назвать самым частым дефектом из всех возможных.

Если в ходе процесса образовались поры в сварном шве, значит вы с самого начала все делали неправильно. Скорее всего, вы недостаточно тщательно зачистили кромки и не защитили шов от попадания кислорода. А подобные ошибки совершают только те, кто только-только начал свое знакомство со сваркой. На работайте на сквозняке и проверяйте качество электродов/исправность горелки/исправность системы подачи газа.

Методы контроля качества

Что ж, теперь вы знаете самые распространенные дефекты сварных соединений и причины их возникновения. Теперь давайте поговорим о методах контроля. Мы расскажем вам о самых часто применяемых и эффективных. Это визуально-измерительный контроль, радиационный и ультразвуковой контроль.

Визуально-измерительный контроль

Визуально-измерительный контроль (ВИК) — это самый простой и самый старый способ оценки качества сварного соединения. Из названия понятно, что в ходе этого контроля используется визуальное наблюдение и измерительные приборы. Под визуальным наблюдением подразумевается простой осмотр шва невооруженным глазом или с помощью лупы. В отдельных случаях используют микроскопы. А в качестве измерительных инструментов чаще всего применяют обычные линейки. Это самый доступный и недорогой метод контроля, поскольку инструменты стоят недорого и такому контролю можно обучить самого сварщика, выполняющего работу. Предприятию даже не нужно нанимать отдельных специалистов для проведения этого контроля.

Сейчас в магазинах продаются специальные наборы со всеми необходимыми инструментами и даже подробно инструкцией, как проводить контроль. Вам достаточно один раз прочесть брошюру, все запомнить и вы уже можете провести такой контроль самостоятельно. Но, несмотря на все плюсы, есть у ВИК большой недостаток — значительное влияние человеческого фактора на результат контроля. Вся ответственность ложится на плечи человека. И если он в силу объективных или субъективных причин не сможет выполнить контроль качественно, то есть вероятность брака.

Радиационный контроль

Радиационный контроль (его также называют радиографическим) — очень интересный метод контроля, который основан на применение рентгеновских лучей. Да, как при рентген-диагностике в поликлинике. Деталь повещается в специальный аппарат (или аппарат устанавливается на деталь), затем сквозь металл пропускают рентгеновское излучение и на выходе получают снимок, на котором видны все дефекты сварки. Эта технология наверняка известна вам давно.

Нетрудно догадаться, что подобная диагностика крайне эффективна. На снимке видны малейшие дефекты, которые невозможно обнаружить любым другим способом. Особенно, если снимок выполняется с применением компьютера, на котором потом можно детально рассмотреть все изъяны сварки. Но при работе с рентгенографом необходимо соблюдать повышенную технику безопасности. Частицы радиации могут заражать воздух, из-за чего он становится токопроводимым. А о возможном вреде для здоровья и говорить не приходится. Так что к выполнению радиационного контроля должны быть допущены только хорошо обученные сотрудники.

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов (он же ультразвуковой контроль качества или просто УЗК сварных швов) — метод контроля, который во многом схож с выше описанным радиационным. Только вот вместо рентгеновских лучей здесь используются ультразвуковые волны. Для фиксации результата используется ультразвуковой дефектоскоп для контроля сварных соединений.

Суть его работы проста. На поверхность шва посылаются ультразвуковые волны, которые проходят сквозь металл. Проходят не полностью, часть лучей отражается и возвращается обратно. Если у шва есть какой-либо дефект, то отразившиеся и вернувшиеся назад волны будут ослаблены и искажены. Проще говоря, они будут отличаться от тех, что были пущены вначале проведения контроля. Все эти изменения как раз и фиксирует дефектоскоп.

Ультразвуковой контроль используется очень часто. Для его проведения можно установить большой стационарный дефектоскоп в отдельном кабинете, а можно приобрести компактную модель для выездной диагностики. И эта компактная модель сможет дать вполне объективный результата. С помощью дефектоскопа можно не только узнать местонахождение дефекта, но и его размеры. Но нужно учитывать, что дефектоскопы стоят дорого и для работы с ними нужно дополнительно обучать персонал. Или искать специалиста «на стороне».

Вместо заключения

Дефекты сварных швов и соединений бывают разными, но суть всегда одна — они так или иначе нарушают эксплуатационные характеристики готового изделия. Чтобы их избежать необходимо как можно больше практиковаться, правильно настраивать режим сварки и не забывать о контроле качества. Проведение ультразвукового контроля занимает считанные минуты, а в результате вы получаете объективную картину и можете трезво оценить качество своей работы.

9 основных дефектов сварки

Ниже приведены основные дефекты, возникающие при сварке: 1. Деформация 2. Пористость 3. Трещины 4. Включения шлака 5. Отсутствие плавления 6. Недостаточное проникновение 7. Подрезы 8. Недостаточное заполнение 9. Плохой внешний вид валика.

Дефект № 1. Искажение:

Деформация, деформация и коробление свариваемых деталей — это дефекты сварки, возникшие в результате остаточных напряжений.

Они вызваны результатом:

(i) Ограничение свободного движения некоторых частей или элементов сварной конструкции.

(ii) Неравномерное расширение и усадка металла в зоне сварного шва вследствие неравномерного нагрева и охлаждения.

(iii) Основной металл может быть вынут из исходного положения.

Этот дефект можно устранить или устранить с помощью:

(i) Сокращение расстояния между двумя пластинами.

(ii) Лучшее выравнивание свариваемых пластин.

(iii) Увеличение скорости сварки.

(iv) Правильный зажим пластин и т. Д.

Дефект № 2. Пористость:

Пористость может проявляться в виде раковин, газовых карманов, крошечных сферических отверстий в сварочной ванне.

Эти дефекты вызваны:

(i) Выделение газов при сварке или выделение газов при затвердевании.

(ii) Избыток серы или сульфидов в сталях, поскольку они выделяют во время сварки газы, которые часто улавливаются расплавленным металлом.

(iii) Присутствие водорода, загрязнение стыка, примеси во флюсе и т. Д.

Этот дефект можно устранить или устранить с помощью:

(i) Поддержание чистоты поверхностей обрабатываемых деталей.

(ii) Правильная подготовка электродов.

(iii) Снижение скорости сварки.

(iv) Удаление влаги с деталей.

(v) Избегание использования недрагоценных металлов, содержащих серу, или электродов со следами водорода и т. Д.

Дефект № 3. Трещины:

Сварочные трещины относятся к двум основным группам: трещины зоны сплавления и трещины зоны термического влияния.Первая группа, известная как горячее растрескивание, включает продольные и поперечные трещины, а также трещины, возникающие у основания сварного шва. Этот тип растрескивания происходит при повышенных температурах сразу после того, как расплавленный металл начинает затвердевать.

Он особенно встречается в сплавах черных металлов с высоким содержанием серы и фосфора, а также в сплавах с большим диапазоном кристаллизации.

Вторая группа трещин, трещин в зоне термического влияния, также известна как холодное растрескивание. Этот дефект вызван чрезмерной хрупкостью зоны теплового воздействия, которая возникает из-за водородного охрупчивания или из-за образования мартенсита в результате быстрого охлаждения.Этот дефект особенно характерен для сварных соединений из высокоуглеродистой и легированной стали.

Эти трещины можно контролировать или устранять с помощью:

(i) Контроль скорости охлаждения сварного соединения, чтобы свести ее к минимуму, например, оставлять соединения в печи после сварки или заделывать их в песок.

(ii) Предварительный нагрев деталей и поддержание температуры предварительного нагрева до завершения сварки.

(iii) Правильная конструкция шарнира.

(iv) Снятие напряжений путем нагрева до и после сварки.

(v) Использование при сварке нескольких проходов, поскольку каждый проход обеспечивает своего рода предварительный нагрев для последующего прохода.

Дефект № 4. Включения шлака:

Включение шлака включает улавливание шлака затвердевшим металлом шва. Этот дефект может возникать как в однопроходных, так и в многопроходных сварных швах и приводить к снижению прочности соединения.

Этот дефект может быть вызван:

(i) Неправильное обращение с электродом из-за турбулентности расплавленного металла, шлак выталкивается впереди дуги в ванну расплавленного металла, где он захватывается затвердевающим металлом сварного шва.

(ii) В многопроходных сварных швах включения шлака возникают из-за неправильного удаления покровного слоя шлака после каждого прохода.

(iii) Загрязняющие вещества в основном металле.

(iv) Неравномерное плавление электродного покрытия.

(v) Высокая вязкость шлака и / или жидкого металла.

(vi) Слишком быстрое затвердевание расплавленного металла, при котором шлак не успевает всплыть.

Включение шлака или улавливание шлака можно контролировать или преодолевать с помощью:

(i) Правильное удаление шлака после каждого прохода.

(ii) Правильная очистка основного металла.

(iii) Правильное использование электродов или присадочных стержней, флюсов и т. Д.

Номер дефекта 5. Отсутствие Fusion:

Недостаточная сварка или плохая сварка может быть вызвана рядом причин.

Некоторые из них:

(i) Недостаточное энергопотребление.

(ii) Недостаточное повышение температуры.

(iii) Неправильное обращение с электродом, при котором не удается удалить оксидную пленку.

(iv) Неконтролируемый поток присадочного металла и т. Д.

Это отсутствие слияния показано на рис. 7.44, и его можно контролировать или устранять с помощью:

(i) Правильное расстояние между корнями.

(ii) Правильная скорость сварки.

(iii) Правильный размер и выбор электрода.

(iv) Надлежащий источник энергии и т. Д.

Дефект № 6. Отсутствие проникновения:

Непровар включает темную толстую линию, которая появляется в центре сварного шва.

Это вызвано:

(i) Недостаточное энергопотребление.

(ii) Неправильная полярность.

(iii) Высокая скорость сварки и т. Д.

Это отсутствие проникновения показано на рис. 7.45, и его можно контролировать или устранять с помощью:

(i) Достаточное расстояние между корнями сварного шва.

(ii) Достаточная скорость сварки.

(iii) Правильный выбор полярности и т. Д.

Номер дефекта 7.Подрезка:

Под резанием подразумевается образование нежелательной канавки, вплавленной в основной металл. Такие бороздки и резкие изменения контура сварного шва действуют как концентраторы напряжения и часто вызывают преждевременный выход из строя.

Недорезка показана на рис. 7.46 и вызвана:

(i) Большое потребление энергии.

(ii) Избыточный ток при дуговой сварке.

(iii) Неравномерные и чрезмерные движения электрода присадочного стержня.

(iv) Неправильный угол наклона электрода относительно рабочей части или основного металла.

Дефект № 8. Заливка:

Под заполнением подразумевается углубление на поверхности сварного шва ниже поверхности прилегающего основного металла. Чтобы избежать этих дефектов, необходимо добавить соответствующий присадочный металл. Этот дефект показан на рис. 7.47.

Дефект № 9. Плохой вид борта:

Внешний вид сварного шва имеет большое значение.Хотя он может не указывать на прочность соединения, но указывает длину дуги, выбор тока и напряжения, манипуляции с электродами и т. Д.

Это вызвано:

(i) Неправильная техника сварки.

(ii) Неправильная длина дуги.

(iii) Неправильные сварочные электроды (мокрые или старые).

(iv) Неправильный выбор полярности и т. Д.

Плохой внешний вид валика можно контролировать или устранить с помощью:

(i) Правильный выбор полярности.

(ii) Правильный выбор электрода.

(iii) Правильная длина дуги.

(iv) Правильное перемещение электрода и т. Д.

4 распространенных дефекта сварных швов и способы их предотвращения в конструкции из листового металла

Ваш производитель когда-нибудь давал вам готовый продукт, который раздражает глаз или, что еще хуже, плохо собран? Это может быть из-за надоедливых дефектов сварного шва .

Скручивания и повороты — обычное дело при сварке металла.Обратите внимание на эти распространенные запоздалые мысли о сварке на предмет признаков того, что ваш поставщик не готов помочь вашему проекту реализовать свой потенциал.

4 типичных дефекта сварных швов в конструкции из листового металла

Четыре распространенных дефекта сварных швов, о которых следует больше всего беспокоить при проектировании листового металла:

1. Пористость
2. Перекрытие
3. Искажения
4. Отсутствие плавления

Давайте больше в каждом дефекте сварки:

1.Пористость

Переведем: пористость = пузырьки газа. Пористость возникает, когда защитный газ задерживается внутри сварного шва и выходит через сварной шов после его затвердевания. Выброс газа оставляет крошечные отверстия в сварном шве. Пористость особенно разрушительна при сварке в среде инертного газа (MIG) или сварных швах.

Последствия пористости сварного шва :

• Трещины видимые и внутренние
• Ослабленные сварные швы

Как предотвратить пористость сварного шва :

• Если вы используете несколько типов металлов, убедитесь, что вы указываете похожие.
• Попросите сертифицированного инспектора по сварке использовать рентгеновские лучи и ультразвук для проверки наличия отверстий.

2. Перекрытие

Перекрытие — это выход металла шва за пределы корня шва. Это разновидность несплошности сварного шва, не обязательно дефект сварного шва. Перекрытие сварных швов часто возникает при угловых или стыковых сварных швах (распространенные типы сварных швов в производстве металлов). Это может быть связано с недостаточным нагревом.

Последствия нахлеста :

• Слияние частей практически отсутствует
• Концентрированное напряжение под нагрузкой

Как предотвратить сварное перекрытие :

Используйте металл и сплав, более подходящий для условий высоких температур

• Найдите более квалифицированного и опытного сварщика

3.Искажения

Искажение может возникнуть при сварке основного металла на перекосах из-за чрезмерного нагрева, создаваемого процессом сварки. Обычно это происходит с тонкими листовыми металлами, поскольку им не хватает площади для отвода тепла. Это также может произойти при создании более длинных сварных швов из-за того, что металл подвергается нагреву в течение длительного периода времени.

Последствия деформации сварного шва :

• Деформированный металл структурно не прочен

Как предотвратить деформацию сварного шва :

• Избегайте нержавеющей стали, так как она особенно подвержена смещению во время сварки
• Используйте металл более свариваемого типа и сплава, поэтому требуется меньше проходов
• Хватит указывать столько сварных швов!

4.Отсутствие Fusion

Это происходит, когда основной металл и металл сварного шва не полностью сцепляются друг с другом. Непровар возникает, когда сварка начинается не у основания сварной канавки. Обычно это происходит из-за плохой техники сварки — возможно, неправильного угла, чрезмерной скорости или недостаточной длины дуги.

Последствия отсутствия сварки :

• Соединение не будет надежным или длительным

Как предотвратить отсутствие сварки :

• Найдите более квалифицированного и опытного сварщика
• Используйте более тонкий кусок металла

Не оставляйте места для ошибки

Идеальный способ предотвратить дефекты сварных швов — привлечь производителя к работе на ранней стадии.Если вы предоставите своему поставщику правильные проектные спецификации, это снизит вероятность ошибок при сварке.

Вас предупредили: не забывайте о сварке в производственном процессе!

что нужно знать, чтобы избежать ошибок

ГЛАВНАЯ »БЛОГ» Дефекты сварки: что нужно знать, чтобы избежать неприятных неудобств

Дефекты сварки могут вызвать серьезные проблемы: сварка — очень важный процесс, и он должен выполняться с высокой точностью, но сварное соединение может оказаться потенциальным слабым местом конструкции.Давайте вместе разберемся, какие дефекты сварки встречаются чаще всего, с чем они связаны и как их избежать.

Визуальные дефекты сварки

Стандарт UNI EN 6520-1 определяет два типа ошибок: дефекты , то есть отклонение от оптимальной сварки, и дефекты , неприемлемые, поскольку они могут снизить прочность сварного соединения.

Дефекты сварки, видимые или обнаруживаемые с помощью неразрушающего контроля, подразделяются на шесть категорий: дефекты формы и размера, полости, твердые включения, неплавление и проплавление, трещины.

Дефекты формы и размеров

Это ошибка, указывающая на то, что сварной шов не был выполнен правильно, и имеет неправильный сварной шов . Наиболее частые:

• избыток надметалла : имеет очень высокий сварной шов из-за использования слишком высокого тока и неправильной подготовки соединения. Из-за толстой формы верхнего металла напряжения сосредоточены на краях, что может привести к повреждению соединения.
• неполное заполнение : в отличие от избытка, оно представляет собой чрезмерное проникновение или недостаточное соотношение материалов
• крайние резьбы : в соединениях, сваренных вручную, из-за неправильного использования горелки могут быть канавки на краю шнура
• Возникновение дуги в сварном шве : в этом случае сварщик запускает дугу непосредственно на материале, вызывая локальное сплавление, которое может сопровождаться трещинами
• брызги расплавленного материала : отложения материала, который может вызвать коррозионные явления

Полости

Они образуются в отсутствие материала, когда газ задерживается в плавильной ванне из-за очень быстрого охлаждения.В зависимости от размера может быть пор, раковин или червоточин.

Чтобы избежать образования полостей, необходимо снизить скорость до , чтобы газ мог уйти.

Твердые включения

Подобно полостям, но в данном случае остается захваченным внешний материал : это может быть шлак от затвердевания расплавленного металла или, если он используется, от электрода. Это очень распространено при сварке TIG, так как вольфрам из горелки может застрять.

Отсутствие проплавления и проникновения

Отсутствие сплавления и проплавления, хотя и по разным причинам, дает аналогичные результаты: отсутствие непрерывности между краями и областью плавления, что чаще встречается в случае очень сложной геометрии.
Они возникают из-за слишком высокой скорости прохода или слишком слабого тока.

Клеи очень похожи, где слой оксидного материала помещается между клапаном и расплавленной областью.Это типичный дефект сварки MAG, так как в ней используются активные окисляющие газы.

Эти типы дефектов трудно обнаружить неразрушающим контролем: единственный способ — принять превентивные меры, чтобы избежать их образования.

Горячие и холодные трещины

Трещины — это самые большие дефекты сварного шва: в зависимости от размера и напряжений, которым подвергается соединение, они могут вызвать поломку .

Они делятся на две категории:

• горячие трещины : они возникают из-за высокого присутствия примесей в основном материале при высоких температурах.Чтобы избежать образования трещин, необходимо поддерживать не слишком низкую скорость обработки и нужную интенсивность.
• холодные трещины : образуются при слишком быстром охлаждении из-за присутствия водорода в плавильном баке. Чтобы избежать появления трещин, предварительно нагрейте сварной шов и убедитесь в отсутствии влажности.

Контроль сварки — чрезвычайно важное действие: дефекты, видимые или иные, могут поставить под угрозу окончательную работу и привести к поломке.

Что такое дефекты сварки — типы, причины и способы устранения?

Дефект сварки можно определить как любое отклонение размера и формы данной металлической конструкции от технических и конструктивных требований.Отклонение может быть вызвано ограничением процесса с точки зрения неправильного процесса / техники сварки или определенным поведением человека.

Сварочные дефекты могут возникать на любой стадии процесса сварки и могут повлиять как на внутреннюю, так и на внешнюю поверхность металлической конструкции. Хотя создать бездефектный сварной шов практически невозможно, для вас важно уменьшить их количество, чтобы предотвратить потерю материала и сохранить заданное качество.

Важно отметить, что некоторые дефекты допустимы, если они не нарушают установленные стандарты и качество, но некоторые, например, трещины, недопустимы.

При этом данное руководство поможет вам обнаружить эти распространенные дефекты сварки, их причины и способы устранения.

Типы сварочных дефектов

Дефекты сварных соединений подразделяются на 2 большие категории. те, которые происходят внутри, и те, которые происходят снаружи.

Наружные дефекты сварки

Наружные дефекты также известны как поверхностные визуальные дефекты, поскольку они проявляются на самой поверхности.К ним относятся поверхностные трещины, перекрытия, поднутрения, пористость и разбрызгивание. Мы обсудим каждый из них в следующем разделе.

Внутренние дефекты сварки

Это дефекты, которые возникают на некоторой глубине в материале. Они визуально невидимы, так как не присутствуют на поверхности, но имеют такой же вес, что и внешние. Эти дефекты включают неполное плавление, включение шлака и неполное проплавление.

Объяснение внешних сварочных дефектов

i.Трещины

Трещины — это наиболее распространенные дефекты, которые могут возникать в любом месте на поверхности сварочного материала. Некоторые трещины также могут присутствовать внутри сварочного материала, особенно на участках, подверженных прямому нагреву (HAZ). Трещины бывают двух основных типов:

• Горячие трещины — Эти трещины возникают во время сварки или во время кристаллизации, когда температура может достигать 10000 градусов Цельсия.
• Холодные трещины — Холодные трещины возникают после завершения процесса сварки или во время процесса затвердевания.Обычно они видны через несколько часов или даже несколько дней после сварки.

Причины трещин

• Неправильная конструкция соединения.
• Загрязнение основного металла в сочетании с плохой пластичностью.
• Использование газообразного водорода в качестве защитного газа при сварке черных металлов.
  
• Высокое содержание углерода и серы в основном металле.
• Большой сварочный ток.
• Быстрое охлаждение сварного шва.
• Недостаточный предварительный нагрев.
• Остаточное напряжение также может привести к трещинам.

Средства правовой защиты

• Избегайте быстрого охлаждения зоны сварки.
• Разогрейте металл до необходимого уровня.
• Рассмотрим электрод с низким содержанием водорода.
• Используйте шарнир правильной конструкции.
• Используйте правильные настройки силы тока.

ii. Перекрытие

Перекрытие возникает, когда сварочная ванна выходит за пределы поверхности металла шва. Расплавленный металл не плавится с основным металлом, что приводит к перекрытию, которое может расширяться с образованием угла, не превышающего 90 градусов.

Причины перекрытий

• Крупные отложения сразу.
• Использование электрода под неправильным углом.
• Использование слишком большого тока.
  
• Более длинная дуга.

Способы устранения

• Используйте правильную технику сварки, чтобы избежать неправильной длины дуги.
• Расположите электрод под соответствующим углом.
• Используйте правильное нанесение во время каждого цикла.
• Используйте слабый сварочный ток.

iii.Подрезы

Подрезы представляют собой узкие желоба на основном металле рядом с металлом сварного шва возле кромки. Это происходит, когда основной металл плавится вдали от области сварного шва, уменьшая толщину основного металла, и в результате получается ослабленная деталь. Эти подрезы проходят параллельно металлическому шву.

Причины поднутрения

• Слишком высокая скорость сварки.
• Высокое напряжение дуги.
• Слишком большой электрод.
• Использование неподходящего присадочного металла.

Способы устранения

• Уменьшите скорость движения, но в то же время не слишком медленно.
• Используйте электрод правильного размера, и он должен располагаться под правильным углом; от 30 до 45 градусов
• Уменьшите длину дуги и снизьте напряжение.
• Используйте правильный ток и обращайте особое внимание на более тонкие области и края.

iv. Пористость

Пористость — это состояние, которое проявляется при наличии газов или пузырьков воздуха, которые задерживаются в металле сварного шва.В основном это происходит из-за загрязнения металла шва, который ослабляется и со временем может разрушиться.

Причины пористости

• Это может произойти, если электрод не имеет хорошего покрытия.
• Наличие масла или ржавчины на поверхности сварного шва может вызвать пористость.
• Использование неправильного защитного газа или неправильной защиты.
• Слишком большой расход газа.
  
• Наличие влаги в зоне сварного шва.
  
• Неправильная обработка поверхности.

Средства правовой защиты

• Очистите материалы и поверхность сварного шва перед началом сварки.
• Замедлите процесс сварки, чтобы выпустить газы.
• Убедитесь, что на поверхности нет масла, ржавчины и любых других загрязнений.
• Убедитесь, что расходомер газа настроен с правильными настройками потока.

v. Брызги

Брызги возникают, когда металлические частицы из сварного шва прилипают к области, прилегающей к области сварного шва.Этот дефект часто встречается при дуговой сварке металлическим электродом в газе, и иногда частицы очень трудно удалить.

Причины разбрызгивания

• Работа на очень высокой силе тока может вызвать разбрызгивание.
• Использование неправильной полярности.
• Неравномерная подача проволоки.
• Загрязнение поверхности сварного шва
• Этот дефект также может быть результатом неправильной газовой защиты.
• Установка электрода под очень крутым углом.

Средства правовой защиты

• Устраните любые проблемы с кормлением.
• Используйте правильную полярность в соответствии с требованиями сварки.
• Отрегулируйте настройки силы тока.
• Очистите поверхность перед сваркой.
• Используйте соответствующую газовую защиту.
• Увеличьте угол наклона пластины в соответствии с условиями сварки.

Объяснение внутренних сварочных дефектов

i. Неполное сплавление

Отсутствие плавления или неполное сплавление возникает, когда металл сварного шва и основной металл не сварены точно из-за неправильного плавления, что приводит к незаполненному зазору.Неправильное сплавление также может происходить между слоями внутри самого сварного шва. Хотя это внутренняя проблема, она может проявляться и на внешней поверхности, если внешняя боковина не сплавлена ​​должным образом с основным металлом.

Причины неполного оплавления

• Неполное оплавление может быть результатом низкого тепловложения.
• Использование электродов неправильного диаметра по сравнению с толщиной материала.
• Слишком высокая скорость перемещения может привести к неполному сварке.
• Иногда сварочная ванна может быть слишком большой, опережая дугу, и это может привести к неполному сплавлению.
• Неправильное размещение борта.

Средства правовой защиты

• Попробуйте увеличить скорость перемещения, чтобы свести к минимуму вероятность неполного сплавления.
• Расположите все валики правильно, чтобы острые края не соприкасались друг с другом.
• Попробуйте уменьшить скорость наплавки.
• Убедитесь, что расплавленный сварной шов не заливает дугу.

ii. Неполное проплавление

Неполное проплавление возникает, когда глубина сварного шва недостаточна. Таким образом, металлическая канавка заполнена не полностью, что означает, что сварной шов не проходит через все соединение.

Причины неполного проплавления

• Неправильное совмещение стыка
• Слишком быстрое перемещение валика, что означает небольшое осаждение металла шва
• Слишком большое расстояние между сварными металлами может вызвать неполное проплавление.
• Использование слишком низкой силы тока, которой может быть недостаточно для полного расплавления металла.

Средства правовой защиты

• Обеспечьте достаточное наплавление металла шва.
• Используйте правильную геометрию соединения и обеспечьте правильное выравнивание.
• Используйте соответствующий сварочный ток
• Уменьшите скорость движения.

vi. Включения шлака

Включения шлака — это соединения, такие как оксиды, которые в основном задерживаются в сварном шве или на поверхности зоны сварного шва.Эти соединения являются побочными продуктами сварочных процессов, таких как сварка электродом и дуговая сварка. Кроме того, недостаточная очистка может оставить немного шлака, который снижает прочность сварного шва, а также может стать отправной точкой для серьезных трещин. Серьезные включения шлака могут потребовать повторной сварки.

Причины включения шлака

• Слишком малая плотность тока, которой может быть недостаточно для обеспечения тепла, достаточного для плавления металла шва.
• Несоблюдение правил очистки, особенно после сварочного прохода.
• Слишком быстрое охлаждение сварочной ванны может привести к появлению шлаковых включений.
• Сварка под несоответствующим углом и неправильной скоростью хода.

Средства правовой защиты

• Увеличьте плотность тока до подходящего уровня.
• Увеличьте скорость сварки, чтобы сварной шов не смешивался с шлаком.
• Очистите все поверхности, включая все края и предыдущие сварные швы.
• Убедитесь, что сварочная ванна остывает умеренно, не слишком быстро, но и не слишком медленно.

На прощание мы все согласны с тем, что для вас важно выявить и устранить любой дефект, который может присутствовать в вашей заготовке. Мы считаем, что эта статья всесторонне рассмотрела эти дефекты, и надеемся, что она поможет вам во время любого производственного процесса предотвратить потерю материала и обезопасить вас.

Швы на стальном прокате

«Швы — это продольные щели, которые герметичны или даже закрыты на поверхности, но не заварены.Они имеют ориентацию, близкую к радиальной, и могут возникать при выплавке стали, первичной прокатке или на прокатном или стержневом стане ». — Технический комитет AISI по стержневым и прутковым мельницам, обнаружению, классификации и устранению дефектов поверхности прутков и прутков

Швы представляют собой продольные пустоты, открывающиеся в радиальном направлении от секции стержня по очень прямой линии без прилегания к нему деформированного материала.

В заготовке могут присутствовать швы из-за неметаллических включений, трещин, разрывов, подповерхностных трещин или пористости.Во время непрерывной разливки потеря контроля уровня формы может способствовать возникновению множества неконтролируемых условий, которые могут повторно запечатываться в форме, но оставлять ослабленную поверхность. Частота образования швов у ресульфированных сталей выше, чем у невосернистых сталей. В полностью раскисленных сталях швы, как правило, встречаются реже.

Швы являются наиболее частыми встречающимися дефектами стержней. Использование файла до тех пор, пока индикация шва не исчезнет, ​​а измерение микрометром — вот как определить глубину шва (набросок из моей лабораторной записной книжки 1986 года)

Швы обнаруживаются визуально и методом магнагло; электронные средства, использующие вихревые токи (магнитное испытание или роторный бар), могут обнаруживать швы, видимые и невидимые невооруженным глазом.Методы Magnaflux обычно используются для контроля заготовок и блюмов.

Швы прямые и могут различаться по длине — часто до нескольких стержней — из-за удлинения продукта (и начального несовершенства!) Во время прокатки. Сгибание бруса может выявить дефекты поверхности, такие как швы.

Испытание на высадку (сжатие короткого куска стали для увеличения его диаметра) расколется в продольном направлении там, где есть шов.

Швы чаще всего путают с царапинами, о которых мы расскажем в одном из следующих постов.

«Эти длинные, прямые, плотные, линейные дефекты являются результатом газов или пузырьков, образующихся при затвердевании стали. При прокатке они удлиняются по мере удлинения стали. Швы темные, закрытые, но не сварные »- мое определение младшего металлурга 1986 года, взятое из моей лабораторной записной книжки. Теперь у нас есть более сложный взгляд на причины.

Частота появления швов может помочь определить причину. Случайно в прокатке швы, вероятно, связаны с поступающими заготовками.Определенный рисунок швов указывает на то, что швы, вероятно, были вызваны фрезерованием — в результате складок, связанных с геометрией сечения. Однако закономерность, связанная с повторяющимся кондиционированием, также может свидетельствовать о причинно-следственной связи заготовки и кондиционирования — неспособность удалить исходный дефект или связанная с повторяющимся повреждением шлифования или артефактом во время кондиционирования.

Мое практическое правило заключалось в том, что если он был прямым, продольным и когда подпиливание показывалось темным на фоне более яркого основного металла, это был шов.

Критерии отбраковки являются предметом переговоров с вашим поставщиком, как и пределы обнаружения для различных методов контроля, но помните, что, поскольку швы могут возникать в любом месте проката, припуск на снятие припуска применяется для каждой стороны .

Если вам абсолютно необходимо избавиться от швов, вам следует заказать точеный и полированный или холоднотянутый, точеный и полированный материал. Удаление припуска гарантирует удаление изнаночного внешнего материала.

Металлургическое примечание: швы могут быть результатом распространения трещин, образовавшихся при затвердевании, изменении фазы или горячей деформации металла.Швы, нанесенные заготовкой, обычно имеют более выраженное обезуглероживание.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Эта запись была опубликована в четверг, 24 мая 2012 г., в 15:10 и находится в разделе «Инженерное дело, цех». Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через канал RSS 2.0. Вы можете оставить отзыв или откликнуться со своего сайта.

Сообщение навигации

» Предыдущий пост Следующее сообщение »

Дефекты сварки — как они влияют на целостность трубопроводных систем

Касем Фандем, инженер-механик Saudi Aramco.Эта статья опубликована в выпуске Inspectioneering Journal за январь / февраль 2019 года.

Введение

Сварка — один из наиболее важных методов в обрабатывающей промышленности для соединения металлов различной геометрии и размеров с экономичной и надежной сборкой. В нефтехимической промышленности используются несколько типов сварочных процессов, которые существуют уже много десятилетий, а в последние годы были разработаны новые методы.В основном, эти процессы различаются по настройке, основным и второстепенным переменным, таким как дуговая сварка в защитном металлическом корпусе (SMAW), дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW) и т. Д. Каждый процесс сварки имеет характеристики, которые влияют на его качественные характеристики и надежность. сварной шов. Например, сварной шов, приемлемый для одного применения, такого как резервуар, может не соответствовать критериям приемлемости для сосудов под давлением в соответствии с применимыми международными правилами. Дефекты сварки, такие как трещины, пористость, отсутствие плавления, неполное проплавление и разбрызгивание, могут быть вызваны различными причинами, такими как плохое качество изготовления, проблемы конструкции, неправильный материал, неправильные спецификации процедуры сварки и / или неблагоприятная среда.Воздействие каждого дефекта варьируется от приемлемого до неприемлемого, и его необходимо либо отремонтировать, либо устранить.

Поэтому важно обеспечить качество и надежность сварных швов в оборудовании до его ввода в эксплуатацию с использованием методов неразрушающего контроля (NDT) и обеспечения соответствия требованиям международных стандартов. Кроме того, системы трубопроводов следует подвергать гидроиспытаниям, чтобы гарантировать целостность и прочность всей системы. Однако некоторые дефекты сварки могут быть обнаружены только во время работы установки, например возникновение трещин.Эти дефекты потребуют инженерной оценки, такой как оценка пригодности к эксплуатации, для определения надлежащих корректирующих действий.

Этот контент доступен зарегистрированным пользователям и подписчикам.

Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы получить доступ к этой статье бесплатно.

Создайте бесплатную учетную запись и получите доступ к: Разблокируйте один премиум-товар по вашему выбору в месяц Эксклюзивный онлайн-контент, видео и загрузки Информативные и полезные вебинары НАЧАТЬ

Текущие подписчики и зарегистрированные пользователи могут войти в систему сейчас.

Исследование дефектов сварных швов при сварке трением с перемешиванием и сварке плавлением алюминиевых сплавов | Международный журнал машиностроения и материаловедения

Введение

Алюминиевые сплавы были одними из основных кандидатов для выбора материалов во многих отраслях промышленности, включая коммерческую и военную авиацию и морские суда, на протяжении более 80 лет, в основном из-за их хорошего качества. известное механическое поведение, простота конструкции, технологичность и наличие установленных методов контроля (Dursun and Soutis 2013).Растущее использование алюминия в различных отраслях промышленности является основной движущей силой в поисках жизнеспособной и эффективной технологии соединения алюминия, которая не вызывает ухудшения желаемых механических, химических и металлургических характеристик материала.

В последние годы растущие опасения, связанные с энергосбережением и охраной окружающей среды, увеличили спрос на легкие конструкции. В то время как современные сплавы, такие как усовершенствованная высокопрочная сталь (AHSS), позволили достичь многих промышленных целей, например, снижение веса при сохранении ударопрочности транспортных средств, дальнейшее значительное снижение веса, порядка 30%, маловероятно без использование многоматериальных структур (Сакияма и др.2013).

Лучшими комбинациями для таких многоматериальных конструкций считаются алюминиевые сплавы и AHSS. Однако такие разнородные материалы трудно соединить сваркой из-за различий в их механических и физических свойствах, а также из-за образования большого количества хрупких интерметаллических соединений (Ogura et al. 2012). Алюминий является уникальным металлом сварного шва по сравнению с ферросплавами, поскольку в нем отсутствует твердотельное фазовое превращение при охлаждении. Следовательно, только затвердевание определяет его микроструктуру.Однако высокие температуры, обнаруживаемые во время процессов соединения плавлением, значительно влияют на микроструктуру металлов, что напрямую влияет на свойства и поведение материала (Courbiere 2008).

В данной работе рассматриваются три метода сварки: сварка трением с перемешиванием (FSW), лазерная сварка и дуговая сварка. Во-первых, мы сосредоточимся на факторах, способствующих возникновению дефектов СТП алюминиевых сплавов. Поскольку FSW представляет собой сложный процесс горячей резки и ковки, выявить происхождение дефектов непросто.На скопление дефектов и остаточные напряжения в зоне сварного шва большое влияние оказывает сложный процесс пластической деформации. Таким образом, давняя проблема заключалась в отсутствии четкой информации о влиянии параметров процесса сварки трением с перемешиванием на дефекты сварного шва, которые позволили бы установить взаимосвязи и корреляции и помогли бы оптимизировать FSW. Выявлены взаимосвязи между механизмом пластического течения вокруг инструмента, параметрами процесса (такими как наклон инструмента или проникновение в соединение) и дефектами FSW.Во второй части статьи мы фокусируемся на лазерной сварке и исследуем механизмы дефектов при лазерной сварке алюминия. Лазерная сварка постоянно развивается по мере развития технологии источников питания лазерного луча. Однако еще предстоит решить ряд проблем и вопросов. Обсуждаются формирование и предотвращение основных дефектов сварных швов при лазерной сварке алюминиевых сплавов, таких как пористость и горячее растрескивание. Третья часть статьи посвящена дефектам сварного шва при дуговой сварке алюминиевых сплавов.Тепло, выделяемое при соединении, может вызвать значительные изменения микроструктуры материала, тем самым ставя под угрозу механические свойства основного металла и вызывая деформацию сварного шва. Например, при сварке плавлением алюминиевых сплавов выделяемое тепло, которое поддерживает соединение металла, может привести к микросегрегации легирующих элементов, таких как медь, магний, кремний и марганец. Растрескивание при затвердевании, пористость сварного шва и ликвационное растрескивание в зоне термического влияния — вот некоторые из рассмотренных дефектов.

Характеристики сварки трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием (FSW) считается наиболее значительным достижением в области соединения металлов за последнее десятилетие. Она считается экологически чистой технологией из-за ее энергоэффективности, экологичности и универсальности. FSW, твердотельный процесс соединения горячим сдвигом, был разработан Институтом сварки (TWI) в 1991 году (Thomas et al. 1991). Использование FSW приобрело видную роль в производстве высокоинтегрированных твердофазных сварных швов в алюминиевых сплавах серий 2000, 5000, 6000 и 7000 Al-Li и композитных материалах с алюминиевой матрицей.В таблице 1 представлены преимущества FSW перед традиционными процессами.

Таблица 1 Преимущества сварки трением с перемешиванием (FSW) по сравнению с традиционными процессами

Принципы процесса

Процесс FSW последовательно проходит через металлургические этапы предварительного нагрева, начальной деформации, экструзии, ковки и охлаждения. На рисунке 1 показана схема сварки трением с перемешиванием. Процесс сварки начинается, когда теплота трения, возникающая между заплечиком и поверхностью свариваемого материала, размягчает материал, что приводит к сильной пластической деформации.Материал транспортируется от передней части инструмента к задней кромке, где он выковывается в соединение (Grujicic et al. 2010; Nandan et al. 2008). Следовательно, процесс сварки трением с перемешиванием представляет собой как деформационный, так и термический процесс, происходящий в твердом состоянии; он использует тепло трения и источник тепла деформации для связывания металла под действием приложенной нормальной силы. Как видно на фиг. 1, сторона пластины, где направление вращения совпадает с направлением вращения, является продвигающейся стороной, а другая сторона обозначена как отступающая сторона.

Рис. 1

Схема процесса сварки трением с перемешиванием (Mishra and Ma 2005)

Обычно микроструктура сварных швов трением с перемешиванием несколько отличается от микроструктуры сварных швов, полученных при сварке плавлением, поскольку максимальная пиковая температура в зоне термического влияния значительно ниже температуры солидуса, а источник тепла также довольно рассеян (Nandan et al. 2008 г.). На рисунке 2 показано поперечное сечение стыка FSW, иллюстрирующее отдельные зоны сварного шва.Зона термомеханического воздействия (ТМАЗ), где зерна деформируются, но исходная микроструктура сохраняется, находится между зоной термического влияния (ЗТВ) и сварочным ядром (зона перемешивания). Параметры процесса сильно влияют на течение пластически деформированного материала (Mishra and Ma 2005). Следовательно, следует уделять внимание обеспечению подходящих условий обработки, чтобы избежать потенциальных дефектов в зоне сварных швов (WNZ), TMAZ или иногда на границе WNZ / TMAZ (Crawford et al.2006 г.). Например, характеристика «луковичного кольца» в центральной области самородка, где происходит наиболее серьезная деформация, является результатом того, как материал осаждается с передней стороны на заднюю с помощью резьбового инструмента.

Рис.2

Схема поперечного сечения типичного сварного шва FSW: a основной металл, b зона термического влияния, c зона термомеханического влияния и d зона сварного шва (перемешанная зона)

Проблемы сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов

В FSW одновременно происходят несколько термодинамических процессов взаимодействия, включая различные скорости нагрева и охлаждения и пластическую деформацию, а также физический обтекание обрабатываемого материала вокруг инструмента.На протяжении всей термической истории шва трением с перемешиванием не существует крупномасштабного жидкого состояния (Grujicic et al. 2010). Такие дефекты, как пористость и горячие трещины, не обнаруживаются при сварке трением с перемешиванием, поскольку это процесс соединения в твердом состоянии (Arbegast 2003). Когда металл сваривается трением с перемешиванием, соединение происходит значительно ниже точки плавления, и поэтому основной металл не подвергается объемному плавлению в месте соединения.

В большинстве сварочных процессов материалы обычно соединяются путем снижения сопротивления деформации за счет подачи необходимого количества энергии в виде тепла.Однако подводимое тепло имеет тенденцию создавать условия, вызывающие микроструктурные изменения, такие как рекристаллизация, рост ориентации зерен и укрупнение или растворение упрочняющих выделений. Такие микроструктурные изменения происходят при разных температурах для разных материалов и зависят от химического состава материалов. Следовательно, в зависимости от химического состава материала, условия обработки можно назвать «очень горячей» или «очень холодной» обработкой (Schneider et al.2006 г.). Сварка трением с перемешиванием по-прежнему подвержена образованию дефектов, поскольку в ней отсутствует возможность дисбаланса между отдельными зонами обработки. Такие дефекты, как неслипание или образование пустот, могут возникать в условиях очень холодной сварки из-за недостаточного потока материала, а такие дефекты, как образование заусенцев, схлопывание крупинки в зоне перемешивания и ухудшение прочностных свойств соединения, могут возникать при очень жаркие условия из-за чрезмерного потока материала (Annette 2007). В дополнение к этим дефектам, связанным с потоком, также существуют другие дефекты, связанные с геометрией, такие как отсутствие проплавления и отсутствие соединения, которые в основном возникают из-за ошибок оператора.

Факторы, связанные с дисбалансом потока материала, связанные с положением инструмента по отношению к соединению, являются основными причинами образования дефектов при сварке трением с перемешиванием. Например, неправильная установка положения инструмента на линию стыка может привести к отсутствию стыковки. В зависимости от расстояния от инструмента такие явления, как растворение и укрупнение осадков или извлечение и перекристаллизация, могут происходить в разной степени (Wanjara et al. 2013; Annette 2007). Можно ожидать дополнительных проблем, если не контролировать зазор между прилегающими пластинами.Значительное снижение усталостной прочности происходит при увеличении зазора между свариваемыми пластинами.

Формирование микроструктуры луковичных колец

Луковично-кольцевые структуры в сварных швах трением с перемешиванием алюминиевых сплавов могут наблюдаться в виде полос в сварных швах. Структуры луковичных колец имеют заметные темные и светлые полосы, а расстояние между полосами равно поступательному движению инструмента за один оборот. В структуре луковичного кольца расстояние между чередующимися полосами увеличивается с увеличением вращения инструмента и увеличением транспортировки материала на меру длины сварного шва (Кришнан, 2002).Скорость вращения инструмента определяет количество тепла, выделяемого в единицу времени, а также перемешивание и перемешивание материала вокруг стержня (Peel et al. 2003). Скорость вращения и скорость перемещения инструмента определяют максимальную температуру, возникающую во время сварки, и время, необходимое для сварки материала. Перемещение инструмента захватывает материал с продвигающейся стороны, и материал вращается вокруг штифта и откладывается на задней стороне отступающей стороны. Материал, уносимый с отходящей стороны сварного шва, осаждается, чтобы заполнить материальную полость вслед за штифтом (Кришнан, 2002; Нандан и др.2008 г.). Таким образом, самородок FSW состоит из смеси двух потоков материала с разной историей и механическими свойствами, что часто приводит к микроструктуре луковой кожи.

Повышение температуры процесса значительно влияет на формирование и последующую роль, которую полосы играют в формировании траектории трещины в сварном ядре, подвергающемся циклической нагрузке. Различия в размере, форме и плотности интерметаллических частиц внутри полос являются результатом более горячих сварных швов.На возникновение трещин в сварном шве влияют частичные дефекты соединения луковой кожи, и шаг инструмента напрямую влияет на эти дефекты. При постоянной скорости вращения размягчение сварочного шва уменьшается по мере увеличения скорости подачи или поступательной скорости инструмента (Кришнан, 2002). Следовательно, очевидно, что образование макроструктуры луковой шкурки связано с изменением шага инструмента вдоль сварного шва. Следовательно, существует возможность оптимизации процесса для изменения микроструктуры сварного шва и улучшения свойств материала, включая сопротивление разрушению.

Образование вкраплений

Свариваемый материал подвергается очень горячей обработке, так как инструментальный штифт вращается с очень высокой скоростью. Таким образом, выделяемое чрезмерное тепло термически размягчает материал вблизи границы уступа инструмента и выталкивает большие объемы материала в виде поверхностной вспышки. Причиной образования заусенца является чрезмерное тепловое размягчение материала уступом инструмента при трении, а высокое давление на уступ инструмента приводит к выбросу чрезмерного количества заусенца (Bo et al.2011). Неправильная длина штифта инструмента относительно толщины заготовки и изменение глубины проплавления из-за изменения толщины листа по линии шва или из-за изогнутой пластины может привести к непровару. Когда глубина заглушки штифта высока, пластмассовый материал возле штифта выдавливается, что приводит к образованию заусенцев. Когда глубина штифта очень велика, в корнях сварного шва, рядом с штифтом, может возникнуть вытеснение. При больших углах наклона инструмента остается недостаточно пластифицированного материала, чтобы заполнить полость, оставшуюся в сварке, и на отходящей стороне появляется сварной заусенец (Keivani et al.2013).

Образование туннельных дефектов

Как упоминалось ранее, если условия обработки, то есть скорость перемещения сварного шва, вращение инструмента и т. Д., Не позволяют генерировать необходимое тепло для соединения, может произойти неадекватное перемешивание материала и перемешивание, что приведет к образованию туннельных дефектов (Grujicic et al. 2010). Быстрый отвод тепла из непосредственной зоны деформации также может привести к слишком холодным сварным швам. Сварной шов, полученный в слишком холодных условиях сварки, становится макроскопически твердым, и из-за дефекта может произойти разрушение.

По мере продвижения инструмента по сварному шву пластифицированный материал вокруг стержня инструмента переносится слой за слоем. Ширина пластифицированного материала вокруг штифта и объем материала, переносимого за один оборот, определяют ограничение потока материала от отступающей стороны к продвигающейся стороне внутри полости. Позади инструментального штифта создается полость из-за неизрасходованного объема погруженного штифта. Чтобы поддерживать большой подвод тепла во время сварки трением с перемешиванием, можно уменьшить поперечную скорость, тем самым выделяя больше тепла и пластичного металла, что улучшает текучесть металла шва (Kumar and Satish Kailas 2008; Xiaopeng et al.2014). Экспериментальные результаты (Zhao 2014) показывают, что область, в которой могут возникать туннельные дефекты, значительно увеличивается с увеличением скорости перемещения. Увеличение диаметра заплечика значительно увеличивает объем подводимого тепла, что напрямую улучшает текучесть металла сварного шва в полости. Следовательно, оптимизированный подвод тепла и хорошая структура потока пластика необходимы, чтобы избежать очень холодных условий обработки и, таким образом, устранить дефекты туннелей. Следовательно, сварочный инструмент с относительно большим заплечиком может помочь уменьшить возникновение дефектов в туннелях.

Образование дефектов сцепления или зигзагообразных дефектов

При высоких скоростях сварки или низких скоростях вращения недостаточное перемешивание металла может привести к частичному разрушению естественного оксидного слоя Al ₂ O ₃ и низкому тепловложению, что ограничивает текучесть пластика. Как следствие, включение разорванных оксидных частиц в виде темной волнистой зигзагообразной линии или дефекта поцелуев (как показано на рис.3 (а) и 3 (б). Стрелками на рис. 3 (б) отмечены дефекты сварного шва. На рис. 3 (c) и 3 (d) в увеличенном масштабе представлены дефекты из рис. 3 (a) и (3 (b)), которые могут возникать в сварных швах с низким тепловложением (Zhao et al. 2005).

Рис. 3

Микроструктура дефектов слипания или зигзагообразной линии в зоне сварных швов (Bo et al. 2011)

При очень высокой скорости вращения достаточное количество подводимого тепла поддерживает правильное перемешивание материала с широким и диффузным распределением частиц оксида.Средний размер зерна алюминия, присутствующего в сварке, уменьшается с увеличением скорости сварки или уменьшением скорости вращения. Следовательно, контроль скорости вращения позволяет значительно снизить количество дефектов зигзагообразных линий (Xiaopeng et al. 2014). Сообщалось, что усталостные характеристики соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием из сплава 7075-Т6, ухудшались из-за наличия дефекта в виде зигзагообразной линии; трещина возникла у корня по зигзагообразной линии и вызвала разрушение сварного шва во время испытаний на растяжение (Di et al.2007). Эффективный выбор параметров FSW исключает образование зигзагообразных линий, что способствует улучшению механических характеристик.

Образование дефектов корня в виде трещин

Параметры процесса играют ключевую роль в формировании корневых дефектов. Эти дефекты возникают из-за недостаточного тепловложения или из-за неполного разрушения поверхностных оксидных слоев. Когда глубина врезания штифта недостаточна, на продвигающейся стороне может возникнуть дефект канавки.Если штифт слишком короткий, на продвигающейся стороне сварного шва появляются длинные корневые канавки. Корневые дефекты в виде трещин (как на рис. 4 (a) и (b)) возникают из-за недостаточной длины штифта для толщины заготовки. При меньших углах наклона недостаточная ковка пластифицированного металла вниз приводит к образованию корневой канавки из-за непровара. Следовательно, очень малые углы наклона инструмента и, соответственно, очень большие углы наклона вносят значительный вклад в образование корневых дефектов (Bo et al. 2011).

Фиг.4

( a ) и ( b ) представляет микроструктуру трещиноподобного дефекта корня (Bo et al. 2011)

Образование пустот

Наличие пустот в сварном шве — распространенный дефект при сварке трением с перемешиванием. Гидродинамика, связанная с пластическим течением в сварном шве, играет ключевую роль в образовании таких пустот. Хотя высокие скорости сварки обеспечивают более экономичную сварку трением с перемешиванием и более высокую производительность, слишком высокие скорости сварки приводят к образованию пустот под верхней поверхностью сварного шва или на продвигающейся стороне на краю сварочного шва.Дальнейшее увеличение скорости приводит к образованию более крупных дефектов червоточины (Crawford et al. 2006).

Характеристики лазерной сварки

Лазерная сварка (LBW) является многообещающей и все более важной технологией соединения изделий из алюминиевых сплавов. Лазерная сварка использует лучистую энергию, переносимую в очень маленьком поперечном сечении луча с очень высокой плотностью мощности, для сварки граничных поверхностей двух свариваемых деталей. Лазерная сварка обеспечивает высокое качество, точность и производительность сварных швов с низкой деформацией или искажением.Точная фокусировка и высокая плотность мощности лазеров обеспечивают очень хорошую гибкость и очень высокие скорости сварки, узкие и глубокие сварные швы, небольшие зоны термического влияния и хорошие механические свойства. Выгодные характеристики, такие как меньшая потребность в рабочей силе, полная автоматизация и возможность интеграции с роботизированными системами (Katayama 2005), делают LBW подходящим для широкого спектра применений и условий сварки.

Длины волн CO ₂ и Nd: YAG лазеров равны 10.6 и 1,03–1,07 мкм соответственно и, таким образом, попадают в инфракрасный режим. Из рис. 5 видно, что при сварке алюминия лазеры CO ₂ отражают больше, чем лазеры Nd: YAG. Лазеры CO ₂ обычно имеют КПД 20%, с очень хорошим качеством луча, высокой точностью и высокой скоростью сварки (Chang et al. 2010). Высокая отражательная способность поверхности, высокая теплопроводность и улетучивание компонентов с низкой температурой кипения делают LBW алюминия довольно трудным (Tu and Paleocrassas 2011).Кроме того, требуется очень точная подготовка деталей, поскольку во время выравнивания деталей допускается отсутствие зазора или в некоторых случаях только минимальный зазор. Во время лазерной сварки алюминиевые сплавы нагреваются до температуры, превышающей точку отжига, и состояние термообработки нарушается. Сообщалось (Лоуренс и др., 2010), что более высокая скорость охлаждения с мелкозернистой микроструктурой в зоне плавления сварного шва может быть достигнута с помощью лазерной сварки и гибридных процессов лазерной / дуговой сварки. При сравнении изменений глубины сварного шва при лазерной сварке CO ₂ и лазерной сварке Nd: YAG, Cao et al.(2003) обнаружили, что лазер CO ₂ мощностью 4,5 кВт обеспечивает глубину проникновения 3,5 мм в алюминиевых сплавах серий 5000 (без термической обработки) и 6000 (с возможностью термообработки). Nd: YAG мощностью 4 кВт обеспечивает глубину сварного шва 4 мм с той же скоростью.

Рис. 5

Связь между отражательной способностью металла и длиной волны (Duley 1998)

Трещины, возникающие при сварке алюминиевых сплавов, возникают в результате прямого взаимодействия ряда сложных факторов, таких как усадка при затвердевании и термическое напряжение, широкий диапазон затвердевания, температурный и временной цикл затвердевания, химический состав сплава (как показано на рисунке). на рис.6) и систему крепления сварочных компонентов (Chang et al. 2010). Исследования (Hu и Richardson 2004; Cicala et al. 2005) показали, что растрескивание в зоне плавления сварного шва увеличивается с увеличением поперечной скорости сварного шва. CO ₂ лазер, Nd: YAG-лазер и дисковая или волоконная лазерная сварка демонстрируют разное поведение и разные эффекты плазменного шлейфа на проплавление шва (Katayama et al. 2010). В лазерах CO ₂ плазменный шлейф образуется только после запуска замочной скважины; эта проблема не обнаруживается при использовании лазеров Nd: YAG.Сообщалось, что импульсные лазерные лучи Nd: YAG на алюминии имеют очень низкий уровень ионизации и лишь ограниченную потерю мощности из-за рассеяния на частицах металла и оксида. Следовательно, при лазерной сварке Nd: YAG контроль плазмы не требуется.

Рис. 6

Чувствительность алюминиевых сплавов к образованию горячих трещин (Dausinger et al. 2000)

Пористость сварного шва и методы предотвращения

Критической проблемой при лазерной сварке алюминиевых сплавов является пористость, которая вызывает эффекты концентрации напряжений.При лазерной сварке алюминиевых сплавов возникают два типа пористости: металлургическая пористость и пористость «замочная скважина». Металлургическая пористость в основном возникает из-за присутствия водорода в сварочной ванне. Поры «замочная скважина» сравнительно больше и имеют неправильную форму. Эти пористости в основном присутствуют в центре сварного шва. Пористость «замочная скважина» в основном наблюдается в сварных швах с частичным проплавлением и редко наблюдается в сварных швах с полным проплавлением (Whitaker et al. 1993; Katayama et al. 2010). Matsunawa et al.(1998) предполагают, что основной причиной пористости является нестабильный характер отверстия, пробуренного в залежи жидкости. Другие наблюдения (Катаяма и др. 2010; Сето и др. 2000; Менга и др. 2014) подтверждают эту гипотезу, и сообщалось, что нестабильность замочной скважины является основной причиной образования пузырей, особенно при сварке с глубоким проплавлением. Katayama et al. (2010) описывают механизм образования пористости при импульсной лазерной сварке. Seto et al. (2000) сообщают ту же информацию для непрерывной лазерной сварки.Сообщается, что для импульсной лазерной сварки, когда лазер прекращается, расплав, окружающий верхнюю часть замочной скважины, течет вниз, заполняя замочную скважину. Пористость образуется, когда верхняя часть расплава быстро затвердевает, не позволяя расплаву стекать вниз, чтобы заполнить замочную скважину. При непрерывной лазерной сварке пузырьки образуются на нижнем конце замочной скважины. Некоторые из этих пузырьков могут выходить из ванны расплава, но другие задерживаются на фронте затвердевания, что приводит к образованию пористости на дне сварного шва.При низких скоростях сварки пористость образуется из пузырьков, образующихся на конце замочной скважины; тогда как при высокой плотности мощности лазерного излучения пористость образуется в средней части замочной скважины (Katayama et al. 2010). Matsunawa et al. (2000) также сообщили, что колебания замочной скважины приводили к образованию пузырьков на вершине замочной скважины, которые, в свою очередь, формировали пористость. Водородную пористость можно эффективно уменьшить, увеличив скорость сварки, так что для накопления водорода будет недостаточно времени из-за быстрого охлаждения и затвердевания.Используя мощный волоконный лазер, Катаяма и др. (2009) исследовали проплавление и образование дефектов в нескольких алюминиевых сплавах. Они обнаружили, что пластины AA5083 толщиной 10 мм были полностью пронизаны при плотности мощности 64 МВт / см ² и что газообразный азот более эффективен, чем аргон, в предотвращении пористости. Их исследования показали, что пористости, вызванной замочной скважиной, можно избежать, используя эффективные параметры сварки и условия вакуума. Результаты подтвердили работу Kawahito et al.(2007), которые заявили, что параметры обработки и состояние поверхности несут ответственность за формирование пористости, но их можно эффективно контролировать с помощью оптимизации.

Другие дефекты при лазерной сварке

При лазерной сварке (LBW) алюминиевых сплавов деградация зоны термического влияния незначительна, поскольку в этом процессе используется малая мощность и низкое тепловложение. Однако сильно локализованное изменение механических свойств может оказаться вредным для конструкционных материалов из-за локальной деформации. Кроме того, некоторые сплавы очень подвержены растрескиванию металла шва или ЗТВ, что особенно характерно для сплавов серии 6xxx из-за образования выделений Mg – Si.Однако правильное добавление присадочной проволоки может смягчить эту проблему за счет уменьшения диапазона замерзания металла сварного шва и, таким образом, минимизации тенденции к растрескиванию при затвердевании. Процессы с высокой плотностью мощности не рекомендуются для некоторых сплавов, таких как 6061 и некоторые сплавы серий 5000, 6000 и 7000, потому что высокая плотность мощности может привести к испарению упрочняющих элементов, таких как Mg и Zn. Присутствие Mg очень важно в сплавах серий 5000 и 6000; как и Zn в сплавах серии 7000 (Cross et al.2003 г.). Рамасами и Олбрайт (2000) обнаружили, что происходит испарение магния и кремния и снижается твердость металла при сварке алюминиевого сплава 6111-T4 с помощью Nd: YAG-лазера мощностью 2 кВт в импульсном режиме, непрерывного лазера Nd: YAG мощностью 3 кВт. или CO ₂ мощностью 3–5 кВт.

Характеристики процессов дуговой сварки

Дуговая сварка — широко используемый метод соединения. Из доступных в настоящее время процессов дуговой сварки алюминиевые сплавы обычно соединяют с использованием дуговой сварки вольфрамовым электродом (GTAW) и газовой дуговой сварки (GMAW).Изначально GMAW был разработан как процесс наплавки с высокой скоростью сварки, которому способствует непрерывная подача проволоки и высокие сварочные токи (Regis 2008). Этот процесс универсален, поскольку его можно применять для сварки во всех положениях. Процесс легко автоматизируется и поддерживает интеграцию с робототехникой для крупномасштабного производства. Контроль процесса сварки алюминия сильно отличается от контроля при сварке стали. Было показано, что алюминиевые сплавы в 28 раз более чувствительны к изменениям скорости подачи проволоки, чем низкоуглеродистая сталь, для того же удлинения проволочного электрода (Quinn 2002).В случае GTAW ряд исследований показал, что рекомендуемый режим работы для алюминия и его сплавов — это GTAW на переменном токе, но эффект самовыпрямления в дуге требует подавления составляющих постоянного тока, и требуется некоторая помощь для повторного зажигания дуги. Использование высокочастотного транзистора, схем реверсивного переключателя и обычного источника питания постоянного тока обеспечивает выход переменного тока прямоугольной формы. Сообщалось (Kyselica, 1987), что эта технология полезна для катодной очистки алюминиевых сплавов. Плоское или приподнятое положение идеально подходит для процессов сварки GTAW и GMAW; Сварка потолка и карниза особых проблем не представляет.Однако следует избегать нисходящего положения сварного шва, чтобы не приваривать к ванне расплавленного металла, что является частой причиной отсутствия проплавления. Отсутствие хорошего электрического контакта с землей может привести к плохому запуску или ухудшению стабильности дуги из-за присутствия глинозема на поверхности деталей (Courbiere 2008). В таблице 2 представлены некоторые недавние разработки в области смесей защитных газов, используемых при дуговой сварке алюминиевых сплавов, а также основные характеристики газов.

Таблица 2 Смеси специальных защитных газов, используемые при дуговой сварке алюминия, и основные характеристики газов (на основе (Regis 2008))

Трещины при дуговой сварке и методы их предотвращения

Тепло, выделяемое при соединении металлов, может вызывать значительные изменения в микроструктуре материала, тем самым ухудшая механические свойства основного металла и вызывая деформацию сварного шва.Горячее растрескивание, механизм высокотемпературного растрескивания, является основной причиной почти всех трещин в сварных швах алюминия. Горячий крекинг также известен как крекинг при затвердевании, горячий растрескивание и ликвационный крекинг. Растрескивание при затвердевании, пористость сварного шва и ликвационное растрескивание под воздействием тепла — вот некоторые из специфических недостатков, обнаруживаемых при сварке плавлением алюминиевых сплавов (Леонард и Локьер, 2003). При сварке плавлением алюминиевых сплавов средняя часть алюминиевых швов остается в квазистационарном состоянии, но на конечном конце (кратер сварного шва) время от времени происходят интенсивные изменения в передаче энергии, массы и импульса.Это приводит к неустойчивым полям температуры и потока жидкости (Saunders 1997; Dickerson 1998). Поскольку подача тепла прекращается, трещины развиваются из-за недостаточной пластичности металла и из-за растягивающего напряжения (Guo et al. 2009). Высокая теплопроводность алюминиевых сплавов обеспечивает более быстрое затвердевание сварочных ванн, что приводит к образованию трещин в кратерах сварного шва. Высокое тепловое расширение в сочетании с хрупкой структурой чуть ниже температуры затвердевания приводит к тому, что алюминиевые сплавы чувствительны к растрескиванию при затвердевании (Runnerstam and Persson 1995).Растрескивание при затвердевании носит межкристаллитный характер, т. Е. По границам зерен металла шва. Отсутствие эвтектики с низкой температурой плавления на границах зерен предотвращает образование трещин затвердевания в чистом алюминии. В алюминиевых сплавах с высоким содержанием растворенных веществ чувствительность к трещинам очень низка, так как эвтектика в большом количестве заполняет и залечивает зарождающиеся трещины. Однако при определенных пределах состава количество эвтектической жидкости достаточно велико для образования сплошных пленок на границах зерен. Это в сочетании с высокой усадкой приводит к растрескиванию при затвердевании.Большинство присадочных материалов на основе алюминия с содержанием Mg или Si от 4 до 5 мас.% Успешно предотвращают растрескивание при затвердевании во время сварки. Керр и Като (1987) наблюдали линейное увеличение длины трещины при соответствующем увеличении дополнительной деформации или тепловложения. Согласно исследованиям Pereira et al. (1994), форма сварочной ванны оказывает значительное влияние на образование трещин при затвердевании, а развитие мелкозернистых структур будет иметь тенденцию к снижению тенденции к растрескиванию при затвердевании.