Лекция 15 Контроль качества сварных соединений (4 часа)
Тематический план:
15.1 Дефекты сварных соединений, причины их возникновения и методы их предотвращения и устранения
15.2 Виды контроля технического процесса сварки
В процессе получения сварных соединений по разного рода причинам появляются дефекты, которые снижают прочность детали или металлоконструкции, нарушают герметичность выполняемых посредством сварки емкостей, а также способствуют уменьшению надежности эксплуатации данного узла или машины в целом.
Дефекты по месту расположения в сварных швах подразделяют на наружные и внутренние.
Наружные дефекты практически обнаруживаются посредством внешнего осмотра выполняемого сварного соединения.
К внешним дефектам, обнаруженным при внешнем осмотре сварных швов, относят следующие: наплывы, подрезы, наружные непровары и несплавления, поверхностные поры и трещины, поверхностные включения (рисунок 15.1).
а – наплыв; б – непровар; в – поры; г – подрезы; д – трещины; е – включения
Рисунок 15.1 - Виды дефектов в сварных соединениях
Внутренние дефекты, которые обнаруживаются в процессе контроля сварных соединений посредством использования специальных методов неразрушающего и разрушающего характера, относят скрытые трещины и поры, внутренние непровары и несплавления, шлаковые или металлические включения и др. (рисунок 15.2).
а) б) в)
а- трещины, б – непровары, в - несплавления
Рисунок 15.2 - Виды дефектов в сварных соединениях
Вероятность появления при выполнении сварки таких дефектов, как прожоги, непровары, наплывы и подрезы, обуславливаются, как правило заранее неправильным определением режима сварки, а также нарушениями, связанными с неправильной подготовкой и последующей сборкой свариваемого стыка.
Комплекс мер, связанных с предотвращением подобных дефектов сварных соединений, включает постоянный надзор за состоянием сварочного оборудования, за соответствием сложности выполнения сварочных работ уровню квалификации сварщиков, а также за соблюдением необходимых требований точности и технических условий, регламентирующих подготовительно-сборочные операции.
Затем в процессе выполнения сварки обязательным является обеспечение самоконтроля сварщиком соответствия текущих параметров сварки требуемому режиму, определяемому технологической картой на выполнение данной сварной конструкции.
При выполнении дуговой сварки, необходимо не допускать отклонений от требований, предусматривающих правильную заварку кратеров, послойную тщательную зачистку сварных швов от шлака, а также своевременность выполнения термической обработки.
Необходимо более детально остановиться на рассмотрении дефектов сварных соединений, причин вызывающих их появление при сварке и радикальных средств, предотвращающих образования этих дефектов.
Наиболее опасным дефектом, точнее одним из наиболее опасных, является непровар. Непровар – это местные несплавления основного и металла сварочного шва. Опасен непровар в сварных конструкциях тем, что в процессе последующей его эксплуатации данная локальная область будет является концентратором напряжений. Следует указать, что величина возникающих местных напряжений может превышать в несколько раз величину общих напряжений в конструкции. В этом случае, аварийная ситуация наступает при значениях напряжений даже ниже расчетных, а значит и не прогнозируемых вообще при конструкторской разработке.
Причинами непровара могут быть:
малая величина сварочного тока;
неправильный выбор полярности для данной марки электрода;
неоправданно удерживаемая длинная дуга во время сварки;
большая скорость перемещения электрода вдоль сварного шва;
малый или большой угол скоса при разделке кромок заготовки;
неточности при сборке соединений под сварку (малая величина зазора), смещение и нагрев кромок;
магнитное дутье при сварке на постоянном токе.
Для предотвращения непровара производится предварительно проверка подготовительно-сборочных операций и технологического режима во время проведения сварки.
В случае обнаружения в сварочном шве непровара производится подварка дефектных участков.
Опасными и недопустимыми дефектами являются трещины. Причины появления трещин следующие:
усадочные напряжения, превышающие предел прочности металла;
сварка выполнена при недопустимо низких температурах;
чрезмерно жесткое закрепление свариваемых элементов;
структурные превращения в металле сварного шва и в зоне термического влияния;
повышенное содержание в металле сварочного шва серы и фосфора;
неоправданно большое количество швов в данном месте конструкции.
Для устранения образовавшихся трещин в сварном шве выполняют вырубку металла и затем подварку данного участка сварного шва.
Образование наплыва является превышение усиления сварного шва. Данный дефект приводит к уменьшению надежности работы данной конструкции в условиях динамического характера нагрузок в процессе эксплуатации.
Причиной появления данного дефекта, как правило, является низкая квалификация сварщика.
Наличие в сварном шве подрезов вызывается неправильным поперечным движением конца электрода в процессе сварки, что объясняется также низкой квалификацией сварщика.
Причинами подреза могут быть:
большая величина сварочного тока;
неправильное направление сварочной дуги.
Наплывы и подрезы исправляются удалением дефектных мест с последующей их подваркой.
Кроме уже перечисленных дефектов сварных соединений могут иметь место еще такие, которые связаны с изменением структуры наплавленного металла. Таким дефектом является пережог.
Пережог- это окисление наплавленного металла по границам зерен. Причины его образования:
медленное движение электрода вдоль сварного шва;
большая величина сварочного тока.
Другим дефектом является прожог. Прожог- это сквозное проплавление металла.
Причины прожога следующие:
большая величина сварочного тока;
медленное перемещение конца электрода вдоль шва;
неправильно выбран диаметр электрода по отношению к толщине свариваемого металла;
большой зазор между свариваемыми кромками заготовок;
малый угол разделки кромок заготовок.
Еще одним дефектом структурного характера является шлаковые включения в металла сварного шва. Шлаковые включения- это наличие в металле сварного шва неметаллических веществ (шлаковых частиц). Причиной этого могут быть:
тугоплавкость и повышенная вязкость шлаков, образующихся при расплавлении покрытия электрода;
недостаточное раскисление металла шва;
недостаточная очистка поверхности сварного шва при многослойном выполнении сварного шва;
затекание шлака в процессе сварки в зазор между свариваемыми кромками заготовок.
Все эти дефекты структурного характера удаляются, и производится подварка дефектных мест.
Меньшей опасностью обладают поры в металле сварного шва. Они имеют округлую форму и поэтому не служат явными концентраторами напряжений, количество пор может допускаться в определенных пределах, регламентируемых технической документацией на изготавливаемое сварное изделие.
Причины образования в металле сварного шва пористости:
наличие газов в металле к моменту окончания процесса кристаллизации;
взаимодействие оксида железа с углеродом стали (самораскиление);
наличие влаги в покрытии электрода или во флюсе;
наличие оксида железа на кромках свариваемых заготовок.
При перечислении внутренних дефектов сварных швов среди других были названы и металлические включения. Металлические включения в металле сварного шва- это могут быть частицы вольфрама, диффундирующие в жидкий металл сварочной ванны в процессе сварки вольфрамовым электродом.
Появление такого дефекта вызывается проведением сварки при обратной полярности, усугубляясь при достаточно большом превышении величины сварочного тока по сравнению с оптимальной величиной.
И в заключении изложения данного вопроса о дефектах сварных швов необходимо уделить должное внимание выяснению степени опасности тех или иных дефектов.
Так, например, наличие непровара в металле шва до четверти от исходной толщины металла при низких температурах (до -45 оС) вызывает уменьшение временного сопротивления растяжению в 2 раза, и пластичности более чем в 3-4 раза.
По этой причине для деталей ответственного назначения наличие дефектов в сварных швах вообще не допускается. Для узлов и конструкций общего назначения дефектные места в обязательном порядке удаляются и производится последующая подварка. Более двух исправлений дефектных мест не допускается в виду опасности перегрева и пережога металла заготовок в области зоны термического влияния.