Дефекты сварных и паяных соединений

Сварные соединения по прочности должны быть такими же, как и основной металл, при всех температурах эксплуатации и при всех видах нагрузок, т.е. сварной шов должен быть равнопрочен основному металлу.

При изготовлении неразъёмных соединений имеет место неравномерное распределение температуры в месте соединения деталей и по зоне термического влияния (ЗТВ). При сварке шов образуется при кристаллизации сплава, состоящего из основного металла и присадочного (при сварке плавлением) или только из основного металла (сварка давлением). ЗТВ - это околошовный участок основного металла, нагретый в процессе сварки от 100°С до температуры плавления. Именно шов и ЗТВ являются слабым местом в соединении, именно там возможно появление дефектов.

Дефекты в сварных и паяных соединениях бывают двух типов: внешние и внутренние (рис. 80).

Рис. 80. Виды дефектов сварных соединений ,.

Внешние дефекты: а - наплыва; б - подрезы; в - наружные непровары; г — поверхностные трещины и поры Внутренние дефекты: д - скрытые трещины и поры; е - внутренние непровары; ж - шлаковые включения

К внешним относят натеки и наплывы, неравномерность и несо­ответствие размеров шва, подрезы, наружные трещины и поры.

К внутренним дефектам относят внутренние непровары и несплавления, шлаковые включения, скрытые трещины и поры.

Методы контроля качества сварных и паяных соединений

Методы контроля бывают двух типов: разрушающие и неразрушающие.

К разрушающим относятся испытания сварных образцов-свидетелей. Сва­ривают их при тех же самых режимах, что и изделия, обычно непосредственно перед началом сварю! последних. Всесторонние испытания образцов позволяют косвенным образом судить о качестве сварных соединений в изделиях.

Более точно воспроизвести характер нагружения сварных соединений можно на модельных конструкциях или на самих изделиях, которые выбо­рочно подвергают испытаниям вплоть до разрушения. Необходимое число разрушаемых изделий от партии устанавливается конструктором в каждом конкретном случае.

Неразрушающие методы контроля включают в себя контроль парамет­ров режимов сварки, некоторые испытания свойств сварного шва без егоразрушения (например, измерение твердости, химический анализ металла шва, не затрагивающий целостности конструкции), наконец, физические ме­тоды контроля (дефектоскопия).

Необходимо отметить особое значение контроля основного металла, сварочных материалов, состояния оборудования и технологии сварки.

Виды контроля сварных и паяных конструкций, применяемые в про­мышленности, достаточно разнообразны. К ним относятся технический ос­мотр, контроль радиационный, акустический, магнитный, капиллярный и др. Для проверки герметичности и прочности сварных конструкции применяют­ся гидравлические испытания, испытания сжатым воздухом, различного типа течеискателями. Последние методы контроля представляют вид контроля, называемый течеисканием.

Внешний осмотр. Если внешний осмотр проводится с применени­ем оптических средств (лупы, микроскопа, перископических оптических устройств и т. п.), то такой метод контроля называют визуально-оптическим. Внешнему и визуально-оптическому контролю подвергается почти 100% всех швов. Такой довольно простой метод контроля позволяет, однако, обнаружить наружные дефекты довольно широкого спектра: подрезы, поры, трещины, незаверенные кратеры, раковины, свищи, неравномерность шва и несоответствие его геометрии требованиям чертежа.

Радиационный контроль. Выявление дефектов основано на различном поглощении металлом и неметаллическими веществами прони­кающего излучения. В качестве источника подобных излучений применяют рентгеновские аппараты, позволяющие получить тормозное (рентгеновское) излучение, различного типа ускорители (ускорители электронов, бетатроны).

При проведении радиационного контроля возможны три основных ме­тода выявления дефектов.

1. Радиографический с фиксацией изображения на пленке или бумаге. Его преимущество — возможность сохранения документального свидетель­ства результатов просвечивания и простота контроля.

2. Радиоскопический (радиационная интроскопия). Дефект в этом слу­чае наблюдается на флюороскопическом экране, экране электронно-оптического преобразователя, рентген - видикона и т. п. Чувствительность радиоскопии несколько ниже, чем радиографии.

3. Радиометрический. Ионизирующее излучение, проникающее сквозь контролируемый участок, преобразуется с помощью сцинтилляционных кри­сталлов или газоразрядных счетчиков в электрические сигналы, которые по­зволяют судить о наличии или отсутствии дефекта в соединении. Безъинерционность системы дает возможность установить обратную связь между про­цессом сварки и контролем.

Радиационный контроль служит для обнаружения пор, шлаковых вклю­чений, непроваров и трещин.

Принципиальная схема акустических методов контроля

Акустический контроль. С его помощью выявляются многие внутрен­ние дефекты: трещины, пустоты, поры, непровары, расслоения, непропаи и т. п. Вид контроля основан на изменении характера распространения волн (звуковых и ультразвуковых) в сварных или паяных швах.

По способу выявления дефектов акустические методы делятся на эхо-импульсный, теневой, зеркально-теневой, импедансный, метод свободных колебаний, велосимметричный, резонансный.

Эхо-импульсный (эхо-метод) основан на отражении акустиче­ских (ультразвуковой частоты) колебаний от поверхности раздела между дефектом 2 и материалом детали 1 (рис. 30.1, а). Колебания излучаются электроакустическими источниками (И) в виде пластин из пьезоэлектриче­ских материалов. Отраженные от дефекта ультразвуковые колебания улавли­ваются приемником (П), преобразуются затем в электрический импульс, на­блюдаемый на экране осциллографа.

При теневом методе (рис. 30.1, б) приемник устанавливается с об­ратной стороны детали. При наличии дефекта на пути ультразвуковых волн излучателя к приемнику произойдет их значительное уменьшение или даже исчезновение.

Зеркально-теневой метод (рис. 30.1, в) является своего рода комбинацией двух предыдущих. Приемником фиксируется уменьшение от­раженного импульса от данной (зеркальной) поверхности, которое тем больше, чем больше размеры дефекта.

Сварочная проволока и электроды. Стандарт на стальную сварочную проволоку предусматривает более 70 марок проволоки диаметром 0,2 ... 12 мм. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистую (Св-08А, Св-08ГС и др.), легированную (Св-18ХМА; Св-10Х5М и др.) и высоколегированную (Св-06Х19Н10МЗТ; Св-07Х25Н13 др.). В марках проволоки "Св" означает слово "сварочная", последующие буквы и цифры - ее марочный состав.

Сварочную проволоку используют для изготовления стержней электродов при автоматической дуговой сварке под флюсом, при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов, а также в качестве присадочного материала при дуговой сварке неплавящимся электродом и газовой сварке.

Электроды представляют собой проволочные стержни с нанесенными на них покрытиями. Покрытия электродов предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения металла шва заданных состава и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газо- и шлако-образующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие»

Электроды классифицируют но назначению и виду покрытия.

По назначению стальные электроды подразделяют на пять классов: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с

< 600 МПа, ле­гированных конструкционных сталей с ^> 600 МПа, легированных жаропрочных сталей, высоколегированных сталей с особыми свойствами и для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Электроды для сварки конструкционных сталей делят на типы: Э38. Э42, ..,Э150.

Цифры в обозначении типа электродов обозначают наплавленного металла в МПа.В обозначение типов электродов для сварки жаропрочных и высоколегированных сталей и наплавочных входит марочный состав наплавленного металла (Э-09МХ, Э-10Х5МФ, Э-08Х20Н9Г2Б, Э-10Х20Н70Г2М2В, Э-120Х12Г2СФ, Э-350Х26Г2Р2СТ и др).

По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым, рутиловым, основным и целлюлозным покрытиями.

Кислые покрытия имеют шлаковую основу, состоящую из руд железа и марганца(,MnO), полевого шпата (ферромарганца и других компонентов. Электродыобладают хорошими сварочно-технологическими свойствами: позволяют вести сварку во всех пространственных положениях на переменном и постоянном токах. Возможна сварка металла со ржавыми кромками и окалиной. Электроды применяют для сварки низко­углеродистых и низколегированных сталей. Металл шва по составу соответствует кипящей и полуспокойной сталям. Однако электроды токсичны в связи с выделением соединений марганца, поэтому применение их сокращается;

Рутиловые покрытия состоят из ру-тилового концентрата (Т1О2), полевого шпата, мрамора (), ферромарганца и других компонентов; обладают высокими сварочно-технологическими свойствами. Их применяют для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наплавленный металл по составу соответствует полуспокойной стали»

Основные покрытия содержат мрамор, магнезит (), плавиковый шпат (),ферросилиций, ферромарганец, ферротитан и другие компоненты. Сварочно-технологические свойства ограничены. Сварку выполняют, как правило, на постоянном токе обратной полярности, металл шва склонен к образованию пор при наличии ржавчины на свариваемых кромках, требуется высокотемпературная прокалка (400 ... 450 °С) перед сваркой и т.д. Наплавленный металл хорошо раскислен и по составу соответствует спокойной стали. Возможно дополнительное легирование шва через покрытие. Электроды с основным покрытием применяют для сварки ответственных конструкций из сталей всех классов.

Целлюлозное покрытие содержит целлюлозу и другие органические вещества с небольшим количеством шлакообразующую компонентов. Они создают хорошую газовую защиту и образуют малое количестве шлака. Особенно пригодны для сварки на монтаже в любых пространственных положениях на переменном и постоянном токах. Их применяют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наплавленный металл по составу соответствует полуспокойной или спокойной стали.

Флюсы. Для изоляции сварочной ванны от атмосферы воздуха, обеспечения устойчивого горения дуги, формирования поверхности шва и получения заданных состава и свойств наплавленного металла используют флюсы. По назначению их разделяют на флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, легированных и высоколегированных сталей.

Флюсы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей предназначены для раскисления шва и легирования его марганцем и кремнием. Для этого применяют плавленые высококремнистые марганцевые флюсы. Их шлаки имеют высокое содержание и МnО. Флюсы изготовляют путем сплавления марганцевой руды, кремнезема, плавикового шпата в электропечах.

Флюсы для сварки легированных и высоколегированных сталей должны обеспечивать минимальное окисление легирующих элементов в шве. Для этого применяют плавленые и керамические низкокремнистые, бескремнистые и фторидные флюсы. Их шлаки имеют высокое содержание CaO, и.

Плавленые флюсы изготовляют из плавикового шпата, алюмосиликатов, алюминатов путем сплавления в электропечах. Их шлаки имеют основный характер.

Керамические флюсы приготовляют из порошкообразных компонентов путем замеса их на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания. Основу керамических флюсов составляют мрамор, плавиковый шпат и хлориды щелочно - земельных металлов, В них также входят ферросплавы сильных раскислителей (кремния, титана, алюминия) и легирующих элементов и чистые металлы. Шлаки керамических флюсов имеют основный или нейтральный характер и обеспечивают получение в металле шва заданное содержание легирующих элементов.

13