Способы предупреждения сварных трещин

Технологические методы предупреждения образования дефектов в сварных соединениях углеродистых и низколегированных сталей

Сообщение об ошибке

Дефекты, появляющиеся в сварных соединениях углеродистых и низколегированных сталей, различаются по месту расположения (наружные и внутренние) и причинам возникновения. В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы:

1) кристаллизационные и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые каналы, флокены, отклонения от необходимых прочностных и пластических свойств металла шва и сварного соединения, а также неблагоприятные изменения свойств металла околошовной зоны;

2) непровары, подрезы, наплывы, прожоги, кратеры, несимметричность расположения угловых швов, уменьшение размеров швов и др.

Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин определяется рядом взаимосвязанных факторов. Основные из них – это величина температурного интервала хрупкости (чем шире этот интервал, тем больше вероятность образования трещин), пластичность металла в этом интервале и интенсивность нарастания пластических деформаций по мере снижения температуры металла (темп деформации).

Влияние растягивающих напряжений уменьшается (как уже отмечалось) путем предварительного подогрева, рационального порядка наложения швов и выбора способов и режимов сварки, обеспечивающих минимальную величину этих напряжений. Положительное влияние подогрева обусловлено отдалением момента возникновения растягивающих напряжений и снижением скорости их нарастания в период, когда металл шва обладает пониженной пластичность. Температура предварительного подогрева, при которой не наблюдается образования трещин, зависит от химического состава металла шва, конструкции, сечения деталей и других факторов и обычно изменяется в пределах 150. 500°С.

Наиболее широко применяемыми технологическими методами повышения стойкости шва против образования кристаллизационных трещин являются:

снижение в нем содержания углерода и кремния;

уменьшение доли участия основного металла в металле шва;

выбор типа покрытия (электрода или флюса), при металлургическом взаимодействии которых с металлом сварочной ванны происходит очищение ее от вредных примесей и легирование полезными элементами.

Долю основного металла в шве можно снизить применением сварки на малых токах, двумя дугами, по присадочной проволоке и др. Влияние формы шва на стойкость его против образования кристаллизационных трещин наблюдается при дуговой сварке, ЭШС и ЭЛС. Увеличение коэффициента формы шва до определенного предела (примерно 6) повышает стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин. Изменение формы провара – один из широко применяемых технологических методов повышения стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин. Значение коэффициента формы шва не больше 6 (наряду с другими факторами) определяет большую стойкость против образования кристаллизационных трещин швов, выполненных дуговой сваркой, покрытыми электродами и электрошлаковой сваркой, по сравнению со швами, сваренными под флюсом. При типичных для первых двух способов режимах сварки, коэффициент формы шва изменяется в пределах 2,5. 5 против 1. 2,5 при сварке под флюсом.

Повышению стойкости швов против образования кристаллизационных трещин при ручной дуговой сварке способствует снижение доли основного металла в металле шва, а при ЭШС – наличие сопутствующего подогрева.

Предупреждение холодных трещин в шве, образующихся главным образом при повышенном содержании их в основном металле (околошовных трещин), заключается в регулировании термического цикла сварки путем использования соответствующих технологических режимов, а также предварительного подогрева в диапазоне 150. 500°С.

Предупреждение возникновения пор в шве – это ограничение поступления водорода и водяного пара в зону сварки, очистка свариваемых кромок от ржавчины, влаги, масла, краски и других водородосодержащих веществ. При низкой температуре кромки следует очищать от инея и влаги нагревом до температуры 100°С и выше. Ржавчину, масло или краску можно выжигать кислородно-ацетиле новой горелкой и резаком. Сварочную проволоку следует очищать от следов волочильно смазки и других загрязнений, избегать операции травления проволоки при ее волочении (лучше проводить светлый отпуск). Сварочны электроды необходимо надежно упаковывать хранить в сухом помещении. Защитный газ следует применять с минимальной влажностью. Флюс должен быть хорошо прокален.

Избежать пористости от воздействия азота можно путем ограничения его растворения жидком электродном металле и металлическо ванне до величин, меньших растворимости азота в твердом металле, повышением растворимости азота в твердом металле, связывание азота в металле шва в стойкие нитриды. Растворение азота в металле ограничивают применением газовой или шлаковой за щиты зоны сварки от доступа воздуха. Кроме того, нужно исключить все другие возможности поступления азота в зону сварки. Нельзя выполнять прихватки, монтажные и подварочные швы электродами со стабилизирующим покрытием или покрьггыми электродами с отбитой обмазкой. Объемная доля азота в защитных газах должна быть минимальной (0,008. 0,010 %).

Поры от выделения оксида углерода возникают при отсутствии или недостаточной раскисленности металла сварочной ванны. Чтобы избежать пористости от выделения оксида углерода, в зону сварки вводят элементы с высоким химическим сродством к кислороду, образующие твердые или жидкие оксиды. Так, небольшие присадки титана или алюминия подавляют реакцию образования оксида углерода Кремний также действует при достаточной его концентрации в расплавленном металле.

На пористость швов существенно влияет скорость кристаллизации сварочной ванны. Если образование и выделение газов при сварке происходит в период, когда ванна находится в жидком состоянии и процесс протекает интенсивно, то пузырьки газов успевают полностью выделиться из сварочной ванны и пористость не образуется.

Снижение скорости сварки, увеличение объема сварочной ванны, начальной температуры основного металла снижают скорость кристаллизации ванны и уменьшают пористость швов.

Для предотвращения несплавления прибегают к обеспечивающим уменьшение разрыва во времени между образованием и заполнением канавки видам сварки:

наклонным электродом углом вперед;

двумя и тремя дугами;

с подогревом и др.

В большинстве случаев зазор, образовавшийся между основным металлом и металлом шва, заполнен затекшим туда шлаком. Зону несплавления следует отличать от непровара и подреза, имеющих другие причины появления. Непровар уменьшает сечение шва и вызывает значительную концентрацию напряжений, что иногда может привести к образованию трещин. Непровар по толщине свариваемого металла может быть вызван неправильным выбором режима сварки, не предусматривающим достаточный запас глубины проплавления, или его нарушением в процессе выполнения данного шва (главным образом уменьшением силы тока). Причиной непровара может служить также недостаточно точное направление конца электрода по месту сопряжения кромок. Довольно часто непровары наблюдаются в начале и в конце шва. Это связано с тем, что глубина провара на этом участке вследствие неустановившегося теплового процесса уменьшается.

Подрез – следствие излишне высокого напряжения дуги или недостаточно точного ведения электрода по оси соединения. В первом случав часть канавки, выплавленной дугой в основном металле, не заполняется металлом сварочной ванны. Если ширина канавки меньше ширины шва, который может сформироваться при данном количестве дополнительного металла, то образуется выпуклый шов.

При неточном ведении электрода происходит более глубокое проплавление одной из кромок, и металла сварочной ванны не хватает для полного заполнения образовавшейся канавки. При сварке наклонным электродом или вертикальным электродом с оплавлением кромки, образование подреза облегчается стеканием металла на горизонтально расположению деталь. Появление подрезов при сварке стыковых швов без разделки кромок связано также с плохим растеканием металла

Для предупреждения образования наплыва следует увеличить ширину шва, повысив напряжение дуги, или уменьшить количество металла, образующего усиление. Это достигается путем размещения металла в зазоре между свариваемыми кромками или в разделке.

Прожоги возникают при нарушении режима сварки, увеличении зазора между свариваемыми кромками, изменении положения (наклона) электрода или изделия и неплотном прилегании флюсовой, флюсомедной или стальной подкладки к свариваемым листам. Это недопустимый дефект сварного соединения. Места прожогов должны быть зачищены и заварены заново.

Источник

Горячие и холодные трещины при сварке

Содержание:

Согласно ГОСТу 30242 все дефекты разделяют на шесть групп. Первая из них целиком принадлежит трещинам. Дефект шва, называемый трещиной, — это несплошность в виде разрыва металла. В месте образования появляется очаг напряжения, который при эксплуатации изделия приведет к дальнейшему разрушению.

Поэтому трещина считается недопустимым дефектом и подлежит устранению. Место образования трещин бывает, как в самом шве, так и в околошовной зоне, где сохраняется термическое влияние. Увидеть этот дефект нетрудно при визуальном осмотре. Для уточнения вида и ее размеров можно использовать лупу с большим увеличением. Ее приходится применять обязательно для обнаружения микротрещин.

Виды трещин

Существуют две разновидности трещин: первая их них называется горячей или высокотемпературной, а вторая — холодной или низкотемпературной. Каждая из них имеет градацию по другим признакам. Горячие и холодные трещины при сварке делятся по направлению — продольные, поперечные, могут быть радиальными или находиться в кратере валика. Горячие трещины образуются в металле при очень высокой температуре — более 1000°С, а для холодных достаточно более низкого значения в 200-300°С.

Горячие

Горячие трещины — это, по определению, разрушения межкристаллического характера. Цвет излома имеют темный, а форму — извилистую. Окисление является сильным.

Причины образования горячих трещин при сварке:

1. Деформации, вызванные укорочением.
2. Жидкие прослойки между зернами.
3. Невозможность перемещения деталей для правильного остывания, что происходит при их слишком сильной фиксации.
4. Нарушение связей между зернами из-за наличия элементов с низкой температурой затвердевания.
5. Присутствие примесей и включений. Особенно влияют сера и фосфор.

Горячие трещины при сварке имеют следующую последовательность образования:

• после прекращения нагрева горячий металл начинает понемногу охлаждаться;
• при определенной температуре в сварном шве начинают образовываться кристаллы, между которыми имеются прослойки в жидком виде;
• происходит возрастание напряжений, приводящих к понижению деформационной способности шва и зоны вокруг него.

В результате неодинаковой усадки шва и свариваемого материала после охлаждения возникают внутренние напряжения, вызывающие появление трещин в разных направлениях.

Холодные

Холодные трещины при сварке образуются в теле самого шва и рядом. Они располагаются в продольном и поперечном направлениях под любым углом ко шву. Излом имеет светлый оттенок. Время появления — период остывания деталей. Трещины могут появляться, начиная с температуры 300 °С, поэтому их называют холодными в отличие от горячих.

Наиболее распространенные места появления холодных трещин — корень шва и место, где стыкуются валик и свариваемый металл. Такой вид трещин может появляться не только на поверхности, но и внутри металла. Их протяженность может быть небольшой. Обнаружить внутренние трещины более сложно.

Холодные трещины не имеют такого сильного разветвления, как у горячих. Меньшим является и их раскрытие. При реакции с кислородом воздуха их цвет становится коричневым или голубоватым. Высокопрочные и низколегированные стали являются наиболее уязвимыми.

Холодные трещины при сварке — причины возникновения:

1. Слишком сильное соединение свариваемых деталей.
2. Маленький диаметр электрода, не соответствующий толщине свариваемых деталей.
3. Несоблюдение технологии сварки.
4. Повышенное содержание углерода.
5. Слишком быстрое охлаждение.
6. Наличие внутренних напряжений.
7. Неправильный выбор электрода.

При возможности следует избегать ситуаций, когда образуются холодные трещины при сварке.

Кристаллизация

Кристаллизацией называется процесс, состоящий в образовании кристаллов. Это происходит при переходе металла из состояния жидкого в твердое. Именно это и происходит при сварке металлических изделий.

Этот процесс в сварном шве приводит к деформированию металлов и образованию трещин. Какие виды трещин образуются при кристаллизации сварного шва? Горячие, которые имеют второе название кристаллизационные, могут появиться в металлическом шве на последней стадии кристаллизации. При этом температура близка к солидусу, когда происходит исчезновение последних капель жидкого металла.

Предупреждение появления трещин

Существуют определенные меры, уменьшающие вероятность возникновения различных видов трещин:

1. Уменьшение жесткости соединения свариваемых деталей.
2. Подбирать ширину сварного шва, соизмеримую с толщиной деталей.
3. Значение сварного тока должно соответствовать рекомендуемому данному виду соединения. Превышение приведет к перегреву.
4. Сварочную проволоку выбирать с небольшим содержанием серы и углерода.
5. Соблюдать угол наклона электрода.
6. Шов не должен быть слишком узким.
7. Применение многопроходного способа сваривания. Однопроходные швы являются менее прочными.

Не лишним будет предварительный нагрев свариваемых деталей.

Ликвидация трещин

В нормативных материалах указаны меры борьбы с дефектами, в том числе трещинами. Основной метод — сварка трещин. Перед заваркой необходимо произвести подготовку. Она состоит в осмотре повреждения и определении его длины. Окончания трещины высверливают, а при невозможности выполнить эту операцию прижигают концы. Перед началом операции исправляемую область можно слегка подогреть. Если длина трещины составляет более 300 мм, то имеет смысл применить обратноступенчатый метод.

Сварка при ремонте автомобиля

Одной из главных частей автомобиля является головка блока цилиндров. От ее исправности зависит работа двигателя. При образовании в этой детали трещины для ремонта применяется ее заварка. Сварка трещин ГБЦ производится электросваркой. Возможно также применение газовой сварки. После окончания сварки шов покрывают эпоксидной пастой.

Интересное видео

Источник