Будова зварного з’єднання структура шва

Будова з'єднань металевих деталей, що утворюється зварюванням, складається із зварного шва і прилеглих до нього зон, що піддаються плавленню та термічній дії. Безпосередньо зварний шов - це ділянка, яка під час зварювання знаходиться у розплавленому стані. При охолодженні металу він кристалізується.

Схема зварного з'єднання: а - при зварюванні плавленням, б - при зварюванні тиском, 1 - зварний шов, 2 - зона сплавлення, 3 - зона термічного впливу, 4 - основний метал.

Міцність з'єднання залежить від попередньої обробки поверхонь, що зварюються, властивостей отриманого шва та інших ділянок з'єднання, що піддаються структурним змінам в процесі зварювання і впливають на розподіл зусиль при наступних навантаженнях. В одному з'єднанні може бути кілька швів.

Обробка швів зварних з'єднань

Підготовка кромок з'єднань здійснюється за допомогою болгарки з відрізним та шліфувальним колами. Використовується і зварювальний апарат у режимі різання.

Існує 4 основні конструктивні типи з'єднання деталей, що зварюються:

Види зварювальних швів.

При зварюванні встик поверхні з'єднують попередньо обробленими торцями. Нахлесточное з'єднання отримують накладанням однієї з пластин на іншу з утворенням кутових швів. Величина нахлеста повинна бути більшою за сумарну товщину зварюваних поверхонь у 3-5 разів. Кутові та таврові з'єднання утворюються при зварюванні елементів конструкцій під прямим кутом.

Стикове з'єднання може виконуватися без обробки кромок, якщо зазор між кромками не перевищує 2 мм. У цьому випадку зрізаються лише зазубрини та нерівності. При можливості проводиться обробка лише однієїстикується кромки.

Для деталей з товщиною 4-25 мм виробляються з'єднання з рівним або овальним скосом торців і двостороння обробка з V-подібним або U-подібним скосом. Зазор витримується 1-2 мм.

При тавровому з'єднанні для формування стику обробляється тільки торець деталі, що стикується з плоскою поверхнею. Для деталей з товщиною понад 10 мм проводиться одностороннє або двостороннє оброблення з обрізанням кромки по 45 °. При цьому зварювання при великій товщині металу та необхідної високої міцності виконується в кілька шарів із заповненням всього обробного простору.

Розміри конструктивних елементів кромок при газовому зварюванні стикових з'єднань листового прокату.

У нахлестном з'єднанні обробка кромок не передбачається технологією. Здійснюється лише обробка прилеглої до поверхні частини кромки. Шви накладаються по краях обох деталей. З міркувань герметизації виконується подвійний шов. Для надання з'єднанню необхідної міцності та при великій товщині металу проводиться посилення нахльосту прорізним швом, пробковим зварюванням або проплавленням.

При кутовому з'єднанні обробляється кромка однієї з деталей, що стикуються. Друга лише рівно відрізається і шліфується для видалення задирок і зазубрин. Шов може накладатися як із зовнішнього боку, так і з обох для більшої міцності. Як і при тавровому з'єднанні, обробка проводиться одностороння або V-подібна двостороння. У першому варіанті при товщині металу 8-25 мм зварювання виконується в кілька шарів.

Процеси, що відбуваються у структурі з'єднання при зварюванні

Процес кристалізації шва починається відразу після відведення дуги від ділянки, що зварюється. Застигання металу відбувається у напрямку, зворотному відведення тепла до основної структуриповерхні, починаючи з країв зварювальної ванни до її центру. Середня швидкість кристалізації та швидкість зварювання рівні.По межах шва формуються кристаліти наплавлюваного та основного металу, що забезпечують монолітність будови шарів та міцність з'єднання.

Освіта шва та навколошовної зони.

Зупинка початкового процесу кристалізації відбувається досить швидко, при охолодженні шва на 20-30 ° С, тобто до температури 1450-1500 ° С. Після його завершення в структурі металу не відбувається жодних змін до його охолодження до 850 ° С, коли метал починає виходити з аустенітної форми.

Потім відбувається процес вторинної кристалізації в структурі будови шва і прилеглому до нього основному металі. Він також протікає у короткому температурному діапазоні. Структура зварного шва стає стабільною після досягнення ним температури 720° З.

Кристаліти зварювального шва мають стовпчасту будову структури, характерну для процесу лиття металу. Цей вид кристалізації сприяє витіснення газових та шлакових фракцій.

Зони зварного з'єднання

Допустимі відхилення на складання зварних з'єднань листів.

При зварюванні металевих деталей плавленням з'єднання утворює кілька зон:

наплавлений метал шва;
зона сплавлення;
зона термічного впливу;
основний метал.

Зона наплавленого металу формується за рахунок плавлення електродного або присадного металу та часткового з'єднання його з основним матеріалом. При електродуговому зварюванні в метал, що наплавляється, додається до 10% базового металу. При зварюванні дротом під флюсом використання основного металу становить близько 50%.

Характеристики будови наплавленого металувідрізняються як від основного матеріалу, і від присадочного.

До зони сплавлення відноситься шар товщиною в 0,1-0,4 мм з частково оплавленими зернами, що утворилися. На цій ділянці відбувається з'єднання металу ванни і базової поверхні, і від його якості залежить міцність деталей, що зварюються.

Зоною термічного впливу називають ділянку, яка не зазнала плавлення, в структурі якого при зварюванні відбувається зміна властивостей в результаті пластичної деформації. Ця частина з'єднання складається з кількох ділянок з особливою структурою та властивостями.

Основні та супутні процеси при утворенні контактного з'єднання.

Ця зона називається ділянкою синеломкости і при нагріванні до 200-400 ° С має схильність до утворення тріщин. Зміна механічних властивостей ділянки відбувається в результаті випадання по її межах зерен нітридів та оксидів. При зварюванні деяких металів ділянка сприяє збільшенню міцності шва, але знижує в'язкість та пластичність металу.

Контроль якості зварних з'єднань

Зварне з'єднання перевіряється для виявлення відхилень від встановлених допустимих норм залежно від умов експлуатації виробу. Контроль зварюваних сполук може бути попереднім, поточним та остаточним.

Попередньо перевіряють підготовку деталей, що зварюються, стан обладнання та оснащення. Виробляються зварювання дослідних зразків та випробування їх відповідно до умов експлуатації. Перевірка виконується неруйнівними та руйнівними методами. У складних конструкціях проводиться металографічне дослідження.

Макроскопічні дефекти зварних з'єднань.

При поточному контролі перевіряються стабільність режиму зварювання, якість швів, що накладаються, та їхзачищення. Остаточні випробування проводяться на відповідність виробу навантаженням під час експлуатації. Візуальний огляд можна зробити за допомогою лупи з 10-кратним збільшенням.

Після завершення зварювання виконується обмір швів та з'єднань загалом. В умовах масового виробництва виробів, що зварюються, використовуються спеціальні контрольні шаблони. При одиничному виготовленні конструкцій використовують універсальний вимірювальний інструмент. Герметичність зварених ємностей та судин перевіряється гідравлічними та пневматичними випробуваннями з надлишковим тиском.

У приватних умовах герметичність швів перевіряється з використанням гасу. Одна сторона виробу на ділянці шва забарвлюється крейдою за допомогою пульверизатора, з іншого боку шов змочується гасом. Гас має високу проникаючу здатність і при нещільних швах на зафарбованій стороні утворюються плями.

Використовується магнітний контроль шва. До виробу приєднують сердечник електромагніту. На поверхню з'єднання, що перевіряється, висипають металеву тирсу або окалину. При постукуванні виробу в місцях дефектів утворюються скупчення металевого порошку. При остаточному контролі проводяться механічні випробування з'єднань на різні види напруги, вигини та відповідність виробу необхідної твердості в умовах експлуатації.

Основні дефекти зварювальних з'єднань

Схема контролю зварного з'єднання: а - просвічуванням рентгенівськими променями, б - рентгенограма шва, - намагнічуванням.

Дефекти в структурі зварювального шва та навколошовної зони можуть виникнути з наступних причин:

неякісна підготовка поверхонь, що зварюються;
недотримання технології процесу;
несправність обладнання;
впливумов довкілля;
невідповідність нормам зварювальних матеріалів;
непрофесіоналізм виконавця робіт.

Дефекти у будові зварного шва поділяються на 3 основні групи:

Зовнішні: напливи, кратери, підрізи, перевищення опуклості, усунення.
Внутрішні: пори, несплавлення, непровари, сторонні включення.
Наскрізні: тріщини, пропали, нориці.

Тріщини відносяться до найбільш небезпечних дефектів, що впливають на статичну та циклічну міцність конструкцій. Тріщини, що з'явилися в процесі зварювання деталей, називають гарячими, з'єднання, що утворилися після охолодження, — холодними.

Підрізи є поглиблення в поверхні основного металу по краю зварного шва. Вони можуть виникнути через велику силу струму, зміщення положення електрода від правильного. Виключити подібні дефекти можна, зменшивши швидкість зварювання та, відповідно, швидкість кристалізації.

Пористість зварного шва утворюється в результаті перенасичення структури з'єднання газами з повітря і виділяються в процесі розкладання електродного покриття. Непроваром називають відсутність зчеплення між наплавленим та основним металом або між валиками. Виникає дефект через неякісну обробку кромок, недотримання технології зварювання тощо.

Пропали - наскрізні отвори, що виникають у процесі зварювання елементів з невеликою товщиною. Вони можуть виникнути через недостатнє притуплення кромок, перевищення сили зварювального струму, при недостатньо високій швидкості зварювання. При автоматичному зварюванні дефект може утворитися при слабкому стисканні флюсової подушки або підкладки, наявності забруднень на поверхнях.

Якість структури з'єднання, що отримується в результаті зварювання,залежить багатьох чинників. До них відносяться режим зварювання, підготовка та просторове положення деталей, що зварюються, професіоналізм зварювальника. Працездатність конструкції, що зварюється, визначає комплексна сукупність обліку властивостей матеріалу, умов подальшої експлуатації виробу та дотримання технології зварювання.