Дефекти та способи їх усунення - Зварювання напівавтоматом у середовищі СО2
Дефекти та способи їх усунення
Зварні шви за міцністю майже не поступаються основному металу. Однак з цілого ряду причин у зварних швах зустрічаються дефекти, що погіршують механічні властивості, герметичність і псують зовнішній вигляд зварних швів та з'єднань.
Дефекти зварних швів можна розділити на такі групи: зовнішні, внутрішні та дефекти підготовки та збирання виробів під зварювання.
Першою причиною зниження якості зварних швів та конструкцій загалом є дефекти підготовки та збирання виробів під зварювання.
Характерні дефекти заготовок та збирання виробів під зварювання плавленням:
а) неправильний кут скосу кромок у стикових швах з У-, Х- і К-подібною обробкою кромок;
б) мінливість кута скосу кромок у стикових і кутових швах по довжині елементів, що зварюються;
в) занадто велике або мале притуплення по довжині кромок, що з'єднуються;
г) занадто великий проміжок між кромками для даної товщини металу;
д) мінливість зазору між кромками по довжині елементів, що з'єднуються;
е) розбіжність стикуючих площин кромок (зміщення кромок).
Причинами появи зазначених дефектів можуть бути несправності верстатів, на яких обробляли заготовки та пристрої для збирання; низька кваліфікація різьбяра; недоброякісність матеріалу, помилки у кресленнях та низька кваліфікація збирачів.
До них відносяться нерівномірність розмірів та форми зварного шва, підрізи, незаплавлені кратери, тріщини, пори, напливи, пропали.
Нерівномірність розмірів та форми зварного шва Зменшення основних розмірів шва порівняно з нормальними або запроектованими може спричинити руйнування зварного з'єднання, збільшення витрати електродів та ваги конструкцій. Характерними дефектами є: ослабленнястикового з'єднання, надмірне посилення шва, нерівномірність висоти та ширини шва за його довжиною.
Причини зазначених дефектів такі: нерівномірне пересування електрода, неправильне припасування кромок, недотримання режиму зварювання, низька кваліфікація зварювальника. Усувають дефекти додатковим накладенням швів або вирубуванням з наступним заварюванням.
Підрізи являють собою поглиблення (канавки) в основному металі, що йдуть по краях шва. Підрізи виходять при зварюванні на підвищеному струмі, а також від неправильного кута нахилу електрода, пальника. Вони зменшують робочу товщину металу, викликають концентрацію напруги і можуть бути причиною руйнування швів. Підрізи усувають заваркою з попереднім розчищенням місця, що заварюється.
Незаплавлені кратери. Вони утворюються при обриві дуги, залишаються на шві у вигляді заглиблень. Кратер зменшує робочий переріз шва і є осередком концентрації усадкових і температурних напруг через увігнуту поверхню, малий обсяг розплавленого металу, підвищену швидкість охолодження, розмаїття пор і раковинних включень. Внаслідок цього у кратерах частіше, ніж у інших місцях, виникають тріщини, що руйнують зварне з'єднання. Усувають дефекти ретельним заплавленням кратерів швів.
Тріщини - найбільш небезпечний вид шлюбу, що веде до руйнування зварної сполуки. Вони бувають поздовжні та поперечні. Поздовжні тріщини здебільшого розташовуються біля шва, у зоні термічного впливу.
Заходи боротьби з тріщиноутворенням:
а) застосування електродів, що дають пластичний метал шва;
б) складання у пристосуваннях;
в) зворотноступінчастий метод зварювання (при зварюванні багатошарових швів застосовувати метод зварювання «гіркою» або «каскадний»);
г) застосування переривчастих швів замістьсуцільних;
д) попередній підігрів до 200-300 ° С;
е) низькотемпературне відпал.
При виправленні тріщин кінці їх засвердлюють, дефект вирубують, обробляють як кромки стикового шва і заварюють.
Пори утворюються внаслідок перенасичення ванни розплавленого металу газами, які при охолодженні металу шва не встигають виділитися в шлак і атмосферу. Причини появи пор: забрудненість кромок, що зварюються, іржа, волога на кромках, що зварюються, вологість обмазки електродів і флюсу, велика довжина дуги, неправильне регулювання полум'я і надмірне охолодження зварювальної ванни в результаті неправильної техніки зварювання, забруднена. Пори порушують щільність та міцність швів. У шві пори можуть розташовуватися групами, рівномірно по всій довжині або у вигляді ланцюжка. Усувають пори вирубуванням з наступним заварюванням.
Напливи або натіки утворюються в результаті стікання розплавленого електродного металу на основний метал. Напливи можуть бути місцевими чи по всій довжині шва.
Причиною їх утворення є порушення в режимі зварювання, надмірна сила струму та велика швидкість зварювання шва. У місцях напливів часто буває непровар. Напливи видаляють механічним шляхом або газовим різаком. Місця зрізу за необхідністю проварюють знову.
Прожоги утворюються при зварюванні металу невеликої товщини і при заварюванні першого шару в багатошарових швах. Причини: дуже велика сила струму і недостатня швидкість переміщення електрода, великий проміжок, мала величина притуплення, тонкий основний метал. Місця пропалів вирубують і заварюють знову.
До них належать непровари, внутрішні тріщини, пори, шлакові включення, перегрів, пропал.
Непровар - недостатнє сплавлення або відсутність сплавленнякромок основного металу з металом шва чи між швами. Зменшуючи робочий переріз шва та викликаючи концентрацію напруг у ньому, непровар є дуже небезпечним дефектом. Причинами непровару можуть бути:
а) неправильне оброблення кромок (малий кут скосу і велике притуплення кромок, недостатній або зовсім відсутній зазор між кромками, що зварюються);
б) значна забрудненість кромок окислами;
в) недостатня потужність пальника, мала сила зварювального струму та швидкий рух електрода;
г) велика довжина зварювальної дуги;
д) зміщення та перекоси елементів, що зварюються;
е) мала величина зазору та великий діаметр електрода для даного оброблення шва;
ж) затікання шлаку в зазори між кромками, що зварюються;
з) магнітне дуття;
і) неповне видалення шлаку з окремих валиків при накладенні багатошарового зварювання;
к) низька кваліфікація зварювальника та ін.
Непровар усувається вирубкою та наступним заварюванням шва. Причини виникнення внутрішніх тріщин і пор у металі шва такі ж, як і при зовнішніх дефектах.
Шлакові включення-порожнини в металі шва, заповнені неметалевими речовинами. Шлакові включення зменшують робочий переріз шва і призводять до ослаблення зварного з'єднання. Зазвичай шлакові включення спостерігаються у місцях непровару. Причина появи шлакових включень - короткочасність остигання малого обсягу розплавленого металу, що ускладнює повне виділення шлаку поверхню зварювальної ванни; тугоплавкість; затікання шлаку в зазори; розтріскування та нерівномірність плавлення електродного покриття, частинки якого механічно засмічують метал шва; довга дуга; неправильна техніка ведення зварювання; окалина і іржа на кромках, що зварюються.
Перегрів -утворення крихкої крупнокристалічної структури в зоні термічного впливу шва або наплавленого металу, що спричиняє зниження механічних властивостей та пластичності зварного з'єднання. Перегрів металу відбувається при його тривалому нагріванні на малій швидкості зварювання та відносно великої потужності газового пальника, а також застосування пального з низькою температурою полум'я, що уповільнює процес зварювання. Наслідки перегріву можна виправити лише відповідною термообробкою (відпал або нормалізація) зварного з'єднання або виробу загалом.
Пережіг характеризується окисленою поверхнею шва. Шов при цьому набуває сірого відтінку, пухкої будови та знижених механічних властивостей. Перепалені ділянки шва слід повністю вирубувати до здорового металу та знову заварити.
При електродуговому зварюванні цей дефект зустрічається дуже рідко, частіше – при газовому зварюванні.
Деформації, попередження та способи їх усунення.
Деформацією називається зміна форми та розмірів твердого тіла під дією будь-якого зусилля. Розміри деформації визначаються величиною докладеного зусилля. Чим більше зусилля, тим більша деформація. Про величину зусилля судять із напруги. Напругою називається внутрішня сила, що припадає на одиницю площі поперечного перерізу тіла. Отже, між напругою та деформацією існує нерозривний зв'язок.
Внутрішня напруга виникає тільки в тому випадку, коли вільному розширенню та скороченню деталі (вузлу) щось перешкоджає. Такою перешкодою при зварюванні є сусідні холодні ділянки металу внаслідок нерівномірного нагрівання. Основні причини виникнення напруг та деформацій при зварюванні: нерівномірне нагрівання основного металу, ливарне усадження та структурні зміни металу.
Нерівномірне нагрівання металу. Електродугове зварювання характеризується високим і швидким розігрівом невеликого обсягу металу, який при розширенні чинить тиск на прилеглий до нього нагрітий метал. Після припинення дії джерела нагріву нагріті та наплавлені об'єми металу почнуть охолоджуватися в обсязі, тобто. стягуватимуть прилеглі шари металу, викликаючи деформацію виробу або короблення.
Усадка наплавленого металу - це зменшення обсягу металу при переході з рідкого стану в твердий. При затвердінні метал стає щільнішим, обсяг його скорочується. При зварюванні відбувається поздовжня та поперечна усадка.
Поздовжня усадка викликає скорочення довжини листів при зварюванні поздовжніх швів. Поперечна усадка призводить до жолоблення листів у бік більшого обсягу наплавленого металу. Розмір деформації залежить від величини зони нагріву. Ось чому газове зварювання дає більшу деформацію, ніж ручне дугове металевим електродом.
Розміри та положення швів також впливають на величину деформації. Найбільші деформації викликають довгі шви, розташовані несиметрично щодо перерізу профілю, що зварюється. Чим більше швів на вузлі, тим більша деформація при зварюванні.
Структурні зміни наплавленого металу. При зміні структури металу змінюються розміри та взаєморозташування його зерен (кристалів), причому змінюється і щільність металу. Ці зміни викликають виникнення внутрішніх напруг. При зварюванні легованих сталей структурна зміна сильніше впливає, ніж при зварюванні низьковуглецевої сталі, де ці зміни незначні і майже не враховуються.
Заходи щодо зменшення напруг та деформацій при зварюванні. Зварювальні напруги та деформаціїдоставляють чимало труднощів при виготовленні та експлуатації зварних конструкцій, оскільки можуть викликати:
1. зміна запроектованих розмірів деталей і вузлів, що зварюються;
2. спотворення та зміна форми окремих зварних вузлів та конструкцій;
3. поява тріщин та розривів у процесі виготовлення зварних конструкцій;
4. руйнування зварних конструкцій у процесі експлуатації, особливо за знижених температур.
Заходи для зменшення напруги по зварюванню можна розділити на конструктивні та технологічні.
Для здійснення конструктивних заходів необхідно при виборі основного металу та електродів керуватися тим, що основний метал не повинен мати схильності до утворення гартових структур під час остигання на повітрі; враховувати, що електроди повинні давати наплавлений метал і мати пластичні властивості не нижче властивостей основного металу.
Не можна допускати скупчення швів у конструкції, слід уникати їх перетинів. Не допускати короткозамкнених швів, а також обмежити застосування косинок та накладок.
При розстановці ребер жорсткості розташовувати їх слід те щоб при зварюванні нагріванню піддавалися одні й самі місця основного металу, оскільки це зменшує поперечну усадку стінки, отже, і всієї конструкції.
Застосовувати необхідно переважно стикові шви, які менш жорсткі, ніж вузлові.
Проектуючи складні конструкції, треба передбачати їх виготовлення у вигляді окремих вузлів, які після цього з'єднаються в цілу конструкцію.
У складних зварних конструкціях доцільніше застосовувати штамповані та литі вузли. Розташування швів не повинно ускладнювати механізацію зварювальних робіт. Передбачати складання та зварювання необхідно в пристосуваннях,що забезпечують точне складання та правильну послідовність зварювальних робіт.
Технологічні заходи. Вони передусім передбачають вибір правильного теплового режиму зварювання в частині нагріву основного металу, а також вибір правильної послідовності накладання швів. Порядок повинен бути таким, щоб деталі, що зварюються, знаходилися у вільному стані, особливо це стосується стикових швів. Насамперед зварюються стикові шви балок, а потім кутові.
При зварюванні циліндричних резервуарів або полотнищ спочатку зварюють стики кожного пояса, а потім - між собою пояси. Зварювання слід проводити напрохід від середини виробу до країв, але в жодному разі не варити від країв до його середини. Не можна ставити прихватки на перетині швів.
Важлива умова в роботі - зменшення зазорів, щоб уникнути поперечних усадок та виконання швів великих перерізів у кілька шарів із застосуванням «гірки» або «каскадного» методу.
Що температура навколишнього середовища, тим рівномірніше і повільніше відбувається остигання шва. Зварювання на морозі, сильному вітрі, протяг часто призводить до тріщин. Місце зварювання має бути захищене від атмосферних опадів, холоду та протягів.
Застосування зворотних деформацій. Перед зварюванням виріб піддається вигину.
Зворотноступінчасте зварювання. Проковування ущільнює шов, внаслідок чого зменшує дію усадки шва. Останній шар проковувати його не рекомендується, щоб не викликати тріщину на поверхні шва.