Технологічні методи попередження утворення дефектів у зварних сполуках вуглецевих та
Дефекти, що з'являються в зварних з'єднаннях вуглецевих і низьколегованих сталей, розрізняються за місцем розташування (зовнішні та внутрішні) та причинами виникнення. Залежно від причин їх можна розділити на дві групи:
1) кристалізаційні та холодні тріщини в металі шва та навколошовній зоні, пори, шлакові канали, флокени, відхилення від необхідних міцнісних та пластичних властивостей металу шва та зварного з'єднання, а також несприятливі зміни властивостей металу навколошовної зони;
2) непровари, підрізи, напливи, пропали, кратери, несиметричність розташування кутових швів, зменшення розмірів швів та ін.
Стійкість металу шва проти кристалізаційихтріщин визначається рядом взаємопов'язаних факторів. Основні з них – це величина температурного інтервалу крихкості (що ширше цей інтервал, тим більша ймовірність утворення тріщин), пластичність металу в цьому інтервалі та інтенсивність наростання пластичних деформацій у міру зниження температури металу (темп деформації).
Вплив розтягуючих напруг зменшується (як зазначалося) шляхом попереднього підігріву, раціонального порядку накладання швів і вибору способів і режимів зварювання, що забезпечують мінімальну величину цих напруг. Позитивний вплив підігріву обумовлено віддаленням моменту виникнення розтягуючих напруг і зниженням швидкості їх наростання в період, коли метал шва має знижену пластичність. Температура попереднього підігріву, при якій не спостерігається утворення тріщин, залежить від хімічного складу металу шва, конструкції, перерізу деталей та інших.факторів і зазвичай змінюється не більше 150. 500°С.
Найбільш широко застосовуваними технологічними методами підвищення стійкості шва проти утворення кристалізаційних тріщин є:
зниження в ньому вмісту вуглецю та кремнію;
зменшення частки участі основного металу у металі шва;
вибір типу покриття (електроду або флюсу), при металургійній взаємодії яких з металом зварювальної ванни відбувається очищення її від шкідливих домішок та легування корисними елементами.
Частку основного металу у шві можна знизити застосуванням зварювання на малих струмах, двома дугами, по присадочному дроту та ін. Збільшення коефіцієнта форми шва до певної межі (приблизно 6) підвищує стійкість металу шва проти утворення тріщин кристалізаційних. Зміна форми провару – один із широко застосовуваних технологічних методів підвищення стійкості металу шва проти утворення кристалізаційних тріщин. Значення коефіцієнта форми шва не більше 6 (поряд з іншими факторами) визначає велику стійкість проти утворення кристалізаційних тріщин швів, виконаних дуговим зварюванням, покритими електродами та електрошлаковим зварюванням, порівняно зі швами, звареними під флюсом. При типових для перших двох способів режимах зварювання коефіцієнт форми шва змінюється в межах 2,5. 5 проти 1. 2,5 при зварюванні під флюсом.
Підвищенню стійкості швів проти утворення тріщин кристалізаційних при ручному дуговому зварюванні сприяє зниження частки основного металу в металі шва, а при ЕШС – наявність супутнього підігріву.
Попередження холодних тріщин у шві, що утворюються головним чином при підвищеномувміст їх в основному металі (околошовних тріщин), полягає в регулюванні термічного циклу зварювання шляхом використання відповідних технологічних режимів, а також попереднього підігріву в діапазоні 150. 500°С.
Попередження виникнення пор у шві - це обмеження надходження водню і водяної пари в зону зварювання, очищення кромок, що зварюються від іржі, вологи, масла, фарби та інших водневмісних речовин. При низькій температурі кромки слід очищати від інею та вологи нагріванням до температури 100°С та вище. Іржу, олію або фарбу можна випалювати киснево-ацетиле новим пальником і різаком. Зварювальний дріт слід очищати від слідів волочильного мастила та інших забруднень, уникати операції травлення дроту при його волоченні (краще проводити світлу відпустку). Зварювальні електроди необхідно надійно упаковувати і зберігати в сухому приміщенні. Захисний газ слід застосовувати із мінімальною вологістю. Флюс має бути добре прожарений.
Уникнути пористості від впливу азоту можна шляхом обмеження його розчинення рідкому електродному металі і металіческо ванні до величин, менших розчинності азоту в твердому металі, підвищенням розчинності азоту в твердому металі, зв'язування азоту в металі шва в стійкі нітриди. Розчинення азоту в металі обмежують застосуванням газової або шлакової захисту зони зварювання від доступу повітря. Крім того, потрібно виключити всі інші можливості надходження азоту до зони зварювання. Не можна виконувати прихватки, монтажні та підварювальні шви електродами зі стабілізуючим покриттям або покргггими електродами з відбитою обмазкою. Об'ємна частка азоту у захисних газах має бути мінімальною (0,008. 0,010 %).
Пори від виділення оксиду вуглецю виникають за відсутності або недостатньої розкисленостіметалу зварювальної ванни. Щоб уникнути пористості від виділення оксиду вуглецю, зону зварювання вводять елементи з високою хімічною спорідненістю до кисню, що утворюють тверді або рідкі оксиди. Так, невеликі присадки титану або алюмінію пригнічують реакцію утворення оксиду вуглецю Кремній діє при достатній його концентрації в розплавленому металі.
На пористість швів суттєво впливає швидкість кристалізації зварювальної ванни. Якщо утворення і виділення газів при зварюванні відбувається в період, коли ванна знаходиться в рідкому стані і процес протікає інтенсивно, бульбашки газів встигають повністю виділитися зі зварювальної ванни і пористість не утворюється.
Зниження швидкості зварювання, збільшення обсягу зварювальної ванни, початкової температури основного металу знижують швидкість кристалізації ванни та зменшують пористість швів.
Длязапобігання несплавленню вдаються до видів розварювання, що забезпечують зменшення розриву в часі між утворенням і заповненням канавки:
похилим електродом кутом уперед;
двома та трьома дугами;
з підігрівом та ін.
У більшості випадків зазор, що утворився між основним металом і металом шва, заповнений шлаком, що затік туди. Зону несплавлення слід відрізняти від непровару та підрізу, що мають інші причини появи. Непровар зменшує переріз шва і викликає значну концентрацію напруги, що іноді може призвести до утворення тріщин. Непровар по товщині металу, що зварюється може бути викликаний неправильним вибором режиму зварювання, що не передбачає достатній запас глибини проплавлення, або його порушенням в процесі виконання даного шва (головним чином зменшенням сили струму). Причиною непровару може бути також недостатньо точне напрямок кінцяелектрода за місцем сполучення кромок. Досить часто непровари спостерігаються на початку та наприкінці шва. Це з тим, що глибина провару у цій ділянці внаслідок неустановившегося теплового процесу зменшується.
Підріз – наслідок надмірно високої напруги дуги або недостатньо точного ведення електрода по осі з'єднання. У першому випадку частина канавки, виплавленої дугою в основному металі, не заповнюється металом зварювальної ванни. Якщо ширина канавки менша за ширину шва, який може сформуватися при даній кількості додаткового металу, то утворюється опуклий шов.
При неточному веденні електрода відбувається більш глибоке проплавлення однієї з кромок, і металу зварювальної ванни не вистачає для повного заповнення канавки, що утворилася. При зварюванні похилим електродом або вертикальним електродом з оплавленням кромки, утворення підрізу полегшується стіканням металу на горизонтальне розташування деталь. Поява підрізів при зварюванні стикових швів без оброблення кромок пов'язана також з поганим розтіканням металу
Для попередження утворення напливу слід збільшити ширину шва, підвищивши напругу дуги, або зменшити кількість металу, що утворює посилення. Це досягається шляхом розміщення металу в зазорі між кромками, що зварюються, або в обробці.
Пропали виникають при порушенні режиму зварювання, збільшенні зазору між кромками, що зварюються, зміні положення (нахилу) електрода або виробу і нещільному приляганні флюсової, флюсомідної або сталевої підкладки до зварюваних листів. Це неприпустимий дефект зварного з'єднання. Місця пропалів повинні бути зачищені та заварені заново.