2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы предупреждения трещин при сварке

Образование трещин при сварке

Трещина — это несплошность, вызванная местным разрывом шва, которая может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок.
Микротрещина — это трещина, имеющая микроскопические размеры, которую обнаруживают физическими методами не менее чем при 50-кратном увеличении. В зависимости от температуры, при которой образуются трещины, их условно подразделяют на горячие и холодные. Горячие трещины в сталях возникают при температуре, превышающей 1000 °С, а холодные — при более низкой. Трещины являются самым серьезным дефектом сварного соединения, как правило не подлежащим устранению.

Горячие трещины — это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации, а также при высоких температурах в твердом состоянии. Они извилисты, в изломе имеют темный цвет, сильно окислены, распространяются по границам зерен. По современным представлениям горячие трещины вызываются действием двух факторов: наличием жидких прослоек между зернами в процессе кристаллизации и деформациями укорачивания.

В интервале температур плавления и полного затвердевания происходит миграция примесей и загрязнений в межзеренные пространства. Наличие между зернами жидкой фазы, примесей и загрязнений снижает деформационную способность шва и околошовной зоны. Неравномерность линейной и объемной усадок шва и основного металла при охлаждении приводит к возникновению внутренних напряжений, являющихся причиной появления микро- и макроскопических трещин как вдоль, так и поперек шва.

Причинами образования горячих трещин при сварке являются:

большое количество вредных примесей (особенно серы и фосфора) в металле свариваемых заготовок;

наличие в металле шва элементов, образующих химические соединения с низкой температурой затвердевания (хром, молибден, ванадий, вольфрам, титан), нарушающие связь между зернами;

жесткое закрепление свариваемых заготовок или повышенная жесткость сварного узла, затрудняющая перемещение заготовок при остывании.

Холодные трещины — это локальные меж- или транскристаллические разрушения сварных соединений, образующиеся в металле при остывании до относительно невысоких температур (как правило, ниже 200 °С) или при вылеживании готового изделия. Холодные трещины в шве и переходной зоне расположены под любым углом ко шву — в изломе светлые или со слабыми цветами побежалости и возникают преимущественно при дуговой сварке низколегированной стали большой толщины. Чаще всего трещины возникают в переходной зоне вследствие неправильной техники сварки или неправильно выбранного присадочного материала. Для предупреждения образования холодных трещин применяют:

прокаливание флюсов и электродов перед сваркой;

предварительный подогрев свариваемых заготовок до 250-450 °С;

ведение процесса сварки в режиме с оптимальными параметрами;

наложение швов в правильной последовательности;

медленное охлаждение изделия после сварки;

проведение непосредственно после сварки смягчающего отжига для снятия остаточных напряжений.

Общими причинами появления трещин, как горячих, так и холодных, в швах сварных соединений являются:

слишком высокая жесткость соединений;

слишком малый размер сварного шва для данной толщины соединения;

несоблюдение или неправильный выбор технологии сварки;

дефекты в сварном шве;

t неправильная подготовка соединения под сварку;

неудовлетворительное качество или неправильный выбор типа электродов;

использование повышенных значений сварочного тока, которое может привести к появлению крупнозернистых охрупченных участков структуры;

высокое содержание углерода или легирующих элементов в основном металле, не учтенное при выборе технологии сварки.

Для предупреждения образования трещин в швах сварных соединений необходимо:

разрабатывать металлоконструкции и технологию сварки, которые позволяют исключить применение соединений с высокой жесткостью;

при сварке изделий достаточно большой толщины увеличивать размеры сварных швов;

не допускать при сварке узких валиков, производить сварку полноразмерным швом короткими участками по 200-250 мм;

выбирать последовательность выполнения сварных швов такой, чтобы максимально долго оставлять незаваренными концевые участки соединения, с тем чтобы они обладали максимально возможной подвижностью;

обеспечить сплошность и хорошее сплавление сварных швов;

в некоторых случаях обеспечить предварительный подогрев свариваемых частей;

сборку соединений производить с одинаковым и требуемым по технологии зазором, при необходимости для выравнивания зазора применять стягивающие сборочные приспособления;

не допускать при сварке завышенных по сварочному току режимов сварки;

по возможности сварной шов делать многопроходным, так как однопроходные швы могут быть более хрупкими, а в многопроходных швах происходит отжиг каждого предыдущего слоя;

разделку заполнять сразу после завершения сварки корня шва, так как воздействию напряжения чаще всего подвергается область корневого шва.

37.120.192.53 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Причины образования горячих трещин при сварке

Трещины – виды брака сварки, нарушение целостности металла. Разрывы шва или в околошовной области (зона термовлияния – ЗТВ) образуются из-за одновременного снижения пластичности, связанного с кристаллизацией, и внутренних напряжений.

Читать еще:  Бетонная стяжка пола своими руками в подвале

Трещины, разрывы условно делят на две группы. Холодные возникают после остывания. Горячий дефект сварного шва или в ЗТВ формируется:

  • в процессе кристаллизации;
  • твердожидкой структуре;
  • твердом металле, нагретом до высокой температуры.

Горячие трещины при сварке узнаваемы по сильному окислению, они темного цвета. Разрушения чаще выявляют по границам структурных зерен. Несплошности формируются под действием нескольких факторов:

  • из-за неравномерности линейной и объемной усадок;
  • образования неорганических пленок;
  • формирования жидких прослоек при кристаллизации.

Способность к горячему растрескиванию зависит от величины и скорости нарастания кристаллитов, формирующих растягивающие напряжения, длительности процесса сварки.

Виды горячих трещин при сварке

Все виды несплошностей относятся к дефектам, отрицательно отражающихся на прочности соединений. Природа холодных и горячих трещин при сварке различная. Холодные появляются при остывании в результате возникающих внутренних напряжений. Горячие – следствие межкристаллических разрушений. Обычно имеют вид надрезов или несплошностей, различают макро- и микродефекты. Горячие трещины темного цвета (за счет окислов), извилистой формы. По локализации разделяются на две группы:

  • растрескивания в зоне термического влияния;
  • дефекты в металле сварного шва.

Околошовные бывают нескольких видов:

  • Кристаллизационные длинные, обычно раскрытые, не имеют заметных ответвлений. Зависят от двух параметров, влияющих на структуру стали:

формы затвердевания ванны расплава, с краев обычно образуются мелкие зерна, затем крупные столбчатые растут перпендикулярно оси;

размера угла между кристаллитами в поликристаллической структуре, они постепенно смыкаются.

Кристаллизационные горячие ратсрескивания бывают внутренними (выявляются методами неразрушающего контроля) и выходящими на поверхность, определяемыми визуально.

  • Ликвиационные горячие трещины связаны с неоднородностью химического состава. По виду мелкие, образуются в местах, где близко расположены столбчатые кристаллы. Зависят от химического состава, наличия тугоплавких легирующих элементов. Деформационная способность структуры также снижается за счет миграции примесей и загрязнений в пространство между зернами, формируются неметаллические включения. При кристаллизации легированных сталей тугоплавкие частицы становятся центром образования кристаллов.
  • Деформацонные, связанные с неравномерностью усадки.

Причины образования

Определить природу образования любых горячих трещин при сварке можно, зная механизм затвердевания металлов, способы формирования металлической структуры. Рассмотрим от чего появляются разрывы и несплошности.

Ликвиационные часто появляются при сварке:

  • Конструкционных сплавов, содержащих сульфиты. Растворяясь, неорганические соли формируют пленки в зоне термического влияния в районе границы зерен. Особенно склонны к формированию горячих трещин марки стали, содержащие S (серу), P (фосфор). Эти вредные примеси при сварке ухудшают качество швов.
  • Сплавы, в состав которых входит Ti (титан), Nb (ниобий), V (ванадий), W (вольфрам), Cr (хром), Mo (молибден) и другие легирующие металлы с низкой температурой отвердевания, при кристаллизации образуют дендриты разной формы. Легкоплавкие элементы кристаллизуются на стыке границ дендритов в последнюю очередь. Нарушаются межкристаллические связи, возникают структурные напряжения.

От величины первичных кристаллитов металлов зависит способность к образованию горячих трещин в процессе сварки. Скорость растягивающих напряжений зависит от температуры.

Из-за низкого относительного удлинения горячие трещины формируются при сварке аустенитных легированных сталей. При жесткой фиксации заготовок для сварки затрудняется структурная деформация.

Кристаллизационные формируются при неправильном выборе технологии, если не учитывается высокое содержание неметаллов и легирующих элементов. Когда превышены значения сварочного тока, возникают крупнозернистые области, приводящие к формированию внутренних напряжений между растущими кристаллитами.

К внешним причинам горячих растрескиваний относятся примеси, появляющиеся в структуре металла в процессе сваривания. Внутренние связаны с сегрегацией – неравномерным распределением микрофаз, легирующих присадок, примесей.

Методы предотвращения появления горячих трещин

Предупреждая образование горячих трещин, при разработке технологии учитывают особенности кристаллизации металлов. Основные способы снижения риска дефектов:

  • исключить жесткие соединения;
  • увеличить размер шовного валика при соединении толстостенных заготовок;
  • варить металл короткими участками, делая широкий шов;
  • при круговой сварке, соединении длинных заготовок оставлять детали подвижными максимальное время, заделывать концевые стыки в последнюю очередь;
  • не завышать ампераж;
  • делать много проходов с промежуточным отжигом;
  • внимательно проваривать корневую область, дефекты формируются именно там.

Важно фиксировать заготовки минимально, без зажима, следить за положением электрода. Детали должны быть хорошо подготовлены, чтобы исключить окалину, ржавчину, неметаллические включения. Электроды выбирают по типу металла, режиму сварки.

Как снизить вероятность возникновения

Чтобы снизить риск горячего растрескивания, важно проверять качество сварных заготовок. Некоторые внутренние дефекты формируются при кристаллизации расплава, нарушении технологии раскисления. Избежать горячих трещин при сварке можно, соблюдая температурный режим, следить за кристаллизацией шовного валика. Большое значение имеет соотношение концентрации серы и кислорода. Чем оно выше, тем лучше качество соединений. При снижении соотношения S/О на границе формирующихся зерен образуются пленки, которые, проникая в жидкую фазу, приводят к внутренним дефектам.

Читать еще:  Стяжка над теплым полом своими руками

К способам устранения вредных факторов относятся:

  • Отжиг готовых соединений, изменяется структура зерен в шве, зоне термического влияния, становится однородной, устраняются внутренние напряжения;
  • некоторые металлы в процессе кристаллизации прогревают, чтобы снизить скорость охлаждения, минимизируется риск образования областей жидкой фазы внутри шва;
  • электроды предварительно прокаливают, детали предварительно нагревают (температура зависит от вида металла).

Требуется соблюдать требования, правила и нормативы, токовые режимы, скорость формирования шовного валика. При выборе оптимальной температуры нагрева технологи учитывают особенности химического состава сталей, алюминиевых и цветных сплавов.

Устранение трещины

Единственно возможный метод борьбы с горячими трещинами – снова проварить металл. До этого дефект вырезается. Технология регламентируется ГОСТ 5264-80 (ММА, MIG/MAG, TIG сварка), ГОСТ 1153-75 (сварка полуавтоматами и автоматами).

Реставрации подлежат участки, где обнаружены внутренние или внешние дефекты. Некоторые структурные нарушения в области термического влияния и сварного соединения устранить невозможно. Явный брак приходится вырезать участками полностью.

Зная причины образования горячих растрескиваний, специалисты тщательно подбирают электроды или присадочную проволоку, следят за технологией. Гораздо проще избежать дефектов, чем устранять их.

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.

Читать еще:  Баня на фундаменте как утеплить пол

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.

Источники:

http://studopedia.ru/8_127807_obrazovanie-treshchin-pri-svarke.html
http://svarkaprosto.ru/tehnologii/goryachie-treshhiny-pri-svarke
http://oitsp.ru/welding_article/tehnologicheskie-metody-preduprezhdeniya-obrazovaniya-defektov-v-svarnyh

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector
×
×