ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2019
Просмотров: 1166
Скачиваний: 1
Горячие трещины образуются в период кристаллизации сварного шва, когда металл находится в двухфазном твердо-жидком состоянии. В этом состоянии металл имеет очень малые прочность и пластичность. В результате развития внутренних сварочных деформаций растяжения возможно разрушение по незатвердевшим жидким прослойкам между кристаллитами. Как правило, горячие трещины образуются вдоль оси сварных швов в зоне стыка столбчатых кристаллитов, где завершается кристаллизация шва. Склонность к горячим трещинам повышается при наличии в металле шва вредных примесей, которые обладают повышенной способностью к ликвации и образованию легкоплавких соединений. Последнее равносильно увеличению интервала кристаллизации, т. е. времени пребывания металла в двухфазном состоянии.
Холодные трещины чаще всего возникают в з. т. в. после полного затвердевания сварного шва в период окончания охлаждения или последующего вылеживания сварной конструкции в течение нескольких суток. Холодные трещины характерны для сплавов, претерпевающих при сварке закалку, усиленный рост зерна, повышенное насыщение газами, особенно водородом. Эти процессы проводят к понижению прочности и пластичности металла, т. е. к его охрупчиванию. Если сварочные напряжения превышают прочность металла в указанном состоянии, то образуются холодные трещины.
Поры в сварных швах образуются в процессе кристаллизации сварного шва в результате выделения газов из пересыщенного газами затвердевающего металла. Причины появления пор: насыщение жидкого металла сварочной ванны газами вследствие повышенной влажности электродных покрытий, флюсов, защитных газов (водородом), нарушения защиты (азотом) и интенсивных окислительных процессов в шве (оксидом углерода); охлаждение сварных швов при кристаллизации с большой скоростью, вследствие чего затрудняется выход пузырьков газа из кристаллизующегося шва в атмосферу.
Способность металлов и сплавов к сварке оценивают по их свариваемости. Под свариваемостью понимают возможность образования при сварке плотных геометрических швов с требуемыми прочностными и физико-химическими свойствами.
Лучшей свареваемостью обладают металлы, способные образовывать друг с другом непрерывный ряд твёрдых растворов.
Строение сварного соединения.
Соединение, выполненное сваркой плавлением, после затвердивания состоит из 4-х зон: 1- металл шва, 2- зона оплавления, 3- зона термического влияния,4- основной металл.
Основной металл- металл соединяемых частей.
Зона термического влияния- участок основного металла, неподвергшейся расплавлению, структура и свойства которого изменяются в результате нагревания и пластической деформации при сварке. Химический состав металла остаётся неизменным.
При автоматической сварке под слоем флюса зона термического влияния составляет 2-2.5мм; при использовании электродов с толстой обмазкой 4-10мм; при газовой сварке 20-25мм.
Металл шва- наплавленный металл, кот. образуется в результате перевода присадочного и частично основного металлов в жидкое состояние для последующего затвердевания, в процессе которого расплавленный металл соединяется с основным.
Зона сплавления- это металл, сосредоточенный по бокам границы между основным металлом и металлом шва. В этой зоне кристаллизуются объёмы, принадлежащие основному и наплавленному металлу. В ней сосредоточены химическая неоднородность и высокая концентрация структурных напряжений, что является результатом плохого перемешивания в пограничном слое металла сварочной ванны и основного металла. В этой зоне наиболее часто возникают трещины и несплавления разнородных, плохо сваривающихся металлов.
1.3 Микроструктура металла в зоне термического влияния.
Участок неполного расплавления. Примыкает к металлу шва, является переходным от наплавленного металла к основному. Основной металл на этом участке в процессе сварки расплавляется и находится в твердо-жидком состоянии. Наплавленный металл имеет столбчатое (дендритное) крупнозернистое строение, характерное для этой стали. Этот участок определяет качество сварного соединения, так как в нём происходит оплавление кристаллов металла шва и основного металла .
Участок перегрева . Это область основного металла с крупнозернистым строением и пониженными мех. Свойствами. На этом участке зёрна основного металла образуют грубоигольчатую структуру. На участке перегрева возможно образование закалочных (мартенситных) структур. Металл обладает наибольшей хрупкостью и является самым слабым местом сварного соединения.
Участок нормализации. Это область основного металла, нагретого до температур 900-1100*С. В результате полной перекристаллизации металл при этих температурах приобретает мелкозернистую структуру с наиболее высокими мех. свойствами.
Участок неполной перекристаллизации. Область основного металла, нагретого до температуры 727-900 *С. Наряду с крупными зернами в этом участке есть и мелкие, полученные от перекристаллизации. По прочности металл этого участка занимает промежуточное положение между металлом на участке полной перекристаллизации, т.е. нормализации, и основным металлом.
Участок рекристаллизации. Это область основного металла нагретого в пределах температур 600-727 С. На этом участке происходит лишь восстановление прежней формы и размеров зёрен, деформированных при обработке давлением. Если до сварки основной металл не подвергался холодной пластической деформации, то процесс рекристаллизации происходить не будет.
Участок синеломкости . Температура нагрева 200-500С. Структура стали , выявленная оптическим микроскопом не отличается от структуры основного металла. Но сталь, нагретая до этих температур, обладает пониженными пластическими свойствами, что объясняется выпадением из твёрдого раствора чрезвычайно мелких частиц различных фаз, располагающихся в основном по границам зёрен. Это явление наз.старением металла. В результате старения металл становится хрупким
ДЕФЕКТЫ В СВАРНЫХ И ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
Дефекты в соединениях бывают двух типов: внешние и внутренние. В сварных соединениях к внешним дефектам относят наплывы, подрезы, наружные непровары и несплавления, поверхностные трещины и поры (рис. 8, а-г); к внутренним — скрытые трещины и поры, внутренние непровары и несплавления, шлаковые включения и др. (рис. 8, д—ж). В паяных соединениях внешними дефектами являются наплывы и натеки припоя, неполное заполнение шва припоем; внутренними — поры, включения флюса, трещины и др. Качество сварных и паяных соединений обеспечивают предварительным контролем материалов и заготовок, текущим контролем за процессом сварки и пайки и приемочным контролем готовых сварных или паяных соединений. В зависимости от нарушения целостности сварного соединения при контроле различают разрушающие и неразрушающие методы контроля.
Рисунок 8. Виды дефектов в сварных соединениях
ВИДЫ КОНТРОЛЯ
При предварительном контроле основного и сварочных материалов устанавливают, удовлетворяют ли сертификатные данные в документах заводов-поставщиков требованиям, предъявляемым к материалам в соответствии с назначением и ответственностью сварных узлов и конструкций. Осматривают поверхности основного материала, сварочной поволоки и покрытий электродов в целях обнаружения внешних дефектов. Перед сборкой и сваркой заготовок проверяют, соответствуют ли их форма и габаритные размеры установленным, а также контролируют качество подготовки кромок и свариваемых поверхностей. При изготовлении ответственных конструкций сваривают контрольные образцы. Из них вырезают образцы для механических испытаний. По результатам испытаний оценивают качество основного и сварочных материалов, а также квалификацию сварщиков, допущенных к сварке данных конструкций.
При текущем контроле проверяют соблюдение сварщиками установленных параметров режима сварки и исправность работы сварочного оборудования. Осматривают сварные швы для выявления внешних дефектов и замеряют их геометрические размеры. Замеченные отклонения устраняют непосредственно в процессе изготовления конструкций.
Готовые сварные и паяные соединения в зависимости от назначения и ответственности конструкции подвергают приемочному контролю: внешнему осмотру для выявления поверхностных дефектов и обмеру сварных швов; испытаниям на плотность, магнитному контролю, просвечиванию рентгеновским и гамма-излучением, ультразвуком для выявлений внутренних дефектов.
На плотность испытывают емкости для хранения жидкостей, сосуды и трубопроводы, работающие при избыточном давлении, путем гидравлического и пневматического нагружения, с помощью течеискателей и керосином.
При гидравлическом испытании емкости наполняют водой, а в сосудах и трубопроводах создают избыточное давление жидкости, превышающее в 1,5—2 раза рабочее давление. В таком состоянии изделие выдерживают в течение 5—10 мин. Швы осматривают в целях обнаружения течи, капель и отпотеваний.
При пневматическом испытании в сосуды нагнетают сжатый воздух под давлением, которое на 0,01—0,02 МПа превышает атмосферное. Соединение смачивают мыльным раствором или опускают в воду, Наличие неплотности в швах определяют по мыльным или воздушным пузырькам.
При испытании с помощью течеискателей внутри сосуда создают вакуум, а снаружи швы обдувают смесью воздуха с гелием. При наличии неплотностей гелий проникает в сосуд, откуда отсасывается в течеискатель со специальной аппаратурой для его обнаружения.
Рисунок 9. Методы контроля сварных соединений:
а — рентгеновский; б —гамма-излучением; в — ультразвуковой
При испытании керосином швы емкости с одной стороны смазывают керосином, а с другой — мелом. При наличии неплотности на поверхности шва, окрашенного мелом, появляются темные пятна керосина. Благодаря высокой проникающей способности керосина можно обнаружить поры диаметром в несколько микрометров.
Магнитный контроль основан на намагничивании сварных или паяных соединений и обнаружении полей магнитного рассеяния на дефектных участках. Изделие намагничивают, замыкая им магнитопровод электромагнита или помещая его внутрь соленоида. На поверхность соединения наносят порошок железной окалины или его масляную суспензию. Изделие слегка обстукивают для облегчения подвижности частиц порошка. По скоплению порошка обнаруживают дефекты, залегающие на глубине до 6 мм.
Рентгеновское просвечивание основано на различном поглощении рентгеновского излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают с помощью специальных рентгеновских аппаратов. С одной стороны шва 3 на некотором расстоянии от него помещают рентгеновскую трубку 1, с другой (противоположной) стороны к нему плотно прижимают кассету 4 с рентгеновской пленкой (рис. 9, а). При просвечивании рентгеновские лучи 2 проходят через сварное соединение и облучают пленку. Для сокращения экспозиции просвечивания в кассету с пленкой закладывают усиливающие экраны. После проявления пленки на ней фиксируют участки повышенного потемнения, которые соответствуют дефектным местам в сварном соединении. Вид и размер дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками.
Применяемые в промышленности рентгеновские аппараты позволяют просвечивать сварные соединения из стали толщиной 10— 200 мм, алюминия до 300 мм, меди до 25 мм. При этом фиксируют дефекты, размеры которых составляют 2 % толщины металла.
При просвечивании сварных соединений гамма-лучами источником излучения служат радиоактивные изотопы кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ампулу с радиоактивным изотопом 5 помещают в свинцовый контейнер 6 (рис. 9, б). Техника просвечивания сварных соединений 8 гамма-лучами 7 подобна технике рентгеновского просвечивания. Этим способом выявляют аналогичные внутренние дефекты по потемнению участков пленки 9, помещенной в кассете 10. Просвечивание гамма-лучами по сравнению с рентгеновским имеет ряд преимуществ. Благодаря портативности аппаратуры его можно применять в любых условиях (в цехах, полевых условиях, на монтаже и т, п.). Кроме того, просвечивание гамма-лучами — менее дорогостоящий способ. Недостатком его является низкая чувствительность при просвечивании малых толщин (до 50 мм). На больших толщинах чувствительность такая же, как у рентгеновского метода.
Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн отражаться от поверхности раздела двух сред. С помощью пьезометрического щупа 12 ультразвукового дефектоскопа 13, помещаемого на поверхность сварного или паяного соединения, в металл 11 посылают ультразвуковые колебания (рис. 9, в). Ультразвук вводят в изделие отдельными импульсами под углом к поверхности металла. При встрече с поверхностью дефекта возникает отраженная ультразвуковая волна. В перерывах между импульсами щуп служит приемником отраженного от дефекта ультразвука. Дефект в соединении в виде пика 14 фиксируется на экране осциллографа.
Промышленные ультразвуковые дефектоскопы позволяют обнаруживать дефекты на глубине 1—250 мм. При этом можно выявлять дефекты с минимальной площадью (1—2 мм2). С помощью ультразвукового метода можно выявить наличие дефекта и даже место его расположения, но нельзя установить его вид.
5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ПОНЯТИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ
При проектировании сварных заготовок следует учитывать требования к технологичности их изготовления. Под технологичностью понимают выбор такого конструктивного оформления заготовок, которое обеспечивает удобство и простоту изготовления любыми видами сварки и при различных режимах; применение высоко-производительных видов сварки: автоматизацию и механизацию максимального числа операций технологического процесса; низкую себестоимость процесса сварки за счет экономии сварочных материалов, повышения производительности и высокого уровня механизации; сведения к минимуму искажений формы, вызываемых тепловым и механическим воздействиями при сварке.
Технологичность обеспечивается выбором металла, формы свариваемых элементов и типа соединения, видов сварки и мероприятий по уменьшению сварочных деформаций и напряжений.
ВЫБОР МЕТАЛЛА
При выборе металла для сварочных заготовок необходимо учитывать не только его эксплуатационные свойства, но и его свариваемость или возможность применения технологических мероприятий, обеспечивающих хорошую свариваемость. В процессе сварки металл подвергается термическим, химическим и механическим воздействиям. В связи с этим в различных зонах основного металла, расположенного вблизи шва, изменяются его состав, структура и свойства. Следовательно, механические и эксплуатационные свойства металла в зоне сварного соединения могут быть неравноценны таким же свойствам основного металла.
Для получения сварных соединений, равноценных по работоспособности основному металлу, при конструировании сварных заготовок следует по возможности выбирать хорошо свариваемые металлы. К таким металлам относятся спокойные низкоуглеродистые стали и многие низколегированные стали, ряд сплавов цветных металлов, применение которых не ограничивается какими-либо требованиями к виду и режимам сварки.