Дефекты сварных швов

Листать книгу

Страницы: ... ... ...

Как известно, работоспособность сварных соединений и сварных конструкций в целом во многом определяется качеством сварных швов: характером их макро-и микроструктуры, однородностью химического состава, наличием в них дефектов
...
С увеличением числа способов сварки, видов используемых конструкционных и сварочных материалов возрастает количество факторов, влияющих на возникновение дефектов, усложняются процессы их образования
...
Связано это со сложными условиями работы конструкций, обусловленными повышением рабочих напряжений, расширением температурного интервала эксплуатации, работой конструкций в различных агрессивных средах, применением сварки для изготовления конструкций, конфигурация и размеры которых создают возможность возникновения опасных концентраций напряжений и т
...
Все чаще сварщикам приходится иметь дело с высокопрочными материалами и материалами, обладающими высокими химической активностью и температурой плавления
...
Это требует знания факторов, влияющих на изменение прочности металла в процессе сварки, и степени влияния различных дефектов на процесс разрушения металла
...
Связано это со сложными условиями работы конструкций, обусловленными повышением рабочих напряжений, расширением температурного интервала эксплуатации, работой конструкций в различных агрессивных средах, применением сварки для изготовления конструкций, конфигурация и размеры которых создают возможность возникновения опасных концентраций напряжений и т
...
Все чаще сварщикам приходится иметь дело с высокопрочными материалами и материалами, обладающими высокими химической активностью и температурой плавления
...
Это требует знания факторов, влияющих на изменение прочности металла в процессе сварки, и степени влияния различных дефектов на процесс разрушения металла
...
Однако рассматривать поры и включения только как концентраторы напряжений и объяснять только этим влияние их на процесс формирования и развития разрушения, очевидно, не совсем верно
...
Об этом, в частности, свидетельствует несовпадение теоретических и экспериментальных данных по изучению влияния неметаллических включений на свойства стали
...
О том, что на границе между металлом и неметаллическим включением в процессе кристаллизации возможно образование дислокационных источников, свидетельствуют данные работы [151], согласно которым вблизи включений существуют сдвиговые напряжения, достаточные для работы дислокационных источников
...
Это дало основание предположить [259], что влияние неметаллических включений, например на сопротивление усталости, связано с подпитыванием растущей трещины вакансиями из резервуара неметаллического включения
...
Преимущественное выделение примесей на границах зерен и изменение состава приграничных участков будут способствовать межзеренному охрупчиванию и образованию микротрещин на границах между зернами
...
Кроме того, образованию трещин может способствовать сегрегация примеси на границах зерен, приводящая или к локальному упрочнению, или к уменьшению эффективной поверхностной энергии
...
Сварочный процесс и образование дефектовПри обработке материалов независимо от вида технологического процесса практически всегда образуются различные дефекты
...
На взаимодействие этих фаз, на структурные превращения в фазах в зависимости от способа сварки влияют тепло сварочной дуги, электронного и светового лучей и так далее
...
Поскольку все или часть из этих процессов протекают в различных участках зоны сварки одновременно, изучение всего процесса в целом является сложной и трудноразрешимой задачей
...
Так, при электродуговых способах сварки поступлению газов в металл способствуют высокая температура, значительная контактная поверхность металл — газ при сравнительно небольшом объеме металла, интенсивное перемешивание металла, наличие электрических и магнитных полей
...
Поэтому обычно содержание газов в металле шва бывает заметно выше, чем в основном металле, а порой приближается или даже превышает предел их растворимости в металле
...
Если десорбция газа не приводит к образованию дефектов, то возникшие газовые пузырьки могут быть удалены из металла, пока он находится в расплавленном состоянии
...
Кроме того, с понижением температуры увеличивается раскисляющая способность элементов, что также повышает интенсивность образования оксидов в металле шва
...
Так, дендриты металла шва, о чем свидетельствуют результаты металлографических исследований, являются продолжением зерен основного металла, расположенных на линии сплавления
...
Кроме того, в процессе кристаллизации сварных швов вследствие различной растворимости элемента в твердом и жидком металлах возникает значительная химическая неоднородность в зоне сплавления, а также в пограничных участках кристаллизационных зон, появление которых объясняется прерывистым движением фронта кристаллизации
...
Устранить же химическую неоднородность, возникающую при сварке, не удается, так как процесс диффузии, способствующий выравниванию состава, не успевает закончиться до окончания кристаллизации металла шва
...
Нагрев и охлаждение этих участков основного металла изменяют их структуру и могут привести к ухудшению механических свойств по сравнению с первоначальными
...
К первой группе относят дефекты, образование которых связано с физико-химическими явлениями, протекающими в процессе образования, формирования, кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения
...
По-видимому, к этой группе дефектов можно отнести неблагоприятную структуру металлашва и сегрегацию примесей в шве, а также отклонения химического состава металла шва от заданного
...
К первому относят концентраторы, моделируемые осесимме-тричной задачей, округлые в минимальном сечении и перпендикулярные к разрушающей нагрузке, эллипсоидальные полости различной остроты (сферические и вытянутые поры, неметаллические включения и трещины округлой формы)
...
Ко второму классу относят концентраторы, моделируемые плоской задачей, трещины, подрезы, места перехода от основного металла к наплавленному, некоторые конструктивные концентраторы
...
Кроме того, исследовано влияние физико-химических процессов на кристаллизацию металла шва, сегрегацию примесей и формирование шва, поскольку с ними тесно связаны процессы образования дефектов в сварных швах
...
Поэтому влияние дефектов, представляющих собой концентраторы напряжений, будет во многом зависеть от распределения остаточных напряжений и рабочих напряжений, возникающих в процессе эксплуатации, и совокупности всех этих напряжений
...
Задача данного параграфа — не обзор этих работ, а только иллюстрация с помощью данных некоторых работ влияния дефектов на качество сварных изделий и особенности этого влияния
...
Это связано с тем, что трещины, находящиеся в сварных соединениях, ослабляют сечение швов или свариваемых элементов и тем самым уменьшают статическую прочность соединений
...
Рост размеров трещин в процессе эксплуатации особенно опасен в тех случаях, когда это увеличение не вызывает заметных расстройств работы конструкции, например, при эксплуатации различного рода решетчатых конструкций (мостовые и подкрановые фермы, различные перекрытия и т
...
Это обусловлено тем, что в подобных кЬнструкциях трещины могут появиться и расти сначала в одном, а затем и во всех швах, связывающих какие-то отдельные элементы
...
Выход из строя одного элемента конструкции может не привести" к немедленному разрушению всей конструкции, но он вызовет-перегрузку других несущих элементов, что конечно увеличит вероятность ее разрушения
...
По той же причине будут опасными и поры, вышедшие на поверхность шва, особенно если в процессе эксплуатации происходит взаимодействие поверхности с жидкой средой [242]
...
Поскольку влияние пор связано с величиной остаточных напряжений, то очевидно, что наличие пор будет больше сказываться на механических свойствах длинных продольных швов, где растягивающие остаточные напряжения обычно достигают высоких значений
...
Поскольку неметаллические включения являются концентраторами напряжений, то это влияние должно существенно зависеть от величины, формы и распределения включений, а также от сил связи на границе включение—металл, соотношения упругих констант включений и матрицы
...
Согласно данным [104], форма, распределение и фазовый состав неметаллических включений размером менее 1 мкм существенно влияют на величину ударной вязкости аа и критическую температуру хрупкости металла шва
...
Причем отрицательное влияние подрезов, несплавлений и непроваров усиливается, если дефекты находятся в поле высоких растягивающих остаточных напряжений
...
Современные представления о природе образования дефектовВыявление и устранение дефектов сварных швов являются трудоемкими операциями, которые могут существенно повысить стоимость сварного изделия
...
Согласно этим работам, склонность металла к образованию горячих трещин зависит от величины интервала кристаллизации между солидусом и температурой начала линейной усадки
...
Чем шире этот интервал кристаллизации, названный в работе [28] эффектив-ным интервалом кристаллизации, а в сварочной литературе чаще называемый температурным интервалом хрупкости, тем выше вероятность образования горячих трещин
...
Кристаллизация металла шва вследствие неравномерности нагрева свариваемого металла и жесткого закрепления деталей происходит в условиях воздействия на шов растягивающих напряжений
...
Холодные трещины могут возникнуть в изделии спустя некоторое время после сварки, причем даже в тот момент, когда конструкция находится в нерабочем состоянии
...
Поскольку, как отмечалось, появлению трещин предшествует возникновение локальной пластической деформации, очевидно, что в ненагру-женном сварном соединении усилиями, вызывающими эти пластические деформации, могут быть только остаточные сварочные напряжения
...
К ним относятся: общее упрочнение металла в зоне сварки; наличие физико-химической неоднородности; укрупнение размеров кристаллитов, наличие компонентов, уменьшающих деформационную способность, например, водорода и т
...
Согласно этому методу, поры в сварном шве образуются в том случае, если суммарное давление выделяющихся газов будет больше барометрического давления Рви, т
...
Результаты экспериментов подтверждают взаимосвязь вероятности появления пор в сварном шве и величи-ны суммарного скрытого давления выделяющихся газов
...
В таком случае подогрев твердого ме-m/Vu3' приводящий к уменьшению разности температур меж-I Ж-и беРДЫм в расплавленным металлами, должен способство-г || улучшению смачиваемости расплавом твердого металла jf У^№ньшениО вероятности образования подрезов
...
К тому же от формы шва во многом зависит доля участия основного металла в формировании сварного шва, расход электродных материалов, а следовательно, химический состав металла шва и экономичность процесса
...
Создание условий, облегчающих вытекание металла из-под дуги в хвостовую часть сварочной ванны (сварка на подъем, углом назад), приводит к увеличению глубины проплавлення
...
В какой-то мере исследовано и влияние некоторых физических свойств сварочных материалов (плотность металла, вязкость шлака) на формирование сварного шва
...
Поэтому в данной главе основное внимание уделено рассмотрению влияния поверхностных свойств и поверхностных явлений на процессы формирования сварного шва и образования дефектов формы шва
...
Изменение силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки, вязкости флюса, вылета электрода, положения деталей в пространстве и многих других факторов может заметно повлиять на форму сварного шва
...
Это связано с тем, что при повышении значения /св обычно увеличивается лишь глубина проплавления, а ширина шва практически не изменяняется, что приводит к существенному снижению качества шва, так как ухудшается дегазация такого шва, увеличивается склонность его к образованию горячих трещин и т
...
Кроме того, с возрастанием /св повышается тепловложение в деталь и количество расплавленного электродного металла, что приводит к[SlfíPZ(по массе)Рис
...
Например, при сварке под флюсом форма шва обусловлена величинами межфазного натяжения расплавленного металла на границе со шлаком аы_ш и твердого металла на границе со шлаком ат_ш и с расплавленным металломВт-Твердый металл'дый металлvРис
...
При сварке в защитных газах и в вакууме помимо величины поверхностного натяжения расплавленного металла o-ц-г на формирование шва будут влиять поверхностное натяжение твердого металла сгт_г и ат-ж- Для установления этой связи рассмотрим равновесие капли жидкого металла на поверхности твердого при наличии шлака (рис
...
При растекании капли, имеющей форму круга с радиусом г, поверхностная энергия возрастет на величину 2nrAodr, а потенциальная гравитационная энергия при условии, что центр тяжести расположен на половине высоты, уменьшится на величину -g- VKpMgdbK (где VK — объем капли; рм — плотностьрасплава; g—ускорение свободного падения; 6К—высота капли)
...
Очевидно, что геометрические размеры сварного шва и наплавленного валика можно изменить не только введением в металл поверхностно-активных элементов, созданием определенной газовой атмосферы, но и применением определенных флюсов, изменением потенциала поверхности металла за счет внешней ЭДС, использованием предварительного подогрева деталей и так далее
...
Емельянов предложил методику для определения формы и размеров наплавленного валика с учетом как поверхностных свойств металла, так и режимов сварки (силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки и так далее)
...
Как было показано [87], при сварке в наклонном положении предельный вес жидкого металла ванны, выше которого металл вытекает из ванны, снижается с увеличением угла наклона детали
...
Образование подрезов, непроваров, прожогов и несплавленийИз практики известно, что подрезы образуются чаще всего при автоматических способах сварки, особенно при сварке угловых швов
...
Как правило, снижают скорость кристаллизации за счет применения многоэлектродной сварки, предварительного подогрева деталей или уменьшения скорости сварки
...
Однако первый из этих приемов используют, в основном, при сварке прямолинейных швов большой длины, например в случае сварки труб большого диаметра, второй — для сравнительно небольших изделий, а третий, поскольку он приводит к снижению производительности процесса, конечно, не будет оптимальным
...
Однако величина 0Х зависит не только от соотношения удельных свободных энергий на границе фаз, но и от состояния поверхности твердого тела, ее шероховатости, от угла наклона поверхности и т
...
Снижается вероятность образования подрезов и при повышении окислительного потенциала газовой среды, что объясняется увеличением содержания кислорода в металле, вызывающего уменьшение поверхностного натяжения ра:плава
...
Изучение температурных полей, энергетических и динамических характеристик сварочной дуги позволили установить, что применение комбинированного электрода (рис
...
По мнению автора [289], это связано со снижением интенсивности перемещения расплавленного металла в хвостовую часть сварочной ванны вследствие уменьшения коэффициента ассиметрии и максимального давления дуги
...
Как и при сварке с дополнительным электродом, это должно привести к увеличению времени существования сварочной ванныи более полному растеканию расплавленного металла по кромкам свариваемых деталей
...
Так, при сварке стыковых швов в нижнем положении они будут способствовать затеканию металла в зазор между деталями при хорошем смачивании твердого металла расплавом (8 90°) и препятствовать затеканию при 8 90°
...
При повышении погонной энергии происходит увеличение объема расплавленного металла, а значит, и Рг за счет увеличения ширины шва, что, в свою очередь, приведет к возрастанию г, и г2
...
Поэтому при повышении погонной энергии возможно, что силы давления дуги и гидростатического давления станут больше сил поверхностного натяжения, что приведет к вытеканию металла и образованию прожогов
...
Особенно часто прожоги образуются при сварке деталей небольшой толщины, когда ширина сварочной ванны велика и превышает порой толщину деталей, а значения гх и л2 соответственно также велики
...

Поверхностные явления при сварке металлов
Металлургия дуговой сварки: Процессы в дуге и плавление электродов
Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами
Дефекты сварных швов
Інженерія поверхні: Підручник
Соединение металлов в твердой фазе
Холодная сварка труб

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Дефекты сварных швов