Основные способы уменьшения и предупреждения деформаций при сварке

До сварки:

  рациональное конструирование сварных изделий: в процессеконструирования необходимо ограничивать количество наплавленного металла уменьшением угла скоса кромок или уменьшения катетов швов, не допускать пересечения большого количества швов, не располагать сварные швы там, где действуют максимальные напряжения от внешних нагрузок, размещать их симметрично, применять, преимущественно, стыковые швы и т.п.;

  правильная сборка деталей с учетом возможных деформаций: заранее предугадать характер возможных напряжений и деформаций и произвести предварительный выгиб свариваемых деталей в противоположную сторону. При сборке следует избегать прихваток, которые создают жесткое закрепление деталей и способствуют возникновению значительных остаточных напряжений, Лучше применять сборочные приспособления, допускающие некоторое перемещение деталей при усадке металла.

В процессе сварки:

рациональная последовательность наложения сварных швов: конструкции следует

сваривать так, чтобы замыкающие швы, создающие жесткий контур, заваривались в последнюю очередь. Сварку нужно вести от середины конструкции к ее краям, как бы сгоняя при этом внутренние напряжения наружу. Каждый последующий шов при многослойной сварке рекомендуется накладывать в направлении, обратном наложению предыдущего шва;

уравновешивание деформаций: назначают такую последовательность выполнения швов, при которой последующий шов должен вызывать деформации обратного направления по сравнению с деформациями от предыдущего шва;

жесткое закрепление деталей при сварке: детали закрепляют на сборочно-сварочых приспособлениях, обладающих значительной жёсткостью.

После сварки:

  механическая правка: при помощи молотов,домкратов,винтовых прессов и других устройств создается ударная или статическая нагрузка, которая обычно прилагается со стороны наибольшего выгиба изделия;

  термическая правка: местный нагрев небольших участков металла деформированной конструкции. Нагрев, как правило, производят сварочными горелками большой мощности. Он ведется быстро и только до пластического состояния верхних волокон на выпуклой стороне изделия. При охлаждении нагретых участков последние сжимаются и выпрямляют изделие;

  термомеханическая правка: данный способ состоит в сочетании местного нагрева с приложением статической нагрузки, изгибающей исправляемый элемент конструкции в нужном направлении. Такой способ обычно применяется для правки жестких сварных узлов.

7.2. Классификация дефектов при сварке

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида изделия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы.

К первой группе относятся дефекты,связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения (горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния).

Ко второй группе дефектов,которые называют дефектами формирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др. Виды дефектов приведены на рисунке 7.3.

 

    

                  а                               в                                               ж

 

                                              г                                                                        з

                                               

 

                 б                               д                              е                          и

Рис. 7.3 - Виды дефектов сварных швов: а – ослабление шва;

б – неравномерность ширины; в – наплыв; г – подрез; д – непровар;

е – трещины и поры; ж – внутренние трещины и поры;

з – внутренний непровар; и – шлаковые включения

 

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла наповерхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными – в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплывов – большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправильный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск.

Подрезы представляют собой продолговатые углубления(канавки),образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов является смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концентрации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения.

Прожоги –это сквозные отверстия в шве,образованные в результате вытекания части металла ванны. Причинами их образования может быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуются при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва.

Непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Непровары уменьшают сечение шва и вызывают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования непроваров – плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязнений, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка.

Трещины, также как и непровары,являются наиболее опаснымидефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопическими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора.

Шлаковые включения, представляющие собой вкрапления шлака в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке – недостаточной зачистке шлаков с предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность.

Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор – повышенное содержание углерода при сварке сталей, загрязнения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя так называемые свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.

Для предупреждения появления дефектов должен проводиться систематический контроль на всех этапах производства: до, в процессе сварки, и после окончания.

1. Перед сваркой проверяется подготовка стыкуемых поверхностей, их геометрия.
2. В процессе - тщательно контролируется соблюдение всех параметров технологического процесса, в том числе режимов сварки.
3. После сварки следует контроль готового изделия.

7.3. Контроль качества сварных соединений

Вполне очевидно, что качество сварных швов влияет на функциональность всей сваренной конструкции. Дефекты приводят к ослаблению прочности изделий и их разрушению в процессе эксплуатации. Из-за проницаемости швов нарушается герметичность сосудов и систем, работающих под давлением.

После завершения сварочных работ, изделия должны подвергаться контролю сварных соединений с целью обнаружения и исправления дефектов. Невооруженным глазом можно рассмотреть лишь часть из них - крупные наружные трещины и поры, непровары, подрезы и т.п. Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов.

Существует много способов контроля сварных швов, различающихся по принципу действия, способности к обнаружению тех или иных видов дефектов, техническому оснащению. Методы контроля сварных соединений подразделяются на разрушающие и неразрушающие. Последние, в силу понятных причин, являются наиболее широко используемыми.

Неразрушающие методы контроля:

• внешний осмотр;
• радиационная дефектоскопия;
• магнитный контроль;
• ультразвуковая дефектоскопия;
• капиллярная дефектоскопия;
• контроль сварных швов на проницаемость;
• прочие методы (проверка с использованием вихревых токов и т.п.).

Внешний осмотр

Всякий контроль сварных соединений начинается с внешнего осмотра, с помощью которого можно выявить не только наружные дефекты, но и некоторые внутренние. Например, разная высота и ширина шва и неравномерность складок свидетельствуют о частых обрывах дуги, следствием которых являются непровары.

Перед осмотром, швы тщательного очищаются от шлака, окалины и брызг металла. Более тщательная очистка в виде обработки шва промывкой спиртом и травлением 10%-ным раствором азотной кислоты придает шву матовую поверхность, на которой легче заметить мелкие трещины и поры. После использования кислоты нужно не забыть удалить ее спиртом во избежание разъедания металла.

Визуальный контроль сварных соединений выявляет, прежде всего, наружные дефекты - геометрические отклонения шва (высоты, ширины, катета), наружные поры и трещины, подрезы, непровары, наплывы.

Для эффективности контроля используют дополнительное местное освещение и лупу с 5-10 кратным увеличением. Лупа - очень полезный инструмент в данном случае, она помогает выявить многие дефекты, которые нельзя рассмотреть невооруженным глазом - тонкие волосяные трещины, выходящие на поверхность, пережег металла, малозаметные подрезы. Она позволяет также проследить, как ведет себя конкретная трещина в процессе эксплуатации - разрастается или нет.

При внешнем осмотре применяется также измерительный инструмент для замера геометрических параметров сварного соединения и дефектов - штангенциркуль, линейка, различные шаблоны.