Горячие трещины при сварке: почему возникают, как избежать их появления, как исправить проблему

Содержание

Актуальность проблемы

холодные и горячие дефекты

Сварочные работы в производственных или даже домашних условиях должны выполняться по общим инструкциям, с учетом ГОСТов.

Даже если вы варите что-то «для себя», соблюдение норм поможет сделать это качественнее, а любая «косметическая» или функциональная проблема при выполнении может повлечь за собой траты на обслуживание или даже замену всей конструкции.

Широко известный дефект — горячая трещина. Такой дефект может быть достаточно большим, чтобы увидеть из без увеличительного стекла. Некоторые из них относятся к «микро-«, разглядеть их просто так не получится.

Но и оба варианта могут быть очень опасными для готового соединения.

В зависимости от того, при каком нагреве была сварена конструкция, коррозии могут быть также горячими и холодными. Если швы сделали, например, при 1000 градусов, трещина в них горячая, а если меньше 1000 — холодная.

Оба варианта этого дефекта практически невозможно устранить, поэтому, найдя такие проблемы в изделии, мастер отмечает его как брак, отправляя в металлолом.

Типы

Не важно, какой термический режим вы выбирали, сваривая элементы. Трещины будут иметь свои особенности в зависимости от положения, например, радиального или продольного.

Горячие — это деструкции между кристаллами металла сварочного шва. Это может касаться и зоны в 10-15 сантиметров около шва, на которую тоже воздействует температура аппарата.

Обычно горячие трещины выглядят как надрез или неравномерный шов и появляются уже тогда, когда соединение остывает после варки. Сам шов с такой трещиной будет темным и кривым.

Если вы сваривали элементы, используя температуру до двухсот градусов, появляются трещины холодные. Такие нарушения — это единичные деструкции, которые также возникают уже на остывшем металле.

На месте перелома они светлые, а возникают около шва. С холодными трещинами вы столкнётесь при использовании дугового типа сварки для элементов из плотного металла с большой площадью поперечного разреза.

Горячие околошовные трещины появляются в четырёх разных ситуациях.

  • Во время обработки стали для изготовления машинных деталей. В этом типе стали много серных соединений. Расплавляясь сульфиды образуют в зоне термовлияния плёнку, которая сильно понижает прочность шва. Такие дефекты называют ликвидационными. Они могут возникнуть и при использовании стали с легирующими элементами. Горячие трещины такого типа длинные, не имеют ответвлений.
  • При сварке нержавеющей стали с «вкраплениями» никеля и хрома. Относительное удлинение в этом случае низкое, это и способствует возникновению горячих трещин.
  • Для маленьких деталей (по типу головок цилиндров) характерны кристаллизационные дефекты — горячие микротрещины.

Есть и другие типы горячих трещин, но ситуации, в которых они появляются, бывают редко.

Основные дефекты при сварке, почему они возникают и как их можно исправить.

Основные дефекты при сварке — это:

  • трещины;
  • подрезы;
  • наплывы;
  • пропали;
  • кратеры;
  • свищи;
  • посторонние включения;
  • пористость;
  • перегрев и перерасход металла.

Природа и причины образования грячих трещин

Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твердо-жидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твердом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзеренной деформации (рис. 1).

. Сводная топография горячих трещин при дуговой (а) и лучевой (б) сварке:

Рис. 1. Сводная топография горячих трещин при дуговой (а) и лучевой (б) сварке: 1 – продольные в шве и в зоне сплавления, 2 — поперечные в шве и зоне сплавления; 3 — поперечные по толщине в свариваемом металле и металле предшествующего слоя при многопроходной сварке

Потенциальную склонность к горячим трещинам имеют все конструкционные сплавы при любых видах сварки плавлением, а также при некоторых видах сварки давлением, сопровождающихся нагревом металла до подсолидусных температур.

Природа горячих трещин

Природа горячих трещин адекватна природе высокотемпературной хрупкости неравновесно кристаллизующихся сплавов. Различают три типа высокотемпературной хрупкости (табл. 1) .

Все три типа хрупкости проявляются в определенных температурных интервалах хрупкости: ТИХI, ТИХII, ТИХIII, соотношение между которыми представлено на рис. 2.

Рис. 2. Изменение механических свойств сплавов в процессе кристаллизации шва и последующего охлаждения: Тл и Тс – температуры ликвидус и солидус, σ и δ, ε — прочность, пластичность и деформация металла шва; T’в, T’н, T»’в,T»’н – верхняя и нижняя границы ТИХI – ТИХIII; δII – запас пластичности в ТИХII; tgαкр=Bкр – критический темп деформации в ТИХI, определяющий деформационную способность в этом интервале температур

Модель структуры сварного шва в этих интервалах температур приведена на рис. 3. Факторы, обусловливающие малую пластичность металла с такой структурой, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Типы высокотемпературной хрупкости

Тип и название горячих трещин Механизм зарождения горячих трещин Факторы, обусловливающие границы ТИХ Факторы, определяющие малую пластичность в ТИХ Признаки идентификации горячих трещин
верхнюю нижнюю
Тип 1.

Горячие трещины кристаллизационные и ликвационные

Относительные перемещения кристаллитов при недостаточной циркуляции жидкой фазы в результате заклинивания Образование твердого каркаса в шве Затвердевание

ликватов

Крупнозернистость шва. Высокий уровень ликвации. Малое количество эвтектики. Пленки ликватов на стенках
Тип 2.

Горячие трещины подсолидусные

Читайте также:  Фрезы по дереву для гравера своими руками. Фрезы граверы. Что собой представляют насадки для гравера

Зарождение трещин при межзеренном проскальзывании в местах выхода ростовых дислокаций на границы Затвердевание

ликватов

Диффузия вакансий и примесей на границы зерен Длительное пребывание в ТИХ. Сегрегация примесей. Крупнозернистость. Межзеренное разрушение с окислением стенок
Тип 3.

Горячие трещины дисперсионного твердения

Межзеренное проскальзывание в результате упрочнения объемов зерен Выпадение фаз в объеме зерен Диффузия вакансий к зародышам трещин. Крупнозернистость. Большая скорость твердения Межзеренное разрушение при наличии частиц карбидов, интерметаллидов на стенках

Модель структуры сварного шва и схемы зарождения горячих трещин кристаллизационного (а) и подсолидусного (б, в) типа:

Рис 3 Модель структуры сварного шва и схемы зарождения горячих трещин кристаллизационного (а) и подсолидусного (б, в) типа: а — поворот кристаллитов под действием усадочных напряжений до заклинивания, что ограничивает залечивание расплавом раскрывающихся трещин, б — ростовые дислокации у границ, в – зарождение трещины при межзеренном проскальзывании в месте выхода ростовых дислокаций и в местах залегания карбидов и интерметаллидов

Указанные факторы взаимодействуют на фоне постепенного снижения объема жидкой фазы по мере охлаждения и выделения из нее эвтектик второго и третьего порядка, что постепенно приводит к снижению пластичности у нижней границы ТИХI. Этого явления нет в сплавах, содержащих в конце кристаллизации 5 — 10 % эвтектики определенного состава, кристаллизующейся в последнюю очередь при постоянной температуре, т.е. практически мгновенно. Такие сплавы сохраняют значительную пластичность в ТИХI. Обнаружение и идентификация ТИХII,ТИХIII в полной мере обеспечиваются при испытаниях механических свойств с малой скоростью деформации, что способствует развитию диффузии легирующих и примесных элементов, образующих интерметаллидные, карбидные и карбонитридные фазы.

Причины образования горячих трещин

Наличие температурно-временного интервала хрупкости обусловливает потенциальную склонность сплавов к горячим трещинам, является необходимым условием и первой причиной их образования. Вторая причина горячих трещин высокотемпературные деформации. Они развиваются вследствие затрудненной усадки металла шва и формоизменения свариваемых заготовок, а также при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при после сварочной термообработке, усиленные тепловой, структурной и механической концентрацией деформации. Принято рассматривать две составляющие деформации при сварке: εт – температурная деформация (рис. 4). Она по величине равна деформации металла при его нагреве и охлаждении в свободном состоянии (измеряется на дилятометрах), но противоположна по знаку (способствует растяжению шва); εн — наблюдаемая деформация от формоизменения свариваемых заготовок. Она фиксируется различными методами измерения непосредственно на свариваемых заготовках вдоль, поперек оси шва, по его высоте, т.е. является измеряемой. Эта составляющая деформации может способствовать сжатию ( -εн1) или растяжению шва (+εн2), а также переходу от его растяжения к сжатию по мере снижения температуры (εн2). Величина и знак деформации при сварке определяются алгебраической суммой этих двух составляющих.

Схема развития деформаций и исчерпания пластичности в ТИХ:

Рис 4 Схема развития деформаций и исчерпания пластичности в ТИХ: 1 — при синхронном, 2 — несинхронном развитии термического и деформационного цикла сварки, а — изменение температуры в ТИХ и деформации формоизменения εн1 и εн2, б — нарастание деформаций ε1 и ε2 в ТИХ (ε1,2= εт±εн), в — соотношение между деформациями ε1, ε2 и деформационной способностью металла в ТИХ в фазе охлаждения, К – касательная к П(f(T))

Она достигает наибольшей интенсивности, когда составляющая εн, велика и имеет знак +. В этом случае

ε=εт+ εн

Такая ситуация создается в тех участках шва, где максимум деформаций εн отстает по времени от максимума температуры, т.е. при несинхронном развитии. Она развивается при малой геометрической жесткости заготовок (по ширине, толщине) и усиливается при сварке сплавов с повышенной жаропрочностью и ограниченной теплопроводностью.

В условиях синхронного развития функций Т(t) и ε(t) деформация в ТИХI. минимальна, поскольку ε=εт- εн.

Другой характерной особенностью развития высокотемпературных деформаций является монотонность нарастания в ТИХ, что позволяет за количественный показатель интенсивности принять темп деформации В:

B=∂ε/∂T≈∆ε/ТИХ,

где ∆ε — накопленная в ТИХ относительная деформация.

Например, деформация ∆ε составила 2,4%. Температурный интервал хрупкости 120°. Темп деформации равен

B=2,4%/1,2*102=2*10-2%/°C.

Условие неразрушаемости металла в ТИХ состоит в том, что темп деформации в любой точке шва не должен превышать критический, т.е. не приводить к исчерпанию пластичности металла в ТИХ.

Геометрическая интерпретация критического темпа деформации — тангенс угла αкр между осью температур и касательной к линии изменения пластичности в ТИХI – ТИХII проведенной из точки Вг, (рис. 4, в)

tgαкр=Bкр [%/°C]

Этот угол определяется также приближенно соотношением П/ТИХ, где П — средняя пластичность в ТИХ. Следовательно, Bкр является обобщенным показателем деформационной способности сплавов в ТИХ.

Если B>Bкр , то пластичность исчерпывается. Это является необходимым и достаточным условием для возникновения горячих трещин. Геометрическая интерпретация — пересечение линий ε и П в ТИХ (рис. 2).

Если B

В изотермических условиях послесварочной термообработки исчерпание пластичности швов имеет место в результате ее понижения во времени и развития деформации металла при релаксации сварочных напряжений.

Нарушение формы шва

Нарушение формы

Нарушение формы (500) — отклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометрии соединения от установленного значения

Дефекты формы и размеров сварных швов снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. Причины их возникновения при механизированных способах сварки — колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в подающих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве.

Подрез непрерывный протяженный

Подрез непрерывный протяженный (5011; F) — углубление продольное на наружной поверхности валика сварного шва, образовавшееся при сварке

Подрез перемежающийся локальный

Подрез перемежающийся локальный (5012; F) — углубление продольное отдельными участками на наружной поверхности валика сварного шва

Подрезы приводят к ослаблению сечения основного металла и местной концентрации напряжений под влиянием рабочих нагрузок. При электродуговой сварке подрезы возникают при повышенном токе и напряжении дуги, а при газовой сварке — из-за повышенной мощности сварного пламени.

Подрезы часто образуются при сваривании горизонтальных швов на вертикальной плоскости. При ручной дуговом сварке угловых соединении причиной возникновения подрезов часто является неправильная техника выполнения швов, в частности неправильное положение электрода по отношению к оси шва, особенно при работе в стесненных условиях. Иногда подрезы образуются на внутренних валиках швов, выполненных аргонодуговой сваркой. Причиной их образования могут быть плохая сборка (смешение кромок), неточное ведение электрода по разделке.

Этот дефект обнаруживается визуально и при отклонениях выше установленной нормы подлежит заварке тонким (ниточным) швов электродами малого диаметра.

Усадочная канавка

Усадочная канавка (5013) — подрез со стороны корня одностороннего сварного шва, вызванный усадкой по границе сплавления

При сварке внутреннем валике иногда образуется усадочная канавка, расположенная по оси шва. Устранить ее можно уменьшением объема сварочной ванны. Для этого необходимо уменьшить притупление или изменить режим сварки увеличить ее скорость или уменьшить силу сварочного тока.

Превышение выпуклости стыкового шва

Превышение выпуклости стыкового шва (502) — избыток наплавленного металла на лицевой стороне стыкового шва сверх установленного значения

Превышение выпуклости углового шва

Превышение выпуклости углового шва (503) — избыток наплавленного металла на лицевой стороне углового шва (на всей длине или на участке) сверх установленного значения

В процессе сварки из-за неправильных режимов сварки, а также по ряду других причин (низкая скорость сварки, неудобное пространственное положение, однопроходная сварка в узкую разделку) при формировании шва избыток металла кристаллизуется в центре сварочной ванны в виде выпуклости, превышающей допустимые значения. Чрезмерную выпуклость другими словами называют превышением усиления шва.

Превышение выпуклости удаляют механическим способом — шлифовальным инструментом.

Превышение проплава

Превышение проплава (504) — избыток наплавленного металла на обратной стороне стыкового шва сверх установленного значения

Местное превышение проплава (5041) — местный избыточный проплав сверх установленного значения

Превышение проплава чаще всего возникает из-за плохой подготовки сварочных кромок (неодинаковый зазор в стыке, разной толщины металла по длине шва) и химической неоднородности свариваемого металла.

Неправильный профиль сварного шва

Неправильный профиль сварного шва (505) — угол ? между поверхностью основного металла и плоскостью, касательной к поверхности сварного шва, менее установленного значения

Причины образования неправильного профиля сварного шва тождественны причинам превышения проплава.

Наплав

Наплав (506) (он же наплыв) — избыток наплавленного металла сварного шва, натекший на поверхность основного металла, но не сплавленный с ним

Они могут быть местными — в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Причины образования наплывов — большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправильный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск, плохая очистка свариваемых кромок. При выполнении кольцевых швов наплывы образуются при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться непровары, трещины и др.

Наплывы удаляют механическим способом , проверяя, нет ли в этих местах непровара.

Линейное смещение

Линейное смещение (507) — смещение между двумя свариваемыми элементами, при котором их поверхности располагаются параллельно, но не на требуемом уровне

Угловое смещение

Угловое смещение (508) — смещение между двумя свариваемыми элементами, при котором их поверхности располагаются под углом, отличающимся от требуемого

Натек

Натек (509) — металл сварного шва, осевший вследствие действия силы тяжести и не имеющий сплавления с соединяемой поверхностью.

В зависимости от условий это может быть:

  • 5091 натек при горизонтальном положении сварки
  • 5092 натек в нижнем или потолочном положении сварки
  • 5093 натек в угловом сварном шве
  • 5094 натекание в шве нахлесточного соединения

Чаще всего натеки образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования натеков и методы их устранения одинаковы с наплавами (наплывами).

Прожог

Прожог (510) — вытекание металла сварочной ванны, в результате которого образуется сквозное отверстие в сварном шве

Прожоги чаще всего образуются на тонкостенных соединениях или соединениях с подкладными полосами, кольцами, когда сварку выполняют на повышенном режиме или при увеличенном зазоре между кромками. В местах прожога металл окисляется и становится рыхлым, непрочным, неплотным. По возможности такие участки тщательно зачищают до полного удаления некачественного металла. В недоступных для зачистки местах, где могут появиться прожоги, при сварке первого слоя следует обдувать обратную сторону шва защитным газом. Прожог может образоваться при внезапной остановке подачи защитного газа. При сварке поворотных кольцевых стыков прожоги вызываются неправильным расположением электрода относительно зенита.

Прожоги являются характерным дефектом сварки тонкостенных изделий: обечаек сильфонных компенсаторов, труб гибких металлических шлангов, арматуры с трубами. В процессе сборки этих деталей особенно важно соблюдать требования по точности обработки сопрягаемых поверхностей и качеству сборки. Размеры ванны здесь настолько малы, что малейшее нарушение в обработке или сборке приводит к изменению теплоотвода, а значит, к резкому изменению нагрева. В результате чрезмерного нагрева свариваемых кромок ванна мгновенно разрывается, каждая кромка оплавляется самостоятельно и образуется прожог.

Прожоги исправляют путем их вырубки, зачистки дефектных мест и заваривания.

Неполное заполнение разделки кромок

Неполное заполнение разделки кромок (511) — продольная непрерывная или прерывистая канавка на поверхности сварного шва из-за недостаточности присадочного металла при сварке

Неполное заполнение разделки кромок возникает при неправильно выбранных режимов сварки (силы сварочного тока, скорости сварки), а также при неправильном выборе разделки кромок. Устранить данный дефект можно после зачистки и заварки дефектного места.

Чрезмерная асимметрия углового шва

Чрезмерная асимметрия углового шва (512) — чрезмерное превышение размеров одного катета над другим

Чрезмерная асимметрия углового шва характерна при сварке металлов с различной теплопроводностью и неудобных пространственным положением сварки.

Нижеследующие дефекты в объяснениях не нуждаются т.к. причины возникновения неравномерной ширины шва, неровной поверхности, вогнутость корня шва заключается чаще всего в неправильно подобранных режимах сварки, неудобном положении при сварке, неправильным выбором разделки кромок.

Причины возникновения и методы устранения пор в корне шва идентичны газовым порам, а про дефект возобновление — все понятно из определения.

Неравномерная ширина шва

Неравномерная ширина шва (513) — отклонение ширины от установленного значения вдоль сварного шва

Неровная поверхность

Неровная поверхность (514) — грубая неравномерность формы поверхности усиления шва по длине

Вогнутость корня шва

Вогнутость корня шва (515) — неглубокая канавка со стороны корня одностороннего сварного шва, образовавшаяся вследствие усадки

Пористость в корне сварного шва

Пористость в корне сварного шва (516) — наличие пор в корне сварного шва вследствие возникновения пузырьков во время затвердевания металла

Возобновление

Возобновление (517) — местная неровность поверхности в месте возобновления 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.

Виды горячих трещин при сварке

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.

Предотвращение появления холодных трещин

трещины при сварке

Чтобы избежать холодных трещин важно тщательно прокалить используемый флюс и электродные стержни, а также заранее нагреть все детали до 200-400 градусов.

Желательно предварительно ознакомиться с требованиями по температуре для металла элементов, выбранного типа сварки. Узнайте, какой шов, а также порядок работы подходят в вашем случае.

Обеспечьте медленное остывание обработанной конструкции и ни в коем случае не используйте для этого охладительные элементы. Чтобы снять напряжение с деталей, проведите смягчающий отжиг.

Виды отклонений формы наружной поверхности шва от заданных значений

К нарушениям формы сварочного шва относят следующие дефекты:

  • Подрезы непрерывные — представляют собой непрерывные углубления, расположенные на внешней части валика шва. Если подрезы располагаются со стороны корня одностороннего шва и образуются из-за усадки вдоль границы, их называют усадочными канавками. Подрезы являются широко распространенными поверхностными дефектами, которые возникают из-за слишком высокого напряжения дуги при сварке угловых швов или за неточного ведения электрода. В этом случае одна из кромок проплавляя более глубоко, что приводит к стекания металла на находящийся в горизонтальном положении деталь. Для заполнения канавки металла не хватает. при сварке стыковых швов подрезы образуются редко. При слишком высоких значениях скорости сварки и напряжения дуги, как правило, возникают двусторонние подрезы. Такого же типа дефект получается и при автоматической сварке в случае повышения угла обработки.
  • Превышение выпуклостей стыковой или углового шва является избыток наплавленного металла с лицевой стороны швов сверх положенного значения.
  • Если избыток наплавленного металла сверх установленного значения располагается на обратной стороне стыкового шва, то такой дефект называют превышением проплавить. Разновидность — местный избыточный проплав.
  • Если избыток наплавляемого металла натекает на основной металл, но не сплавляется с ним, то такой дефект называют наплавом.
  • Линейное смещение возникает, если свариваются поверхности расположены параллельно, но не на одном уровне.
  • Угловым называют смещение между двумя поверхностями при их расположении под углом, который отличается от необходимого.
  • Натик образуется из металла сварного шва который оседает под действием силы тяжести. Натик образуется при горизонтальном, потолочном, нижнем положениях сварки, в угловом соединении и шве нахлесточные соединения.
  • При прожогам металл сварочной ванны следует, образуя сквозное отверстие. Причинами прожога могут стать загрязненность поверхности основного металла или электрода.
  • Неполное заполнение разделки кромок возникает из-за недостатка присадочного материала.
  • Если в угловом соединении один катет значительно превышает другой, то возникает дефект чрезмерной асимметрии.
  • Неравномерное ширина сварного шва.
  • Неровная поверхность — это неравномерность формы усиления шва по его длине.
  • Вогнутость корня шва представляет собой неглубокую канавку со стороны корня шва, которая образовалась из-за усадки.
  • Из-за возникновения пузырей в период затвердевания металла образуется пористость в корне шва.
  • Восстановления. Этот дефект является местную неровность поверхности в зоне восстановления сварочного процесса.

Другие дефекты сварных швов

Все дефекты сварных швов и соединений, которые не были перечислены выше, относятся к категории «другие». К ним относятся следующие типы дефектов:

  • Случайная дуга. В результате возникновения случайного горения дуги возникает местное повреждение поверхностного слоя основного металла, который примыкает к области сварного шва.
  • Брызги металла — капли, образовавшиеся от наплавляемого или присадочного металла при сварочного процесса. Они прилипают к поверхности остывшего металла сварного шва или основного металла, расположенного в околошовной области.
  • Вольфрамовые брызги — создаются частицами вольфрама, выброшенного из расплавленного электрода на основной металл или на сварной шов.
  • Поверхностные задиры — это дефекты, которые возникают из-за удаления временно приваренного приспособления.
  • Утонение металла образуется при механической обработке. При этом толщина металла имеет значение, меньше допустимой величины.

Допустимые дефекты сварных соединений — это отклонение, наличие которых не снижает эксплуатационные свойства сварного соединения и их присутствие разрешено нормативной документацией. Все другие дефекты, как правило, исправляются с помощью подварки. Исправлять качество сварки более двух раз не допускается, так как может произойти перегрев или перерасход металла.

К внешним дефектам относятся:
   наплывы;
   подрезы;
   незаваренные кратеры;
   поры, выходящие на поверхность сварного шва;
   пропали;
   внешние трещины и др.
   Наплывы образуются в результате стекания расплавленного металла электрода на нерасплавленный основной металл или ранее выполнен валик без сплава с ним (рис. 4).

Наплывы могут быть местными, в виде отдельных зон, а также значительными по длине.

Наплывы возникают из-за: чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки; увеличенного наклона плоскости, на которую накладывают сварные швы; неправильного ведения электрода или неверного смещения электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом; неудобного пространственного положения (вертикальное, потолочное), а также недостаточный опыт сварщика.

подрезы   представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие по краям шва (рис. 5). Глубина подреза может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Причинами, по которым образуются эти дефекты сварных соединений являются: значительной силы тока и повышенное напряжение дуги; неудобное пространственное положение   при сварке; небрежность сварщика.

Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть причиной разрушения швов в процессе эксплуатации. Подрезы в стыковых и угловых швах , расположенные поперек действующих на них сил, приводят к резкому снижению вибрационного прочности; даже довольно большие подрезы, проходящих вдоль действующей силы, отражаются на прочности в значительно меньшей степени, чем подрезы, расположенные поперек.

  кратер   — углубление, образующееся в случае резкого обрыва дуги в конце сварки (рис. 6). Особенно часто кратеры возникают при выполнении коротких швов. Размеры кратера зависят от величины сварочного тока. при ручной сварки его диаметр колеблется от 3 до 20 мм, при автоматической он имеет удлиненную форму в виде канавки. Незаваренные кратеры снижают прочность сварного соединения, так как концентрируют напряжения. Кроме того, они уменьшают сечение шва и могут появиться очагами образования трещин.

При наличии кратера в сварном шве   снижение прочности соединения при вибрационной нагрузке для изделий из малоуглеродистой стали достигает 25%, а для изделий из низколегированных сталей — 50%.

стремглав   — дефект в виде проплавления или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий (рис. 7). Пропали возникают вследствие недостаточного притупления кромок, большого зазора между ними, завышенного сварочного тока или мощности горелки при невысоких скоростях сварки. Особенно часто пропали наблюдаются в процессе сварки тонкого металла и при выполнении первого прохода многослойного шва. Кроме того, пропали могут иметь место в результате плохого поджатия флюсовой подушки или медной подложки (автоматическая сварка), а также при увеличении продолжительности сварки, малом усилии сжатия и наличии загрязнений на поверхностях свариваемых деталей или электродах (точечная и шовная контактные сварки). Во всех случаях отверстие, возникающее при пропали, хотя и заваривается,

Качество сварных соединений можно обеспечить только постоянным контролем производства, причем контроля должны подлежать все элементы, начиная от самого свариваемого материала, проволоки и электродов, флюса, и заканчивая контролем самого процесса и качества готового изделия.

Свариваемость металлов

Определенные металлы имеют склонность к появлению во время сварки холодных или горячих трещин, поэтому часто говорят о «свариваемости» металлов, рассматривая ее как самостоятельное свойство. На самом деле такого свойства не существует, под этим понятием объединяют ряд характеристик металлов и условий контактной сварки, оказывающих влияние на прочность соединения и вероятность образования трещин. В общем случае, сварить без трещин можно любые металлы, разница заключается лишь в том, что при контактной сварке одних практически никогда не возникает трещин, а для качественно сварки других необходимы специальные условия (предварительный нагрев, определенные способы сварки и пр.).

Кристаллизация

Кристаллизацией называется процесс, состоящий в образовании кристаллов. Это происходит при переходе металла из состояния жидкого в твердое. Именно это и происходит при сварке металлических изделий.

Этот процесс в сварном шве приводит к деформированию металлов и образованию трещин. Какие виды трещин образуются при кристаллизации сварного шва? Горячие, которые имеют второе название кристаллизационные, могут появиться в металлическом шве на последней стадии кристаллизации. При этом температура близка к солидусу, когда происходит исчезновение последних капель жидкого металла.

Причины образования горячих трещин

виды горячих трещин
Виды горячих трещин

Возникновение горячих разрушений обусловлено внешними и внутренними факторами. Основная причина — разделение элементов и окислившихся их частей. Изначально они не входят в состав материала.

Окислы появляются при использовании дополнительных примесей. Элементы, которые сегрегируют, становятся причиной горячих дефектов не только тогда, когда плавятся.

Они образуют тонкую пленку, которая уменьшает прочность на границе. Внутренние причины горячих трещин — отдельные свойства присадочных материалов.

Кроме этого возникновению горячих трещин способствует присутствие жидких прослоек или лишних примесей в металле, который вы свариваете.

Использование элементов из вольфрама, ванадия и титана усложняет сварку и нарушает химические связи внутри конструкции. Проблемы вызывают и нарушения целостности детали при её укорочении.

Если жёстко зафиксировать деталь при работе, она будет остывать неравномерно и может «покрыться» горячими коррозиями.

горячие дефекты
примеры горячих дефектов

Деформации с большей вероятностью появляются, когда металл становится жидким. Когда он в таком состоянии, его атомы массово перемещаются, а вместе с ними в металл переходят и грязевые частички из внешней среды.

А, пока металл остывает, в нём возникает лишнее напряжение. Такое происходит, когда шов «сел» неравномерно. Это основа возникновения именно поперечных горячих разломов.

Чтобы предотвратить эти проблемы нужно «следить» за металлом, пока он находится в расплавленном состоянии и создать условия для его раскисления. Желательно подобрать аналог сере, которая создает плёнки, это может быть, например, марганец.

Если всё-таки вы выбрали серу, следите за тем, чтобы она проходила слева от перитектической точки. Так выделится вещество, которое лучше ее растворит и исключит появления горячей деформации.

Меры предосторожности

горячий дефект сварочного шва

Чтобы во время или по окончании работы не образовывались горячие или холодные трещины, нужно запомнить несколько простых правил и придерживаться их.

Надёжная фиксация элементов при работе обеспечит равномерное распределение температуры в изделии.

Стоит учитывать и толщину стенки металлической детали и подбирать шов по ней: если шов будет слишком маленьким по отношению к детали, скорее всего, появятся проблемы.

Кроме шва подобрать режим сварки (от температуры до направленности электрического поля), угол наклона стержня.

Подготовьте детали и материалы перед работой. Детали нужно обработать термически, а электроды выбирать, учитывая тип сварки, материалом элементов и температурой.

Не стоит покупать дешевые электроды, это может повлиять на аккуратность и равномерность шва. Не допускайте перегрева или превышения силы тока для выбранного типа сварки.

Чтобы не спровоцировать появление горячей деформаций, нужно в первую очередь обратить внимание на инструкции к работе с конкретными сталями или сплавами.

Кроме этого, важно увеличивать или уменьшать ширину шва в соответствии с расширением или сужением сечения изделия. Швы должны быть цельными.

Несплавление и непровар: причины возникновения

Дефекты — несплавление и непровар — это отсутствие соединения основного материала и металла сварного соединения.

Несплавление возникает при высоких скоростях сварочного процесса и силе тока более 15000С. Для предотвращения несплавления необходимо уменьшить скорость сварки, снизить временной разрыв между образованием и заполнением канавки, тщательно очищать сварочную зону от масел и загрязнений. Несплавления могут располагаться:

  1. в корне сварного шва;
  2. на боковой стороне;
  3. между валиками.

Непровар возникает из-за невозможности расплавленного металла достичь корня шва. Причин непровара может быть несколько:

  1. недостаточный сварочный ток;
  2. слишком высокая скорость перемещения электрода;
  3. увеличена длина дуги;
  4. слишком маленький угол скоса кромок;
  5. перекос свариваемых кромок;
  6. недостаточный зазор между кромками;
  7. неправильно выбран — увеличен — диаметр электрода.
  8. попадания шлака в зазоры между кромками;
  9. неадекватный выбор полярности для данного типа электродов.

Непровар — очень опасный и недопустимый сварочный дефект.

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.

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.

Виды твердых включений в сварном шве

Твердые посторонние включения, как металлического, так и неметаллической характера, имеющие в своей конфигурации хотя бы один острый угол, недопустимо дефектами в сварном соединении, поскольку играют роль концентраторов напряжений. Дополнительная опасность этих дефектов заключается в том, что они не видны снаружи. Выявить их можно только методами неразрушающего контроля.

Твердые включения делятся на следующие виды:

  • Шлаковые включения — это шлаки, попавшие в сварочный шов. В зависимости от того, в каких условиях они были образованы, они бывают линейными, разобщенными, другими. Причины их образования — большие скорости сварочного процесса, загрязненные кромки, многослойная сварка, если швы между слоями очищенные некачественно. Форма этих бракованных включений очень разнообразна, поэтому они могут быть гораздо опаснее округлых пор.
  • Флюсы, служащие для защиты металла от окисления, является причиной образования флюсовых включений. Также, как и шлаковые, флюса включения делят на линейные, разобщены и другие.
  • Причинами образования оксидных включений могут быть: недостаточно чистая поверхность основного или присадочного металлов, вытягивания горячего сварочной проволоки из области защиты, неправильная подготовка кромок — слишком сильное их затупления.
  • Частицы посторонних металлов — вольфрама, меди или других образуют металлические включения. Причиной их образования может стать эрозия вольфрамового электрода или случайное попадание металлических частиц снаружи, а также при использовании для поджога медной стружки.
Источники

  • https://prosvarku.info/tehnika-svarki/goryachie-treshchiny-pri-svarke
  • https://vt-metall.ru/articles/275-defekty-mogut-voznikat-pri-svarke-treshchiny-raznovidnosti-prichiny-ikh-obrazovaniya-kontaktnaya-stykovaya-svarka
  • https://nntip.ru/obrabotka/goryachie-treshchiny-pri-svarke.html
  • https://MetalListen.ru/stali/holodnye-treshchiny-pri-svarke.html
  • https://electrod-svel.ru/tehnika-svarki/goryachie-treschiny.html
  • https://PokVorota3.ru/obrabotka-metallov/goryachie-i-holodnye-treshchiny.html
  • https://lux-stahl.ru/raboty/goryachie-treshchiny.html
  • https://osvarka.com/shvy-i-soedineniya/goryachie-i-kholodnye-treschiny-pri-svarke
  • https://svarkaprosto.ru/tehnologii/goryachie-treshhiny-pri-svarke
  • https://ArmRinok.ru/obrabotka/goryachie-treshchiny.html

[свернуть]
Читайте также:  Сварка дисков: ремонт литых автомобильных и кованых дисков, технология сварки и оборудование
Ссылка на основную публикацию