Дефекты зварних і паяных соединений

Більшість металевих конструкцій складається з з'єднаних між собою окремих елементів. Сполуки може бути рухливими і нерухомими, разъемными і неразъемными.

Неразъемные сполуки металевих елементів у сучасних умовах здійснюються з допомогою зварювання, пайки, клепки і склеивания.

Найбільш досконалими видами сполук металевих елементів є зварні і паяные. У таких випадках між соединяемыми елементами виникає металева форма связи.

Зварювання і пайка є дуже древніми процесами. Проте у кінці XVIII століття почалося швидке розвиток зварювання, що з інтенсивним розвитком промисловості. Слід зазначити, що розробка й практичне застосування основних сучасних методів зварювання було здійснено часи чудовими російськими інженерами.

М. М. Бенардсоном і М. Р. Славяновым.

Інтенсивна розробка методів пайки почалася пізніше -.

наприкінці у першій половині ХІХ століття. Саме тоді виникла гостра потреба з'єднувати елементи конструкцій з різнорідних і трудносвариваемых металів і сплавов.

Процеси зварювання і пайки доцільно розглядати із трьох основних точок зору: конструктивної, технологічної та за своєю природою самих процессов.

З конструктивної погляду зварювання і пайка є процеси створення неразъемных сполук металевих деталей. Зварні і паяные сполуки необхідно розглядати, як елементи конструкцій.

Із технологічного погляду зварювання і пайка є найважливішими операціями процесу складання металевих деталей в вузли й цілі конструкції.

За природою процесів зварювання і пайка є складним металургійними, різноманітними формою процесами.

Основні методи сварки.

Існуючі нині засоби зварювання можна підрозділити на дві основні групи (станом соединяемых крайок у процесі зварювання). До першої групи ставляться способи, у яких метали зварюються в твердому стані при спільної пластичної деформації, часто разом з додатковим нагріванням (засоби зварювання тиском). До другої групи ставляться способи, у яких метали разом сполуки розплавляються (засоби зварювання плавленням).

При зварюванні методами першої групи метали спільно стискуються і деформуються. Залежно від температури металу у місці зварювання ці методи поділяються втричі підгрупи. У першому випадку зварювання проводиться без підігріву металів (зварювання глибокої деформацією, зварювання зрушенням). Цими методами зварюються лише високо пластичні метали. У другий випадок метали підігрівають у процесі зварювання до температур, близьких до температурі порога рекристалізації (зварювання ультразвуковими коливаннями).

Найбільше значення мають методи третьої підгрупи. Метали у разі нагріваються до температур, що перевищують температуру порога рекристалізації. Як джерела тепла використовуються горн (ковальська зварювання), електричний струм (контактна стыковая і шовно-стыковая зварювання), газове полум’я (газопрессовая зварювання) та інших.

При зварюванні методами другої групи між соединяемыми деталями потужним джерелом теплоти створюється ванночка розплавленого металу. Вона утворюється переважно з допомогою оплавлення крайок свариваемых деталей. Після відходу джерела тепла в ванночці твердне (кристалізується) й утворюється зварне з'єднання. Як джерела тепла використовується електрична дуга, електричний струм, потік електронів, газове полум’я та інших.

На Схемою 1. приведено класифікація основних методів зварювання станом металів у процесі зварювання.

Основні методи пайки.

Пайка є технологічний процес, у якому з'єднання деталей відбувається внаслідок розплавлювання припоя без розплавлювання металу соединяемых деталей.

У освіті паяного сполуки велике значення мають процеси розчинення і дифузії, і навіть освіту хімічних сполук між основним металом і припоем. Припой повинен добре змочувати основний метал. Зазвичай припой є сплави різних кольорових металів. Температура плавлення його має бути нижчою, ніж температура плавлення основного металу.

Між зварюванням з розплавленням металів і пайки багато спільного, проте, істотно відрізняється технології процессов.

Якщо за зварюванні крайки соединяемых деталей розплавляються і метал, утворюючий шов, аналогічний, зазвичай, свариваемому, то, при пайку крайки деталей нагріваються до температури нижче від температури плавлення паяемого металу. Поєднання їх виробляється расплавляемым спеціальним металом — припоем, у яких нижчу температуру плавлення.

Залежно температури плавлення припоя методи пайки можна підрозділити на дві основні группы.

До першої групи ставляться методи пайки, у яких використовуються припои з температурою плавлення значно нижчі від температури плавлення паяемого металу. Наприклад, при пайку низьковуглецевої сталі () припоем з урахуванням сплаву олова і свинцю () різниця у температурах їх плавлення перевищує З.

До другої групи ставляться методи пайки, у яких використовуються припои з температурою плавлення, близька до температурі плавлення паяемого металу. Як приклад можна навести пайку міді () латунню Л-62 ().

Згідно з умовами нагріву методи пайки поділяються на дві групи. При пайку методами першої групи деталі підігріваються в тому місці, куди безпосередньо вводиться припой, де їх з'єднуються. Нагрівання носить місцевий характер. Як джерела тепла зазвичай використовуються паяльники, газове полум’я, струми високої частоти та інших. При пайку методами другої групи паяемые деталі нагріваються повністю. Як джерела тепла використовуються різноманітні печі і ванни, заповнені розплавленими припоями, флюсами, солями.

На Схемою 2. приведено класифікація основних методів пайки з урахуванням умов нагріву паяемых деталей.

Дефекти зварних соединений.

Надійність експлуатації зварних сполук залежить від своїх відповідності нормативної документації, яка регламентує конструктивні розміри і форму готових зварних швів, міцність, пластичність, коррозионную стійкість й властивості зварних сполук. Усі які типи дефектів зварних сполук можна підрозділити чотирма групи: розміщенням, формі, розмірам і количеству.

По розташуванню розрізняють дефекти зовнішні, внутрішні і наскрізні. За формою компактні і довгі, плоскі і об'ємні, гострі (з надрізом) і округлі (без надрізи). За розмірами — дрібні, середні і великі. За кількістю — одиничні й групові (ланцюжка, скупчення).

До зовнішнім дефектів ставляться порушення форми, ж розмірів та зовнішнього вигляду швів: нерівномірна ширина шва з його довжині, нерівномірна висота шва, нерівномірні катеты кутових швів, підрізи, напливи, прожоги, не заварені кратери, свищі.

Освіта внутрішніх дефектів під час зварювання пов’язані з металургійними, термическими і гідродинамічними явищами, що відбуваються для формування зварного шва.

До внутрішнім дефектів ставляться тріщини (гарячі і холодні), непровары, пори, шлакові вольфрамовые і окисные включення.

При зварюванні давлением.

Непровар — це ділянку зварного сполуки, де відсутня сплавлення між свариваемыми деталями, наприклад, від початку шва, між основним і наплавленным металом (по крайці) чи торгівлі між суміжними верствами наплавленного металу. Непровары зменшують робоче перетин зварного шва, що може спричинити до їх зниження працездатності зварного сполуки. Будучи концентраторами напруг, непровары можуть викликати поява тріщин, зменшити коррозионную стійкість зварного сполуки, призвести до коррозионному растрескиванию. Непровар є дуже небезпечним дефектом зварювання.

Мал.1. Непровары.

а — від початку одностороннього стикового шва;

б — по крайці між основним і наплавленным металлом;

в — від початку двостороннього шва;

р — між слоями.

Причина непровара:

1) Мала величина зварювального тока;

2) Велика швидкість переміщення электрода;

3) Занадто велика довжина дуги;

4) Малий кут скоса крайок чи велика величина притупления;

5) Зміщення і перекоси свариваемых кромок;

6) Мала величина зазору між кромками;

7) Невідповідно великий діаметр электрода;

8) Затікання шлаку в зазори між свариваемыми кромками;

9) Неправильний вибір полярності для даної марки электродов.

Непровар є дуже небезпечним дефектом зварювання.

Пористість — газові бульбашки в металі. Зазвичай вони теж мають сферичну чи близьку до неї форму. У зварних швах вуглецевих сталей пори найчастіше мають трубчасту форму. Спочатку, виникнувши в рідкому металі шва з допомогою інтенсивного газообразования, в повному обсязі бульбашки газу встигають підвестися на поверхню й вийшла у атмосферу. Частина залишається в металі шва. Розміри таких пір коливаються від мікроскопічних, до 2…3 мм в діаметрі, і завдяки дифузії газів можуть рости. Крім одиночних пір, викликаних дією випадкових чинників, в зварних швах можуть з’являтися пори, рівномірно роздільного з усього перерізу шва, які працюють у вигляді ланцюжків чи окремих скоплений.

Рис. 2. Поры.

Причини пористости:

1) Наявність газів у металі, які встигають повністю виділитися у процесі кристалізації металла;

2) Взаємодія закису заліза з вуглецем, у результаті виділяється окис вуглецю і вуглекислий газ;

3) Наявність вологи в покритті чи у флюсі (при автоматичної сварке);

4) Наявність іржі на свариваемых крайках чи проволоке.

Тріщини — дефекти зварних швів, які становлять макроскопічні і макроскопічні межкристаллические руйнації, що утворюють порожнини з дуже малим початковим розкриттям. Під впливом залишкових і тимчасових робочих напруг тріщини можуть з високими швидкостями. Тому викликані ними тендітні руйнації відбуваються майже миттєво та дуже опасны.

Рис. 3. Поздовжня гаряча трещина.

Рис. 4. Холодні тріщини в.

околошовной зоне.

Причини трещин:

1) Усадочные напруги, перевищують межа міцності металла;

2) Жорстке закріплення свариваемых элементов;

3) Структурні напруги, наприклад, освіту мартенсита;

4) Підвищений вміст вуглецю, сірки і фосфору в металле;

5) Зварювання при низькою температуре;

6) Дефекти шва (пори, шлакові включення тощо.), викликають місцеву концентрацію напруг у металі шва;

7) Зосередження кількох швів у невеликому ділянці вироби, що викликає підвищені місцеві напруги (концентрація напряжений).

Шлакові включення — це порожнини в металі зварного шва, заповнені шлаками, не устигаючими спливти на поверхню шва. Шлакові включення утворюються на великих швидкостях зварювання, при сильному забрудненні крайок і за багатошарової зварюванні у разі поганий очищення від шлаку поверхні швів між верствами. Форма шлакових включень може бути зовсім різноманітної, унаслідок чого є небезпечнішими дефектами, ніж округлі поры.

Див. Мал.5. Шлакові включения.

Причини шлакових включений:

1) Тугоплавкость підвищена в’язкість шлаків электродных покрытий;

2) Високий питому вагу шлака;

3) Недостатня розкислення металу шва;

4) Велике поверхове натяг шлака;

5) Погана очищення поверхні валиків від шлаку при багатошарової сварке;

6) Затікання шлаку в зазори між свариваемыми крайками й у місці подрезов;

7) Нерівномірність плавлення електродного покрытия.

Плавлення — окислювання на межі зерен.

Причини пережога:

1) Уповільнене рух джерел нагрева;

2) Велика сила струму (великий номер наконечника горелки).

Прожог — дефект зварювання, що полягає в вытекании металу зварювальної ванни через отвір в швачко із заснуванням у ньому порожнини.

Див. Мал.6. Прожог.

Причини прожога:

1) Надмірна сила тока;

2) Занадто повільне переміщення джерела нагрева;

3) Мала товщина металла;

4) Великий зазор між свариваемыми кромками;

5) Мала величина притуплення кромок.

Подрез — дефекти зварного сполуки, які становлять місцеві зменшення товщини основного металу у вигляді канавок, розміщених уздовж кордонів зварного шва. Підрізи ставляться до яке найчастіше зустрічається зовнішнім дефектів, що утворюються, зазвичай, під час зварювання кутових швів з зайве високим напругою дуги у разі неточного ведення електрода. Один із крайок проплавляется глибше, метал стікає на горизонтально розташовану деталь та її бракує заповнення канавки. У стикових швах підрізи утворюються рідше. Зазвичай при підвищеному напрузі дуги і великий швидкості зварювання утворюються двосторонні підрізи. Такі самі підрізи утворюються у разі збільшення кута розбирання при автоматичної сварке.

Див. Мал.7. Подрез.

Причини подреза:

1) Велика сила тока;

2) Неправильне становище електрода і напрям дуги.

При точкової сварке.

Непровар — відсутність чи дрібний діаметр литого ядра.

Причины:

1) Падіння напруги в сети;

2) Введення в контур машини великих магнітних масс;

3) Шунтування струму через сусідні точки чи випадкові контакты;

4) Великий діаметр контакту электрода;

5) Велике давление;

6) Збільшення товщини свариваемых деталей;

7) Зменшення часу сварки.

Виплеск металу.

Причины:

1) Погана очищення деталей чи электродов;

2) Мале давление;

3) Велика сила тока;

4) Велике час сварки.

Прожог.

Причины:

1) Значне забруднення поверхности;

2) Забруднення поверхні электродов;

3) Зниження давления.

Тріщини.

Причины:

1) Жорсткий режим сварки;

2) Невільний деформування деталей в приспособлении;

3) Мале ковочное давление.

Раковини і пористість.

Причины:

1) Мале давление;

2) Забруднення поверхні металла;

3) Виплеск при перегрів ядра.

Вм’ятини більш 10−20% товщини аркуша.

Причины:

1) Недостатні діаметри контактної поверхні электрода;

2) Перегрів точки;

3) Значний виплеск металла;

4) Погане охолодження электродов.

При роликовой сварке.

Негерметичность шва викликається тими самими причин, що й за непроваре точкової зварюванням.

Подплавление.

Причина — погана очищення деталей і роликов.

Прожог.

Причины:

1) Погана очищення деталей і забруднення роликов;

2) Великі зазори між деталями;

3) Зниження давления.

При стикового сварке.

Зміщення свариваемых деталей.

Непровар.

Перегрів і пережог.

Подгар поверхні деталей в зажимах.

Черезмерно дуже багато выдавленного металла.

Трещины.

Залишки в швачко литого металу, шлаків, окислов.

Допустимі і неприпустимі дефекты.

При зварюванні плавленням дефекти зазвичай виправляють подваркой дефектного місця. Перед подваркой дефектне місце має бути разделано те щоб можна було зручно виконувати зварювання. Одне і те місце виправляти зварюванням більше ніж двічі звичайно дозволяється щоб уникнути отримання перегріву чи пережога металла.

При точкової зварюванні виправлення дефектів виробляється постановкою нової точки. У окремих випадках, наприклад, у разі прожога в дефектному місці ставлять заклепки.

Характер і кількість дефектів, що допускаються без виправлення, мають бути вказані в технічних умовах на зварювання чи вузол.

Контроль.

Залежно від характеру на матеріал зразка чи вироби все різноманітні методи контролю за якістю зварних сполук можна розділити на дві основні групи: методи контролю без руйнації зразків чи виробів — неразрушающий контроль й ефективні методи контролю з руйнацією зразків чи виробничих стиків — руйнуючий контроль. Група методів контролю, об'єднана загальними фізичними характеристиками, становить вид контролю. Усі види неруйнуючого контролю класифікуються за такими п’яти основним ознаками: характером фізичних полів чи випромінювань, котрі взаємодіють із контрольованим об'єктом; характером взаємодії фізичних полів чи речовин з контрольованим об'єктом; по первинним інформативним параметрами, аналізованих методів контролю; зі способів індикації первинної інформації; зі способів уявлення остаточного. Усі методи неруйнуючого контролю поділяються відповідно до стандарту, на наступні 10 типів: акустичний, капиллярный, магнітний, оптичний, радіаційний, радиоволновый, теплової, течеисканием, електричний, електромагнітний (вихрових струмів). Найбільшого застосування практично знайшли методи п’яти їх — акустичного, капілярного, магнітного, радіаційного і течеисканием.

До неразрушающим видам контролю слід вважати і контроль зовнішнім оглядом і обміром, який має важливе значення щоб одержати якісних зварних конструкций.

Заключение

.

Якість зварних сполук залежить від якості вихідних основних та зварювальних матеріалів, якість складання під зварювання, дотримання технологій зварювання й інших чинників. Виникнення недоліків у значною мірою пов’язано лише з технічними, але й організаційними причинами. Звідси випливає, що специалисты-технологи зварювального виробництва мають знати і як дефекти зварних сполук, властиві різним способам зварювання, методи лікування й обладнання їх виявлення, а й володіти питаннями організації управління зварювання.

Список використаної литературы.

1) А. А. Алов — «Основи теорії процесів зварювання і пайки», — М.: «Машинобудування» — 1964 р., 268стр.

2) І. Гривняк — «Свариваемость сталей», — М.: «Машинобудування» — 1984 г., 216стр.

3) Б. М. Бадьянов, В. А. Давидов — «Зварювальні процеси в електронної техніці», — М.: «Вищу школу» — 1988 р., 189стр.

4) С. Б. Моцохин — «Контроль якості сполук і конструкцій», — М.: «Стройиздат» — 1985 р., 229стр.

5) Л. А. Мордвинцев — «Технологія зварювання і пайки», — М.: «Держвидав. Оборонної Промисловості» — 1957 г., 150стр.