Диссертация (1024714), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Выявление и устранение дефектов сварных швов являютсятрудоёмкими операциями, которые могут существенно повысить стоимостьсварного изделия. Поэтому снижение вероятности образования дефектов,даже за счёт повышения затрат на технологические операции, как правило,приносит экономические выгоды. Однако разработка мероприятий поуменьшению опасности образования дефектов невозможна без знанияприроды их возникновения.Многолетний опыт производства специальной техники на АО«Уралтрансмаш»,г.Екатеринбург,позволилобобщитьстатистикувозникновения характерных дефектов на изготовляемых в настоящее времякорпусных конструкциях.Статистическиеданныеподефектамприпроизводстве корпусов специальной техники обобщены в табл. 4.Таблица 4.Статистика дефектов при производстве корпусов специальной техникина АО «Уралтрансмаш», г.
ЕкатеринбургХолодные трещиныНедопустимыеГорячие трещиныединичного характераОтклонения формы сварных швов60 %Непровар корня шва10 %Поры в сварных швах10 %Шлаковые включения10%Подрезы и местные несплавления кромок5%Прочие дефекты (наплывы, кратеры и т.д.)5%дефекты1.3.1. Холодные и горячие трещиныХорошоизвестно,чтонакачествосварногосоединенияиз44высокопрочной стали влияют применяемый способ сварки, геометрическиепараметры шва, характер внешних и внутренних дефектов соединений.Повышенное содержание углерода (0,30 – 0,50 % масс.) и легирующихэлементов, характерное для высокопрочных сталей, а также требуемыйуровеньмеханическийсвойствсварныхсоединенийобуславливаетвозникновение при сварке целого ряда проблем. Основная трудностьзаключаются в сложности прогнозирования расчётными методами ипредупреждении причин возникновения холодных трещин в ЗТВ и шве [47,48].Основные разновидности холодных трещин в металле шва и ЗТВпоказаны на рис.
1.11.Рис. 1.11. Разновидности холодных трещин, отличающихся внешнимвидом и местом расположенияв сварном соединении: 1 – продольные взоне термического влияния (а–е – отколы; г–е – корневые; б, г, е – отконцентратора; ж – подваликовые; з – слоистое растрескивание илиламелярные); 2 – поперечные в зоне термического влияния (частокол); 3 –продольные в зоне сплавления (отрыв или отслаивание); 4 – продольные вшве (а – поверхностные, б – корневые, в - внутренние); 5 – поперечные в шве(поверхностные, корневые, внутренние) [48]Пониженная стойкость против образования холодных трещин вуказанных на рис. 1.11 участках сварного соединения вызвана особенностямиструктурныхпревращений,влияниемводорода,механическиминапряжениями в этой зоне при сварке. Минимизацией вероятности45возникновения холодных трещин занималась плеяда замечательных учёных:Б.Е.
Патон, А.М. Макара, Э.Л. Макаров, В.Ф. Мусияченко, Ю.Н. Готальский,А.П. Горячев, В.Г. Гордонный, В.Ф. Грабин, Г.А. Головань, М.А. Гальперин,Н.С. Лычагин, И.В. Новиков, Б.С. Касаткин, Н.Н. Прохоров, Л.М. Лобанов идр.В результате проведённых исследований появления и развития трещинудалось провести классификацию холодных трещин и частоту их появления(рис. 1.12), выдвинуть ряд гипотез их образования, на основании которыхразвить теорию их появления.Рис.
1.12. Виды и частота появления холодных трещинв сварных соединениях легированных сталей [48]Авторы работ [47, 48] разработали целый ряд практических решений итехнологическихрекомендацийпоэффективномупредотвращениювозникновения холодных трещин.Кристаллизационныеилитакназываемые«горячие»трещиныявляются одним из основных видов брака при сварке и литье металлов и имтакже посвящено большое количество научных работ, в том числе А.А.Бочвара, И.И. Новикова, Н.Н.
Рыкалина, Б.Е. Медовара, С.А. Куркина, Н.Н.46Прохорова, Б.Ф. Якушина, И.И. Фрумина, В.В. Подгаецкого, Ю.А.Стеренбогена, К.В. Любавского и многих других. Из работ [34, 49, 50]известно,чтогорячиетрещиныприсварке–этохрупкиемежкристаллические разрушения металла шва и ЗТВ, возникающие впроцессе кристаллизации находящегося в твердо-жидком состоянии металла,или на этапе развития при высоких температурах вязкопластическойдеформации находящегося в твердом состоянии металла. В большинствеслучаев горячиетрещиныхарактерны длясварных соединений извысокопрочных сталей, выполненных аустенитными материалами.На основании проведённых исследований кристаллизационных трещинбыло показано, что эффективным способом предотвращения их появленияявляетсялегированиеметалласварочнойпроволоки,отличноеотлегирования свариваемого (основного) металла [51].
В результате анализа иобобщения данных работ вышеуказанных учёных о причинах появленияхолодных и кристаллизационных (горячих) трещин были разработаныметодики оценки их появления, ряд марок сварочных проволок итехнологические рекомендации по сварке высокопрочных сталей [50].Следованиеэтимрекомендациямпозволилопрактическиполностьюисключить появление таких дефектов корпусных конструкций специальнойтехники как холодные и горячие трещины в производственных условиях.Правильность теории и технологических приёмов по прогнозированиюи предотвращению появления такого рода дефектов в полной мереподтверждаетсяопытнымиданнымипромышленногопроизводствакорпусных конструкций (табл. 4), которые показывают, что подобныедефекты носят исключительный, единичный характер.1.3.2. Неметаллические включения и порыНеметаллические включения и поры, как правило, всегда присутствуютв металле сварных швов.
Их состав, количество, размер, форма и47распределение в металле шва могут оказывать заметное влияние намеханические свойства сварных соединений. Важное значение для анализапричинобразованиянеметаллическихвключенийимелиработы,проведённые А.А. Аловым, Н.М. Новожиловым, К.В. Любавским, В.В.Подгаецким, Г.Д. Никифоровым, И.К. Походней и др. Результаты этихисследований показали, что состав неметаллических включений во многомзависит от применяемых сварочных материалов и способа сварки.Неметаллические включения, находящиеся в металле сварного шва,можно разделить на две группы: 1) включения, которые образуются всварочной ванне в результате физико-химических процессов; 2) включения,которые вносятся в сварочную ванну извне.
Большая часть неметаллическихвключений, образующихся в сварном шве, появляется в результате физикохимических процессов. Вторая группа неметаллических включений можетпроисходить в результате перехода в сварочную ванну оксидов вместе сэлектродным металлом, находящихся на поверхности свариваемых деталей, атакже в результате неполного удаления грязи и шлака с поверхностипредыдущего валика при многопроходной сварке.Геометрическая сложность конструкции, которая не всегда позволяеттщательно производить зачистку деталей передсваркой,такжененадлежащее состояние сварочных материалов (смазка, грязь, ржавчина)могут приводить к появлению неметаллических включений в сварном шве.К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный итеоретический материал по вопросу порообразования.
Так, достоверноустановлено, что в процессе порообразования при сварке сталей основнуюроль выполняют H2, N2, и CO. Некоторые исследования свидетельствуют овлияниинанаходящихсяпроцессвпорообразованиясварочнойванне,неметаллическихпроцессавключений,электромагнитногоперемешивания металла сварочной ванны, вида сварного соединения и т.д.Удалению газовых пузырьков, образующих поры, из сварочной ванныспособствуетснижениевязкостиметалла;уменьшениевеличиныповерхностногонатяжения48металла;повышениеинтенсивностиперемешивания металла сварочной ванны; увеличение ширины сварочнойванны.
При многослойной сварке, когда в предыдущем слое уже находятсяпузырьки как зародыши пор, скорость их роста в основном определяетсявязкостью металла и уменьшается при введении в металл компонентовповышающих его вязкость, а также снижения температуры сварочной ванны.Остальные дефекты как, например, наплывы и кратеры носят немассовый характер, доступны для контроля и достаточно легко устраняются.Они, прежде всего, связаны с нарушением выполнения сварщиком режимовсварки, неточностью манипулирования горелкой, а также необходимостьюделать перерывы для отдыха, т.е. возникают дополнительные места начала иокончания сварки, эти места являются потенциальными очагами появлениядефектов таких как наплывы, кратеры и при ненадлежащей зачистке переддальнейшей сваркой могут приводить к такого рода дефектам.1.3.3.
Дефекты формы шва на корпусных конструкцияхАнализданныхостатистикепоявлениядефектовнаАО«Уралтрансмаш» (табл. 4), свидетельствует о том, что более 60% дефектовэто отклонение от оговоренных в НТД формы сварных швов.Основными дефектами формы шва являются подрезы, непровары,прожоги, несплавления, неравномерность сечения шва и др.Необходимо отметить, что при сварке плавлением качество сварногосоединения во многом зависит от геометрической формы сварного шва.
Вчастности, с ними связаны стойкость металлапротив образованиякристаллизационных трещин, прочностные характеристики и т.д. К тому жеот формы шва во многом зависит доля участия основного металла вформировании сварного шва, расход сварочных материалов, а следовательно,и химический состав металла шва и экономичность процесса.Изучению причин образования характерных нарушений формы шва, в49виде продольного углубления на наружной поверхности шва, в зоне егосплавления с основным металлом посвящен целый ряд работ, например [52,53, 54].
Однако природа их возникновения до сих пор полностью не изучена.Известно только то, что при дуговой сварке формирование швовопределяется сложным комплексом явлений, среди которых ведущее местозанимает соотношение сил действующих при образовании и кристаллизациисварочной ванны. Однако причины возникновения дефектов формированияшвов, в общем, более-менее ясны. Так, подрезы образуются чаще всего наугловых швах. Однако они могут образовываться и при сварке на высокихскоростях стыковых швов. Кроме того, еще одной причиной образованияподрезов может быть смещение электрода относительно оси разделки, либоповышенное напряжение на дуге. Связано это с тем обстоятельством, чтосварщик физически не может в течение длительного времени удерживатьсварочную горелку строго по оси разделки и поддерживать постояннымвылет электрода (напряжение) т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
