31 група        13.03.2020р.       Урок №45-46

ТЕМА №15.  Дефекти і контроль якості зварювання

Урок№45-46. Дефекти зварних швів, їх характеристика.

                         Причини утворення дефектів, заходи щодо

                         запобігання дефектів.

План

1.    Класифікація зварних дефектів, їх характеристика.

2.    Причини утворення та шляхи усунення дефектів.

3.    Заходи щодо запобігання дефектів
Домашнє завдання : І.В.Гуменюк, О.Ф. Іваськів 
                                   Технологія електродугового зварювання
                                    ст.425-433. Виконати тестові завдання
Для вивчення теми уроків можна використати підручник або наступний матеріал

1.     Класифікація зварних дефектів, їх характеристика.

Дефект — це кожна окрема невідповідність продукції вимогам, установленим нормативною документацією. У зварювальному виробництві прийнято розділяти дефекти підготовки та складан
ня виробів під зварювання й зварювальні дефекти. Останні можуть бути зовнішніми (дефекти форми швів), поверхневими і внутрішніми. Внутрішні — це дефекти нещільності (макроскопічні дефекти), або дефекти структури.

Дефекти підготовки та сладання

 Найхарактернішими дефектами при підготовці та складанні зварних виробів є: неправильний кут зрізу кромок у швах з V-, U-і Х-подібною розробкою; дуже велике чи мале притуплення по довжині кромок, що стикуються; нерівномірний зазор між кромками, неспівпадання площин кромок, які стикуються; розшарування і забруднення на кромках і т. п.

Причинами цих дефектів можуть бути несправності верстатів для виготовлення заготовок і пристосувань для збирання; неякісні вихідні матеріали, помилка в кресленнях, а також низька кваліфікація зварника. Правильність складання контролюють зовнішнім оглядом і вимірюванням за допомогою шаблонів та інструментів.

Зовнішні дефекти

До зовнішніх дефектів відносяться:

1. Підрізи.

2. Напливи.

3. Пропали.

4. Свищі.

5. Кратери.

Підрізи – це  дефекти зварних швів, місце зменшення товщини  основного метала у вигляді канавок, які  розташовані вздовж  зварювального шва.

Причини виникнення:Неправильне ведення електрода  з осі стику,  велика сила зварювального струму  і напруга на дузі.

Виправляються такі дефекти  шляхом підварювання.

Напливи –  це утворення в наслідок  натікання металу шва  на основний метал  але з ним не  сплавлюється.

Причини виникнення:

Недостатня  напруги на дузі,  наявність на кромках  основного металу  товстого шару окалин,  велика кількість присаджувального матеріалу.

Пропали – це  дефекти зварювання, які  проявляються витіканням із зварної ванни  через отвір у шві  з утворенням порожнини.

Кратери – це  дефекти зварних  швів у вигляді заглиблень, які  залишаються в певних місцях дуги.

Свищі –  дефекти у вигляді  порожнин у звичайних  швах, які  виходять на їх поверхні.

Форма та розміри швів залежать від товщини матеріалу, який зварюється. їх задають технічними умовами і вказують на кресленнях. При зварюванні плавленням як правило регламентують: ширину шва l, висоту посилення шва h проплавлення h.

Для таврових і напусткових з'єднань регламентують катет шва k, висоту робочого січення h. Шви можуть мати нерівномірну ширину за довжиною, нерівномірну висоту, напливи, підрізи-сідло-вини, нерівномірну величину катетів у кутових швах і з'єднаннях.

Дефекти форми швів виникають внаслідок відхилення від технології при автоматичному зварюванні (порушення швидкості подачі дроту, швидкості зварювання) та низькій кваліфікації зварника при ручному зварюванні.

Неправильна форма швів, особливо надмірне посилення, різкі переходи від шва до основного металу та інші можуть суттєво знижувати працездатність з'єднань, особливо при динамічних чи вібраційних навантаженнях, а також у крихких матеріалах.

Деякі зовнішні дефекти часто підлягають як поверхневі нещільності швів (особливо характерно для внутрішніх дефектів). До них відносяться підрізи, незаварені кратери, горбистість, пропали, свищі тощо.

Підрізи — дефекти зварного з'єднання, місцеве зменшення товщини основного металу у вигляді канавок, які розташовуються вздовж межі зварного шва. Підрізи відносять до зварних дефектів, які дуже часто зустрічаються при зварюванні кутових швів з високою напругою дуги і у випадку неточного ведення електрода. Одна з кромок проплавляється глибше, метал стікає на горизонтально розташовану деталь і його не вистачає для заповнення канавки.

У стикових швах підрізи утворюються рідше. Часто при підвищеній напрузі дуги і великій швидкості зварювання утворюються двобічні підрізи. Такі підрізи утворюються й у випадку збільшення кута розробки при автоматичному зварюванні.

Однобічні підрізи можуть спричинювати зміщення електрода з осі стику і неправильне ведення електрода, особливо при зварюванні горизонтальних швів на вертикальній площині.

Напливи — дефекти зварного з'єднання, які утворюються при натіканні металу шва на основний метал, але з ним не сплавляється. Напливи можуть утворитися через недостатність напруги дуги, наявності на зварних кромках товстого шару окалини, лишньої кількості присадкового матеріалу. В кільцевих поворотних стикових швах поява напливів викликається неправильним розташуванням електрода відносно зеніту. Напливи можуть мати невелику довжину або бути протяжними.

Пропали — дефекти зварювання, які проявляються витіканням металу зварної ванни через отвір у шві з утворенням у ньому порожнини

Причиною виникнення пропаду може бути велика сила зварювального струму, збільшення зазору між кромками, недостатня товщина підкладної стрічки або її нещільне прилягання. При зварюванні поворотних кільцевих швів появі пропалів сприяє зміщення електрода від зеніту у бік обертання виробу. Це викликає стікання рідкого металу з-під кінця електрода; виникає більш активна пропалююча дія дуги. Дефектні місця повинні бути видалені й заварені заново.

Кратери — дефекти зварних швів у вигляді заглиблень, які залишаються в місцях обриву дуги .

Усадочні крихкості в кратерах часто є причиною утворення тріщин. Тому дефектні місця повинні бути зачищені та заварені. У випадках механізованих видів зварювання застосовують вивідні планки, на яких закінчують шви. Потім планки з кінцями швів і кратерами на них видаляють. В електричних схемах автоматів передбачають такі елементи, які забезпечують можливість автоматичного заварювання кратера.

Свищі — дефекти у вигляді порожнин у зварних швах, які виходять на їх поверхню.

Свищі, як правило, розвиваються з канальних пop. Значна кількість поверхневих дефектів сигналізує також про наявність внутрішніх дефектів.

Внутрішні дефекти

Утворення внутрішніх дефектів при зварюванні пов'язано з Металургійними, термічними та гідродинамічними явищами, які Проходять при формуванні зварного шва.

 До внутрішніх дефектів відносяться тріщини (гарячі й холодні), непровари, пори, шлакові, вольфрамові та оксидні включення.

Тріщини — дефекти зварних швів, макроскопічні й мікроскопічні руйнування, порожнини, які утворилися з дуже малим Початковим розкриттям. Під дією залишкових і робочих напружень тріщини можуть поширюватись з дуже великими швидкостями. Тому викликані ними крихкі руйнування проходять майже миттєво й дуже небезпечні.

Залежно від температури, при якій вони виникають, розрізняють гарячі та холодні тріщини.

Гарячі тріщини — це руйнування металу, який кристалізується і проходить по рідких прошарках під дією напружень розтягу. Ці напруження проявляються внаслідок примусової усадки металу шва і нерівномірного нагрівання ділянок основного металу, який прилягає до нього.

Утворення гарячих тріщин пов'язане із спільною дією двох факторів. По мірі кристалізації скорочується кількість рідкої фази, що призводить до зменшення деформаційної властивості сплаву. Крім того в температурному інтервалі крихкості пластичні властивості сплаву найнижчі.

Кристалізаційні тріщини утворюються, якщо пластична деформація за час перебування металу в температурному інтервалі крихкості пройде в ньому пластичність сплаву. Для гарячих тріщин характерним є мікрокристалізаційний вид руйнування, який розвивається по межах зерен при наявності між ними рідкого прошарку, або ж за рахунок проковзування між зернами, яке проходить при підвищених температурах після закінчення процесу кристалізації. Гарячі тріщини можуть виникнути як в основному, так і в металі зони термічного впливу. Вони бувають поздовжніми, поперечними, поздовжні з поперечними розгалуженнями, можуть виходити на поверхню або залишатися схованими. Можливість утворення гарячих тріщин залежить від хімічного складу металу шва, швидкості наростання та величини напруження розтягу, форми зварювальної ванни й шва, розміру первинних кристалітів. Вона збільшується з підвищенням у металі шва вуглецю, кремнію, нікелю, шкідливих домішок сірки та фосфору. Стійкість зварних швів проти утворення гарячих тріщин підвищують марганець, хром, частково кисень, а також зниження величини і швидкості наростання розтягуючих зусиль. Останнє досягається зменшенням жорсткості вузлів, застосуванням способу зварювання з порошкоподібним присаджувальним матеріалом, використанням спеціальних технологічних прийомів (попередній підігрів тощо). Вплив коефіцієнт форми шва на вірогідність утворення тріщин не однозначне. При значенні коефіцієнта форми шва менше 1,8 і більше 10 опірність виникнення гарячих тріщин знижується навіть при відносно невеликому вмісті вуглецю.

Холодні тріщини найчастіше утворюються в зоні термічного впливу, рідше в металі шва зварних з'єднань середньо- і високолегораних сталей перлітного і мартенситного класів.

Поява холодних тріщин пояснюється дією комплексу причин. Одна з них — це вплив високих внутрішніх напружень. Вони виникають у зв'язку з об'ємним ефектом, який сприяє мартенситному перетворенню, що проходить в умовах зниження пластичності металу. Тому холодні тріщини виникають як при температурах розпаду залишкового аустеніту (120°С і нижче), так і при кімнатній температурі через декілька хвилин, а часом і через більш тривалий термін після закінчення зварювання. Високі внутрішні напруги можуть також розвиватися внаслідок адсорбції розчиненого в металі водню на поверхнях внутрішніх дефектів і накопичення його в мікронещільностях. Вважають також, що холодні тріщини виникають при сповільненому руйнуванні металу під дією напружень, які накопичуються на межах зерен. Ці напруження є перпендикулярними напрямку дії нормальних напружень.

Непровари — це ділянки зварного з'єднання, де відсутнє сплавлення між зварними деталями, наприклад, у корені шва, між основним і наплавленим металом (по кромці), або між суміжними шарами наплавленого металу.

Поверхні непровару покриті тонкими оксидними плівками та іншими забрудненнями. Дуже часто пустоти, утворені непроварами заповнюються шлаком. Закінчення непроварів У металі шва або на межі сплавлення, як правило, мають дуже мале розкриття. Непровари зменшують робочий переріз зварного шва, що Може призвести до зниження працездатності зварного з'єднання

                             2. Причини дефектів:

      а) порушення встановлених розмірів і форми шва – ці дефекти при ручній зварці є результатом низької кваліфікації зварювача, поганої підготовки зварюваних кромок, неправильного вибору зварювального струму, низької якості збірки під зварку;   

  б) тріщини, зовнішні і внутрішні, є небезпечними і неприпустимими дефектами зварних швів. Вони утворюються унаслідок напруг, що виникають в металі від нерівномірного нагріву, охолоджування і усадки. Причина виникнення тріщин – підвищений вміст в сталі шкідливих домішок;
    в) підріз зони (вузькі поглиблення в основному металі уздовж краю зварного шва) утворюються при зварці великим струмом або подовженою дугою, при завищеній потужності пальника, неправильному положенні пальника або електроду;       

       г) кратери, є наслідко недостатньої кваліфікації зварника;
    д) напливи – результат натікання наплавленого металу на непрогріту поверхню основного металу, це може бути результатом низької кваліфікації зварювача, недоброякісних електродів і невідповідності швидкості зварки і зварювального струму обробленню шва;      

      е) пори виникають унаслідок попадання в метал шва газів, що утворилися при зварці. Н – утворюється з вологи, масла і компонентів покриття електродів. N – потрапляє в метал шва з атмосферного повітря при недостатньо якісному захисті металу шва. З – утворюється в процесі зварки стали при вигорянні вуглецю, що міститься в металі. Тому пористість є результатом поганої підготовки зварюваних кромок (забрудненість, іржа, замаслена), застосування електродів з сирим покриттям, вологого флюсу, недоліку розкислювачів, великих швидкостей зварки;
      ж) шлакові включення утворюються при зварці малим зварювальним струмом, при застосуванні недоброякісних електродів, зварювального дроту, флюсу, забруднених кромок. При неправильно вибраному режимі зварки шлаки і оксиди не встигають спливти на поверхню і залишаються в металі шва у вигляді неметалічних включень;   

   з) непровар (місцевий несплав зварюваних кромок основного і наплавленого металу) – слідство низької кваліфікації зварювача, неякісної підготовки зварюваних кромок, зсув електроду до однієї з кромок, швидкого переміщення електроду по шву. 

                           3. Методи усунення дефектів:

       а) неповномірність швів усувається наплавленням додаткового шару металу.(поверхню, що наплавляється, ретельно очищають до металевого блиску);        б) тріщини зовнішні усуваються обробленням і подальшою заваркою, для попередження розповсюдження тріщини по кінцях її свердлять отвори, місце тріщини вирубують і заварюють. Шви з внутрішніми тріщинами вирубують і заварюють наново. За наявності сітки тріщин дефектну ділянку вирізують і натомість зваркою накладають латочку. Існують тріщини двох типів - гарячі і холодні. Стінки гарячих тріщин звичайно сильно окислені, а холодних - блискучі, чисті. Гарячі тріщини мають міжкристалічну будову, у той час, як холодні тріщини, в основному, проходять через тіло кристалів. Гарячі тріщини звичайно розташовані в металі шва і можуть утворитися в процесі кристалізації металу під дією розтягуючих напруг, які виникають у процесі охолодження зварного з'єднання. Холодні тріщини найчастіше виникають в навколошовній зоні і рідше в металі шва. В снвнму вони утворюються при зварюванні виробів із середньо- і високолегованих сталей, інколи – у з'єднаннях з низьколегованих і високолегованих сталей класу.
     в) підрізи заварюють тонкими валиковими швами;  г) напливи усуваються обробкою абразивним інструментом або за допомогою пневматичного зубила;   д) непровар, кратери, пористість і неметалічні включення усувають шляхом вирубки і подальшою заваркою всієї дефектної ділянки.

ТЕСТИ 

до теми 15. Дефекти і контроль якості зварювання

Завдання: обери правильний варіант відповіді

Шкала оцінювання: 1 – 18 питання  - по 0,5 бала

                                         19 питання  - 3 бали

1	Сукупність властивостей продукції, які зумовлюють її здатність задовольняти визначені потреби відповідно до призначення - це	а) характеристика продукції б) якість продукції в) стандарт продукції
2	На якість зварних з’єднань впливають	а) тільки технологічні фактори б) тільки конструкційно- експлуатаційні фактори в) технологічні та конструкційно-експлуатаційні фактори
3	Дефект - це	а) невідповідність зварного з’єднання вимогам стандартів б) порушення технологічного процесу в)збільшення зони термічного впливу
4	Для забезпечення якості зварних конструкцій при їх виготовленні контроль здійснюють	а) тільки до зварювання (попередній) б) тільки в процесі зварювання (поточний) в) до зварювання, в процесі зварювання і після закінчення зварювання
5	За місцем розташування в зварному з’єднанні дефекти поділяють на	а) зовнішні та внутрішні б) виправні та невиправні в) компактні та протяжні
6	Зменшення товщини основного металу в місці переходу до наплавленого - це	а) підріз б) наплив в) невідповідність висоти підсилення шва вимогам креслень
7	Дефект зварного з’єднання, який утворюється при натіканні металу шва на основний метал без сплавлення з ним, - це	а) підріз б) наплив в) кратер
8	Велика сила зварювального струму може  спричинити	а) підріз б) пропал в) наплив
9	В місці обриву дуги при зварюванні може утворитися	а) кратер б) пропал в) підріз
10	Ділянка зварного з’єднання, де відсутнє сплавлення між основним і наплавленим металом - це	а) кратер б) непровар в) наплив
11	При поганому очищенні зварних кромок від іржі, масла та інших забруднень, високій швидкості зварювання в шві можуть утворитися	а) тріщини б) не проварив в) пори
12	Руйнівні методи контролю виконують для	а) оцінки механічних властивостей зварних з’єднань б) виявлення внутрішніх дефектів в) виявлення зовнішніх дефектів
13	Для перевірки якості вихідних матеріалів, дотримання вимог щодо складання під зварювання виконується	а) попередній контроль б) контроль процесу зварювання в) вихідний контроль
14	В процесі зварювання контролюють	а) правильність режиму зварювання б) підготовку та співвісність кромок в) правильність складання  виробу або окремих вузлів
15	Контроль зовнішнім оглядом та обміром здійснюють при виготовленні	а) відповідальних конструкцій б) всіх видів зварних з’єднань в) трубопроводів
16	Підрізи, поверхневі пори та свищі, напливи, пропали, незаварені кратери можна виявити	а) просвічуванням швів б) гідравлічними випробуваннями в) візуальним контролем
17	Як виправити підріз	а) повторно заварити нитковим валиком б) виправити неможливо в) повторно наплавити валик з коливальними рухами електрода
18	Назвіть причини виникнення непровару	а) мала швидкість зварювання, велика сила зварювального струму б) забруднення основного металу, вологі електроди в) велика швидкість зварювання, велика сила зварювального струму
19	Назвіть технологічні фактори, які впливають на якість зварного з’єднання	відповідь сформулюйте самостійно