Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет

• Название: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет
• Дата: 29.04.2023
• Размер: 7.53 Mb.
• Имя файла: mk. kurs lektsii +.doc
• Тип: Курс лекций; #1097232
• страница: 35 из 44

Особенно жесткие требования предъявляются к качеству швов конструкций, работающих в условиях переменных или динамических нагрузок, а также при низких температурах. Швы таких конструкций не должны иметь наружных и внутренних дефектов в виде пор, непроваров и подрезов. Поверхность шва должна быть гладкой, без наплывов и резких переходов. Такие же требования предъявляются к швам конструкций, изготовленных из низколегированных сталей.

Причины возникновения основных дефектов в сварных соединения приведены в табл. 10.7.
Таблица 10.7

Дефекты в сварных соединениях и причины их возникновения

Эскиз по табл. 10.6	Дефект	Причина возникновения дефекта
1	2	3
	Наружные дефекты
15, 16	Подрезы представляют собой местные уменьшения толщины основного металла в виде узких канавок, образующихся в основном металле вдоль границы сварного шва. Подрезы относятся к наиболее часто встречающимся наружным дефектам	Образуются при завышенном сварочном токе и удлиненной дуге, так как в этом случае увеличивается ширина шва и сильнее сплавляются кромки. При сварке угловыми швами подрезы возникают в основном из-за смещения электрода в сторону вертикальной стенки, что вызывает значительный разогрев, плавление и стекание ее металла на горизонтальную полку. В результате на вертикальной стенке появляются подрезы, а на горизонтальной полке – наплывы. В стыковых швах подрезы образуются реже и обычно бывают двусторонние. Односторонние подрезы могут быть вызваны смещением электрода с оси стыка и неправильным ведением электрода, особенно при сварке горизонтальных стыковых швов на вертикальной плоскости. Подрезы приводят не только к ослаблению сечения основного металла, но являются концентраторами напряжения и могут быть причиной разрушений сварного соединения. Поэтому производят их устранение путем подварки; участки швов с дефектами плюс 15 мм с каждой стороны удаляют, заваривают вновь тонким валиковым швом и зачищают

^{Продолжение табл. 10.}7

1	2	3
13	Прожоги – проплавление и вытекание основного или наплавленного металла через отверстие в шве с возможным образованием сквозной полости	Возникают вследствие недостаточного притупления кромок, большого зазора между ними, завышенного сварочного тока при невысоких скоростях сварки. Особенно часто прожоги наблюдаются в процессе сварки тонкого металла и при выполнении первого прохода многослойного шва. Дефектные места должны быть удалены и заварены заново
6, 7	Наплывы образуются в результате натекания метала шва на основной металл, с ним не сплавляясь. Чаще всего наплывы получаются при сварке горизонтальными швами вертикальных поверхностей. Они могут быть местными, в виде отдельных застывших капель, или же иметь значительную протяженность вдоль шва	Наплывы могут образовываться из-за недостаточного напряжения дуги, большой величины сварочного тока и длинной дуги, неправильного положения электродов, наличия на свариваемых кромках толстого слоя окалины, излишнего количества присадочного металла, не умещающегося в разделке или зазоре. В местах наплывов часто выявляются непровары, трещины и другие дефекты
14	Кратеры – углубления в сварных швах, остающиеся в местах обрыва дуги	Кратеры уменьшают рабочее сечение шва, снижают его прочность и коррозионную стойкость. В кратерах появляются усадочные рыхлости, часто служащие очагами образования трещин. Поэтому дефектные места должны быть зачищены и заварены. В случаях механизированных видов сварки применяют выводные планки, на которых заканчивают швы. Затем планки с концами швов и имеющимися кратерами удаляют

^{Продолжение табл. 10.}7

1	2	3
4, 5, 8, 9, 10, 11	Дефекты формы и размеров шва: неполномерность шва, неравномерная его ширина и высота, чрезмерное усиление, прерывистость, смещение кромок в стыковом шве, крупная чешуйчатость, бугристость	Указанные дефекты являются следствием невнимательности или неумения сварщика, плохой подготовки кромок, колебания напряжения в сети, плохого качества сварочных материалов, неисправности сварочного оборудования при автоматической сварке. Неправильная форма шва, в частности, чрезмерное усиление, резкие переходы от шва к основному металлу, бугристость и т.п. могут существенно снижать работоспособность соединений, особенно при динамических вибрационных нагрузках, а также в хрупких материалах
	Внутренние дефекты
17, 18, 19, 20, 21, 22	Непровары представляют собой несплошности значительной величины (раскрытия) на границах между основным и наплавленным металлом или незаполненные металлом полости в сечении шва. Встречаются непровары в корне шва, по сечению, между основным и наплавленным металлом (по кромке) или между смежными слоями наплавленного металла при многослойной сварке	Причинами непроваров являются: малый зазор в стыке, излишнее притупление и малый угол скоса кромок, недостаточная сила тока, большая скорость сварки, смещение электрода в стороны от оси шва, особенно при сварке двусторонних швов, плохая очистка шлака перед наложением последующих слоев, загрязнение кромок, низкая квалификация сварщика. При автоматической сварке под флюсом непровары образуются в начале процесса, когда основной металл еще недостаточно прогрет, и при вынужденных остановках процесса сварки. Непровары являются очень опасным дефектом, так как уменьшают рабочее сечение шва, снижают прочность шва, создают концентрацию напряжений в шве, могут вызвать появление трещин, уменьшить коррозионную стойкость сварного соединения.

^{Продолжение табл. 10.}7

1	2	3
		Чтобы сечение в месте соединения не было ослаблено, шов должен быть полным и качественным, без непроваров, с полной заваркой концов (шов в начале и конце выводится на выводные планки). В случае односторонней сварки стыковым швом при наличии непровара в корне шва поток силовых линий, проходящих внутри листа, неравномерен и создает дополнительный изгибающий момент и опасную концентрацию напряжений. Для устранения этого после тщательной вырубки грата (шлаковин) в корне шва необходимо производить подварку корня или выполнять сварку на подкладке. В случае превышения допустимой величины любого непровара место дефекта зачищается, непровар заваривается
	Несплавления (слипания) представляют собой несплошности малого раскрытия на свариваемых поверхностях или кромках материала	Несплавления – очень опасные дефекты, плохо выявляемые современными средствами дефектоскопии. Наибольшее распространение этот дефект имеет при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов, а также при контактной стыковой сварке
23, 24, 25, 26, 27, 28	Поры – это полости в металле шва, заполненные газами. Обычно они имеют сферическую или близкую к ней форму. Кроме одиночных пор, вызванных действием случайных факторов, в сварных швах могут появляться поры, равномерно рас-	Поры образуются в сварочных швах вследствие быстрого затвердевания газонасыщенного расплавленного металла, при котором выделяющиеся газы (водород, азот, окись углерода) не успевают выйти в атмосферу. Появлению пор способствуют плохая очистка свариваемых кромок и поверхности сварочной проволоки от ржавчины, масел, краски; повышенная скорость сварки, нарушающая газовую защиту ванны

^{Продолжение табл. 10.}7

1	2	3
	пределенные по всему сечению шва, расположенные в виде цепочек или отдельных скоплений	жидкого металла; влажность электродных покрытий и флюсов; вредные примеси в защитных газах; неправильно выбранная марка сварочной проволоки с повышенным содержанием углерода, особенно при сварке в среде углекислого газа; сварка при плохой погоде. Поры нарушают плотность и прочность шва, поэтому необходимо удалить дефектный участок, сварить новый шов
23, 24, 25, 26, 27, 28	Шлаковые включения – это полости в металле сварного шва, заполненные шлаками, не успевшими всплыть на поверхность шва. Форма шлаковых включений может быть самой разнообразной (от сферической до игольчатой), вследствие чего они являются более опасными дефектами, чем округлые поры. Размеры шлаковых включений колеблются от микроскопических до нескольких миллиметров в поперечном сечении и десятков и более миллиметров по протяженности. Они могут быть расположены в корне шва, между отдельными слоями, а также внутри наплавленного металла	Шлаковые включения образуются при завышенных скоростях сварки, небрежной очистке кромок деталей и сварочной проволоки от окалины, ржавчины и грязи, при многослойной сварке в случае плохой очистки от шлака поверхности предыдущих слоев. Кроме того, они возникают при сварке длинной дугой, неправильном наклоне электрода, недостаточной величине сварочного тока. Шлаковые включения ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и являются зонами концентрации напряжений, поэтому необходимо удалить дефектный участок, сварить новый шов. Небольшие округлые включения обычно не опасны

^{Продолжение табл. 10.}7

1	2	3
1, 2, 3	Трещины представляют собой макроскопические и микроскопические межкристаллические разрушения, образующие полости с очень малым начальным раскрытием. В зависимости от температуры образования трещины разделяют на горячие и холодные. Горячие трещины – один из наиболее опасных дефектов сварных соединений. Горячие трещины обычно расположены в металле шва, но могут возникать и в металле зоны термического влияния. Они могут быть продольными, поперечными, продольные с поперечными ответвлениями, могут выходить на поверхность	Причиной возникновения трещин в горячем металле, не успевшем еще приобрести прочность, могут явиться усадочные усилия, вызванные остыванием металла (несвободная усадка металла шва и примыкающих к нему неравномерно нагретых участков основного металла). Горячие трещины, возникающие под действием растягивающих напряжений в процессе кристаллизации металла шва, обычно располагаются внутри шва и их трудно выявить. Под действием остаточных и рабочих напряжений трещины могут распространяться с высокими скоростями. Поэтому вызванные ими хрупкие разрушения происходят почти мгновенно и очень опасны. К образованию горячих трещин весьма склонны кипящие стали, имеющие внутренние концентраторы напряжений в виде газовых и шлаковых включений. Трещины – недопустимый дефект в сварных соединениях, поэтому их необходимо у концов засверлить, затем удалить (вырубить) дефектный участок, сварить новый шов
	Холодные трещины возникают в околошовной зоне, располагаясь чаще всего параллельно шву, и реже в металле шва. По внешнему отличительному признаку стенки горячих трещин обычно сильно окисле-	В зоне термического влияния при ее усиленном охлаждении возможно образование закалочных структур, имеющих сильно пониженную вязкость и пластичность. В этом случае растягивающие сварочные напряжения, возникающие при охлаждении соединения, могут разрывать хрупкий металл и образовывать трещины, называемые «холодными».

^{Окончание табл. 10.}7

1	2	3
	ны, у холодных трещин стенки блестящие, чистые	Повышенное содержание углерода (более 0,2%), применение кипящей стали и большая толщина свариваемых изделий способствуют появлению холодных трещин
	Сквозные дефекты
29	Свищи – дефекты в виде полостей в сварных швах, зарождающиеся в корне шва и выходящие на его поверхность. Свищи, как правило, развиваются из канальных пор	Оставшиеся поры в металле шва за счет диффузии газов (в первую очередь водорода) могут расти и образовывать раковины (полости неправильной формы и больших, чем поры, размеров) и свищи

10.1.11. Контроль качества сварных швов и соединений

Проверку качества сварных швов и соединений в строительных металлических конструкциях проводят в соответствии с требованиями строительных норм и правил [10]. Методы контроля, применяемые при сварке: визуальный (внешний осмотр и обмер); металлографический и химический анализ; механические испытания сварных соединений; физические способы (без разрушения).

Внешнему осмотру подвергаются все типы сварных соединений при всех способах сварки, в результате выявляются следующие дефекты:

– излом и неперпендикулярность осей соединяемых элементов;

– отступления по размерам и форме швов от требований стандартов, технических условий и т.п.;

– смещение кромок соединяемых элементов;

– поверхностные трещины всех видов и направлений;

– наплывы, подрезы, прожоги, незаваренные кратеры, непровары, пористость, свищи, усадочные раковины, шлаковые и неметаллические включения, выходящие на поверхность.

Осмотр сварных швов производится по всей их протяженности с двух сторон невооруженным глазом при хорошем освещении, в отдельных случаях применяют лупу с десятикратным увеличением. Перед осмотром сварной шов и прилегающий к нему металл очищают от шлака и брызг.

Контроль размеров сварного шва и определение величины выявленных дефектов производится измерительным инструментом или специальными шаблонами.

По внешнему виду сварные швы должны удовлетворять следующим требованиям:

– иметь гладкую или мелкочешуйчатую поверхность (без наплывов, сужений, прожогов и перерывов) и плавный переход к основному металлу;

– наплавленный металл должен быть плотным по всей длине шва, не иметь трещин, скоплений и цепочек поверхностных пор (отдельно расположенные поры допускаются);

– подрезы основного металла, если в проекте нет дополнительных требований, допускают глубиной не более 0,5 мм при толщине свариваемого металла 4…10 мм и не более 1 мм при толщине свыше 10 мм;

– все кратеры должны быть заварены.

Металлографические исследования сварных швов стальных конструкций проводят чаще всего путем засверливания и последующего травления этих мест с целью определения качества провара и отсутствия внешних дефектов.

Химическим анализом сварных соединений (основного и наплавленного металлов) проверяют марки сталей и типы электродов, использованных для изготовления данной конструкции.

В результате механических испытаний сварных швов определяют основные прочностные характеристики при растяжении, ударную вязкость материала шва и соответствие их требованиям проекта и техническим условиям.

Испытания на статический изгиб (технологическая проба) проводят для стыковых сварных соединений (рис. 10.18). Эти испытания определяют квазистатическую вязкость сварного соединения, характеризующуюся углом загиба до образования первой трещины в растянутой зоне образца. Для хороших швов угол загиба α достигает 180^о.

Физическим способам контроля качества шва подвергаются швы, принятые по внешнему виду и не имеющие внешних дефектов.

К наиболее часто используемым физическим способам контроля относятся ультразвуковая дефектоскопия, радиационный контроль с просвечиванием рентгеновскими лучами и гамма-лучами, магнитный метод.

Физические способы контроля предназначены для выявления в сварном шве и околошовной зоне внутренних и внешних дефектов, недоступных для внешнего осмотра.

Метод ультразвуковой дефектоскопии основан на том, что ультразвуковые колебания прямолинейно распространяются в металле и отражаются от границы раздела сред, имеющих различные акустические свойства.

Радиационный метод контроля с просвечиванием рентгеновскими или гамма-лучами основан на том, что проницаемость указанных лучей для различных материалов неодинаковая. Поэтому дефектные места шва (поры, трещины, непровары) пропускают такие лучи с меньшим поглощением, чем основной металл, благодаря чему такие участки выглядят как более яркие пятна на рентгеновской пленке или других запоминающих изображение слоях.