Основные сварочные дефекты при ручной дуговой сварке

 

          Отклонения швов по высоте  и ширине является одним из  самых распространенных изъянов  в сварочной работе. Несоответствие  швов предусмотренным нормам  является результатом небрежной  подготовки кромок сварных соединений. Это приводит к тому, что расстояние  между кромками разное и его  необходимо заполнить наплавленным  металлом. Параметры шва могут  меняться из-за неравномерного  перемещения электрода по всей  свариваемой площади, невыполнения  установленных правил процесса  сварки. Швы и само сварное  соединение в этом случае будут  неровными и непрочными.

 

 

Рис. 3. Методы ультразвуковой диагностики сварных швов.

          Трещины могут возникать как в основном металле, так и в сварочном. Они вызваны непроварами, кристаллизацией металла в процессе сварки, напряжением, возникшим из-за несоблюдения температурного режима и слишком быстрого охлаждения деталей, изменением структуры металла в ходе сварочных работ, повышенным содержанием фосфора, серы и пр.

         Сварное соединение может содержать поры, заполненные газом округлые полости, которые возникают, когда поглощенный металлом водород, в результате нарушений в работе с горелкой, не успевает выделиться наружу и образует в металле газовые пузырьки. Поводом к появлению пор может стать влажное электродное покрытие, несоответствие химических составов сварных соединений, незачищенные края свариваемых металлов, наличие шлаков. Если в шве имеются поры, то конструкция не прослужит долго, будет уязвима для влияния окружающих факторов. С целью выявления пор используют проверку с помощью давления воды, смазыванием керосином, рентгеновскими лучами.

          Подрезы представляют собой углубление по линии сварного соединения, спаивающего основной металл и наплавленный. Появляются из-за применения слишком большого тока или мощного сварочного устройства.

Рис. 4. Схема сварного соединения.

         Непровар возникает, когда кромки многослойного сварного шва, соединяющего наплавленный и основной металлы, не полностью расплавились, вследствие недостаточной зачистки металлов от ржавчины, окалины, недостаточной мощности, неправильного выбора температуры сварочного аппарата, слишком высокой скорости сварки. Такое изделие становится непрочным, легко подверженным внешним воздействиям, ударам и деформациям.

         Наплыв на сварном соединении образуется, если плавление электрода происходит слишком быстро, и жидкий металл натекает на недостаточно прогретый основной металл. Бывают случаи, когда наплывы сопровождаются непроварами, поэтому следует проверить участок и на наличие последних.

Свищи представляют собой дефект сварки углубления в виде воронки. Это сквозные поры, вызванные выделением газа, они видны при внешнем осмотре.

       Шлаковые включения появляются при недостаточной очистке краев шва от грязи, напылений, отложений, ржавчины. Из технических причин возникновения шлаковых вкраплений выделяют сварку электродом с несоблюдением угла его наклона, мощности горелки, при слабом токе. Для выявления участков с подобным дефектом используют просвечивание рентгеновскими лучами или ультразвуком, магнитографическими приборами.

Рис.5. Типы сварных соединений.

         Кратеры, а именно незаплавленные углубления в шве, образуются, если сварка спонтанно прекращается. В таких местах существует высокая вероятность образования трещин, поэтому сварку нельзя прекращать внезапно.

        Перегрев металла является изъяном микроструктуры сварного соединения, вызванным сваркой на большой мощности. Строение такого металла крупнозернистое, что влечет за собой его хрупкость и ломкость.

       Пережог металла возникает, если в пламени не хватает кислорода, характеризуется наличием окислительных зерен в металле. Последствием пережога считается хрупкость металла, такой изъян не устраняется.

 

4. Способы предупреждения и исправления дефектов сварки

        Наиболее простыми технологическими мерами, которые могут предупредить появление горячих трещин в швах, являются: сварка с пониженной скоростью, сварка на прямой полярности, сварка по вложенной в разделку шва малоуглеродистой проволоке, манипулирование горелкой и снижение сварочного тока.

        При сварке сталей с повышенной концентрацией углерода (более 0,4%), (например сталь 45, сталь 65Г и др. марки стали), для предупреждения появления в швах трещин рекомендуется местный или общий подогрев изделия. При этом сварка нижних слоев (2-3 слоя) должна производиться вручную - электродами с качественным покрытием.

         Для предупреждения появления пор в швах, связанных с попаданием воздуха в зону сварки, необходимо не превышать расстояние от сопла горелки до изделия свыше 30 мм, а угол наклона горелки - более 30°. При сварке первых слоев глубоких разделок расход газа можно снизить до 800 л/час, а при сварке верхних слоев, наоборот, увеличить до 1200-1500 л/час. Перед началом сварки необходимо обдуть свариваемое место газом, а после окончания сварки выдержать защиту жидкой ванночки углекислым газом до полной ее кристаллизации. При сварке на ветру или на сквозняке место сварки должно быть защищено ширмами, препятствующими сдуванию углекислого газа.

          Для предупреждения пор, вызываемых попаданием влаги в зону сварки, необходимо тщательно устранять следы влаги с поверхности свариваемых кромок и осушать поступающий в зону дуги углекислый газ. Осушка газа от влаги существенно снижает количество растворившегося в металле шва водорода, а следовательно, и возможность образования пор.

 

Рис.5. Схемы усиления дефектных соединений: 1 – сварное соединение; 2 – стальная скоба; 3 – накладка; 4 – протяженные сварные швы; 5 – дефект.

          Практически в любом случае возникновения вышеперечисленных, проблем самым действенным и надежным способом их исправления станет удаление участка сварного соединения с изъяном и заваривание деталей заново (при наплывах, свищах, прожогах, шлаковых включениях). Это даст возможность избежать в дальнейшем проблем с перегниванием, коррозией, ломкостью изделия.

           Исправление дефектов всегда зависит от каждого отдельного случая. Поэтому существуют способы, применимые к конкретным случаям.Например, для борьбы с дефектами швов, подрезов, кратеров следует применять зачистку с дополнительной подваркой шва и срезание лишнего металла.

        Чтобы избежать появления прожогов при автоматической сварке, следует плотно прижимать флюсовую подушку и медную прокладку, а при точечной и шовной контрастных сварках продолжительность процесса не должна превышать установленную, края деталей должны быть полностью очищены.

       Для устранения трещин применяют, помимо удаления проблемного участка и новой сварки, поверхностную кислородную или воздушно-духовую резку. Участки, на которых имеются поры, тоже вырезают и сваривают заново либо применяют к изделию проковку при надлежащей температуре.

        Для того чтобы избежать появления непроваров, следует соблюдать одинаковый температурный режим. Это даст возможность металлу в сварном соединении равномерно прогреться до начала сварочных работ и не смещать электроды от шва.

       Нельзя выключать ток до того, как кромки изделия будут полностью сварены. Если все же непровары образовались, необходимо вырезать поврежденный участок (вырубить или выстрогать), зачистить края и вновь заварить.

        Во избежание брызг металла, как дефекта сварки, профессионалы рекомендуют применять покрытия П1 или П2, зачищать поверхность. А термообработка поможет для исправления перегрева металла.

 

5. Выбор сварочного оборудования, приспособления и инструменты

 

Рабочим местом при сварке является сварочный пост. Посты подразделяются на стационарные и передвижные.

Стационарные посты - это посты, находящиеся в цехах, преимущественно в сварочных кабинах, в которых свариваются изделия небольших размеров.

В кабине должен стоять источник питания (трансформатор), присоединенный проводом к нему электродержатель, который предназначен для зажима электрода. Ток к электродержателю и изделию проводится по проводам. К вспомогательным инструментам относятся проволочные щетки для зачистки кромок перед сваркой, молоток для удаления шлаковой корки, зубило для вырубания некачественных швов, набор шаблонов для проверки размеров швов, метр, стальная линейка, отвес, угольник, чертилка, мел, а так же ящик для хранения и переноски инструмента.

Трансформатор ТСК-500 с повышенным магнитным рассеянием. Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную. Первичная закреплена неподвижно, а вторая подвижная. Каждая из обмоток состоит из двух катушек. Сварочный ток регулируется изменением расстояния между обмотками.

Плавящийся электрод представляет собой металлический стержень из электродной проволки, на поверхность которого нанесен слой покрытия.

Электродные покрытия предназначены для стабилизации горения дуги, защиты расплавленного металла от кислорода и азота воздуха и легирования металла шва. В состав электродных покрытий входят стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие группы компонентов.

Для работы используются электроды типа Э42 марка ВСП-1 и ОМА-2. Эти электроды содержат целлюлозное покрытие. Содержат органические составляющие, образующие защитные газы, в сновном электродную целлюлозу марки ЭЦ. В качестве раскислителей вводятся ферросплавы марганца. Шлакообразующие добавки: рутил, карбонаты, алюмосиликаты и др.

Легирование металла шва осуществляется через проволоку, а так же, введением в состав покрытия металлических порошков и ферросплавов. Эти покрытия образуют на шве тонкий слой шлака.

Электроды с целлюлозными покрытиями удобны для монтажных работ, когда необходимо накладывать швы во всех пространственных положениях. Они хорошо обеспечивают провар корня и формирования обратной стороны шва.

 

6. Требования к подготовке детали под сварку

 

Подготовка деталей под сварку заключается в правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Правку металла выполняют на станках или вручную. Листовой и полосовый металл правят на различных листо-правйльных вальцах. Ручную правку металла, как правило, выполняют на чугунных или стальных правильных плитах ударами кувалды или ручным винтовым прессом. Угловую сталь правят на правильных вальцах (прессах). Двутавры и швеллеры правят на приводных или ручных правильных прессах.

Разметка — это такая операция, которая определяет конфигурацию будущей детали.

Механическую резку применяют для прямолинейного реза листов, иногда и для криволинейного реза листов при использовании для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезаются кислородной и плазменно-дуговой резкой. По механизации эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться кислородно-флюсовая или пламенно-дуговая резка.

Форма подготовки кромок металла под сварку зависит от толщины листов. Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, окалины, влаги и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых, включений, что ведет к снижению прочности и плотности сварного соединения.

Выбор режима сварки

Выбор режима ручной дуговой сварки часто сводится к определению диаметра электрода и сварочного тока. Скорость сварки и напряжение на дуге устанавливаются самим сварщиком в зависимости от вида сварного соединения, марки стали и электрода, положения шва в пространстве и т.д.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины металла, типа сварного соединения, типа шва и др. Ток выбирают в зависимости от диаметра электрода. Для выбора тока можно пользоваться зависимостью:

 

I = Kd,

 

где K = 25-60 А/мм

d – диаметр электрода, мм

Относительно малый сварочный ток ведет к неустойчивому горению дуги, непровару и малой производительности. Чрезмерно большой ток ведет к сильному нагреву электрода при сварке, увеличению скорости плавления электрода и непровару, повышенному разбрызгиванию электродного материала и ухудшению формирования шва.

При сварке с вертикальными и горизонтальными швами ток должен быть уменьшен против принятого для сварки в нижнем положении примерно на 5-10%,а для потолочных на 10-15% с тем, чтобы жидкий металл не вытекал из сварочной ванны.

При выполнении тавровых соединений принимают во внимание значение катета шва: при катете 3 – 6 мм сваривают электродами диаметром 3 – 4 мм.

Прихватку буду выполнять электродами диаметром 3 мм. В соответствии с этим рассчитываю силу сварочного тока I=110-145 А.

Для выполнения основного шва я беру диаметр электрода 4 мм. Аналогично рассчитываю силу сварочного тока, который будет составлять: I= 135 – 200А.

 

7. Процесс сварки (технология и техника)