Плазменная сварка

Горячие трещины могут возникать как в основном металле, так и в металле зоны термического влияния. Они могут быть продольными, поперечными, продольными с поперечными ответвлениями, могут выходить на поверхность или оставаться скрытыми. Вероятность образования горячих трещин зависит от химического состава металла шва, скорости нарастания и величины растягивающих напряжений, формы сварочной ванны и шва, размера первичных кристаллитов. Она увеличивается с повышением содержания в металле шва углерода, кремния, никеля, вредных примесей серы и фосфора. Повышению стойкости сварных швов, образованию горячих трещин способствуют марганец, хром и отчасти кислород, а также снижение величины и скорости нарастания растягивающих напряжений, что достигается уменьшением жесткости узлов, применением способа сварки с оптимальным термическим циклом, например, сварки с ППМ (крупка), использованием специальных технологических приемов, таких как предварительный подогрев и т.п. Влияние коэффициента формы шва на вероятность образования горячих трещин не однозначно. При значениях коэффициента формы шва менее 1,8 и более 10 сопротивляемость возникновению горячих трещин понижается даже при относительно невысоком содержании углерода.

Холодные трещины образуются  чаще всего в зоне термического влияния, реже в металле шва сварных соединений среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Появление холодных трещин объясняют действием комплекса причин. Одна из них — влияние высоких внутренних напряжений, возникающих в связи с объемным эффектом, сопутствующим мартенситному превращению, происходящему в условиях снижения пластичности металла. Поэтому холодные трещины наблюдаются как при температурах распада остаточного аустенита (120 °С и ниже), так и при комнатной температуре через несколько минут, часов, а иногда и через более длительное время после окончания сварки. Высокие внутренние напряжения могут также развиваться вследствие адсорбции растворенного в металле водорода на поверхностях внутренних дефектов и накопления его в микронесплошностях. Возникновение холодных трещин связывают также с замедленным разрушением металла под действием напряжений, которые согласно схеме Зинера накапливаются по границам зерен, перпендикулярным направлению действия нормальных напряжений.

Непровары — это участки сварного соединения, где отсутствует сплавление между свариваемыми деталями, например, в корне шва, между основным и наплавленным металлом (по кромке) или между смежными слоями наплавленного металла.

Поверхности непроваров обычно покрыты тонкими окисными пленками и другими загрязнениями. Очень часто полости, образованные непроварами, заполняются шлаком. Окончания непроваров в металле шва

или на границе сплавления, .как правило, имеют очень малое раскрытие. Непровары уменьшают рабочее сечение сварного шва, что может привести к снижению работоспособности сварного соединения. Являясь концентраторами напряжении  непровары могут вызвать появление трещин, уменьшить коррозионную стойкость сварного соединения, привести к коррозионному растрескиванию.

Непровары могут быть вызваны многими причинами: малым углом раскрытия кромок, малым зазором, большим притуплением при недостаточной силе тока; большой скоростью сварки; смещением электрода от оси шва, особенно при сварке двухсторонних швов; плохой очисткой шлака перед наложением последующих слоев; излишним количеством ППМ при недостаточной силе тока при большой скорости сварки; низкой квалификацией сварщика.

Непровар является очень опасным дефектом сварки.

Поры — это полости в металле шва, заполненные газами. Обычно они имеют сферическую или близкую к ней форму. В сварных швах углеродистых сталей норм зачастую имеют трубчатую форму. Первоначально, возникнув в жидком металле шва за счет интенсивного газообразования, по все пузырьки газа успевают подняться па поверхность н выйти в атмосферу. Часть из них остается в металле шва. Размеры таких пор колеблются от микроскопических, до 2...3 мм в диаметре, н за счет диффузии газов (в первую очередь, водорода) могут расти. Образуются раковины (полости неправильной формы и больших, чем поры размеров), а также свищи, выходящие на поверхность. Кроме одиночных пор, вызванных действием случайных факторов, в сварных швах могут появляться поры, равномерно распределенные но всему сечению шва, расположенные в виде цепочек или отдельных скоплении.

К основным причинам, вызывающим появление пор, относятся: плохая очистка свариваемых кромок от ржавчины масел и различных загрязнений; повышенное содержание углерода в основном или присадочном металле большая скорость сварки, при которой не успевает пройти газовыделенне и поры остаются в металле шва: большая влажность электродных покрытий, флюса, сварка при плохой погоде.

Шлаковые включения — это полости в металле сварного шва, заполненные шлаками, не успевающими всплыть на поверхность шва. Шлаковые включения образуются при больших скоростях сварки, при сильном загрязнении кромок и при многослойной сварке в случаях плохой очистки от шлака поверхности швов между слоями. Размеры шлаковых включений могут достигать нескольких миллиметров в поперечном сечении и десятков н более миллиметров по протяженности. Форма шлаковых включений может быть самой разнообразной, вследствие чего они являются более опасными дефектами, чем округлые поры.

Вольфрамовые включении могут появляться в металле сварного шва при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, например, алюминиевых сплавов, в которых вольфрам не растворим. Частички вольфрама, попадающие вследствие нестабильности режима в расплавленную сварочную ванну, обычно погружаются в нее из-за большой плотности. На рентгеновских снимках вольфрамовые включения выглядят как ясно видимые светлые пятна неправильной формы, располагающиеся изолированно или группами.

Окисные включения — могут возникать в металле сварных швов при наличии труднорастворимых окислов, например А12Оэ при больших скоростях кристаллизации шва. Располагаясь в виде пленок, они образуют в металле шва несплошности с малым раскрытием и их неблагоприятное воздействие на механические свойства сварных швов может быть более сильным, чем пор и шлаковых включении [12].

3.4 Методы контроля

Все методы, применяемые для неразрушающего контроля качества сварных соединений, осуществляются либо передачей энергии, либо передачей вещества.

Наибольшее распространение получил радиационный вид контроля, осуществляемый с помощью передачи энергии рентгеновскими и гамма-излучениями, которые, проходя через контролируемый объект, изменяют интенсивность излучения в местах наличия дефектов. Это изменение регистрируется рентгеновской пленкой или электрорадиографической пластиной — радиографический метод. Реже используется радиоскопический метод, при котором радиационное изображение преобразовывается и передается для визуального анализа на выходной экран, а также радиометрический метод, когда радиационная информация преобразовывается в электрические сигналы, регистрируемые по показаниям приборов. Радиационные методы: позволяют выявить внутренние и поверхностные несплошности в стыковых швах любых материалов.

Из акустических методов контроля наибольшее распространение получила ультразвуковая дефектоскопия, осуществляемая эхо-методом. Реже применяют теневой метод, а также контроль поверхностными (Рэлея) и нормальными (Лэмба) волнами. Хорошо выявляются дефекты с малым раскрытием, типа трещин, в том числе и те, выявление которых затруднено при радиационной дефектоскопии.

Среди магнитных методов контроля следует указать магнитографический и магнитопорошковый [12].

а) Метод течеискания

Физические основы контроля. Сварные соединения многих конструкций, например, резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, должны облагать не только прочностью, но и непроницаемостью для жидкостей или газов. Неплотности сварных соединений вызывают потерю продуктов и опасность заражения окружающей среды, если продукты токсичны, снижают коррозионную стойкость сварных швов, создают другие разрушения, отрицательно влияющие на работу сварных конструкций. Для многих из них допуски на утечку продукта через неплотности очень «жесткие». Например, для сосудов с токсичными веществами общая утечка газа через сварные соединения не должна превышать 3*10-9 мм3 МПа/с.

Если к сварным соединениям предъявляют требования непроницаемости для жидкости и газов, то надежность сварной конструкции будет характеризоваться герметичностью. Нарушения герметичности происходят через неплотности, которые носят название течей.

Течи — это сквозные дефекты сварных соединений или структуры, размеры которых позволяют продукту выйти наружу. Сквозные дефекты в сварных соединениях могут быть первичными и вторичными. К первичным дефектам, образующимся в период формирования сварного шва, относятся свищи — сквозные удлиненные поры типа каналов, непровары со шлаковыми каналами, горячие трещины. Ко вторичным дефектам относятся те, которые появляются через некоторое время после завершения сварки — холодные и усталостные трещины, свищи, образовавшиеся под действием агрессивных сред, динамической нагрузки и пр.

Методы течеискания основаны на том, что пробное или контрольное вещество используют в качестве рабочего продукта, с помощью которого выявляют и регистрируют течи.

Пробным называют вещество, избирательно регистрируемое при данном методе контроля, например, фреон и другие газы при галлоидном методе течеискания.

Контрольным называют вещество,   которое экономически  и технологически целесообразно применять либо в виде пробного, либо в смеси с пробным, например, керосин или гелиево-азотная смесь. Вакуумный метод контроля позволяет выявить неплотности минимальным диаметром 0,006 мм.

б) Химический метод

В основе химического метода контроля лежит использование свойства индикаторного вещества изменять свою окраску за счет химического взаимодействия с контрольным веществом.

Сущность этого метода состоит в том, что в контролируемый сварной сосуд, подвергнутый предварительно гидравлическому или пневматическому испытанию, подается контрольный газ, который под давлением выходит через неплотности и в местах течей окрашивает индикаторное вещество, предварительно нанесенное па поверхность сварных соединений.

в) Ультразвуковой метод

Физические основы контроля. Определенными преимуществами ультразвукового метода контроля, оперативностью, чувствительностью к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров, высокими технико-экономическими показателями. Немаловажное значение имеет появление портативной и надежной ультразвуковой аппаратуры.

В настоящее время ультразвуковой метод может быть успешно применен для контроля практически всех типов сварных соединений монтируемых конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей; ведутся работы по решению проблемы ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений из аустенитных сталей.

В основе ультразвуковых методов контроля лежит использование упругих колебаний определенной частоты, которые и называются ультразвуковыми. Применить ультразвук для контроля сплошности материалов впервые предложил чл.-корр. АН СССР С. Я. Соколов.

Полученные ультразвуковые колебания могут быть направленно введены в упругую среду, с которой соприкасается пластина-излучатель. Если же к пьезопластине подвести ультразвуковые колебания, то они преобразуются в электрический ток соответствующей частоты, который может быть снят с электродов излучателя, становящегося в этом случае приемником.

г) Радиационный метод

Физические основы контроля. Возможность неразрушающего контроля радиационными методами основана на способности ионизирующих излучений, испускаемых источником, проникать с той или иной степенью ослабления через сварное соединение и воздействовать на регистрирующее устройство (детектор).

В зависимости от способа регистрации результатов (способа детектирования) различают три метода радиационного контроля: радиографический, радиоскопический и радиометрический.

На монтаже наибольшее   распространение   получил радиографический метод контроля сварных соединений, поскольку радиографический снимок является документальным подтверждением качеству сварного соединения. Аппаратура для его осуществления отличается относительно небольшой массой, компактностью и мобильностью, что позволяет легко ранспортировать в применять ее в стесненных условиях и на  высоте.

Радиоскопический   и   радиометрический  методы дают возможность автоматизировать процесс контроля, но ввиду громоздкости аппаратуры находят применение преимущественно в заводских условиях. Следует отметить, что при радиационных методах контроля возникает необходимость обеспечения радиационной безопасности обслуживающего персонала и окружающего населения в соответствии с требованиями санитарных правил и другой нормативно-технической документации.

3.5 Контроль сварных швов

В процессе сварки следует контролировать соблюдение режима    и   последовательности    выполнения    швов согласно разработанной технологической карте. Режимы   должны обеспечивать получение угловых швов с коэффициентом формы b/h ³1,3 и стыковых    однопроходных  швов с коэффициентом формы b/h ³1,5. При этом твердость металла шва и околошовной зоны не должна превышать 350 ед., ударная вязкость при проектной отрицательной температуре должна быть не менее 0,3 МДж/м2, относительное удлинение — не ниже 16 % для всех классов стали, включая С60/45.

По внешнему виду сварные швы должны иметь гладкую или равномерную мелкочешуйчатую поверхность с плавным переходом к основному металлу. Величина подрезов не должна превышать 0,5 мм при b=4…10 мм и 1 мм при b>10 мм. Швы не должны иметь незаваренных кратеров.