как за счет технологии сварки можно предупредить образование горячих трещин ответ

Горячие и холодные трещины при сварке

Содержание:

Поэтому трещина считается недопустимым дефектом и подлежит устранению. Место образования трещин бывает, как в самом шве, так и в околошовной зоне, где сохраняется термическое влияние. Увидеть этот дефект нетрудно при визуальном осмотре. Для уточнения вида и ее размеров можно использовать лупу с большим увеличением. Ее приходится применять обязательно для обнаружения микротрещин.

Виды трещин

Горячие

Причины образования горячих трещин при сварке:

Горячие трещины при сварке имеют следующую последовательность образования:

В результате неодинаковой усадки шва и свариваемого материала после охлаждения возникают внутренние напряжения, вызывающие появление трещин в разных направлениях.

Холодные

Холодные трещины не имеют такого сильного разветвления, как у горячих. Меньшим является и их раскрытие. При реакции с кислородом воздуха их цвет становится коричневым или голубоватым. Высокопрочные и низколегированные стали являются наиболее уязвимыми.

При возможности следует избегать ситуаций, когда образуются холодные трещины при сварке.

Кристаллизация

Кристаллизацией называется процесс, состоящий в образовании кристаллов. Это происходит при переходе металла из состояния жидкого в твердое. Именно это и происходит при сварке металлических изделий.

Этот процесс в сварном шве приводит к деформированию металлов и образованию трещин. Какие виды трещин образуются при кристаллизации сварного шва? Горячие, которые имеют второе название кристаллизационные, могут появиться в металлическом шве на последней стадии кристаллизации. При этом температура близка к солидусу, когда происходит исчезновение последних капель жидкого металла.

Предупреждение появления трещин

Существуют определенные меры, уменьшающие вероятность возникновения различных видов трещин:

Не лишним будет предварительный нагрев свариваемых деталей.

Ликвидация трещин

Сварка при ремонте автомобиля

Одной из главных частей автомобиля является головка блока цилиндров. От ее исправности зависит работа двигателя. При образовании в этой детали трещины для ремонта применяется ее заварка. Сварка трещин ГБЦ производится электросваркой. Возможно также применение газовой сварки. После окончания сварки шов покрывают эпоксидной пастой.

Интересное видео

Источник

Дефекты в швах и их предупреждение

Наиболее вероятными дефектами швов, выполненных в углекислом газе, являются горячие (кристаллизационные) трещины, поры и крупные неметаллические включения.

Ниже рассматривается влияние некоторых технологических факторов на образование в металле шва горячих трещин, пор и неметаллических включений.

Горячие (кристаллизационные) трещины. При сварке в углекислом газе горячие трещины наиболее часто наблюдаются в нижних слоях многопроходных швов, выполненных в глубоких и узких разделках на стали с содержанием углерода более 0,27- 0,30%. В последующих слоях, а также при наплавке на ровную поверхность такие трещины, как правило, не образуются. Технологические способы предупреждения трещин должны сводиться к уменьшению доли основного металла и получению более благоприятной формы шва. К этим способам относятся уменьшение скорости сварки, применение сварки на токе прямой полярности, присадка в разделку малоуглеродистой проволоки и др.

Выше указывалось, что с увеличением скорости сварки возрастает возможность образования горячих трещин, как следствие увеличения в шве доли основного металла и уменьшения коэффициента формы шва. Кроме того, при увеличении скорости сварки возрастает скорость охлаждения металла шва.

Влияние скорости сварки на образование горячих трещин изучалось при автоматической сварке в разделку углеродистой стали, содержащей 0,40% углерода. При выбранных условиях опытов трещины в металле шва появлялись при скорости сварки больше 12 м/час и коэффициенте формы шва менее 1,30 (табл. ниже).

Влияние скорости сварки на образование горячих трещин в швах (полярность обратная; ток 400-440 а; напряжение дуги 28-31 в; расход газа 1200 л/час):

Существенное значение для снижения склонности швов к образованию трещин имеет применение сварки на прямой полярности, при которой глубина проплавления, доля основного металла и содержание углерода в шве значительно меньше, чем при сварке на обратной полярности. Действительно, качественный шов был получен при сварке на прямой полярности со скоростью 20 м/час, в то время как при сварке на обратной полярности с этой скоростью не удалось получить шва без трещин даже на значительно меньшем токе (табл. ниже).

Влияние полярности на образование трещин в швах :

Уменьшения склонности швов к образованию горячих трещин можно достигнуть разбавлением металла сварочной ванны присадками из малоуглеродистой стали. Опыты показали, что введение в разделку шва малоуглеродистой проволоки диаметром 6 мм позволило получить свободные от трещин швы (табл. ниже).

Влияние присадок из малоуглеродистой стали на образование трещин в швах (полярность обратная):

Введение в разделку проволоки диаметром более 8 мм при выбранном режиме сварки может вызвать непровары в корне шва.

Увеличением напряжения на дуге можно существенно улучшить форму шва и предупредить образование в нем горячих трещин. Однако сварка на повышенном напряжении дуги может вызвать нарушение равномерности состава и снижение свойств металла шва. Поэтому рекомендовать повышенное напряжение дуги можно только при автоматической сварке, обеспечивающей более точный контроль параметров режима.

При полуавтоматической сварке можно достигнуть изменения коэффициента формы шва, используя различные приемы манипулирования горелкой. В табл. ниже показано влияние некоторых приемов манипулирования на геометрические размеры швов и коэффициенты их формы при наплавке на поверхность строганых пластин на токах 340, 420 и 520 а.

Влияние приемов манипулирования концом электродной проволоки на геометрию и коэффициент формы шва :

Во всех случаях швы имели коэффициент формы более 1,25 и были свободны от трещин, причем с увеличением тока коэффициент формы шва и доля наплавленного металла уменьшались. Эти данные показывают также, что разные приемы манипулирования горелкой мало изменяют соотношение наплавленного электродного и проплавленного основного металла, а следовательно не изменяют и концентрацию углерода в швах, выполненных при прочих равных условиях.

Таким образом, 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.

Пористость сварных швов. При использовании электродной проволоки и углекислого газа требуемого состава наиболее возможными причинами образования пор в шве могут являться:

а) попадание воздуха в зону сварки, вследствие недостаточного расхода углекислого газа, большого расстояния от сопла горелки до изделия, засорения горелки брызгами, чрезмерно большого угла наклона горелки, подсоса воздуха через неплотности в горелке и гибком шланге, чрезмерно высокого напряжения на дуге, сдувания углекислого газа ветром, утечки газа через неплотности в соединениях, выгорания изолирующей шайбы горелки, вызывающего неравномерный поток газа и чрезмерного износа мундштука, допускающего выход дуги из потока защитного газа;

б) попадание воды или ее паров в зону сварки вследствие выработки осушителя, неплотности системы охлаждения горелки и других причин;

в) наличие на свариваемых кромках основного металла или на поверхности электродной проволоки грязи, масла, ржавчины или смазки (остающейся после протяжки проволоки).

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.

В связи с этим значительный интерес представляет изыскание простых способов удаления загрязнений с поверхности электродной проволоки. В качестве этих способов использовалось травление проволоки в 20%-ном растворе серной кислоты и прокалка проволоки в печи при температуре 250-280° в течение 2,0-2,5 час. Приведенные в табл. ниже данные показывают, что содержание водорода в металле, наплавленном травленой проволокой (с пятисуточной выдержкой после травления) и особенно прокаленной проволокой, существенно снижается.

Влияние обработки электродной проволоки на образование пор в швах :

Высокое содержание водорода в металле, наплавленном проволокой с выдержкой 3 час. после травления, объясняется поглощением водорода проволокой в процессе травления. Однако, более длительная выдержка (5 суток) обеспечивает достаточное удаление водорода из проволоки. Таким образом, при травлении проволоки в кислоте с ее поверхности удаляются вещества, вносящие водород в металл шва, а прокалка способствует выходу значительного количества водорода из самой проволоки. Данные табл. выше показывают, что использование при сварке на прямой полярности проволок, не прошедших соответствующей обработки, сопряжено с возможностью образования в швах пор.

Хорошим средством, снижающим содержание водорода в шве и обеспечивающим получение качественных швов, является механическая чистка поверхности электродной проволоки.

В табл. ниже приведены результаты опытов, показывающие влияние скорости сварки на образование пор в швах.

Образование пор и больших газовых пузырей при малых скоростях сварки объясняется, вероятно, тем, что слишком большая ванна жидкого металла не может быть полностью защищена от воздействия воздуха.

При сварке на прямой полярности со скоростью 40 м/час в металле шва были обнаружены мелкие поры, а также трещины (рисунок ниже).

При сварке на обратной полярности поры не обнаруживались даже в швах, сваренных со скоростью 50 м/час, что указывает, по-видимому, на гораздо меньшее растворение водорода в наплавленном металле по сравнению со сваркой на прямой полярности.

Увеличение тока и его плотности может вызвать уменьшение размера электродных капель и увеличение температуры столба дуги. Поэтому реакции взаимодействия газов с каплями металла в дуговом промежутке протекают при сварке на высоких плотностях тока более интенсивно и полно.

Влияние скорости сварки на образование пор в швах (сварочный ток 400-420 а напряжение на дуге 30-32 в; расход газа 1000-1100 л/час; глубина разделки 7 мм):

Это приводит к нежелательному обогащению наплавленного металла газами и к увеличению пористости швов. Кроме того, с увеличением плотности тока увеличивается возможность появления пор в швах, вследствие уменьшения коэффициента формы шва (табл. ниже) и ухудшения условий удаления растворенных газов из металла шва.

Влияние плотности тока на коэффициент формы шва (диаметр проволоки 2,0 мм; напряжение дуги 26-34 в; расход газа 1000 л/час):

Неметаллические включения. При взаимодействии углекислого газа с переплавляемым дугой металлом образуются окислы (шлаки), которые в некоторых случаях могут образовать крупные неметаллические включения в металле шва. Такие включения могут образоваться при многопроходной сварке в зоне сплавления с основным металлом и между слоями, с поверхности которых не удалялся шлак. Это, однако, не указывает на необходимость обязательного удаления шлака после наложения каждого шва. При многопроходной полуавтоматической сварке без зачистки каждого шва после его наложения, можно получить сварное соединение, не имеющее крупных неметаллических включений при следующих условиях:

а) при наплавке каждый последующий шов должен перекрывать предыдущий не менее чем на 1/3 ширины;

б) периодически после наложения 3-4 слоев удалять шлак. Последнее вызвано тем, что с увеличением количества слоев увеличивается и количество образующегося на поверхности швов шлака.

Ударная вязкость зоны сплавления, а также механические свойства многопроходных швов, выполненных при соблюдении указанных условий, практически не отличаются от свойства швов, с которых после наложения каждого слоя удалялся шлак (табл. ниже).

Ударная вязкость сварного соединения, выполненного без междуслойной зачистки швов от шлака (сталь Ст3; проволока Св.-10ГС):

Таким образом, сварка в углекислом газе позволяет значительно снизить объем работы на зачистку швов от шлака, необходимую при ручной сварке, и в некоторых случаях при сварке под флюсом (многослойные швы при глубокой разделке).

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

10 Ноября 2021 14:07
Самодельная щековая дробилка в работе

Источник

Горячие трещины при сварке металлов. Причины образования горячих трещин

Горячие трещины при сварке могут появляться как в самом металле сварного шва, так и в зоне термического влияния. Самой распространённой причиной образования горячих трещин считается невозможность свариваемого металла пластически деформироваться при высоких температурах.

После того, как начинается охлаждение металла сварного шва и околошовной зоны, происходит возникновение и развитие усадочных напряжений. Подобные напряжения деформируют металл, растягивая его. И, в случае, когда деформационная способность металла слишком мала, в нём начинают появляться несплошности.

Чаще всего, горячие трещины при сварке появляются в тот момент, когда сварное соединение находится в двухфазном состоянии. Другими словами, когда по границам кристаллизовавшихся зёрен ещё находится какое-либо количество жидкого металла. Риск образования горячих трещин зависит и от скорости деформации. Т.е. от скорости деформации зависит, заполнятся ли уже возникшие трещины жидким металлом, который ещё не успел затвердеть. Понимая это, можно утверждать, что вероятность возникновения трещин в горячем металле зависит от трёх составляющих: концентрации, температуры и скорости деформации.

Любое сварное соединение, в процессе своего сваривания, проходит через температурную область склонности к таким дефектам, как горячие трещины. Другими словами, любые металлы и стали при сварке, склонны к появлению к горячих трещин в том или ином температурном интервале.

Поэтому, необходимо иметь в виду, что такой дефект сварного шва, как горячие трещины, может образоваться при сварке любых сталей. И это не зависит от того, будет ли это сварка аустенитных сталей, или сварка низколегированных сталей, или же сварка сверхпрочных материалов.

Виды горячих трещин

Горячие трещины можно условно поделить на две категории:

1. Горячие трещины в самом металле сварного шва
2. Горячие трещины в зоне термического влияния

Учитывая то, что при температуре образования трещин усадочные напряжения в металле ещё небольшие, характерной особенностью горячих трещин является то, что они достаточно короткие, но, вместе с тем, разветвлённые, этим они отличаются от холодных трещин при сварке.

Горячие трещины в металле сварного шва

Горячие трещины в сварном шве могут быть кристаллизационными и ликвационными. Кристаллизационные трещины относительно длинные, неразветвлённые и более раскрытые. Зависят такие трещины от величины двугранного угла места стыка кристаллитов и от формы затвердевшей ванны.

Ликвационные горячие трещины представляют собой короткие микротрещины, располагающиеся в районе встречи столбчатых кристаллов. Существуют внешние и внутренние причины образования горячих трещин в сварном шве.

К внешним причинам образования горячих трещин относится сегрегация таких элементов, как сера, фосфор, кислород или различных окислов. Т.е., как правило, это те элементы, которые не добавляются специально в металл, а проникающие в него в виде сопутствующих примесей или вследствие металлургических превращений. Также они могут проникать в металл сварного шва, переходя из основного металла, при его расплавлении.

К внутренним причинам возникновения горячих трещин относится влияние присадочных элементов, т.е. тех, которые специально добавлены в металл сварного шва. Это может быть сегрегация таких элементов, как хром, титан, ниобий, вольфрам, молибден, бор, ванадий и др.

При появлении трещин, сегрегирующие элементы и примеси не обязательно должны находиться в расплавленном состоянии. Они могут формировать тонкие плёнки в твёрдом состоянии, и эти плёнки будут уменьшать прочность по границам зёрен.

Как уменьшить риск возникновения горячих трещин в сварном шве

Для снижения вероятности формирования горячих трещин в сварном шве, нужно контролировать металлургические процессы в расплавленном металле и обеспечить оптимальное раскисление металла при сварке.

В случае образования оксидов и сульфидов большое значение имеет отношение содержания кислорода к содержанию серы O/S в сварном шве. Если значение этого соотношения будет низкое, то по границам зёрен будут образовываться плёнки оксисульфидов. При увеличении этого соотношения плёнки перейдут в глобулярное состояние.

Для связывания серы самым лучшим вариантом будет её взаимодействие с марганцем. Снижение отрицательного влияния серы, в форме сульфидных плёнок, остаётся главной трудностью, особенного при повышенном содержании легирующих элементов в сварном шве.

Одним из способов устранения отрицательного воздействия серы на образование горячих трещин при сварке является управление процессом кристаллизацией, чтобы она проходила слева от перитектической точки. В этом случает, происходит большое выделение дельта-феррита, а в нём сера растворяется значительно лучше, чем в аустените.

Хорошим выходом будет связывание серы титаном, цирконием, или редкоземельными металлами. При содержании серы до 0,02%, можно избежать горячих трещин при сварке, если соблюсти пропорции: Zr/S>5, или Ti/S>8. Склонность металла сварного шва к образованию горячих трещин можно определить по выражению, приведённому на странице: «Оценка свариваемости сталей».

Горячие трещины в зоне термического влияния

Горячие трещины, появляющиеся в зоне термического влияния, делятся на три вида:

1. Ликвационные трещины
2. Трещины по причине низкого относительного удлинения
3. Трещины по другим причинам

Ликвационные трещины образуются достаточно часто при сварке конструкционных сталей. Происходит это из-за того, что в прокатных сталях присутствуют различные включения, которые находятся в листе в виде строчек в направлении проката. И температура плавления таких включений (в основном, сульфидов), ниже температуры солидуса матрицы.

В этом случае, при сварке прокатного листа, часть сульфидов растворяется в зоне термического влияния, образуя сульфидную плёнку. Эта плёнка располагается по границам зёрен и снижет их когезионную прочность. Это является причиной формирования сетки горячих микротрещин.

При сварке низколегированных сталей образованию горячих трещин в зоне термического влияния способствуют легирующие элементы. Особенно сильно влияют титан и ниобий.

Ликвация на границе зёрен происходит при температурах 1300-1350°C, а температура солидуса низколегированных сталей составляет 1400-1480°C.

Трещины по причине снижения относительного удлинения появляются при температурах, близких к температуре солидуса. Снижение относительного удлинения при температурах 1050-950°C наблюдается при сварке низколегированных конструкционных сталей, среднелегированных, а также при сварке высоколегированных сталей, в особенности, хромоникелевых аустенитных. Однако, опасность образования трещин из-за сниженного относительного удлинения, возникает только при сварке аустенитных сталей.

Источник

Теоретические основы дуговой и электрошлаковой сварки

Для уменьшения склонности углеродистого, низколегированного и среднелегированного металла сварных швов к образованию горячих трещин принимаются следующие меры:

а) устанавливаются режимы сварки, обеспечивающие получение наиболее благоприятной формы шва;

б) используются сварочные материалы, обеспечивающие минимальное содержание в шве серы и фосфора, а также углерода, вредное влияние которого заключается в усилении ликвации серы;

в) повышается содержание в шве марганца, связывающего серу в тугоплавкое соединение MnS и предотвращающего тем самым ее ликвацию;

г) вводятся в шов модифицирующие элементы (титан, алюминий и др.), измельчающие первичную структуру металла и предотвращающие образование ориентированной столбчатой структуры;

д) вводятся в шов элементы, обеспечивающие двухфазную мелкозернистую структуру металла (например, аустенитно-ферритную или аустенитно-карбидную при сварке аустенитных сталей);

е) применяется предварительный и сопутствующий подогрев изделия при сварке конструкционных сталей, уменьшающий величину и скорость нарастания растягивающих напряжений в сварном соединении и смещающий момент их возникновения к тому времени и к таким температурам, когда металл шва в межкристаллических зонах приобретает достаточную пластичность и прочность.

В последнем случае уменьшением воздействия силового фактора в опасном интервале температур предупреждается образование горячих трещин даже при более выраженной дендритной неоднородности (ликвации), обусловленной замедленным остыванием шва.

Это, однако, не относится к сварке аустенитных сталей, предварительный подогрев которых не только не предотвращает образование трещин, а, наоборот, увеличивает вероятность их образования (рис. 38) вследствие преобладающего влияния размера столбчатых кристаллитов металла шва по сравнению с влиянием уменьшения величины и интенсивности нарастания напряжений, а также вследствие повышения дендритной неоднородности.

Если горячие трещины в шве (чаще при сварке конструкционных сталей) вызываются выделившимися в процессе кристаллизации сульфидами, то предотвратить вредное влияние последних можно путем выделения их из расплава на ранней стадии затвердевания металла.

Вследствие этого они располагаются в виде разобщенных и укрупненных глобулярных включений, а не в виде пленок. Это достигается введением в ванну некоторого количества кислорода, а также модификаторов (титана, циркония и др.). Полезно в этом случае измельчение зерна металла шва.

Рис. 38. Зависимость стойкости против образования горячих трещин в низколегированных швах от содержания в них углерода и предварительного подогрева основного металла при автоматической сварке под флюсом АН-348А (а) и стойкости против горячих трещин высоколегированного стабильноаустенического металла шва типа 05Х23Н28МЗДЗТ от температуры предварительного подогрева основного металла при сварке под флюсом АН-18 (б) на обычных режимах: V_Kp — максимально возможная деформация шва, при которой еще не образуется в нем горячих трещин.

При сварке аустенитных сталей кроме обеспечения двухфазной аустенитно-ферритной, аустенитно-карбидной или аустенитно- боридной структуры металла шва (в некоторых случаях это недопустимо), чтобы предотвратить образование горячих трещин, снижают содержание серы, фосфора и кремния в шве (путем снижения их в проволоке), а также применяют легирование шва молибденом, вольфрамом, марганцем и титаном, азотом, а лучше марганцем вместе с азотом.

Иногда с этой целью применяют низкокремнистый высокоокислительный флюс АН-18, обеспечивающий выгорание кремния и серы, уменьшение содержания водорода в шве и измельчение его зерна. Для сварки высокохромистых мартенситных сталей с той же целью рекомендуется применять низкокремнистый окислительный флюс АН-17.

Кроме того, применяют ряд дополнительных технологических мер повышения трещиноустойчивости: уменьшение погонной энергии сварки (тепловложения) путем уменьшения сварочного тока и напряжения, дополнительный подогрев сварочной проволоки, применение сварки спаренными расщепленными в поперечном и продольном относительно оси шва направлении электродами, снижение скорости сварки, благодаря чему уменьшается угол между направлением растущих кристаллитов и продольной осью шва, применение электромагнитного воздействия на дугу и сварочную ванну (электромагнитного перемешивания) и др.

Большинство исследователей полагают, что горячие трещины в углеродистых и низколегированных швах по своей природе являются преимущественно кристаллизационными (надсолидусными), т. е. образующимися в момент еще не полностью закристаллизовавшегося металла, и располагаются по жидким прослойкам (пленкам) веществ с весьма низкой температурой плавления по сравнению с температурой плавления основы металла (твердого раствора).

Источник

• ← как за счет пота человек охлаждается
• как заасфальтировать дорогу за счет государства →