Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Тріщини при зварюванні та їх класифікація

Лабораторна робота № 2

Пори та тріщини в зварних швах.

Мета роботи: Вивчити та закріпити теоретичні знання, ознайомитися з обладнанням та дослідити зварні шви на наявність пор та тріщин.

Завдання. У процесі самостійної підготовки до роботи письмово відповісти на такі питання: види тріщин, причини утворення тріщин і газових пор.

Обладнання, інструмент. Установка для напівавтоматичного зварювання в комплекті: пристрій подавальний ПДГ-251, випрямляч зварювальний ВДУ-506, пальник зварювальний ИГД-501, балон з вуглекислим газом, підігрівник, осушувач, редуктор, з’єднувальні кабелі і шланги, зварювальний дріт Св-08Г2С, діаметр дроту d=1,2; пластини металеві, фартух, рукавиці.

Особливості техніки безпеки. Усі роботи з підготовки установки до наплавлення проводити при вимкненому рубильнику. Наплавлення деталей виконувати тільки під керівництвом інженера, у спеціальному одязі, із використанням маски зварювальника. У процесі наплавлення не торкатися струмопровідних частин установки. Перед увімкненням подачі СО₂ увімкнути витяжну вентиляцію.

Загальні відомості і вказівки щодо виконання роботи. Головні технічні параметри напівавтомата: номінальна напруга мережі живлення – 50 Гц; номінальний зварювальний струм при ПВ 60% і циклі зварювання 5хв -500А; номінальна споживна потужність – 40 кВт; вид зварювального струму – постійний; межі регулювання струму – 100-500 А; діаметр електродного дроту 1,2 мм; захисний газ - СО₂; швидкість подачі електронного дроту – 100-960 м/год; габаритні розміри подавального пристрою – 465х365х430 мм; маса подавального пристрою – 16 кг.

ТРІЩИНИ ПРИ ЗВАРЮВАННІ ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ

Газові пори утворюються внаслідок перенасичення рідкого металу газами, які не встигли вийти на поверхню в процесі швидкого затвердіння шва. Причиною пор є:

-іржа, масло і фарба на кромках основного металу і на поверхні електродів;

-використання вологих електродів;

-надмірна швидкість зварювання, що призводить до порушення газового захисту ванни рідкого металу;

-невірно вибрана марка електродів.

Тріщини є найбільш небезпечним дефектом зварних швів. Вони можуть виникати як в самому шві, так і в навколо шовній зоні. Однією з багатьох причин утворення тріщин є підвищений вміст вуглецю, який сприяє утворенню структур загартування. На утворення тріщин впливає також підвищений вміст у наплавленому металі шкідливих елементів – сірки та фосфору.

За розмірами і впливом на міцність металу розрізняють дві категорії місцевих руйнувань, чи тріщин.

До першої категорії відносять мікротріщини, розміри яких порівнянні з розмірами параметрів кристалічних ґраток. Вони являють собою скупчення різного роду недосконалостей будови кристалічних ґраток і практично завжди наявні у будь-яких реальних кристалах. Визначення показників механічних властивостей металів, проектування і розрахунок конструкцій виконується з урахуванням їх існування.

До другої категорії відносять тріщини більшого розміру, що виникають у металі при його технологічній обробці чи в результаті експлуатації виробу. Тріщини другої категорії в зварних конструкціях є звичайно небезпечним дефектом, тому що під дією навіть невисоких експлуатаційних навантажень вони можуть розвиватися і стати причиною серйозних аварій. Утворення тріщин другої категорії при зварюванні, мабуть, можливе тільки в тому випадку, коли пластичні деформації, що виникають у металі в результаті нерівномірного нагрівання й охолодження, вичерпають його деформаційну здатність, і напруження, зростаючи, досягнуть значень межі міцності.

У процесі нагрівання й охолодження металу при зварюванні його температура, величини деформацій і напружень постійно змінюються. Разом із тим властивості металу, його пластичність і міцність також дуже сильно залежать від температури. Для розкриття механізму виникнення тріщин при зварюванні доцільно спільно розглянути зміну властивостей металу і напружень у ньому в залежності від температури. На рис. 12.1 показані графіки зміни можливих власних напружень по довжині шва, що виникають у металі шва при зварюванні, і показників його механічних властивостей.

Графіки побудовані за даними багатьох авторів для умов дугового автоматичного зварювання пластин зі Ст. 3 у стик. На ділянках нагрівання металу перед дугою виникають напруження стиску, при яких імовірність утворення тріщин мала, унаслідок чого цю область можна не розглядати (на рис. 12.1 не показана).

З початку кристалізації та охолодження металу шва в ньому можуть виникати деформації і напруження розтягу, величина яких у міру зниження температури швидко росте (ділянка аb кривої 1).

В інтервалі температур аустенітного перетворення γ -Fe у α -Fe, яке супроводжується збільшенням об’єму, величина напружень розтягу знижується і може переходити в напруження стиску (ділянка bс). Подальше охолодження супроводжується ростом напружень розтягу (ділянка cd).

Очевидно, що тріщини можуть виникати тільки у тому випадку, коли величина власних напружень у шві (крива 1) досягає значень межі міцності металу для даної температури (крива 2 ). Зіставлення кривих 2 і 1 дозволяє зробити висновок, що виникнення тріщин найімовірніше в області високих (понад 1300 °С) температур, де крива 1 досить близько підходить до кривої 2. Важливо відзначити різке зниження пластичності поблизу солідуса (кр. 3), що також збільшує можливість виникнення тріщин у цьому інтервалі температур.

Якщо під дією власних напружень у металі шва відбуваються пластичні деформації, то, очевидно, величина цих напружень близька до значення границі текучості металу при даній температурі і росте зі збільшенням швидкості деформацій. Крива 1 на окремих ділянках наближається до кривої 2.

Такий же вплив чинять об'ємні напруження розтягу, які утрудняють пластичну деформацію і сприяють утворенню тріщин.

Якщо тріщини не виникли в області температур, близьких до Т_сол, то при подальшому охолодженні металу шва їхнє виникнення малоймовірне, оскільки напруження в усіх більш далеких від джерела тепла ділянках значно нижчі межі міцності. Наразі пластичність Ст. 3 залишається високою аж до нормальних температур. Таким чином, тріщини при зварюванні легше всього виникають на самому початку охолодження металу шва. Надалі вони можуть більшою чи меншою мірою розвиватися в залежності від величини і характеру діючих напружень і властивостей металу.

Варто також звернути увагу на деяке зниження показників пластичності в інтервалі температур 500—100 °С. Для Ст. 3 воно є порівняно невеликим і не може спричиняти виникнення тріщин. Проте для великої групи сталей і деяких інших сплавів у області порівняно низьких температур (нижче 750° С) спостерігаються різкі провали пластичності при дуже високих значеннях власних напружень, що вказує на небезпеку виникнення тут тріщин.

Таким чином, спільний розгляд величини можливих напружень і властивостей металу шва дозволяє установити, що існують два інтервали температур, у яких можуть виникати тріщини: 1) поблизу T_сол; 2) в області більш низьких температур зі зниженими пластичними властивостями металу.

У залежності від температурного інтервалу виникнення розрізняють тріщини кристалізаційні, чи гарячі, і холодні. Кристалізаційними, або гарячими, прийнято вважати тріщини, що з'являються на завершальній стадії процесу кристалізації, — в інтервалі температур, близьких до лінії солідуса.

Холодні тріщини виникають при більш низьких температурах, найчастіше в результаті структурних перетворень у металі.

Механізм утворення гарячих і холодних тріщин різний. Гарячі тріщини мають інтеркристалічний характер, тобто проходять по границях між кристалами, тоді як холодні найчастіше є транскристалічними - перетинають кристали і границі між ними.

Гарячі тріщини звичайно мають звивисту форму і кристалічну зернисту поверхню зламу. Холодні тріщини є більш прямолінійними, поверхня їх зламу найчастіше гладка і блискуча. На рис. 12.2, а і 12.2, б відповідно показаний зовнішній вигляд кристалізаційних і холодних тріщин.

У зв'язку з тим, що причини і механізми утворення гарячих і холодних тріщин різні, розглядають їх окремо, не забуваючи при цьому, що боротьба з гарячими і холодними тріщинами складає дві сторони загальної проблеми підвищення технологічної міцності конструкцій при зварюванні.