Как влияют дефекты на работоспособность сварных конструкций кратко
Обновлено: 30.06.2024
1) Трещины – несплошности, вызванные местным разрывом шва или околовошной зоны, которые могут возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузки. В зависимости от ориентации, бывают продольные, поперечные, радиальные. Виды трещин: в кратере сварного шва; групповые раздельные, групповые разветвлённые; микротрещины.
2) Поры, газовые полости. Газовая полость – это пора, не имеющая углов, образованная газами, задержанными в расплавленном металле. Поры делятся на равномерно распределенные; расположенные скоплениями; расположенные цепочкой; продолговатые (вытянутые вдоль оси сварного шва).
3) Твердые включения;
4) Несплавления и непровары. Несплавления бывают по бокам, между валиками, в корке;
5) Нарушение формы шва – отклонение формы наружной поверхности или геометрии соединения от заданных значений. Виды: подрезы (продольные углубления на наружной поверхности валика шва); усадочные наковки; выпуклость формы шва; превышение проплава; прожиг; асимметрия углового шва; неравномерная ширина шва; вогнутость корня сварного шва.
6) Прочие дефекты.
Дефекты сплошности при сварке.
К внутренним и наружным дефектам, нарушающим сплошность сварного соединения, можно отнести непровары, трещины, газовые и шлаковые включения, а к сквозным - трещины, непровары, поры, прожоги, шлаковые включения (пробки).
Непроваром называют несплавление кромок основного металла с наплавленным или слоев шва между собой при многослойной сварке. Непровары чаще всего образуются при небольшом зазоре между кромками и малом угле скоса их, завышенном притуплении и загрязнении кромок, неточном направлении электродной проволоки относительно места сварки, недостаточной величине сварочного тока или чрезмерно большой скорости сварки.
Непровар легко определить невооруженным глазом в изломе шва по темным участкам пленок окислов и неметаллических включений.
Непровары являются опасными дефектами, так как снижают статическую и динамическую прочность сварных соединений. По данным проф. Г. А. Николаева, в стыковых швах конструкций работающих при статической нагрузке, глубина непроваров не должна превышать 10-15% толщины металла, а при динамической нагрузке - 5%.
Трещины являются опасными дефектами сварных соединений, так как создают резкую концентрацию напряжений и часто приводят к разрушению сварной конструкции. Трещины могут располагаться вдоль и поперек сварного соединения, а также в основном металле, в районе сосредоточения швов.
Поры располагаются на некотором расстоянии друг от друга, следуют цепочкой либо образуют скопления. Они находятся внутри или снаружи шва либо пронизывают всю его толщину. Диаметр пор колеблется от микроскопических размеров до нескольких миллиметров.
Поры могут быть шарообразной формы, конической или бутылкообразной и имеют характер червоточины.
Дефекты формы при сварке.
При сварке плавлением наиболее частыми дефектами сварных соединений являются неполномерность шва, неравномерная его ширина и высота, крупная чешуйчатость, бугристость, наличие седловин. При автоматической сварке дефекты возникают вследствие колебания напряжения в сети, проскальзывания проволоки в подающих роликах, неравномерной скорости сварки из-за люфтов в механизме передвижения, неправильного угла наклона электрода, протекания жидкого металла в зазор. При ручной и полуавтоматической сварках дефекты могут быть вызваны недостаточной квалификацией сварщика, нарушением технологических приемов, плохим качеством электродов и других сварочных материалов.
а - неполномерность шва; б - неравномерность ширины стыкового шва; в - неравномерность по длине катета углового шва; h - требуемая высота усиления шва
Для сварки давлением (например, точечной) характерными дефектами являются неравномерный шаг точек, глубокие вмятины, смещение осей стыкуемых деталей.
Нарушение формы и размеров шва зачастую свидетельствует о наличии таких дефектов, как наплывы (натеки), подрезы, прожоги и незаверенные кратеры.
Наплывы (натеки) образуются чаще всего при сварке горизонтальными швами вертикальных поверхностей в результате натекания жидкого металла на кромки холодного основного металла. Они могут быть местными, в виде отдельных застывших капель, или же иметь значительную протяженность вдоль шва. Причинами возникновения наплывов являются: большая величина сварочного тока, длинная дуга, неправильное положение электрода, большой угол наклона изделия при сварке на подъем и спуск. В кольцевых швах наплывы образуются при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто выявляются непровары, трещины и другие дефекты.
Влияние дефектов на работоспособность конструкций.
Коэффициент концентрации напряжения:
, где – напряжение в шве, – в дефекте.
поры; включения; трещины, подрезы, непровары в корне шва.
Усиление шва не снижает прочность при статических нагрузках, но сильно влияет на вибрационную прочность.
Кратеры, непрожиги недопустимы.
Наплывы являются концентраторами напряжений. Если большая протяженность, то наплыв недопустим, т.к. сопровождается непроварами.
Подрез не допускается в конструкциях, работающих на выносливость. Подрезы в количестве менее 5% в конструкциях, работающих при статических нагрузках можно считать допустимыми.
Непровары при вибрационных нагрузках снижают прочность до 40%.
Поры, шлаковые и газовые включения незначительно влияют на прочность соединения.
Наличие дефектов в сварных соединениях может существенно влиять на работу сварных конструкций. Степень этого влияния зависит от свойств свариваемых материалов и видов нагрузок, при которых работает рассматриваемая конструкция, от величины остаточных напряжений и наличия концентраторов напряжений, от агрессивности среды и температуры, от формы и величины самих дефектов, а также места их расположения.
Дефекты округлой или неправильной формы, но с плавными очертаниями, оказывают меньше воздействие на снижение эксплуатационных свойств сварных соединений, чем при наличии дефектов с острыми очертаниями. Особенно опасны трещины и трещиноподобные дефекты- непровары, подрезы, окисные включения.
Такие дефекты даже при статических нагрузках могут стать очагами хрупких разрушений. Существенное значение при этом имеют свойства основного металла и температурный режим, при котором эксплуатируется сварная конструкция. В конструкциях, работающих в условиях естественно низких температурах (до 60°С), материал сварного соединения углеродистых и значительной части низколегированных сталей обладает относительно большим запасом вязкости. Разрушение напряжения в этом случае превышают предел текучести материала, а сами разрушения имеют вязкий характер. С дальнейшим понижением температуры вязкость материала уменьшается, и хрупкое разрушение может возникнуть даже при низких напряжениях и относительно малых размерах начальных дефектов.
Механизм разрушения при статических нагрузках принято связывать с изменением локальных механических свойств в зонах дефектов. Причиной этих изменений может являться деформационное старение, а также повышение хрупкости металла сварных соединений вследствие обогащения его водородом и повышения содержания углерода. Явления деформационного старения могут наблюдаться в областях пластических деформаций, возникающих в зонах дефектов при остывании или при повторных нагревах металла шва, а также при предварительных нагружениях, когда в вершинах концентратов напряжений развиваются пластические деформации, в несколько раз превышающие общие. В зонах повышенных пластических деформаций во много раз возрастает поглощаемость водорода сталью, что вызывает водородную хрупкость. Повышение содержания углерода на поверхностях резов, выполненных воздушно-дуговой резкой угольным электродом, происходит за счет поверхностного науглероживания и вследствие диффузии углерода из глубинных слоев к поверхности реза. Такое явление наблюдалось на примере, при выборке корня шва с помощью воздушно-дуговой резки угольным электродом сварных соединений шаровых резервуаров из стали 09Г2С толщиной 34мм. Образовавшиеся при этом в областях повышенного содержания углерода первичные дефекты в виде поверхностных надрывов (мелких трещин) под влиянием остаточных напряжений развивалась впоследствии во внутренние трещины значительной величины, распространявшиеся под углом 45 °и выходящие в некоторых случаях на поверхность основного металла.
Итак, наиболее опасными дефектами при статических нагрузках являются трещины и им подобные дефекты- непровары, подрезы. Поры и шлаковые включения с округлыми границами становятся опасными только в случаях, когда они значительно уменьшают рабочее сечение.
При динамических нагрузках безусловную опасность представляют дефекты- концентраторы, которые значительно снижают предел выносливости, - непровары, подрезы и, конечно трещины. Их влияние усугубляется наличием остаточного водорода в металле шва. Поэтому сварные соединения конструкций, работающих, в условиях динамического воздействия следует выполнять сварочными материалами, обеспечивающими низкое содержание водорода в металле шва.
Столь же отрицательно на пределе выносливости сказывается наличие поля растягивающих остаточных напряжений. Дефекты округлой формы влияют на прочность сварных соединений в меньшей степени, но при определенных условиях поры и шлаковые включения, не опасные при статических нагрузках, могут вызывать преждевременные усталостные разрушения.
Так, если поры находятся внутри длинного продольного шва, имеющего остаточные растягивающие напряжения, близкие к предельным, то даже та небольшая концентрация напряжений, которая создается, может, оказаться критической и вызвать преждевременное усталостное разрушение.
Отрицательное влияние на работу сварных соединений оказывают дефекты в виде неметаллических включений, которые снижают пластические свойства металла шва.
Вопросы по теме:
1) Назовите вспомогательные устройства, применяемые при ВИК на месте производства
2) Требования к освещенности контролируемых поверхностей;
3) Какими службами проводится подготовка контролируемых поверхностей при ВИК?
4) Чему равна зона зачистки кромок деталей под все виды дуговой, газовой и контактной
5) Чему равна зона зачистки кромок деталей под электрошлаковую сварку?
6) Чему равна зона зачистки кромок деталей угловых соединений труб?
7) Чему равна зона зачистки стального подкладного остающегося кольца?
8) Назовите типы дефектов, выявляемые при входном контроле сварных труб?
9) В каких документах указывается объем визуального и измерительного контроля?
10) Какие параметры необходимо контролировать при подготовке деталей под сварку?
11) Какие параметры необходимо контролировать при сборке деталей под сварку?
13) Причины возникновения непроваров?
15) Причины возникновения горячих трещин;
16) Причины возникновения холодных трещин;
20) По происхождению дефекты подразделяются на …
Наличие дефектов в сварных соединениях может существенно влиять на работу сварных конструкций. Степень этого влияния зависит от свойств свариваемых материалов и видов нагрузок, при которых работает рассматриваемая конструкция, от величины остаточных напряжений и наличия концентраторов напряжений, от агрессивности среды и температуры, от формы и величины самих дефектов, а также места их расположения.
Дефекты округлой или неправильной формы, но с плавными очертаниями, оказывают меньше воздействие на снижение эксплуатационных свойств сварных соединений, чем при наличии дефектов с острыми очертаниями. Особенно опасны трещины и трещиноподобные дефекты- непровары, подрезы, окисные включения.
Такие дефекты даже при статических нагрузках могут стать очагами хрупких разрушений. Существенное значение при этом имеют свойства основного металла и температурный режим, при котором эксплуатируется сварная конструкция. В конструкциях, работающих в условиях естественно низких температурах (до 60°С), материал сварного соединения углеродистых и значительной части низколегированных сталей обладает относительно большим запасом вязкости. Разрушение напряжения в этом случае превышают предел текучести материала, а сами разрушения имеют вязкий характер. С дальнейшим понижением температуры вязкость материала уменьшается, и хрупкое разрушение может возникнуть даже при низких напряжениях и относительно малых размерах начальных дефектов.
Механизм разрушения при статических нагрузках принято связывать с изменением локальных механических свойств в зонах дефектов. Причиной этих изменений может являться деформационное старение, а также повышение хрупкости металла сварных соединений вследствие обогащения его водородом и повышения содержания углерода. Явления деформационного старения могут наблюдаться в областях пластических деформаций, возникающих в зонах дефектов при остывании или при повторных нагревах металла шва, а также при предварительных нагружениях, когда в вершинах концентратов напряжений развиваются пластические деформации, в несколько раз превышающие общие. В зонах повышенных пластических деформаций во много раз возрастает поглощаемость водорода сталью, что вызывает водородную хрупкость. Повышение содержания углерода на поверхностях резов, выполненных воздушно-дуговой резкой угольным электродом, происходит за счет поверхностного науглероживания и вследствие диффузии углерода из глубинных слоев к поверхности реза. Такое явление наблюдалось на примере, при выборке корня шва с помощью воздушно-дуговой резки угольным электродом сварных соединений шаровых резервуаров из стали 09Г2С толщиной 34мм. Образовавшиеся при этом в областях повышенного содержания углерода первичные дефекты в виде поверхностных надрывов (мелких трещин) под влиянием остаточных напряжений развивалась впоследствии во внутренние трещины значительной величины, распространявшиеся под углом 45 °и выходящие в некоторых случаях на поверхность основного металла.
Итак, наиболее опасными дефектами при статических нагрузках являются трещины и им подобные дефекты- непровары, подрезы. Поры и шлаковые включения с округлыми границами становятся опасными только в случаях, когда они значительно уменьшают рабочее сечение.
При динамических нагрузках безусловную опасность представляют дефекты- концентраторы, которые значительно снижают предел выносливости, - непровары, подрезы и, конечно трещины. Их влияние усугубляется наличием остаточного водорода в металле шва. Поэтому сварные соединения конструкций, работающих, в условиях динамического воздействия следует выполнять сварочными материалами, обеспечивающими низкое содержание водорода в металле шва.
Столь же отрицательно на пределе выносливости сказывается наличие поля растягивающих остаточных напряжений. Дефекты округлой формы влияют на прочность сварных соединений в меньшей степени, но при определенных условиях поры и шлаковые включения, не опасные при статических нагрузках, могут вызывать преждевременные усталостные разрушения.
Так, если поры находятся внутри длинного продольного шва, имеющего остаточные растягивающие напряжения, близкие к предельным, то даже та небольшая концентрация напряжений, которая создается, может, оказаться критической и вызвать преждевременное усталостное разрушение.
Отрицательное влияние на работу сварных соединений оказывают дефекты в виде неметаллических включений, которые снижают пластические свойства металла шва.
Вопросы по теме:
1) Назовите вспомогательные устройства, применяемые при ВИК на месте производства
2) Требования к освещенности контролируемых поверхностей;
3) Какими службами проводится подготовка контролируемых поверхностей при ВИК?
4) Чему равна зона зачистки кромок деталей под все виды дуговой, газовой и контактной
5) Чему равна зона зачистки кромок деталей под электрошлаковую сварку?
6) Чему равна зона зачистки кромок деталей угловых соединений труб?
7) Чему равна зона зачистки стального подкладного остающегося кольца?
8) Назовите типы дефектов, выявляемые при входном контроле сварных труб?
9) В каких документах указывается объем визуального и измерительного контроля?
10) Какие параметры необходимо контролировать при подготовке деталей под сварку?
11) Какие параметры необходимо контролировать при сборке деталей под сварку?
Дефектами сварных соединений называют различные отклонения от установленных норм и технических требований, возникающие в металле шва и зоне термического влияния в процессе образования сварных соединений и приводящие к снижению эксплуатационной надёжности сварных конструкций, ухудшению их работоспособности и внешнего вида.
В табл. 4.2 приведены основные виды дефектов сварных швов и причины их образования.
Дефекты сварных соединений можно различать по месту их расположения на наружные и внутренние. К наружным относятся кратеры, наплывы, свищи, подрезы, прожоги, неравномерность формы
шва; к внутренним относятся, например, поры, включения шлака, непровары, несплавления, трещины, недопустимые структурные изменения металла - перегрев, пережог.
Наличие тех или иных дефектов в сварных соединениях ещё не определяет потерю работоспособности этих соединений. Опасность дефектов наряду с влиянием их собственных характеристик (типы, виды, размеры, формы и т. п.) зависит от множества конструктивных и эксплуатационных факторов. Изучение этого вопроса представляет большие трудности как с практической, так и с теоретической стороны.
В большинстве случаев степень влияния того или иного вида дефектов на работоспособность конструкций устанавливается испытанием образцов с дефектами. Так, установлено, что усиление шва не снижает статической прочности, однако существенно влияет на усталостную прочность. Чем больше усиление шва и, следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее оно снижает предел выносливости.
Опасным дефектом является подрез. Считаются допустимыми подрезы небольшой протяжённости, ослабляющие сечение шва не более чем на 5%, в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок.
Наплывы, резко изменяя очертания швов, образуют концентраторы напряжений, что может приводить к снижению выносливости конструкции. Наплывы, имеющие большую протяжённость, считают недопустимыми дефектами, так как они кроме того, что вызывают концентрацию напряжений, нередко сопровождаются непроварами.
Кратеры, как и прожоги, являются недопустимыми дефектами и подлежат исправлению.
Исследования показали, что при статических нагрузках и пластических материалах потеря прочности примерно пропорциональна общей площади дефектов — включений и непроваров. Причём если общая площадь дефектов меньше 5-10 % (а иногда и 20-25 %), то эти дефекты мало влияют на несущую способность стыков, особенно при швах с усилением. В то же время при малопластичных материалах и динамической или вибрационной нагрузке сравнительно небольшие дефекты существенно влияют на работоспособность соединения. Остаточные напряжения могут повышать отрицательное влияние дефектов.
Для оценки опасности сварочных дефектов их целесообразно подразделить на две группы: объёмные (поры, шлаки, включения, непровары без подреза) и трещиноподобные. Объёмные дефекты не оказывают значительного влияния на работоспособность соединений. Эти дефекты можно нормировать по размерам или площади ослабления сечения шва. Трещиноподобные дефекты, в том числе трещины, весьма опасны и резко снижают эксплуатационные свойства соединений.
Все дефекты по их значимости можно условно распределить по трём группам: малозначительные, значительные и критические. К малозначительным относят отдельные дефекты - включения и непровары, к значительным - протяжённые дефекты и к критическим -трещиноподобные. Поэтому в сварных швах допускается содержание объёмных дефектов до определённых размеров и количеств. Трещиноподобные дефекты, как правило, считаются недопустимыми независимо от их размеров.
Поэтому для получения сварных соединений высокого качества требование бездефектности и нормирования допустимых дефектов следует понимать как требование отсутствия недопустимых дефектов, а не их полного отсутствия.
Все дефекты отрицательно влияют на те или иные характеристики сварных соединений. Сквозные дефекты нарушают герметичность и непроницаемость. Поры, шлаковые включения, непровары, вогнутости стыковых швов ослабляют рабочее сечение сварных соединений и этим снижают его прочностные свойства. Такие дефекты во многих случаях можно нормировать по размерам или по площади уменьшений ими сечения шва. Более опасными являются трещиноподобные дефекты (трещины, непровары с надрезом, подрезы, кратеры с сеткой трещин и т. п.), поскольку они не только ослабляют сечение сварного соединения, но и, являясь концентраторами напряжений, могут значительно снижать уровень допускаемых нагрузок и приводить к преждевременной потере работоспособности сварных конструкций.
При оценке реальной опасности дефектов следует учитывать не только их вид и тип, но также и ряд конструктивно-эксплуатационных факторов, которые способны снижать или усиливать влияние дефектов на работоспособность соединений. К таким факторам относятся: свойства металла (прочность, пластичность, хрупкость), тип сварного соединения (стыковые, угловые швы), схема нагружения (одно- , двух- , трехосное напряженное состояние), вид нагрузки (статические, динамические, малоцикловые), рабочая температура. В качестве примера можно отметить резкое усиление отрицательного влияния дефектов на прочность сварных соединений при минусовых температурах, а также при переменных нагрузках.
Принимая во внимание потенциальную опасность отдельных дефектов в условиях действующих конструкторско-эксплуатационных факторов, в сварных соединениях ответственных строительных конструкций не допускаются трещины, фактически являющиеся началом разрушения сварного соединения, не заваренные кратеры, наплывы, прожоги, неполномерные стыковые и угловые швы, перерывы в швах, резкие переходы от основного металла к наплавленному. Вместе с тем такие дефекты, как поры и шлаковые включения, а в ряде сварных конструкций непровары и подрезы, допускаются. Однако их размеры, количество и характер расположения строго регламентируются соответствующими нормативными документами.
Читайте также: