Лекции по "Сварочному производству"

-  запаздывание включения ковочного усилия.

Как правило, возникают  у сплавов, имеющих большой температурный  интервал кристаллизации.

Малоопасны  при статических нагрузках.

Прожог точки

-  малое усилие сжатия или его отсутствия;

-  раннее включение тока;

-  большие зазоры;

-  плохая подготовка поверхности;

-  загрязнение электрода.

Сквозное отверстие  диаметром больше диаметра электрода.

 

Основные методы дефектоскопии сварных соединений

 

Дефекты

Методы неразрушающего контроля

Наружные

- визуальный  и визуально-оптический

Внутренние

-   ультразвуковой;

-   вихретоковый;

-   радиационный (с использованием рентгеноконтрастных материалов)                 

 

 
 

Тема 22. ВЫБОР  МЕТОДОВ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ  СОЕДИНЕНИЙ

 

Методы дефектоскопии  относятся к методам неразрушающего контроля сварных швов. Их используют с целью выявления дефектов –  несплошностей.

На практике известно десять видов неразрушающего контроля, разделяющихся на методы в зависимости от способа выявления дефектов. Основными методами контроля дефектов-несплошностей сварных соединений являются радиографический и радиоскопический, ультразвуковой, магнитопорошковый и магнитографический, капиллярный, вихретоковый, течеисканием, визуальный и визуально-оптический. Каждый из методов имеет свои особенности и область применения. Основные факторы, определяющие применимость методов, сводятся к следующим:

•Физические свойства материала

Радиационные  методы используют для контроля любых конструкционных материалов, магнитные - для ферромагнитных материалов (металлы на основе Fe ,Ni, Co),а вихретоковый  - для электропроводящих материалов.

•Толщина и  размеры изделия

Радиационный  и ультразвуковой контроль используют для сварных соединений  различной толщины, а вихретоковый  и магнитный контроль для  малых толщин.

•Состояние  поверхности

При ультразвуковом  контроле необходимо зачищать контролируемый участок сварного  соединения с нанесением контактной смазки. В магнитном контроле необходимо снимать чрезмерное усиление шва. Особенностью капиллярного контроля является  особо тщательная подготовка поверхности.

•Характеристики дефектов

При выявлении  объёмных дефектов (поры, включения) рационален радиационный контроль, а плоскостных (трещины, непровары) – ультразвуковой, магнитный и вихретоковый контроль.

Дефекты, расположенные  в поверхностном слое наиболее надежно  выявляются вихретоковым, капиллярным  и магнитным контролем, а внутренние дефекты – радиационными и  акустическими методами.

•Размеры допустимых дефектов

Они определяют технические условия на отбраковку сварных швов и зависят от условий  эксплуатации сварных изделий.

•Технические  характеристики.

Основными техническими характеристиками методов неразрушающего контроля являются чувствительность, разрешающая способность и достоверность.

Чувствительность  метода определяется наименьшими размерами  выявляемых дефектов, разрешающая способность  – наименьшими расстояниями между  двумя соседними выявляемыми  дефектами, а достоверность – вероятностью пропуска дефектов с недопустимыми размерами.

Радиационные  методы контроля чувствительны к  объемным и плоскостным дефектам, расположенным в направлении  просвечивания, ультразвуковые методы —  к любым плоскостным внутренним дефектам, а магнитные и капиллярные методы – к плоским поверхностным дефектам. Эти же методы имеют  высокую разрешающую способность и достоверность контроля.

•Технико-экономические  показатели

К технико-экономическим  показателям относят производительность, возможность механизации и автоматизации, доступность технических средств, возможность документирования результатов контроля, стоимость контроля и др. 

Самым непроизводительным является  рентгенографический контроль. Ультразвуковой и вихретоковые методы контроля обладают высокой производительностью, а также возможностью обработки, хранения и регистрации дефектоскопической информации.

•Условия выполнения контроля

При использовании  радиационного контроля  необходимо тщательно контролировать радиационную обстановку в производственных помещениях и использовать специальные меры защиты. Остальные методы контроля используют при условии выполнения общих требований по технике безопасности и эксплуатации оборудования.

 

Тема 23. ВЛИЯНИЕ  ДЕФЕКТОВ-НЕСПЛОШНОСТЕЙ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ  СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

 

Работоспособность сварных соединений зависит напрямую от их дефектности. Так как получить бездефектную продукцию практически невозможно, то необходимо установить нормы допустимых дефектов или браковки. Установление в технических документах более жестких норм дефектности повышает работоспособность сварных соединений.

При обосновании  норм дефектности для сварных  соединений, работающих под нагрузкой, необходимо определить их влияние на механические свойства сварного соединения. Основным механическим свойством является прочность при статических и переменных нагрузках. Нормы дефектности устанавливают по результатам механических испытаний, анализа изломов (фрактография) и металлографии сварных соединений. В результате исследований устанавливается корреляционная связь между геометрическими характеристиками дефекта и прочностью соединения.

Влияние  дефектов определяется не только размерами, но и их формы. К наиболее опасным дефектам относят трещины, непровары и подрезы. Менее опасными дефектами являются поры. Промежуточные положения занимают включения. Каждый из перечисленных дефектов характеризуется определённым значением концентрации напряжений.

Коэффициент концентрации напряжений определяется по формуле: 

 

К_д = σ _max / σ _{ср. в сварном соединении}           

 где, σ _max – максимальное напряжение в зоне дефекта,           

        σ _ср   – среднее напряжение в сварном соединении.

 

 

         Коэффициенты концентрации  напряжений соответствуют 2-3  (для пор), 3-10 для включений, 10-100 (для трещин, подрезов и непроваров в корне шва). Коэффициент К_д  зависит от расположения дефекта по отношению к направлению действующей нагрузки.

Наиболее опасной направленностью трещин  является такая, при которой наибольшие растягивающие напряжения действуют перпендикулярно к ее плоскости.

 
 
 
 
 
 

Наименьшей  опасностью характеризуются дефекты, при котором действие растягивающих  напряжений параллельно основному направлению дефекта.

Опасность дефектов возрастает для вытянутых пор  – свищей , особенно выходящих на поверхность, а также для цепочек  или скоплений пор или включений.

При определении  степени опасности объемных дефектов необходимо сопоставлять их коэффициенты концентрации напряжений Кд и коэффициенты концентрации напряжений Кф формы шва.

 
 
            

             в                   r

 

 
                                                        

 

 

 
 
 
 
                                       

r′           

 

 

в – ширина шва;

r, r’ – радиусы  перехода (сопряжения сварного шва).

 

К_ф

 

 

3

 

 
 

2

 

 
 

1

 

 

      

 

0                   20                     40                       60                       80                  В/r, %

 

Если Кф>Кд, то разрушения сварного шва может  быть вызвано неплавным сопряжением  сварного шва даже при малых размерах пор и включений.

Влияние дефектов на качество сварных соединений  увеличивается с возрастанием  остаточных сварочных напряжений в сварном соединении, что необходимо учитывать при разработке технологии сварки.

Еще большую  опасность на работоспособность  сварных соединений представляют дефекты  в процессе эксплуатации сварных  соединений. Поэтому необходимо поддерживать  такое качество технологического процесса, чтобы дефектность на стадии изготовления изделий была бы ниже уровня, требуемого при эксплуатации, т.е. требования к дефектности, исходя из технологического фактора, должны быть более жесткими, чем из эксплуатационного фактора. Поэтому основная оценка норм допустимых дефектов должна определяться в условиях действия нагрузок, характерных для эксплуатационных условий.

Рассмотрим  влияние плоскостных (на примере  непровара) и объемных (на примере  пор) дефектов на прочность сварных  соединений.

При статической  нагрузке и пластичном металле с  увеличением непровара в корне  шва  прочность сварных соединений уменьшается пропорционально его величине.

 

 

 

S                                                                                

h

σ_в

 

0,9                                         сталь 10

 
                                

                                                                       

30ХГСА (высокопрочная сталь)                                                                                                     

h/S   

 критический  размер дефекта

 

Определив зависимость  прочности сварного соединения от величины дефекта и задаваясь прочностью сварного соединения  (0,9)σ_{в осн.  Me} ,определяем критический размер дефекта.

При малопластичном металле (высокопрочная сталь)с увеличением  величины  непровара,  предел прочности уменьшается более резко по сравнению с пластичным металлом. При этом, если у стали 10 непровар определенной величины ещё допустим, то для стали 30ХГСА , как правило является браком.

При переменных нагрузках падение прочности  сварного соединения в зависимости  от размера дефекта ещё больше усиливается и поэтому плоскостные  дефекты типа трещин и непроваров вообще недопустимы.

Объёмные дефекты с площадью дефектной зоны до 5-10% площади поперечного сечения шва, при статистической нагрузке и пластичном металле практически не оказывают влияния на предел прочности. При малопластичном металле характер зависимости существенно изменяется.

 

σ_в                             

 Сталь 10

 

 

 
 
                                               

30ХГСА (высокопрочная  сталь)

 

 
 
                                                                                            

S _{дефекта}/ S_шва   

5-10 %

(  иногда даже до 20 % для пластичного металла).