Реферат: Дефекты сварных и паяных соединений
Реферат По дисциплине: «Материаловедение»Тема: «Дефекты сварных и паяныхсоединений»Введение
Большинствометаллических конструкций состоит из соединенных между собой отдельныхэлементов. Соединения могут быть подвижными и неподвижными, разъемными инеразъемными.
Неразъемные соединенияметаллических элементов в современных условиях осуществляются при помощисварки, пайки, клепки и склеивания.
Наиболеесовершенными видами соединений металлических элементов являются сварные ипаяные. В этих случаях между соединяемыми элементами возникает металлическаяформа связи.
Сваркаи пайка являются очень древними процессами. Однако только в конце XVIIIстолетия началось быстрое развитие сварки, связанное с интенсивным развитиемпромышленности. Следует отметить, что разработка и практическое применениеосновных современных методов сварки были осуществлены в те времена замечательнымирусскими инженерами
Н.Н. Бенардсоном и Н. Г. Славяновым.
Интенсивнаяразработка новых методов пайки началась позднее –
вконце первой половины XIX столетия. В это время возникла острая необходимостьсоединять элементы конструкций из разнородных и трудносвариваемых металлов исплавов.
Процессысварки и пайки целесообразно рассматривать с трех основных точек зрения:конструктивной, технологической и по природе самих процессов.
Сконструктивной точки зрения сварка и пайка представляют собой процессысоздания неразъемных соединений металлических деталей. Сварные и паяныесоединения необходимо рассматривать как элементы конструкций.
Стехнологической точки зрения сварка и пайка являются важнейшимиоперациями процесса сборки металлических деталей в узлы и целые конструкции.
Поприроде процессов сварка и пайка являются сложным металлургическими,разнообразными по форме процессами.
Основные методы сваркиСуществующиев настоящее время способы сварки можно подразделить на две основные группы (посостоянию соединяемых кромок в процессе сварки). К первой группе относятсяспособы, при которых металлы свариваются в твердом состоянии при совместнойпластической деформации, часто одновременно с дополнительным нагревом (способысварки давлением). Ко второй группе относятся способы, при которых металлывместе соединения расплавляются (способы сварки плавлением).
Присварке методами первой группы металлы совместно сжимаются и деформируются. Взависимости от температуры металла в месте сварки эти методы подразделяются натри подгруппы. В первом случае сварка проводится без подогрева металлов (сваркаглубокой деформацией, сварка сдвигом). Этими методами свариваются только высокопластичные металлы. Во втором случае металлы подогревают в процессе сварки дотемператур, близких к температуре порога рекристаллизации (сваркаультразвуковыми колебаниями).
Наибольшеезначение имеют методы третьей подгруппы. Металлы в этом случае нагреваются дотемператур, значительно превышающих температуру порога рекристаллизации. Вкачестве источников тепла используются горн (кузнечная сварка), электрическийток (контактная стыковая и шовно-стыковая сварка), газовое пламя (газопрессоваясварка) и др.
При сварке методами второй группы между соединяемымидеталями мощным источником тепла создается ванночка расплавленного металла. Онаобразуется преимущественно за счет оплавления кромок свариваемых деталей. Послеудаления источника тепла в ванночке затвердевает (кристаллизуется) и образуетсясварное соединение. В качестве источника тепла используется электрическая дуга,электрический ток, поток электронов, газовое пламя и др.
НаСхеме 1. приведена классификация основных методов сварки по состоянию металловв процессе сварки.
Основные методы пайкиПайкапредставляет собой технологический процесс, при котором соединение деталейпроисходит в результате расплавления припоя без расплавления металласоединяемых деталей.
Вобразовании паяного соединения большое значение имеют процессы растворения идиффузии, а также образование химических соединений между основным металлом иприпоем. Припой должен хорошо смачивать основной металл. Обычно припойпредставляет собой сплавы различных цветных металлов. Температура плавления егодолжна быть ниже, чем температура плавления основного металла.
Междусваркой с расплавлением металлов и пайкой много общего, однако, существенноотличаются технологии процессов.
Еслипри сварке кромки соединяемых деталей расплавляются и металл, образующий шов,аналогичен, как правило, свариваемому, то при пайке кромки деталей нагреваютсядо температуры ниже температуры плавления паяемого металла. Соединение ихпроизводится расплавляемым специальным металлом – припоем, имеющим более низкуютемпературу плавления.
Взависимости температуры плавления припоя методы пайки можно подразделить на двеосновные группы.
Кпервой группе относятся методы пайки, при которых используются припои стемпературой плавления значительно ниже температуры плавления паяемого металла.Например, при пайке низкоуглеродистой стали (/>)припоем на основе сплава олова и свинца (/>)разница в температурах их плавления превышает />С.
Ковторой группе относятся методы пайки, при которых используются припои стемпературой плавления, близкой к температуре плавления паяемого металла. Вкачестве примера можно привести пайку меди (/>)латунью Л-62 (/>).
Поусловиям нагрева методы пайки подразделяются на две группы. При пайке методамипервой группы детали подогреваются только в том месте, куда непосредственновводится припой, где они соединяются. Нагрев носит местный характер. В качествеисточников тепла обычно используются паяльники, газовое пламя, токи высокойчастоты и др. При пайке методами второй группы паяемые детали нагреваютсяцеликом. В качестве источников тепла используются всевозможные печи и ванны,заполненные расплавленными припоями, флюсами, солями.
НаСхеме 2. приведена классификация основных методов пайки на основе условийнагрева паяемых деталей.
Дефекты сварных соединений
Надежностьэксплуатации сварных соединений зависит от их соответствия нормативнойдокументации, которая регламентирует конструктивные размеры и форму готовыхсварных швов, прочность, пластичность, коррозионную стойкость и свойствасварных соединений. Все встречающиеся типы дефектов сварных соединений можноподразделить на четыре группы: по расположению, форме, размерам и количеству.
По расположениюразличают дефекты наружные, внутренние и сквозные. По форме компактные ипротяженные, плоские и объемные, острые (с надрезом) и округлые (без надреза).По размерам – мелкие, средние и крупные. По количеству – единичные и групповые(цепочки, скопления).
Кнаружным дефектам относятся нарушения формы, размеров и внешнего вида швов:неравномерная ширина шва по его длине, неравномерная высота шва, неравномерныекатеты угловых швов, подрезы, наплывы, прожоги, не заваренные кратеры, свищи.
Образование внутреннихдефектов при сварке связано с металлургическими, термическими игидродинамическими явлениями, происходящими при формировании сварного шва.
К внутренним дефектамотносятся трещины (горячие и холодные), непровары, поры, шлаковые вольфрамовыеи окисные включения.
При сварке давлениемНепровар – это участок сварного соединения, где отсутствуетсплавление между свариваемыми деталями, например, в корне шва, между основным инаплавленным металлом (по кромке) или между смежными слоями наплавленногометалла. Непровары уменьшают рабочее сечение сварного шва, что может привести кснижению работоспособности сварного соединения. Являясь концентратораминапряжений, непровары могут вызвать появление трещин, уменьшить коррозионнуюстойкость сварного соединения, привести к коррозионному растрескиванию.Непровар является очень опасным дефектом сварки.
/>
Рис.1.Непровары
а– в корне одностороннего стыкового шва;
б– по кромке между основным и наплавленным металлом;
в– в корне двустороннего шва;
г– между слоями
Причинанепровара:
1) Малая величина сварочного тока;
2) Большая скорость перемещенияэлектрода;
3) Слишком большая длина дуги;
4) Малый угол скоса кромок илибольшая величина притупления;
5) Смещение и перекосы свариваемыхкромок;
6) Малая величина зазора междукромками;
7) Несоответственно большой диаметрэлектрода;
8) Затекание шлака в зазоры междусвариваемыми кромками;
9) Неправильный выбор полярности дляданной марки электродов
Непроварявляется очень опасным дефектом сварки.
Пористость – газовые пузырьки в металле. Обычно они имеютсферическую или близкую к ней форму. В сварных швах углеродистых сталей порызачастую имеют трубчатую форму. Первоначально, возникнув в жидком металле шваза счет интенсивного газообразования, не все пузырьки газа успевают поднятьсяна поверхность и выйти в атмосферу. Часть из них остается в металле шва.Размеры таких пор колеблются от микроскопических, до 2…3 мм в диаметре, и засчет диффузии газов могут расти. Кроме одиночных пор, вызванных действиемслучайных факторов, в сварных швах могут появляться поры, равномернораспределенному по всему сечению шва, расположенные в виде цепочек илиотдельных скоплений.
/>
Рис.2.Поры
Причины пористости:
1) Наличие газов в металле, которыене успевают полностью выделиться в процессе кристаллизации металла;
2) Взаимодействие закиси железа с углеродом,в результате чего выделяется окись углерода и углекислый газ;
3) Наличие влаги в покрытии или вофлюсе (при автоматической сварке);
4) Наличие ржавчины на свариваемыхкромках или проволоке.
Трещины – дефекты сварных швов,представляющие собой макроскопические и макроскопические межкристаллическиеразрушения, образующие полости с очень малым начальным раскрытием. Поддействием остаточных и рабочих напряжений трещины могут распространяться свысокими скоростями. Поэтому вызванные ими хрупкие разрушения происходят почтимгновенно и очень опасны.
/>
Рис.3. Продольная горячая трещина
/>
Рис.4. Холодные трещины в
околошовной зоне
Причины трещин:
1) Усадочные напряжения, превышающиепредел прочности металла;
2) Жесткое закрепление свариваемыхэлементов;
3) Структурные напряжения, например,образование мартенсита;
4) Повышенное содержание углерода,серы и фосфора в металле;
5) Сварка при низкой температуре;
6) Дефекты шва (поры, шлаковыевключения и т.д.), вызывающие местную концентрацию напряжений в металле шва;
7) Сосредоточение нескольких швов на небольшомучастке изделия, вызывающее повышенные местные напряжения (концентрациянапряжений).
Шлаковыевключения – это полости в металлесварного шва, заполненные шлаками, не успевающими всплыть на поверхность шва.Шлаковые включения образуются при больших скоростях сварки, при сильномзагрязнении кромок и при многослойной сварке в случаях плохой очистки от шлакаповерхности швов между слоями. Форма шлаковых включений может быть самойразнообразной, вследствие чего они являются более опасными дефектами, чемокруглые поры.
/>
Рис.5. Шлаковые включения
Причинышлаковых включений:
1) Тугоплавкость и повышеннаявязкость шлаков электродных покрытий;
2) Высокий удельный вес шлака;
3) Недостаточное раскисление металлашва;
4) Большое поверхностное натяжениешлака;
5) Плохая очистка поверхности валиковот шлака при многослойной сварке;
6) Затекание шлака в зазоры междусвариваемыми кромками и в месте подрезов;
7) Неравномерность плавленияэлектродного покрытия.
Пережог – окисление по границам зерен.
Причиныпережога:
1) Замедленное движение источниковнагрева;
2) Большая сила тока (большой номернаконечника горелки).
Прожог – дефект сварки, заключающийся в вытекании металласварочной ванны через отверстие в шве с образованием в нем полости.
/>
Рис.6. Прожог
Причиныпрожога:
1) Чрезмерная сила тока;
2) Слишком медленное перемещениеисточника нагрева;
3) Малая толщина металла;
4) Большой зазор между свариваемымикромками;
5) Малая величина притупления кромок.
Подрез – дефекты сварного соединения, представляющие собойместные уменьшения толщины основного металла в виде канавок, располагающихсявдоль границ сварного шва. Подрезы относятся к наиболее часто встречающимсянаружным дефектам, образующимися, как правило, при сварке угловых швов сизлишне высоким напряжением дуги и в случае неточного ведения электрода. Однаиз кромок проплавляется более глубоко, металл стекает на горизонтальнорасположенную деталь и его не хватает для заполнения канавки. В стыковых швахподрезы образуются реже. Обычно при повышенном напряжении дуги и большойскорости сварки образуются двусторонние подрезы. Такие же подрезы образуются ив случае увеличения угла разделки при автоматической сварке.
/>
Рис.7. Подрез
Причиныподреза:
1) Большая сила тока;
2) Неправильное положение электрода инаправление дуги.
При точечной сварке
Непровар – отсутствие или малый диаметр литого ядра.
Причины:
1) Падение напряжения в сети;
2) Ввод в контур машины большихмагнитных масс;
3) Шунтирование тока через соседниеточки или случайные контакты;
4) Большой диаметр контактаэлектрода;
5) Большое давление;
6) Увеличение толщины свариваемыхдеталей;
7) Уменьшение времени сварки.
Выплескметалла.
Причины:
1) Плохая очистка деталей илиэлектродов;
2) Малое давление;
3) Большая сила тока;
4) Большое время сварки.
Прожог.
Причины:
1) Значительное загрязнениеповерхности;
2) Загрязнение поверхностиэлектродов;
3) Снижение давления.
Трещины.
Причины:
1) Жесткий режим сварки;
2) Несвободное деформирование деталейв приспособлении;
3) Малое ковочное давление.
Раковиныи пористость.
Причины:
1) Малое давление;
2) Загрязнение поверхности металла;
3) Выплеск при перегреве ядра.
Вмятиныболее 10-20% толщины листа.
Причины:
1) Недостаточные диаметры контактнойповерхности электрода;
2) Перегрев точки;
3) Значительный выплеск металла;
4) Плохое охлаждение электродов.
При роликовой сваркеНегерметичность шва вызывается теми жепричинам, что и при непроваре точечной сваркой.
Подплавление.
Причина– плохая очистка деталей и роликов.
Прожог.
Причины:
1) Плохая очистка деталей изагрязнение роликов;
2) Большие зазоры между деталями;
3) Снижение давления.
При стыковой сварке
Смещение свариваемыхдеталей.
Непровар.
Перегреви пережог.
Подгарповерхности деталей в зажимах.
Черезмернобольшое количество выдавленного металла.
Трещины.
Остаткив шве литого металла, шлаков, окислов.
Допустимые и недопустимые дефекты
Присварке плавлением дефекты обычно исправляются подваркой дефектного места. Передподваркой дефектное место должно быть разделано так, чтобы можно было удобнопроизводить сварку. Одно и то же место исправлять сваркой более двух раз обычноне разрешается во избежание получения перегрева или пережога металла.
Приточечной сварке исправление дефектов производится постановкой новой точки. Внекоторых случаях, например, в случае прожога в дефектном месте ставятзаклепки.
Характери количество дефектов, допускаемых без исправления, должны указываться втехнических условиях на сварку или узел.
Контроль
В зависимости от характера воздействия на материалобразца или изделия все разнообразные методы контроля качества сварныхсоединений могут быть разделены на две основные группы: методы контроля безразрушения образцов или изделий – неразрушающий контроль и методыконтроля с разрушением образцов или производственных стыков – разрушающийконтроль. Группа методов контроля, объединенная общими физическимихарактеристиками, составляет вид контроля. Все виды неразрушающего контроляклассифицируются по следующим пяти основным признакам: по характеру физическихполей или излучений, взаимодействующих с контролируемым объектом; по характерувзаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом; попервичным информативным параметрам, рассматриваемых методов контроля; поспособам индикации первичной информации; по способам представленияокончательной информации. Все методы неразрушающего контроля подразделяютсясогласно стандарту на следующие десять типов: акустический, капиллярный,магнитный, оптический, радиационный, радиоволновый, тепловой, течеисканием,электрический, электромагнитный (вихревых токов). Наиболее широкое применениена практике нашли методы пяти из них – акустического, капиллярного, магнитного,радиационного и течеисканием.
Кнеразрушающим видам контроля следует отнести и контроль внешним осмотром иобмером, который имеет существенное значение для получения качественных сварныхконструкций.
Заключение
Качествосварных соединений зависит от качества исходных основных и сварочныхматериалов, качество сборки под сварку, соблюдения технологий сварки и другихфакторов. Возникновение дефектов в значительной степени связано не только стехническими, но и с организационными причинами. Отсюда следует, чтоспециалисты-технологи сварочного производства должны знать не только дефектысварных соединений, присущие различным способам сварки, методы и оборудование дляих выявления, но и владеть вопросами организации управления качеством сварки.
Список использованной литературы
1) А.А. Алов – «Основы теориипроцессов сварки и пайки», – М.: «Машиностроение» – 1964г., 268стр.
2) И. Гривняк – «Свариваемостьсталей», – М.: «Машиностроение» – 1984г., 216стр.
3) Б.Н. Бадьянов, В.А. Давыдов –«Сварочные процессы в электронной технике», – М.: «Высшая школа» – 1988г.,189стр.
4) С.Б. Моцохин – «Контроль качествасоединений и конструкций», – М.: «Стройиздат» – 1985г., 229стр.
5) Л.А. Мордвинцев – «Технологиясварки и пайки», – М.: «Госиздат. Оборонной Промышленности» – 1957г., 150стр.