Дефекти через неправильну підготовку кромок перед зварюванням

Мета цієї статті - пояснити недоліки, які виникають внаслідок неправильної підготовки зварного шва, і те, як правильна підготовка може допомогти зменшити або усунути недоліки

Дефекти через неправильну підготовку кромок перед зварюванням

Приблизно 100 років процеси зварювання застосовуються у всіх галузях промисловості для виготовлення металевих з'єднань. Технологія та матеріали з кожним роком вдосконалюються та призводять до все більшої ефективності. Поки використовується зварювальне обладнання все більш високої якості, робочим кроком перед зварюванням, а саме підготовкою кінців труб, що зварюються, часто нехтують або виконують із використанням непридатних методів. Але одним із численних факторів, який може негативно вплинути на якість зварювання, є погана підготовка, яка трапляється знову і знову. Ця стаття має на меті пояснити ці недоліки та показати, як правильна підготовка може допомогти зменшити або усунути їх.

Фото 1: різання труб шліфувальним кругом.

Тріщини

Тріщини - один з найпоширеніших дефектів, що спостерігаються при зварюванні. Це відбувається через надмірні механічні навантаження в зварному шві. Утворення гарячих і холодних тріщин - одна з найпоширеніших тріщин.

Гарячий розтріскування

Як випливає з назви, це розтріскування відбувається, коли метал ще гарячий і повільно твердне. Факторами, що сприяють таким дефектам, є, наприклад, тип зварного шва. Застосовується наступне: чим вужчий шов, тим більші механічні навантаження внаслідок затвердіння металу. Якщо навантаження занадто великі, існує ризик утворення тріщин при зміні стану. Тому велике значення має правильний вибір кута шва. Якщо це робиться вручну, шов не може бути на 100% точним. Тому краї слід обробляти відповідною машиною, яка забезпечує точні та постійні кути.

Холодне розтріскування

Холодне розтріскування відбувається після зварювального процесу (відразу після цього, або через кілька годин або навіть днів). Такий дефіцит спричинений одночасною комбінацією трьох факторів: типу зміцнення (твердого та крихкого), залишкових механічних напружень (наприклад, через фланці) та розповсюдження водню в зварному шві. Останнє може бути через неправильну підготовку країв. Дійсно, при зварюванні іржавої або погано знежиреної заготовки, водень, присутній у іржі або вуглеводнях, буде розпадатися в зварному шві. Коли метал охолоджується, виникають напруги в атомному діапазоні. Якщо концентрація цих напружень занадто висока, в металі утворюються тріщини.

У поєднанні з іншими запобіжними заходами, такими як загартування електродів або попередній розігрів заготовок, обробка країв (без змащення) дозволяє здійснювати зварювання на безводневому матеріалі, що значно зменшує ймовірність холодного розтріскування.

Фото 2: Двокутний скос US40 без змащення за один прохід

Пухирці

На додаток до утворення холодних тріщин, погано підготовлена поверхня також може призвести до утворення бульбашок у зварному шві. Фактично вода, іржа або жир на заготовці призводять до появи бульбашок газу, які потім затримуються в зварному шві. Як і при холодному розтріскуванні, відповідна механічна обробка (без змащення) кінцевої деталі, що зварюється, дозволяє чітко зменшити ризик виникнення таких дефектів.

Забруднення залізом

Зокрема, нержавіючі сталі можуть бути забруднені залізом. Якщо нержавіюча сталь контактує з частинками заліза та електропровідним середовищем (наприклад, вологим повітрям), виникає гальванічна корозія. Пасивний шар нержавіючої сталі поступово пошкоджується, що може призвести до появи плям іржі.

Частинки заліза, як правило, походять від використання непридатних пристроїв. Це стосується:

Формувальні машини: преси, прес-гальма тощо.
Матеріал для чищення: металеві щітки, ганчірки, які раніше використовували на м’якій сталі тощо.
Матеріал для обробки: різальний інструмент, скосний інструмент, затискні губки тощо.

Це забруднення може також виникати в результаті операцій шліфування м'якої сталі, які проводяться поблизу заготовок з нержавіючої сталі.
Якщо заготовку обробляють перед зварюванням, важливо переконатися, що затискні губки та ріжучі інструменти придатні для обробки нержавіючої сталі (наприклад, затискні губки з нержавіючої сталі або легкого сплаву) і раніше не використовувались для обробки нелегованої сталі (або в цьому випадку після цього були ретельно очищені).

Фото 3: Машина для облицювання та фаски PROTEM SE90NG Обробка U-шва на супердуплексній сталі за один прохід

Дефекти з точки зору глибини проникнення

Недостатнє або надмірне проникнення

Недостатня глибина проникнення відноситься до нерозплавленої ділянки біля кореня шва. Надмірна глибина проникнення стосується надлишку розплавленого металу шва в основі шва. Ці дефекти спричинені неправильними параметрами зварювання (сила струму, напруга та швидкість подачі), а також зазорами між заготовками або недостатньо контрольованою товщиною полотна.

Занадто малий розрив призводить до недостатнього проникнення, тоді як занадто великий розрив призводить до надмірного проникнення. Однак дуже точного розташування заготовок іноді не завжди буває достатньо, щоб уникнути такого роду дефектів. Якщо зварювані заготовки не мають стовідсоткової паралельності через недостатню підготовку, нерегулярний зазор може подекуди призвести до недостатнього або надмірного проникнення. Точно плануючи кінці, цього виду дефекту можна уникнути.

Недостатня або надмірна глибина проникнення також може бути спричинена фаскою з товщиною полотна, яка не відповідає параметрам зварювання. Ці параметри фактично визначаються заздалегідь відповідно до матеріалу, що зварюється, геометрії зварного шва та обраного процесу зварювання. Однак просто освоєння параметрів зварювання не може повністю уникнути неправильної глибини проникнення. Навіть непостійна товщина полотна через погану підготовку може погіршити якість зварного шва. Наприклад, правильні параметри товщини полотна 1,5 мм можуть призвести до надмірної глибини проникнення полотна товщиною 0,5 мм і недостатньої глибини проникнення полотна товщиною 2,5 мм. Якщо у вас є така товщина під контролем, наприклад, за допомогою внутрішньої обробки або відстеження профілю в овальній трубі, кінцева якість зварного шва може бути значно підвищена.

Правильна підготовка до забезпечення постійного зазору або звичайного полотна є надзвичайно важливою при використанні автоматичних процесів, таких як кругове зварювання TIG або роботизоване зварювання MIG. Оскільки досвідчений зварювальник не втручається і не виправляє помилок в автоматичних та роботизованих зварювальних процесах, помилки вирівнювання в керованих машиною процесах мають серйозні наслідки.

Фото 4: Труборіз TTNG-1200Різання та зняття фаски на кінці труби Ø1026мм без зони впливу тепла та без змащення

Прилипання або відсутність склеювання

Дефекти характеризуються неплавленою площею контакту між наплавленим металом зварного шва і основним металом.
Тут також підготовка країв є однією з основних причин цієї помилки. У фасці, яка є занадто вузькою по відношенню до діаметра електрода, дугу можна притягнути до однієї зі стінок. В результаті один з країв плавиться, а фаска заповнюється металом шва. Однак, оскільки дуга не досягла безпосередньо кореня шва (або раніше нанесеного металу шва), а також сторони, протилежної фасці, ці зони не плавляться і покриваються лише металом шва. Хоча аспект зварного шва можна вважати адекватним, насправді бажана безперервність металу через зварне з'єднання взагалі не гарантується. Оскільки ці дефекти зазвичай знаходяться всередині самого зварного шва і їх рідко можна побачити неозброєним оком, спеціальні процедури контролю, такі як B. Потрібне УЗД та рентгенографія.

Відповідне визначення кута фаски та точна обробка під постійним кутом зменшують ризик руйнування шва.

Фото5: Верстат для скошування труб PROTEM US25Фаска 30 ° з постійним полотном та внутрішньою обробкою

Зміна властивостей матеріалу

Для різання металевої заготовки застосовуються дві основні техніки. По-перше, різання за допомогою теплопостачання (різак, плазмове різання, лазер та ін.), По-друге, різання за розміром за допомогою механічної обробки (шліфувальні верстати, пилки, верстати для різання труб тощо).
Наслідки неточної підготовки у зв'язку з процесами обробки шліфувальними верстатами або пилами вже були детально описані.

У разі теплового різання якість різання може бути визнана задовільною, якщо його виконує досвідчений працівник або автоматизована система. Однак у більшості випадків ці методи призводять до зони, що впливає на нагрівання (HAZ) поблизу зрізу. У цій зоні фізичні властивості матеріалу сильно порушені. Якщо зварювання проводиться безпосередньо на пошкодженому матеріалі, якість зварного шва та його механічне утримання можуть бути пошкоджені. Для усунення цього ВТЗ, тому необхідно переробити область, щоб гарантувати остаточну якість зварного шва.

Використовуючи верстати для різання труб, можна уникнути проблеми недостатньої точності шліфувальних верстатів або пилок, а також обмежень якості на HAZ у зв'язку з технологіями різання через подачу тепла. За допомогою цих пристроїв різання та фаски можна досягти за один прохід без HAZ та з оптимальною та повторюваною якістю.

Особливий випадок процесів з високою щільністю енергії

Лазерне зварювання та електронно-променеве зварювання відомі як процеси з високою щільністю енергії. У цьому процесі концентрований пучок (лазерний або зв’язаний електронний промінь) об’єднується таким чином, що енергія, що потрапляє на зварювану заготовку, призводить до плавлення металу шва. За допомогою цих методів зварювальні шви товщиною кілька сотень міліметрів можна зварювати лише за один прохід, ширина шва яких рідко буває більше 5 мм.

Такі зварні з'єднання не вимагають фаски, але надзвичайно точного планування кінців заготовки. Наприклад, підготовка до лазерного зварювання є прийнятною, якщо відхилення вирівнювання менше 1/10 міліметра. Ці технології, особливо електронно-променеве зварювання, вимагають абсолютно забруднених заготовок. Оскільки електронно-променеве зварювання відбувається під вакуумом, залишки води або вуглеводнів не можуть потрапляти в зварювальну камеру, оскільки в іншому випадку створення вакууму загрожує.

Застосування цих надзвичайно вдосконалених методів вимагає використання відповідного обробного обладнання, що дозволяє ідеально підготувати торці, що зварюються.

Зварювання є і залишатиметься делікатним процесом. Для оптимального результату необхідно знати численні параметри та виконувати їх на 100%. Якщо це не так, під час та після реалізації зварного шва можуть виникнути численні проблеми та дефекти, які серйозно погіршують якість з'єднання.
Незважаючи на вдосконалення техніки та знань у цій галузі, галузь регулярно стикається з проблемою невідповідних зварних швів. Наслідки неякісного зварного шва можуть бути катастрофічними для безперешкодного перебігу проекту з точки зору дотримання термінів та витрат на проект. Насправді усунення дефектного зварного шва та створення нового зварного шва може зайняти кілька годин або, у випадку великих деталей, навіть кілька днів.
Навіть якщо правильна підготовка зварних країв не може усунути всі причини появи дефектів, у 100% випадків це дозволяє підвищити кінцеву якість зварного з'єднання.