Непровары

 

 

1. Непровары, их влияние на качество сварной конструкции, вид брака, причины возникновения, методы обнаружения брака, методы устранения

 

Непровар - недостаточное сплавление или отсутствие сплавления кромок основного металла с металлом шва или между швами. Уменьшая рабочее сечение шва и вызывая концентрацию напряжений в нем, непровар является очень опасным дефектом. Причинами непровара могут быть:

а) неправильная разделка кромок (малый угол скоса и большое  притупление кромок, недостаточный  или совсем отсутствует зазор  между свариваемыми кромками);

б) значительная загрязненность кромок окислами;

в) недостаточная мощность горелки, малая сила сварочного тока и быстрое движение электрода;

г) большая длина сварочной  дуги;

д) смещение и перекосы свариваемых элементов;

е) малая величина зазора и большой диаметр электрода  для данной разделки шва;

ж) затекание шлака в  зазоры между свариваемыми кромками;

з) магнитное дутье;

и) неполное удаление шлака  с отдельных валиков при наложении  многослойной сварки;

к) низкая квалификация сварщика и др.

Непровар устраняется вырубкой и последующей заваркой шва. Причины возникновения внутренних трещин и пор в металле шва такие же, как и при наружных дефектах.

Непровары, расположенные в корне двухсторонних соединений, не оказывают влияния на их усталостную прочность при σэкв ≤ 40 МПа и, следовательно, для соединений 3-й и 4-й категории могут быть ненормированы (см. рис. 1).

При проектировании металлических  конструкций необходимо принимать  во внимание, что сварные соединения с остающимися подкладными пластинами имеют σ-1д = 50 МПа и не рекомендуются  в качестве соединений 1-й и 2-й  категории.

Показателем нагруженности изделий, испытывающих случайный режим нагружения и работающих в области многоцикловой усталости, рекомендуется использовать величину эквивалентного (приведенного) напряжения σэкв, дающего на принятой базе такую же повреждаемость, что и реальный спектр нагружения. В случае если σ-1д и σэкв представляют собой амплитуды симметричных циклов, дающих одинаковую повреждаемость на базе 2·106, величина σ-1д на зависимостях σ-1д = f(h) (см. рис. 3.3) может быть заменена на величину σэкв. Для повышения экономичности сварочного производства целесообразно введение категорий сварных соединений в зависимости от показателя нагруженности σэкв [28]. Предложены следующие категории: 1-я - σэкв>60 МПа; 2-я - 60 Мпа≥σэкв>40 МПа; 3-я - 40 МПа≥σэкв>20 МПа; 4-я - σэкв ≤ 20 Мпа (рис. 3.7). На примере стыковых соединений (табл. 3.2) видно, что принятые нормативные уровни нагруженности реализуют удобные для выбора нормативных значений глубин hн непроваров и подрезов пороговые значения hп. Для соединений 1-й категории наличие дефектов даже малых величин - 0,5-1,0 мм приводит к недопустимому снижению их несущей способности. Таким образом, дефекты в данных соединениях недопустимы.

При формировании эксплуатационных требований к нормам допустимости дефектов необходимо оценить влияние дефектов на работоспособность сварных соединений. Этапы построения эксплуатационной модели:

1. По результатам тензометрирования конструкций для исследуемых сварных элементов определяют значения показателя нагруженности (σэкв1, σэкв2, ..., σэквi).

2. По результатам измерений  для поверхностных дефектов или  вскрытия с последующими измерениями  для внутренних дефектов определяют  характерные размеры дефектов (х1, х2, ..., хi, где i - порядковый номер элемента).

3. Наносят точки с координатами (σэкв, хi) на график. Таким образом, получают области «гарантированной работоспособности» дефектных сварных соединений.

4. Пересечение нормативного  уровня нагруженности, соответствующего определенной категории сварного соединения, с правой границей «поля работоспособности» определяет критическое значение глубины дефекта хкр. При х < хкр можно предположить, что сварное соединение «выдержит» нормативное значение σэкв без разрушения.

5. Для получения консервативной  оценки хн откладывают от крайне правых точек зону, определяемую разбросом ±2S(σ-1д).

Сопоставление результатов  нормирования непроваров в ответственном стыковом шве стрелы машины ЛП-33 на основе использования аппарата механики разрушения и на основе результатов тензометрирования и ускоренных испытаний конструкций (рис. 3.9) показало, что при использовании результатов тензометрирования нормативный размер (глубина) hн дефекта без ущерба для надежности может быть увеличен более чем в 2 раза (с 0,5 до 1,2 мм).

 

Методы обнаружения брака.

Магнитные методы

 Магнитопорошковый метод  контроля предназначен для обнаружения  поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности (в дальнейшем – дефектов) типа волосовин, трещин различного происхождения, закатов, надрывов, непроваров сварных соединений, флокенов и т.п.

 Чтобы успешно выявлять  дефекты, необходимо, прежде всего,  знать все их разновидности,  характерные особенности, причины  возникновения и признаки проявления.

 Магнитопорошковый метод  применяют для выявления дефектов  в деталях, изготовленных из  ферромагнитных материалов (сталь, чугун), т.е. материалов, которые способны существенно изменить свои магнитные характеристики под воздействием внешнего магнитного поля.

 Метод может быть  использован для контроля объектов  с немагнитными покрытиями.

 Метод магнитопорошкового контроля основан на обнаружении магнитных полей рассеяния, возникающими над дефектами в стальных намагниченных деталях, с помощью ферромагнитных частиц. Магнитный поток, проходя в бездефектной части детали, не меняет своего направления. Если же на пути магнитного потока встречаются участки с пониженной магнитной проницаемостью, например различные дефекты в виде разрыва сплошности металла (трещины, неметаллические включения и т.д.), то часть магнитных линий в этих местах выходит за пределы детали. Там, где они выходят из детали и входят в нее обратно, возникают местные магнитные полюса N и S и магнитное поле над дефектом. Это магнитное поле называют полем рассеяния или полем утечки.

 Магнитное поле рассеяния  в зоне дефекта тем больше, чем больше дефект и чем  ближе он к поверхности детали. Наилучшее выявление дефекта  будет в том случае, когда магнитные  силовые линии в намагниченной  детали располагаются под прямым (или близким к нему) углом к  направлению дефекта.

 Магнитопорошковому контролю  не подлежат сварные соединения, выполненные аустенитными электродами, а также изделия после исправления заваркой аустенитными электродами.

 Чувствительность магнитопорошкового  метода определяется магнитными  характеристиками материала объекта  контроля, его формой, размерами  и шероховатостью поверхности,  напряжен¬ностью намагничивающего поля, местоположением и ориентацией дефектов, взаимным направлением намагничивающего поля и де¬фекта, свойствами дефектоскопического материала, способом его нанесения на объект контроля, а также способом и условиями регистрации индикаторного рисунка выявляемых дефектов.

 Этим методом обнаруживаются  дефекты:

- поверхностные с шириной  раскрытия у поверхности 0,002 мм  и более, глубиной 0,01 мм и более;

- подповерхностные, лежащие на глубине до 2 мм;

- внутренние (больших размеров), лежащих на глубине более 2 мм;

- под различного рода покрытиями, но при условии, что толщина немагнитного покрытия не более 0,25 мм (с увеличением толщины покрытия чувствительность метода понижается).

 Чувствительность магнитопорошкового  метода контроля в значительной  мере зависит от шероховатости  поверхности контролируемой детали. Максимальная чувствительность  метода может быть получена  при контроле деталей с шероховатостью, соответствующей Ra = 1.25…2,5 мкм. С увеличением шероховатости чувствительность метода снижается.

 На чувствительность  метода оказывает влияние и  род намагничивающего тока при  обнаружении подповерхностных дефектов. Предпочтение в этом случае отдается постоянному току, так как он создает магнитное поле, глубоко проникающее внутрь детали.

 

Ультразвуковой контроль 

Ультразвуковой метод  контроля предназначен для выявления  в швах стыковых, угловых, тавровых и нахлесточных сварных соединений непроваров, трещин, несплавлений, пор и шлаковых включений, размеры которых находятся в пределах чувствительности метода. Характер дефектов и их действительные размеры не определяются.

Ультразвуковой метод  контроля осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 14782-76, ГОСТ 20415-82 и с учетом действующих отраслевых стандартов на ультразвуковой контроль.

Ультразвуковому контролю подлежат сварные соединения с полным проплавлением  свариваемых элементов, удовлетворяющих  требованиям дефектоскопичности, когда:

- соотношение ширины валика (размеров катетов в угловых, тавровых и нахлесточных) в стыковых соединениях и толщины металла в соединении обеспечивает возможность прозвучивания всего сечения шва акустической осью ультразвукового луча;

- меется свободный доступ к околошовной зоне (зоне контроля) контролируемого участка шва с обеих сторон одной плоскости стыкового соединения и соединения внахлестку и с одной из плоскостей привариваемого листа таврового соединения;

- с противоположной поверхности листов в зоне контроля отсутствуют приваренные монтажные элементы, а также вмятины, подрезы, "поджоги" и брызги металла, которые могут привести к отражениям от них ультразвуковых колебаний;

- радиус кривизны свариваемых листов в любом сечении не меньше 500 мм.

      Ультразвуковой  контроль проводят после исправления  дефектов, обнаруженных при внешнем  осмотре и измерении соединения, а также после термической  обработки. Необходимость контроля  после термической обработки  оговаривается в технической  документации на контроль.

Примечание. Допускается  осуществлять ультразвуковой контроль сварных соединений с конструктивным непроваром корня шва  а также в конструкциях с криволинейными поверхностями, радиус кривизны которых не менее 50 мм.

      Ультразвуковой  контроль может производиться  вслед за сваркой после остывания  металла в зоне перемещения  преобразователя ниже 60°С.

Для обеспечения нормальных условий работы дефектоскописта, обусловливающих надежность и достоверность контроля, последний должен производиться, как правило, при температуре не ниже 5°С.

Ультразвуковую дефектоскопию  сочетают с методами рентгено- и гаммаграфирования для контроля сварных швов, если необходимо:

- уточнить размеры и характер выявленных ультразвуком дефектов;

- повысить надежность и объективность контроля путем выборочного просвечивания участков, в которых по данным ультразвуковой дефектоскопии отсутствуют недопустимые дефекты;

- проверить квалификацию дефектоскописта при ультразвуковом контроле.

 

 

 

Методы устранения брака

Швы с непроваром сечения при статическом испытании часто показывают удовлетворительную прочность, поэтому как исключение подобные швы могут быть допущены в мало ответственных конструкциях, работающих при статической нагрузке. Влияние непровара в этом случае компенсируется усилением шва со стороны сварки. При более ответственных конструкциях, в особенности работающих при переменной или ударной нагрузке, швы с непроваром сечения недопустимы и неоднократно служили причиной аварий и разрушений сварных изделий. Непровар действует как надрез и ведёт к быстрому разрушению конструкции. Поэтому для швов ответственных сварных изделий необходимо принимать меры, гарантирующие отсутствие непровара сечения шва. Непровар может быть устранён подваркой обратной стороны или применением подкладок. Подварка состоит в наложении дополнительного валика уменьшенного сечения с обратной стороны шва.

Подварка является надёжным методом устранения непровара . Недостатком подварки является значительное увеличение трудоёмкости работ на 30—40 и более процентов, кроме того, обратная сторона шва часто мало доступна или её приходится варить в неудобном, например потолочном, положении. Подварка широко при-меняется на практике. Обратная сторона шва может быть недоступной для сварки, тогда применение подварки отпадает, например при сварке стыков труб. Применение подкладок даёт возможность проварить всё сечение при работе с одной стороны и получить шов высокой прочности за один проход, не прибегая к подварке обратной стороны.

Подкладки под стыковые швы  разделяются на съёмные, удаляемые  по окончании сварки, и несъёмные  или глухие, остающиеся приваренными к обратной стороне шва. Сварка с подкладками имеет ряд преимуществ: работа ведётся лишь с одной наиболее удобной и доступной стороны шва, производительность сварки значительно возрастает, так как сварщик, не опасаясь прожогов и натёков, работает на повышенных режимах и увеличенных скоростях сварки. Съёмные подкладки обычно изготовляются из красной меди. Вследствие высокой теплопроводности меди достаточно массивные подкладки не оплавляются при соприкосновении с жидким металлом и по окончании сварки легко могут быть удалены со шва. При интенсивной работе и массовом производстве однотипных изделий медные подкладки могут охлаждаться проточной водой, Соответствующими приспособлениями должно быть обеспечено плотное прилегание свариваемого металла к медным подкладкам на всём протяжении сварного шва. Остающиеся несъёмные или глухие подкладки обычно представляют собой стальную полоску толщиной 3—4 мм и шириной около 50 мм. По окончании сварки стальная подкладка оказывается приваренной наглухо к сварному шву и остаётся на нём. Стык трубы с вкладным стальным кольцом— подкладкой, широко применяющийся в практике сварки различных трубопроводов, показан на фиг. 65. Целесообразно, где это возможно, использовать в качестве подкладки элементы самой сварной конструкции.