Утяжка металла при сварке

Обновлено: 13.05.2024

При нагреве до температуры сварки и последующем охлаждении детали испытывают деформации, что в конечном итоге приводит к физическому изменению их размеров и формы. Это изменение может быть заметно или незаметно невооруженному глазу. Термические деформации – это следствие возникновения внутренних структурных напряженностей металла, которые возникают из-за неравномерного распределения температуры и, соответственно, не одинакового изменения объема в различных сечениях детали в процессе ее охлаждения. Причинами появления деформаций конструкций (короблений и изгибов) в результате осуществления сварочных работ являются:

Локализованный высокотемпературный нагрев и местное расширение объема металла в то время, когда остальная часть детали остается сравнительно холодной;
Усадочные явления в наплавленном слое
Фазовые превращения, которые испытывает металл при постепенном снижении температуры до комнатной.

Как минимизировать сварочные деформации?

Выбор вида сварки может сильно снизить деформации. Если применяется дуговая сварка, то наибольшие поводки будут при РДС, или как ее сегодня принято называть латинскими буквами ММА; они существенно снизятся, если использовать TIG (аргонную) и МIG/MAG (полуавтоматическую сварку). Применение PULSE режимов позволяет многократно снизить тепловложение в металл и уменьшить деформации, что очень хорошо видно на примере сварки тонколистовых сталей. Также следует отметить, что наибольшее деформирущее воздействие оказывает на изделие газовая сварка, так как под высокотемпературное влияние попадают значительные площади изделия; а наименьшее – сварка давлением (в вакууме, ультразвуком). Однако, чаще всего используется технология плавления дугой, поэтому далее речь пойдет именно про этот вид получения неразъемных соединений.

Технологические приемы, позволяющие снизить деформации при дуговой сварке

Первое, что приходит на ум каждому сварщику–любителю – это организация теплотвода, позволяющая несущественно, но снизить поводки стальных узлов. В качестве теплоотвода обычно применяют медные подкладки и другие приспособления. Есть более дешевый способ, такой как наложение влажного асбеста вблизи сварочного шва.

Техника выполнения работ также играет существенную роль. Для компенсации напряжений применяют сварку в шахматном порядке или путем поочередного плавления диаметрально противоположных участков соединения. Что имеется ввиду хорошо видно на примере сварной двутавровой балки, изображенной на рис.1. Цифрами обозначена последовательность проведения работ.

Сварка по принципу «обратной ступени» предполагает разделение линии соединения на небольшие участки с дальнейшей их сваркой в предложенном на рис. 2 порядке. Такой способ позволяет получить минимальные деформации, так как выполняется одновременно два принципа, позволяющих достигнуть такого результата, это:

Короткий шов;
Последовательность его наложения, позволяющая скомпенсировать коробления.

Если узел имеет свободные допуски, можно применить метод обратной деформации. В таком случае лист выгибается на величину сварочной деформации (которая может быть установлена опытным путем) в направлении обратном направлению ее действия.

Еще один простой способ уменьшить поводки металла – поставить прихватки перед тем, как начать сварку сплошным швом, используя при этом один из способов, указанных выше по тексту; или заневолить деталь с помощью оснастки.

Минимизировать деформации поможет:

сопутствующий местный подогрев изделия горелками или предварительный — в электропечи
Послесварочная термообработка
Или же проковка в горячем и остывшем состоянии
Рихтовка изделий в холодном состоянии
Практически полностью снимает внутренние сварочные напряжения высокий отпуск при Т=550 -560 оС

Очевидно, что любой высокотемпературный нагрев на воздухе приводит к изменениям размеров и формы изделия. Степень изменений может быть заметна невооруженным глазом или же при проведении контроля с помощью различных инструментов: штангенциркуль позволит измерить линейные размеры, индикатор на стойке поможет проконтролировать биения. Полностью избавиться от деформаций невозможно. Однако, есть еще способы значительно их уменьшить или же вообще от них избавиться после окончательной механической обработки путем:

Как варить швы

Знание того, как варить швы, повысит собственные навыки в данной области или поможет при выполнении бытовых задач. Важно помнить, что ни одно теоретическое знание не гарантирует идеального результата на практике, поэтому необходимо постоянно заниматься сваркой, чтобы швы получались лучше и лучше.

Существуют различные виды сварочных швов. И некоторые легко сделать, даже имея минимальный опыт, а для выполнения более сложных необходимо обладать определенной техникой. В нашей статье мы расскажем, как варить швы разной сложности, и разберем наиболее частые ошибки.

Правила выполнения сварочных работ электросваркой

Мало просто узнать, как варить швы, важно всегда выполнять следующие действия во время сварочных работ:

Отслеживать длину электрической дуги.

Речь идет о расстоянии между обрабатываемым материалом и зажженным электродом, на конце которого находится устойчивый электрический разряд. Чтобы качественно соединить заготовки, важно удерживать дугу оптимальной длины. Принято выделять такие дуговые промежутки:

короткий, размером 1-1,5 мм;
нормальной длины или 2-3 мм;
длинный, то есть 3,5–6 мм.

Понять, что для формирования шва использована короткая дуга, можно по наличию подреза или небольшого углубления по краям. Причиной дефекта является недостаточный прогрев рабочей области в ширину, что приводит к низкому качеству соединения.

Длинная дуга неизбежно затухает время от времени, поэтому ее использование чревато плохим прогревом металла в глубину. В итоге сварное соединение также имеет низкое качество.

Рекомендуется выбирать нормальную дугу, так как важно варить прочные швы. Ее длину определяют на основании следующей формулы:

Ld – длина дуги;
Dэ – диаметр электрода.

Управлять углом наклона электрода.

Сварщик сам подбирает необходимый угол, исходя из актуальных условий производства. В данном случае угол бывает прямым, вперед или назад относительно поверхности металла.

Углом вперед нередко пользуются при выполнении потолочных работ, также применение данного метода является ответом на вопрос о том, как варить вертикальный шов. Эта техника позволяет осуществлять сварку стыков труб, если отсутствует возможность провернуть сами элементы конструкции.

Электрод располагают под прямым углом, чтобы производить работы в труднодоступных местах.

Метод «углом назад» считается незаменимым для формирования угловых стыков.

Передний угол часто используется при обработке изделий из тонких металлов, ведь он обеспечивает широкий прочный шов с небольшой глубиной проваривания. Для толстостенных заготовок более грамотным будет выбор способа «углом назад», поскольку так достигается глубокий прогрев металла.

Выбирать скорость движения электрода и менять силу тока.

Качество сварного соединения во многом зависит от данных характеристик, о чем важно помнить, изучая, как правильно варить шов. За счет использования большого тока удается добиться более глубокого прогрева металла. Таким образом мастер получает возможность быстрее перемещать электрод, не меняя качество работ. Прочный сварной шов формируется, когда специалисту удается подобрать оптимальное соотношение силы тока и скорости подачи электрода.

Соотношение силы тока, толщины электрода и металла выглядит таким образом

Сила тока, А	Диаметр электрода, мм	Толщина металла, мм
35–50	1,6	1-2
45–80	2	2-3
65–100	2,5	3-4
85–150	3	4-5
125–200	4	5-6

Скорость перемещения электрической дуги зависит от ее мощности. Нужно понимать, что при слишком быстрой подаче расходника и относительно низкой мощности дуги не удается прогреть металл на необходимую глубину. В итоге образуется поверхностный шов, который только слегка прихватывает края элементов конструкции. И обратная ситуация: медленное перемещение и достаточно мощный разряд приводят к перегреву и изменению формы заготовки вдоль линии шва. Тонкостенные изделия нередко прогорают с образованием сквозных дыр – это важно помнить, говоря о том, как варить сварочный шов.

Способы сварки вертикальных и горизонтальных швов

Вертикальные швы.

С вертикальных деталей горячий жидкий металл стекает вниз. Избежать этого позволяет применение короткой дуги, то есть между концом электрода и сварной ванной оставляют меньшее расстояние. Когда электроды не залипают, мастера даже опирают их на свариваемую заготовку.

Подготовка к обработке, то есть разделка кромок, производится в соответствии с типом соединения и толщиной материала. Далее элементы фиксируют в необходимом положении, соединяют «прихватками» с шагом в несколько сантиметров – за счет использования таких небольших швов детали остаются неподвижными относительно друг друга в процессе сварки.

Вертикальный шов можно варить как снизу вверх, так и сверху вниз, но первый подход считается более удобным. Дело в том, что дуга подталкивает сварную ванну вверх, не давая ей возможности опуститься. В результате легче получить шов высокого качества.

При соединении в вертикальном положении допустим отрыв дуги, что наиболее удобно для неопытных специалистов, поскольку за этот промежуток времени происходит остывание металла. В таком случае допускается опирать электрод на полочку сварного кратера, что тоже делает работу более простой. Используется схема движений, близкая к сварке без отрыва: электрод перемещается из стороны в сторону, петельками или коротким валиком вверх-вниз.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

В некоторых случаях вертикальный шов формируют сверху вниз. Если вы решили выбрать подобный подход, важно при розжиге дуги держать электрод под углом 90° к заготовкам. Далее в таком положении нужно прогреть металл, после чего электрод опускают, чтобы начать сам процесс сварки. Подобная работа отличается меньшим удобством, чем описанный выше метод. Кроме того, здесь необходимо пристально следить за сварной ванной, однако и в этом случае можно получить достойный результат.

Горизонтальные швы.

Как варить горизонтальный шов? Его, по аналогии с вертикальным, можно формировать в двух направлениях: справа налево или слева направо. Но здесь все зависит только от привычки и удобства мастера. Поскольку работы ведутся на вертикальной поверхности, сварная ванна всегда будет пытаться стечь вниз. Чтобы не допустить этого, необходимо обеспечить значительный угол наклона электрода – он зависит от скорости движения и параметров тока.

Если металл стекает, важно увеличить скорость движения, обеспечивая меньший прогрев материала заготовок. Либо можно делать отрывы дуги, чтобы позволять металлу немного остыть. Еще один способ предполагает снижение силы тока. Однако не стоит сразу прибегать ко всем перечисленным мерам, лучше использовать их поэтапно.

Правила создания угловых и стыковых швов

Как варить угловые швы.

Расплавленному металлу свойственно стекать вниз, поэтому лучше всего при сварке подобных швов из нижнего положения использовать способ, который называется «в лодочку». Иными словами, деталь устанавливается так, чтобы избежать течи шлака прямо перед дугой.

Формирование углового шва при горизонтальном расположении нижней плоскости чревато некачественным проваром вершин угла. Это объясняется тем, что работать начали с вертикально расположенного листа, из-за чего горячий металл начал стекать на второй, еще холодный лист.

Нюансы сварки потолочного шва

Нередко начинающие мастера задаются вопросом о том, как варить потолочные швы, если горячий металл становится жидким и стекает? В этом случае используют короткую дугу и электрод с тугоплавким покрытием. В процессе формирования шва на торце электрода образуется чехольчик – именно он не дает скатываться каплям металла. Конец электрода равномерно удаляют и приближают к заготовке, давая соединению немного остыть и затвердеть. При этом может использоваться исключительно расходник небольшого сечения. Силу току устанавливают на 10–12 % ниже, чем при сварке заготовок такой же толщины, но расположенных внизу.

При формировании потолочных швов всплывают пузырьки газа, которые попадают в корень шва, что негативно сказывается на прочности всего соединения.

Нужно понимать, что потолочной сваркой пользуются в редких ситуациях, если не удается наложить шов из нижнего положения.

Вероятные ошибки при сварке швов

Благодаря рекомендациям специалистов становится понятно, как варить швы, чтобы не допускать ошибок и всегда получать результат высокого качества.

Во время сварки наиболее распространены такие промахи:

Опыт и понимание того, как варить швы, приходит со временем. Главное – не прекращать практику, ведь с ее помощью нарабатывается мастерство, а специалист становится востребованным в своей профессии.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Деформация металла при сварке

Деформация металла при сварке – это явление, которое приводит к нарушению геометрии изделий и, следовательно, к браку продукции. Подобное может наблюдаться даже в работе опытных сварщиков. Соблюдение ряда правил позволяет снизить вероятность появления деформации и получить качественное и надежное соединение.

Существует множество причин возникновения деформации металла при сварке. О том, с чем они связаны, какие меры принимают для профилактики этого явления и что делают для исправления, читайте в нашем материале.

Причины деформации металла при сварке

Если на металлический предмет оказывается механическое воздействие, то в нем возникают напряжение и искажение. Первое характеризуется силой давления, оказываемой на единицу площади. Второе – нарушением габаритов и формы изделия из-за силового воздействия.

Напряжения появляются в деталях под влиянием практически любого усилия. Это может быть растягивание, изгиб, сжимание или резка. В ходе сварки следует внимательно следить за показателями как деформации, так и напряжения. Если превысить допустимые значения, то конструкция (частично или полностью) может разрушиться.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Сварочные деформации возникают под влиянием различного рода напряжений, появляющихся внутри изделия. Основные причины их появления специалисты объединяют в две большие группы: основные, которые считаются неизбежными и постоянно появляются в ходе сварки, а также сопутствующие, устранение которых вполне возможно.

К основным причинам возникновения деформации и напряжения в ходе сварочных работ относят следующие:

Структурные видоизменения, которые, влияя на металл, вызывают напряжения (растягивающие и сжимающие). Происходит это в ходе охлаждения деталей из легированных или высокоуглеродистых стальных сплавов. При этом размеры изделия, а также зернистая структура материала нарушаются. В итоге изначальный объем изменяется, что приводит к увеличению напряжения внутри детали.
Неравномерный прогрев. Первичному нагреву в ходе сварочных работ подлежит только рабочая зона изделия. По мере увеличения температуры материал расширяется, воздействуя на мало прогретые слои металла. При прерывистом прогреве концентрация напряжений сварного шва достигает высоких значений. Ее показатель зависит от рабочей температуры, теплопроводности материала и уровня линейного расширения.
Литейная усадка. Она происходит в ходе кристаллизации материала, характеризуется уменьшением объема металла, возникает из-за сварочного напряжения (продольного и поперечного), которое появляется в процессе усадки расплава.

Сварочное напряжение могут вызвать не только механические воздействия. Сплавам различных металлов вообще свойственны свои деформации и напряжения. Они делятся на временные и на остаточные. Пластичная деформация металла при сварке вызывает остаточные, не исчезающие и после остывания материала. Временные же возникают при сварке прочно закрепленной детали.

К побочным или сопутствующим деформациям при проведении сварочных работ можно отнести:

любые отклонения от нормативов в технологическом процессе – примером может быть плохая подготовка детали к сварке, неправильный выбор электрода, нарушение режима сварочного процесса и пр.;
несоответствия и ошибки, допущенные в конструировании изделия, – это могут быть неверно выбранный тип шва, часто расположенные соединения, малый зазор между сварными швами и пр.;
низкий профессионализм и небольшой опыт мастера.

Концентрацию напряжений в сварном шве может вызвать практически любая ошибка. Из-за них возникают технологические дефекты соединения: непровары, трещины, пузыри и прочий брак.

Виды деформаций металла после сварки

Существует несколько видов напряжений. Они отличаются временным интервалом (периодом действия), характером появления и прочими факторами.

Ниже представлена таблица возможных напряжений (какие встречаются и из-за чего появляются в сварном шве).

По причинам возникновения

Неравномерность прогрева, возникающая из-за перепада температуры при сварке

В случае нагрева металла выше максимально установленной температуры происходят изменения в структуре материала

По времени существования

Возникает в ходе фазовых видоизменений, но в процессе остывания уходит

Остается в деталях и после устранения причин возникновения

По задействованной площади

Имеющееся во всей конструкции

Проявляющееся исключительно в зернах структуры металла

Присутствующее в кристаллической решетке материала

По направленности воздействия

Появляется по линии шва

Размещается поперек оси соединения

По состоянию напряжения

Происходит только в одном направлении

Распространяется на два различных направления

Воздействие происходит по трем осям

В ходе сварочного процесса происходят следующие виды деформации:

Местные и общие. При местных деформациях изменениям подвержены только части конструкции. Общие же деформируют изделие полностью и сразу, меняя его размеры и искривляя геометрическую ось.
Временные и конечные. Остаточные (конечные) деформации остаются в изделии даже после его охлаждения, а временные появляются в отдельные моменты времени.
Упругие и пластичные. При восстановлении формы и габаритов изделия по окончании сварки деформация считается упругой. При наличии постоянных дефектов – пластичной.

Материал может быть деформирован вне плоскости сварного изделия или внутри него.

Разнонаправленность сил, действующих относительно сечения материала, приводит к возникновению различных напряжений: сжатия либо изгиба, растяжения, кручения, среза.

Тестирование сварных швов и расчет деформаций металла при сварке

Швы обязательно проходят тестирование на надежность и прочность соединений. В ходе проверки проверяется также наличие дефектов. Это позволяет быстро обнаружить и устранить возникший в процессе сварки брак.

Существует несколько типов контроля, позволяющих найти изъяны:

разрушающий – процесс, который часто используется на промышленных предприятиях, дает возможность провести проверку физических свойств шва;
неразрушающий – включает внешний осмотр шва, ультразвуковую или магнитную дефектоскопию, капиллярный метод, проверку проницаемости и прочие методы.

Важным в изготовлении сварных конструкций является определение вероятных напряжений и деформаций в ходе работ. Причина заключается в том, что они изменяют форму и размер изделия, снижают его прочность, что приводит к изменениям в эксплуатационных качествах конструкции далеко не в лучшую сторону.

Необходимо проводить тщательный расчет деформаций и напряжений при различных процессах сварки, правильно запланировать последовательность операций для того, чтобы в результате на конструкцию воздействовало минимум напряжений, а количество дефектов стремилось к нулю.

Способы устранения деформации металла при сварке

Убрать деформацию материала, возникшую в ходе сварки, можно с помощью правки. Она бывает холодной механической, термомеханической и термической, включающей как местный, так и общий нагрев. Перед проведением последнего изделие жестко фиксируют в устройстве, оказывающем давление на изменяемые части конструкции. Затем оно размещается в разогревающей печи.

Суть термического метода заключается в сжимании металла при его охлаждении. Происходит процесс разогрева растянутого участка горелкой или дугой. При этом окружающий место разогрева материал должен оставаться холодным, что не дает значительно расшириться горячему участку. Далее при остывании изделия происходит постепенное выпрямление конструкции. Больше всего данный метод подходит для устранения деформаций балок, полос листового материала и пр.

Принцип холодной правки заключается в постоянном воздействии на изделие нагрузок. Для этого используют различные прессы и валки, существующие для прокатки по ним длинных конструкций. Для исправления деформаций растянутых конструкций применяют термическую правку. Сначала происходит сбор лишнего металла, а затем – разогрев проблемного места.

Сложно сказать, какой из методов является предпочтительным. Для каждого вида, места (снаружи или изнутри), особенностей деформации и напряжения, а также габаритов и формы изделия существуют свои способы их устранения. Важным являются трудозатраты и эффективность метода.

Способы избежать деформации металла при сварке

Устранение проблем значительно сложнее их предупреждения. Эта аксиома в равной степени относится и к сварке. Брак всегда приводит к дополнительным финансовым вложениям. Для его предотвращения необходимо сосредоточиться на мерах, помогающих бороться с деформациями и напряжениями.

Отвечая на вопрос о том, как избежать деформации при сварке листового металла или свести ее к минимуму, следует запомнить связь между причинами появления и мерами предупреждения. Следовательно, перед началом работ необходимо все тщательно рассчитать и подготовиться. Только после окончания данного этапа можно будет проводить сварку металлических конструкций.

Сила, приложенная к конструкции, прямо пропорциональна степени ее деформации. Значит, чем большая сила воздействует на изделие, тем значительнее его деформация.

Данные виды разогрева способствуют улучшению качественных характеристик как самого сварного соединения, так и участков, расположенных в непосредственной близости от него. Кроме того, уменьшаются пластические деформации и остаточное напряжение. Этот метод чаще всего используют для сплавов, которые имеют склонность к закалке и появлению кристаллизационных трещин.

При протяженности более 1 000 мм шов разбивается на части длиной от 100 до 150 мм. Новое соединение создается в противоположную от основной сварки сторону. При этом металл разогревается более равномерно, что снижает деформацию. Данный способ не является методом последовательного наложения.

Проковке подлежит и нагретый, и холодный материал. Удар как бы разжимает металл в стороны. Тем самым снижается напряжение растягивания. Данный метод не используется на конструкциях, сделанных из металла, склонного к возникновению в нем закалочных структур.

Суть метода заключается в том, чтобы подобрать порядок, в котором нужно будет делать швы. Новый шов должен обязательно создать деформацию, которая будет противодействовать предыдущему. Этот способ часто применяется при сварке двусторонних соединений.

Сварка предваряется прочным и жестким креплением изделия в кондукторах. После завершения процесса конструкция полностью охлаждается, после чего вынимается из крепежа. Существенным недостатком метода является вероятность возникновения внутреннего напряжения изделия.

Сварка без деформации металла может быть проведена с помощью термической обработки. При этом существенно улучшаются характеристики соединения и окружающего его металла, снижается напряжение внутри изделия и выравнивается структура шва. Отпуск, отжиг (состоящий из низкотемпературного или полного) и нормализация – это операции, составляющие термическую обработку металла.

Нормализация считается оптимальным способом обработки швов изделий, выполненных из низкоуглеродистых сталей.

Металл сварного шва

Свойства, качество, процесс кристаллизации металла сварного шва зависят от множества параметров. К первичным относятся расходные материалы, используемые при сварке, свойства металла заготовки, режим работы сварочного аппарата. Вторичные – это среда, в которой производилась сварка, скорость выполнения шва, его остывания и т. д.

Подбирая те или иные параметры, можно заранее прогнозировать, каким получится сварной шов. Также это поможет избежать распространенных дефектов металла. Больше информации о металле сварного шва вы узнаете из нашего материала.

Параметры, влияющие на свойства металла сварного шва

Физические характеристики, определяющие особенности швов, сформированных сваркой, принято называть комплексными механическими свойствами сварных соединений. Подобные свойства зависят от расчетного соотношения механических показателей поверхности шва, зоны обработки, термических особенностей структуры изделия.

При проведении работ отталкиваются от характеристик металла сварного шва, а любые соединения в норме имеют структуру, приближенную к строению самого материала изделия.

Сварное соединение называют качественным, если достигнут предел прочности, а текучесть находится на уровне, обеспечивающем достаточную пластичность.

Равнопрочность сварного шва зависит от ряда технических и физических характеристик, таких как:

используемые расходники (электроды, флюс, проволоки);
химические показатели металла сварного шва;
режим проведения работы;
методика пайки, резки материала;
размеры изделия, причем основным показателем, с точки зрения прочности металла сварного шва, является толщина заготовки;
скорость охлаждения материала;
вероятная деформация в пластических характеристиках шва.

В соответствии с данным регламентом устанавливают физические и технические параметры металла, что упрощает определение его фактических характеристик при переходе от легированного к нелегированному типу и обратно.

Ключевые нормы определения механических свойств для сварных швов установлены в ГОСТ 9467-60. Причем подобные методы определения используются в том числе и для операций с применением флюса и иных методов сварки. К последним относится ручная, дуговая, электродуговая сварка автоматом и полуавтоматом.

Факторы, влияющие на качество металла сварного шва

Качество металла сварного шва зависит от ряда факторов, таких как свариваемость, степень подверженности металла термическим воздействиям, окисляемость, пр. Важно учитывать все подобные критерии, чтобы готовые сварные соединения подходили под определенные условия эксплуатации.

Свариваемость металлов является показателем, от которого зависит способность металлов и сплавов при подходящей обработке формировать соединения с заданными параметрами. Специалисты выделяют физическую и технологическую свариваемость.

В любом случае значимую роль здесь играют физические, химические особенности металлов, их кристаллическая решетка, присутствие примесей, степень легирования, пр., что сказывается на надежности металла сварного шва.

Физической свариваемостью называют способность материала образовывать монолитное соединение с устойчивой химической связью. Данное качество свойственно большинству чистых металлов, а также их техническим сплавам и некоторым комбинациям металлов и неметаллов.

Технологическая свариваемость – это реакция материала на сварку и способность сформировать шов с необходимыми характеристиками.

Чтобы определить критерии свариваемости, учитывают такие свойства материалов:

чувствительность к тепловому воздействию в процессе сварочных работ;
склонность к росту зерна при сохранении неизменных пластических и прочностных характеристик, структурным, фазовым изменениям в области нагрева;
химическая активность, которая сказывается на окисляемости металла во время термического воздействия;
способность сопротивляться поробразованию, растрескиванию в холодном и горячем виде.

Качество сталей во многом зависит от их раскисляемости, которая определяется долей марганца, кремния и ряда прочих элементов в составе металла. Также на нее влияет и то, насколько равномерно распределены эти компоненты. На основании раскисляемости выделяют кипящие стали, маркируемые как «КП», полуспокойные с обозначением «ПС» и спокойные, то есть «СП».

В кипящей стали примеси распределены неравномерно по толщине проката, что наиболее ярко проявляется в случае с серой и фосфором и объясняется неполным раскислением марганцем.

У подобных сталей быстро проявляется старение, формируются кристаллизационные трещины на металле сварного шва и прилежащей к нему области. В результате при температуре ниже 0°C материал становится хрупким.

Спокойная сталь отличается равномерным распределением примесей, благодаря чему не так склонна к старению. Кроме того, на ней меньше отражается повышение температуры при сварке.

Полуспокойная сталь по своим свойствам находится между кипящей и спокойной.

Названные характеристики ложатся в основу выбора метода сварки, способов создания сварного шва, параметров теплового воздействия, пр.

Процесс кристаллизации металла сварного шва

Во время кристаллизации металл сварочной ванны испытывает на себе влияние горячей сварочной дуги и холодного окружающего металла. Иными словами, дуга вводит теплоту, а металл изделия ее отводит.

Переход металла из жидкого состояния в твердое сопровождается формированием кристаллов – это и есть кристаллизация. Металл сварного шва претерпевает этот процесс на протяжении всего процесса сварки.

Сварной шов обладает структурой литого металла. При сварке плавятся кромки заготовки и электродная проволока, подаваемая в зону ванны. Условно, последняя состоит из передней или головной и хвостовой части: в первой идет плавление, а во второй протекает кристаллизация и формируется шов.

Принято выделять первичную и вторичную кристаллизацию. Первичная – это переход жидкого металла в твердое состояние, что сопровождается формированием кристаллов. Сначала образовавшийся кристалл растет свободно, обладает правильной формой.

Но поскольку идет параллельное развитие множества кристаллов, постепенно они начинают касаться друг друга, соответственно, форма нарушается. В итоге они становятся округленными, больше всего напоминающими зерно, поэтому кристаллы обозначают как зерна.

От хода кристаллизации зависит размер зерен: они бывают крупными, различимыми без специального оборудования, и мелкими. Вторые видны только под микроскопом.

Кристаллическое строение металла, сплава называют структурой. Также принято говорить о макроструктуре или строении металлов, которое можно различить невооруженным глазом или при помощи лупы.

Кристаллизация металла сварных швов происходит с гораздо большей скоростью, чем аналогичный процесс со слитками. Это объясняется тем, что интенсивный нагрев сварочной ванны быстро сменяется отводом тепла в заготовку.

Кристаллизация протекает в отдельных тонких слоях. Когда сформировался первый слой кристаллов, охлаждение металла замедляется на фоне выделения скрытой теплоты от протекающего процесса. Далее затвердевает второй слой, и так дальше по всей ванне.

Кристаллизационные слои имеют толщину от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров – конкретный показатель определяется объемом сварочной ванны и особенностями теплоотвода. Столбчатые кристаллы каждого нового слоя становятся продолжением предыдущего, благодаря чему кристаллы перерастают из слоя в слой.

Чтобы запустился процесс первичной кристаллизации, должны сформироваться ее центры или зародыши, которые будут непрерывно расти. Данную роль выполняют оплавленные зерна металла, оказавшиеся на дне сварочной ванны.

Далее могут появиться дополнительные центры кристаллизации – обычно это тугоплавкие частицы, обломки зерен или самопроизвольно сформировавшиеся в жидком металле центры.

Во время многослойной сварки функция центров ложится на кристаллы предыдущего слоя. Они растут, присоединяя атомы из окружающего жидкого металла.

Каждый кристалл представляет собой группу элементарных столбчатых кристаллов, один конец которых соединен с общим основанием или оплавленным зерном основного металла. По форме и расположению кристаллов специалисты различают зернистую, столбчатую и дендритную или древовидную структуру остывшего металла.

Испытание металла сварного шва на прочность

Механические испытания сварных швов позволяют определить эксплуатационные характеристики и на их базе рассчитать возможные нагрузки.

Подобные проверки металла сварного шва проводятся различными способами, но всегда предполагают разрушение образцов при помощи разнонаправленных нагрузок. Также здесь используется специальное контрольное оборудование.

В первую очередь выбирают несколько серийных образцов, чтобы при помощи ряда идентичных операций определить пластичность, устойчивость шва к разрушениям.

Для швов, сформированных посредством различных видов сварки существует комплекс исследований. Речь идет о группах методов испытаний с направленными напряжениями:

Статический метод предполагает постепенное повышение разрушающей нагрузки. Чтобы обеспечить постоянное напряжение, на испытания отводят много времени.
Динамическое напряжение является мгновенным, не требуя большого отрезка времени для проведения проверки.
Усталостные способы связаны с неоднократным воздействием на образец, причем количество циклов достигает десятков миллионов, а нагрузка изменяется по знаку, значению.

Без механических испытаний металла сварных швов не обходится серийное производство деталей. При помощи статических проверок оценивают стыковые соединения, замеряют такие физические характеристики швов, как твердость, ползучесть, растяжимость, пластичность, способность к изгибу, пр.

Для этого соединение сравнивают с образцом из целостного металла. На исследования отправляют образцы с зачищенным и не зачищенным валиком.

Стоит пояснить, что условный предел текучести – это напряжение, на фоне которого длина изделия увеличивается на 0,2 %. Испытание на изгиб позволяет контролировать пластичность диффузного слоя. Подобная нагрузка замеряется до появления первой трещины на продольном и поперечном сечении сварного шва.

Такие эксперименты проводят с плоскими и трубчатыми образцами.

С помощью динамических испытаний устанавливают вероятность усталостной деформации шва, прочность на ударный изгиб. Для проверки задают разные условия, а именно нормальную, пониженную и повышенную температуру. Все полученные показатели фиксируются в протоколе в формате графиков, после чего исследуются по типу кривых.

Иногда могут использоваться иные, нормативно утвержденные исследования и расчеты показателей металла сварного шва.

Твердость замеряют в области диффузного слоя и зоны термического воздействия. Для проверки структурной прочности металла задействуют метод металлографии, с помощью которого исследуют такие области, как:

диффузный слой шва;
зона термического влияния;
металл изделия, не испытывавший воздействия повышенной температуры в процессе сварки.

Причины возникновения дефектов

Дефекты могут появляться по объективным и субъективным причинам. Дело в том, что любой вид металлопроката имеет определенный уровень свариваемости, который зависит от метода его изготовления и состава сплава. Если планируется работа с плохо свариваемыми деталями, то в технологических картах изначально прописывается значительный процент брака.

Обычно сварка швов связана с такими проблемами, как:

нарушение целостности металла;
деформация элементов под действием внутренних напряжений;
нарушение формы валика шва;
изменение геометрии наплавочного валика;
структурные изменения в металле, а именно меняется размер зерна в зоне фазового перехода сварного соединения.

Внешние дефекты несут меньшую опасность, чем внутренние, и могут быть обнаружены при помощи неразрушающих методов проверки. Однако важно понимать, что рискованно формировать ответственные сварные швы, не имея достаточных знаний и навыков, и лучше обратиться за помощью к специалистам.

Обычно нарушение целостности металла сварных швов и зоны, подвергавшейся температурному воздействию, происходит по таким причинам:

некачественно проведена обработка стыков, например, плохо выполнена зачистка металла сварных швов от окалины, ржавчины, остатков оксидной пленки, жира и грязи, допущены нарушения в процессе удаления кислорода из металла сварного шва;
использована наплавочная проволока, электроды, не подходящие к металлу заготовки;
неисправно оборудование;
неправильно установлены параметры на регуляторах сварочного аппарата, такие как сила тока, напряжение;
допущена ошибка при укладке деталей, не учтен коэффициент линейного расширения;
нарушено расстояние между электродом и заготовкой, из-за чего дуга имеет слишком большую или недостаточную длину.

Сварочные работы сильно влияют на механические свойства низкоуглеродистой стали. А обработка конструкционных сталей приводит к структурным изменениям в зоне термического воздействия, из-за чего снижаются механические показатели соединения. При этом в металле сварного шва появляются закалочные структуры, трещины.

Нужно понимать, что шов, зона термического влияния и металл заготовки, не подвергавшийся воздействию, имеют разную прочность. А значит, во время исследования важно расценивать сварное соединение как неоднородное тело. Разрушения могут происходить в любой из трех названных зон – все зависит от того, где наблюдается самая низкая прочность.

Сегодня удается добиваться равнопрочности сварных швов и основного металла при помощи электродов с качественными покрытиями и других расходников.

Надежность соединений обеспечивается прочностью металла сварного шва, а также зависит от ширины перегретого металла в зоне термического участка, общей ширины материала шва и перегретого металла. Немаловажными факторами становятся характер приложения внешней нагрузки, температура, при которой эксплуатируется изделие, пр.

Что такое подрез в сварке?

Начинающие сварщики часто задают вопросы: «Что такое подрез в сварке? Какие причины образования подрезов при сварке? Как производить ремонт подрезов сварных швов?» и в данной статье на все эти вопросы есть ответы.

Содержание

Подрез сварного шва это дефект который характеризуется образованием продолговатого углубления (канавки) остроугольной формы в зоне сплавления сварного шва и основного металла или металла сварного шва предыдущего слоя.

Похожие определения для данного вида дефекта сварного шва указаны и в нормативных документах на сварку ГОСТ 2601 и ГОСТ 30242:

Подрез это дефект в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом. Подрез это углубление продольное на наружной поверхности валика сварного шва, образовавшееся при сварке.

Напоминаем, что в статье о дефектах сварных швов и в пособии о дефектах сварных швов Юхина Н.А. есть фотографии, причины и способы устранения всех дефектов сварки.

Причины образования подрезов при сварке

Причиной образования подреза при сварке является выполнение сварки либо на повышенных режимах или с большой скоростью. Также, результатом возникновения может служить выбор неправильного угла наклона к более тонкому краю детали, что в свою очередь вызывает ее перегрев.

Исследования показывают, что с уменьшением температуры твердой поверхности смачивание ее жидким металлом ухудшается и улучшается с повышением температуры. Следовательно, одним из основных факторов, влияющих на смачивание является температура. На горизонтальных плоскостях смачивание играет ключевую роль т.к. вследствие действия сил поверхностного натяжения, жидкий металл на холодной поверхности стремиться к сжиманию, сокращая свою площадь и поверхность, которую он занимает, что и приводит к образованию подреза в сварном шве. В вертикальной плоскости, т.е. при сварке угловых и горизонтальных швов, дополнительной причиной является стекания жидкого металла под действием силы тяжести.

Неправильное использование газовой защиты, неправильная техника сварки и положение при сварке являются дополнительными причинами образования подреза сварного шва.

Подрезы при сварке всегда были серьезной проблемой в сварочном производстве, поэтому в последние годы все больше производителей сварочного оборудования и материалов и предпринимают попытки решить данную проблему.

Наличие подрезов обусловливает существенную концентрацию напряжений вблизи данного дефекта и может вызвать локальное или общее разрушение конструкции. Продольные углубления снижают сечение основного металла в зоне термического влияния. В результате чего сварные швы плохо воспринимают динамическую нагрузку и в данных местах могут возникнуть трещины. При проведении испытаний сварных швов на растяжение и угол загиба разрушение металла начинается от подреза, при значительного заниженных механических показателях.

Восемь советов для уменьшения вероятности образования подрезов в сварном шве

Ниже приведены рекомендации, которые помогут уменьшить вероятность образования подрезов при сварке изделий из труб, листов, швеллеров, уголков и т.д.

Правильное тепловложение

Одной из самых главных причин образования подрезов в сварных швах является большая величина нагрева при выполнении сварки вблизи свободных краев детали в результате чего происходит более глубокое проплавление одной из кромок, что приводит к образованию канавки, которая остается после затвердевания металла сварочной ванны. Это может привести к перегреву и расплавлению близлежащего основного металла или ранее наложенного металла шва. Для предотвращения необходимо следить за тепловложением при этом уменьшая сварочный ток при приближении к более тонким участкам детали или к свободному краю изделия.

Правильный угол электрода

Как известно угол электрода играет очень важную роль для предотвращения образования дефектов при сварке. Если выполнить сварку с неправильным углом, который будет направлять больше тепла к свободным кромкам изделия, вероятность образования подреза увеличивается в несколько раз. В связи с чем необходимо использовать правильный угол, чтобы направлять больше тепла на более толстую часть детали.

Правильная скорость сварки

Сварка с большой скоростью является еще одной причиной образования подрезов на сварных швах. При большой скорости некоторая часть основного металла переходит в расплавленный металл сварного шва и в результате быстрой кристаллизации остаются углубления (канавки) по краям. Поэтому рекомендуется производить сварку в умеренном темпе потому что слишком маленькая скорость сварки не дает удовлетворительных результатов. Таким образом, конкретным условиям сварки соответствует определенный диапазон скорости, в пределах которого возможно получение швов без подрезов.

Правильный выбор газовой защиты

При сварке полуавтоматом неправильный выбор защитных газов также является одной из основных причин подрезов при сварке. Сварщик должен быть уверен, что использует правильную сварочную смесь, которая подходит именно для сварки этого металла. Применение смесей углекислоты с инертными газами обеспечивает качественные результаты при сварке углеродистых сталей.

Правильная техника сварки

Причиной образования подрезов при сварке также является попытка сварщика выполнять сварку с чрезмерными поперечными колебаниями электрода. Рекомендуется выполнять сварку с минимальными поперечными колебаниями – так называемым «ниточным швом». Размер колебаний не должен превышать допустимых значений, потому что это значительно увеличивает вероятность образования подреза в сварном шве. Для предотвращения образования данного дефекта сварного шва необходимо либо уменьшить ширину поперечных колебаний электрода, либо выполнять многослойный шов вместо однослойного.

При ручной дуговой сварке покрытыми электродами рекомендуемый размах поперечных колебаний должен составлять не более 2-3 диаметров электрода.

Правильное пространственное положение при сварке

Сварка в горизонтальном или вертикальном положении в свою очередь увеличивает вероятность образования подреза шва. В данном случае, канавка образуется из-за недостаточного заполнения вдоль зоны сплавления шва. Если есть возможность, сварку необходимо выполнять в нижнем положении.

Использовать многослойную сварку

Это самый лучший вариант для предотвращения образования подрезов при сварке. Техника наложения многослойного шва подразумевает выполнение всех вышесказанных рекомендаций и помогает добиться качественных сварных соединений с гарантированными механическими свойствами.

Использование предварительного подогрева

Предварительный подогрев снижает скорость кристаллизации металла и улучшает смачиваемость за счет меньшей разности температур между сильно нагретым металлом сварочной ванны и слабо нагретым основным металлом.

Измерение глубины подреза сварного шва

В большинстве случаев измерение подрезов сварных швов производится с помощью:

специального прибора (глубиномера);
универсального шаблона сварщика УШС-3, УШС-4.

Прибор для измерения глубины подреза сварного шва

Прибор для измерения глубины подреза сварного шва представляет собой опорное основание 1 в котором закрепляется индикатор часового типа со специальным наконечником индикатора. Путем установки основания на ровную поверхность необходимо выставить 0 на индикаторе, после чего прибор передвинуть к месту измерения и установить наконечник индикатора в канавку. Размер устанавливается значением на шкале индикатора.

Кстати, конструкция прибора предусматривает два типа наконечников:

с углом 45° - для измерения глубины подреза, углублений между валиками и чешуйчатости, вогнутости корня шва;
плоский – для измерения высоты усиления сварного шва, выпуклости корня шва, смещение кромок свариваемых деталей.

Измерение глубины подреза сварного шва универсальным шаблоном сварщика (УШС-3; УШС-4)

Измерение подреза при помощи универсального шаблона сварщика производится путем установки указателя 1 в канавку. Размер определяется напротив риски 2 по шкале 3.

Принципиального отличия в методах проведения контроля нет, поэтому чем измерить подрез сварного шва зависит только от наличия того или иного мерительного инструмента.

Допуски на подрезы в сварных швах

Конечно же лучше изготавливать конструкции без дефектов, но чаще всего это является необоснованно дорого или невозможно, поэтому всегда имеются допуски с указанием какие дефекты, их количество и размеры являются допустимыми в той или иной конструкции и не влияют на её эксплуатационные свойства. В первую очередь от назначения конструкции и требований нормативных документов зависит какого размера подрезы допускаются в сварных швах:

Чтобы узнать допуски на подрезы в сварных швах, прежде всего необходимо найти данную информацию в нормативных документ с требованиями к сварным швам.

Ремонт подрезов сварных швов

В зависимости от требований нормативных документов в некоторых случаях допускается небольшие подрезы исправлять методом зачистки без последующей сварки. Если требуется проведение ремонта с последующей сваркой - процесс исправления состоит из следующих этапов:

Читайте также: