При сварке алюминия трескается шов
Обновлено: 18.05.2024
Трещины при сварке – это один из видов дефектов, приводящий к разрушению сварного соединения. Возникают такие элементы сразу после окончания накладки шва или впоследствии, по мере остывания металла. Каждый сварщик должен знать виды сварных трещин, причины их появления и методы устранения, а также предупреждения, чтобы создавать надежные соединения.
Виды трещин по форме и локации
Трещины при сварке могут иметь различную форму, ориентацию в материале и локацию. Различают следующие виды трещин:
продольные в шве (обычно длинные, иногда через весь стык);
поперечные в шве (зачастую короткие и зигзагообразные);
продольные в околошовной зоне (длинные и тонкие, как нитка, едва заметные);
поперечные в околошовной зоне (расходятся от краев шва по материалу заготовки);
поперечные внутри основного материала под швом (короткие);
продольные внутри толщи присадочного металла.
Порой наружные трещины могут образовываться в кратере, при завершении шва, если резко разорвать электрическую дугу. Тогда они расходятся «паутинкой» от центра и ослабляют «замок» сварного соединения. Если стык выполнялся «под воду», высокая вероятность протекания в этом месте. В конструкциях, где герметичность не важна, трещины ослабляют надежность соединения, влекут разрушение стыка, ускоряют разрыв шва.
Виды трещин по времени появления
Трещины в сварочном шве и околошовной зоне условно делятся по времени появления на горячие и холодные. Горячие возникают при температуре металла около 1000-1300 С, когда одни части начинают застывать, а другие еще остаются жидкими. Визуально их можно увидеть на красном металле шва и в темной околошовной зоне.
Холодные трещины образуются позже. Сразу после отрыва электрода, дуга гаснет и соединение выглядит целостным. Но потом слышится треск и появляются дефекты. Обычно это происходит при температуре детали 200-300 С.
Причины появления горячих трещин
Различают несколько причин возникновения горячих трещин при сварке:
Жесткая фиксация заготовок. Если детали плотно зафиксированы, то при нагреве от сварки и последующем остывании возникает напряжение, влекущее разрыв материала. Поскольку участки, где велась сварка, наиболее разогреты и мягче других, трещины возникают именно в них.
Включения посторонних веществ. В сварочную ванну попадают окислы (пленка с поверхности заготовки), краска, шлак, сера, фосфор, что делает сплав неоднородным. При кристаллизации вещества застывают с разной скоростью. В результате одни элементы уже твердые, а другие – жидкие. Последние рвутся от стягивания и усадки металла, приводя к трещинам. Особенно дефекты возникают из-за наличие кислорода и водорода.
Неправильные пропорции дополнительных легирующих элементов. Когда в присадочный металл добавляют хром, молибден, ниобий, бор и другие элементы для компенсации выгоревших, завышенные пропорции делают кристаллическую решетку отличной от основного материала, что вызывает разницу по твердости и температуре остывания, приводя к трещинам.
Разная температура плавления соединяемых деталей. При соединении углеродистой и малоуглеродистой стали, у которых температура плавления 1535 и 1300 С, один металл уже твердый, а второй – еще жидкий, поэтому появляются горячие трещины. Еще больше дефект проявляются при соединении чугуна со сталью (температура плавления чугуна 1147-1200 С). Этот же эффект будет, если сваривать две половинки чугуна обычными электродами для углеродистой стали.
Причины появления холодных трещин
Холодные трещины менее заметны, поскольку раскрываются не так сильно, как горячие. У них не широкая «паутина», а тонкие «ниточки». Зачастую образуется дефект из-за включения водорода, накапливающегося в определенных зонах. Он делает металл более хрупким, вызывая разрывы при остывании, когда заготовка достигает температуры 200 С. Среди других причин образования холодных трещин:
Малый диаметр электрода. Приводит к недостаточному количеству наплавленного металла. В результате шов получается тонкий и легко рвется от внутренних термических деформаций.
Низкая сила тока. Не позволяет достаточно глубоко проплавить место соединения. Шов получается поверхностным и трескается от напряжения.
Слишком узкий сварочный шов. Слабо захватывает стороны заготовки, поэтому когда они расходятся при остывании, нередко возникает трещина рядом со швом.
Быстрое охлаждение детали после сварки. Если после отрыва дуги сразу полить деталь водой, кристаллическая решетка не успевает полноценно сформироваться и возникает разрушение связей в структуре металла.
Внутренние напряжения. Когда деталь многократно нагревалась в одном и том же месте, внутри возникает напряжение. Оно возрастает, если остальные части конструкции были соединены перед сваркой с применением силы, а не сведены без усилий. Тогда, по мере остывания, возможны трещины как самого шва, так и прилегающей зоны.
Методы контроля сварного шва
После окончания сварки и остывания металла сварщик самостоятельно осматривает швы на наличие трещин. Для этого необходимо очистить соединение от шлака и пыли щеткой. Порой применяется обдув сжатым воздухом. Чтобы отличить риску наплыва металла от трещины, используют увеличительное стекло.
Остальные методы проверки применяются по необходимости, если того требуют условия выпуска продукции. Это может быть просвечивание швов рентгеновским излучением, которое покажет внутренние трещины, а не только наружные. Для трубопроводов, сосудов и других конструкций, по которым будет протекать жидкость или газ, применяется опрессовывание сжатым воздухом, проверка керосином или аммиаком. Все это помогает выявить скрытые трещины, поры и свищи.
Как устранить трещины
Если после сварки выявлена трещина в шве или околошовной зоне, необходимо выполнить подготовительные действия для ее устранения. Распространенная ошибка – просто наложить шов сверху. Это устраняет дефект лишь поверхностно и косметически. Внутри разрыв материала остается. В таком случае высокая вероятность, что соединение снова треснет при остывании или под нагрузкой.
Для начала нужно понять, что привело к дефекту. Если это разная температура плавления металлов, то используют другие электроды, обеспечивающие лучшую свариваемость и кристаллизацию веществ в месте стыковки. Когда причина в напряжениях, изделие предварительно прогревают при помощи резака, газовой горелки или паяльной лампы.
Стоит уделить внимание и самой трещине. Если дефект 10 см и более в длину, то, чтобы он не разошелся дальше, пока будет накладываться новый шов, необходимо зафиксировать края трещины. Для этого их засверливают на всю глубину стыка сверлом по металлу и дрелью. Далее нужна разделка трещины, выполняемая болгаркой и отрезным диском. Углубитесь кругом на 5 мм. Это создаст достаточно места для проплавления и заполнения новым присадочным металлом.
Концу шва уделяют дополнительное внимание. Важно настроить спад силы тока, чтобы сварочная ванна постепенно застыла, а кристаллическая решетка правильно сформировалась. Если возможности сварочного аппарата не поддерживают такие настройки, просто постепенно увеличивайте воздушный зазор. Электрическая дуга станет выше, а температура воздействия ниже.
Заканчивайте шов всегда на другом шве, создавая своего рода «замок». Здесь меньше вероятности образоваться кратерным трещинам. Некоторые опытные сварщики выводят конец шва на цельный металл (в бок, где не велась сварка), поскольку там сплошное сечение стали и гарантированно не появится сквозная трещина или свищ.
Как не допустить появления трещин
Важно изначально соблюдать режимы сварки и правильно готовить детали. Ведь устранение трещин ведет к потере времени, перерасходу материалов, удорожанию конечного изделия или снижению получаемой за его изготовление прибыли. Для предупреждения проблемы соблюдайте следующие рекомендации:
Подбирайте правильно сварочный ток и диаметр электрода. Сила тока и диаметр проволоки или электрода должны соответствовать сечению металла. Ориентировочная таблица по настройке аппарата в зависимости от пространственного положения шва и диаметра электрода присутствует на каждой упаковке расходных материалов.
Используйте присадочные материалы, соответствующие основному металлу заготовки. Для этого вникайте в состав проволоки и стержня электрода, обмазки. Для сварки нержавейки выбирайте электроды и проволоку для легированной стали. Чугун варится отдельными электродами со специальным покрытием. Для медных сплавов выпускают проволоку и прутки из меди. Если хотите сваривать алюминий, задействуйте электроды и проволоку для полуавтомата, рассчитанные для такого применения.
Подавайте в зону сварки флюсы с минимальным количеством серы и фосфора. Лучше использовать флюсы на кремниевой основе.
Выполняйте предварительный прогрев заготовок. Это уменьшит перепад температур между зонами, где будет вестись сварка и другими участками, предупредит деформацию и напряжение металла.
Разделывайте кромки толстых деталей. При сечении от 5 мм и выше снимайте фаску под 45⁰, чтобы стороны имели V или Y-образное соединение. Это увеличит глубину шва и площадь соприкосновения наплавленного и основного металла, повысив прочность стыка.
Варите многопроходными швами. Выполните несколько проходов на средней скорости. Это лучше, чем один высокий шов на медленной скорости. Допускается чередование ведения горелки или электрода в разные стороны при многопроходных швах, что только усиливает структуру наплавленного металла.
Не охлаждайте детали сразу после сварки водой, не бросайте их в снег или на лед.
К охлаждению водой прибегают, когда нет времени дожидаться естественного остывания и нужна дальнейшая сборка конструкции. Используйте для удержания горячих деталей сварочные рукавицы повышенной толщины или специальные приспособления для сварки. Есть много зажимов, позволяющих захватить круглую или профильную заготовку разных диаметров и присоединить ее к другой конструкции для сборки и прихватки. Магнитные фиксаторы помогут обойтись без посторонней помощи, ведь некоторые модели выдерживают до 34 кг.
Как сварить ГБЦ или блок ДВС без трещин
Трещины в головке блока цилиндров возникают, как правило, между седлами клапанов, и приводят к перепусканию картерных газов. Герметичность нарушается при резком перегреве и охлаждении ГБЦ, например в момент долива антифриза в работающий мотор. Блок двигателя может лопнуть в любом месте, если использовалась охлаждающая жидкость с небольшой температурой замерзания. Встречаются характерные повреждения при ДТП.
Чтобы заварить трещины ГБЦ или блока ДВС, необходим инвертор TIG, способный переключаться с постоянного тока на переменный. Обозначаются такие аргонодуговые аппараты как AC/DC и могут быть на 220 и 380 В. Именно переменное напряжение в аргоновой сварке вольфрамовым электродом обеспечивает разрушение высокотемпературной оксидной пленки снаружи алюминия и аккуратную сварку основного металла. При работе постоянным током качественно выполнить стык не получится.
Используйте присадочную проволоку для алюминия. Необходима разделка трещины отрезным кругом болгарки, чтобы увеличить глубину проплавления. Если повреждение имеет длину 1-2 см, можно сразу вести сварку после расшивки и обезжиривания. При более крупных трещинах ГБЦ необходим предварительный подогрев металла, чтобы снизить напряжение и температурные деформации. Тогда шов не лопнет по мере остывания.
Дождитесь охлаждения металла до 50-60 ⁰С, после чего приступайте к шлифовке, удаляя лишний металл. Обязательно опрессуйте блок, чтобы убедиться в герметичности. В случае ГБЦ некоторые перестраховываются и выполняют гильзовку каналов.
Правильно подготавливая металл под сварку и выбирая соответствующий режим, получится избежать трещин в шве. Используйте присадочные расходные материалы близкие по составу к основному металлу. Если трещина все же возникла, воспользуйтесь советами из этой статьи по ее удалению, а главное проанализируйте, почему образовался дефект, чтобы предупредить его появление в будущем.
Ответы на вопросы: борьба с трещинами в сварочном шве
Когда нет электроинструмента, трещину можно расшить при помощи зубила и молотка. Устанавливайте зубило не строго вертикально, а под наклоном 60-70⁰. Меняйте сторону наклона. Так получится вырубить канавку, куда будет затекать присадочный металл.
Трещина может появиться как при сварке покрытым электродом, горелкой полуавтомата, так и вольфрамовым электродом. Здесь больше сказывается состав основного и присадочного металлов, режим сварки, наличие внутренних напряжений, включения посторонних веществ с поверхности заготовки и пр.
Такое нередко бывает при сварке чугуна или нержавейки с неправильно подобранными электродами/проволокой. Замените расходные элементы, счистите болгаркой предыдущий наплавленный металл до основного. В случае чугуна прогрейте деталь паяльной лампой или газовой горелкой.
Металл шва более прочный и быстрее застывает, чем основной материал. Выберите менее тугоплавкий электрод или проволоку, хорошо очистите поверхность от краски, масла, ослабьте фиксацию детали.
Если при опрессовке через шов с трещиной не проходит жидкость, значит дефект не глубокий, а поверхностный. Но от вибрации, ударов, перепадов температур трещина может расти как в длину, так и в глубину, поэтому соединение лучше переделать.
Горячее растрескивание при сварке алюминиевых сплавов
У металлических сплавов известны несколько механизмов растрескивания. К счастью, к алюминиевым сплавам многие из них, например, водородное растрескивание, которое еще называют «холодным растрескиванием», не относятся. Почти все трещины в сварочных швах при дуговой сварке алюминиевых сплавов возникают из-за горячего растрескивания. А именно: трещины возникают в сварном шве при его затвердевании в результате воздействия усадочных напряжений на его микроструктуру.
Влияние химического состава алюминия
Чтобы понять, почему алюминиевый сварной шов растрескивается и как выбор сварочного сплава (сварочного прутка) влияет на склонность к растрескиванию, очень полезно взглянуть на рисунок. Этот рисунок показывает влияние четырех различных легирующих добавок – Si, Cu и Mg, а также Mg и Si в виде Mg2Si – на склонность алюминиевого сплава к образованию горячих трещин при затвердевании. Важно отметить, что все легирующие добавки влияют на склонность к образованию трещин аналогичным образом. С увеличением концентрации добавки склонность к растрескиванию возрастает, достигает максимума и затем снижается до относительно низкого уровня.
Большинство алюминиевых сплавов, которые считаются не свариваемыми без сварочного прутка, имеют в химическом составе хотя бы одну легирующую добавку с концентрацией вблизи пика склонности к растрескиванию. Сплавы, которые показывают незначительную склонность к образованию трещин, оказывается, имеют химический состав, который далек от этих пиков. Действительно, склонность сплавов к растрескиванию зависит в основном только от их химического состава.
Выбор сварочного материала
Аналогично склонность к растрескиванию в ходе сварки зависит в основном от химического состава сварочной «ванны». Поэтому, принцип выбора сварочного материала заключается в следующем.
1) Для материалов, которые проявляют низкую склонность к образованию трещин нужно применять сварочный материал с аналогичным химическим составом.
2) Для материалов, которые проявляют высокую склонность к образованию трещин нужно применять сварочный материал, который значительно отличается от них по химическому составу, с тем, чтобы попытаться получить химический состав шва вдали от пика растрескивания.
Выполнение этого принципа можно проследить при рассмотрении сварочных материалов, которые применяют при сварке сплавов серий 5ХХХ и 6ХХХ.
Сварка сплавов алюминий-магний
Большинство сплавов серии 5ХХХ проявляют низкую склонность к растрескиванию. Их можно сваривать вообще без сварочного прутка. Пик склонности к растрескиванию находится примерно при 1,5 % Mg. Все сплавы серии 5ХХХ, кроме сплава 5052 (АМг2,5 по ГОСТ 4784), содержат значительно больше магния, чем 1,5 % и находятся поэтому вдали от пика растрескивания. Однако сплав 5052 лежит по магнию прямо на пике растрескивания и, действительно, проявляет довольно высокую склонность к растрескиванию.
При выборе материала сварочного прутка для сплавов серии 5ХХХ общим правилом (кроме сплава 5052) является применение в качестве сварочного сплава серии 5ХХХ с немного большим содержанием Mg, чем в основном (свариваемом) сплаве. Для сплава 5052 применяют сварочный сплав с намного большим содержанием магния, такой как 5356 с 5 % Mg. Это дает большой «сдвиг» содержания магния в затвердевающем сварном шве в сторону от пика растрескивания.
Сварка сплавов алюминий-магний-кремний
Большинство сплавов серии 6ХХХ – сплавов системы Al-Mg-Si – являются очень чувствительными к растрескиванию. Действительно, их химический состав как раз попадает почти на пик, показанный на нижнем графике рисунка. Ни один из этих сплавов нельзя сваривать без сварочного прутка или со сварочным прутком того же химического состава. Если попытаться сделать это, то они будут растрескиваться каждый раз, если к сварочному шву не приложить значительные сжимающие напряжения, как это делается при контактной точечной сварке.
Поэтому выбор сварочного материала для этих склонных к растрескиванию сплавов 6ХХХ заключается в применении сварочных сплавов с таким химическим составом, чтобы получить сварочный шов с химическим составом вдали от пика растрескивания. Для этого применяют сварочные сплавы или с высоким содержанием Mg, например, 5356, или с высоким содержанием Si, обычно – сплав 4043. По этой причине не бывает сварочного прутка из сплава 6061. А если бы он был и мы применили бы его для сварки сплава 6061, то сварочный шов неизбежно бы растрескался.
Только со сварочным прутком!
Важно помнить, что большинство сплавов серии 6ХХХ нельзя сваривать без сварочного прутка. Более того, даже при сварке со сварочным прутком, если подавать его в недостаточном количестве, также возможно возникновение трещин.
Основные ошибки и дефекты аргонодуговой сварки(TIG, аргон)
Сегодня пойдет речь не о сварке, а о дефектах при аргонодуговой сварке.
И так вкратце, часто ошибки бывают при подготовки поверхности, тк TIG "любит" чистоту и стерильность. в процессе сварки, а также после ее окончания. Также отмечу, что встречаются дефекты сварки. которые нельзя увидеть глазами, например, слишком мелкие дефекты, дефекты между слоями швов и тд. И все эти ошибки в конце концов приведут к разрушению сварного соединения.
Начну всё же с более трудно определяемого(когда не видна противоположная сторона шва) при сварке дефекта, и дефект этот непровар. Многие сварщики. да и самоучки, научивший накладывать ровный и красивый с виду шов частенько забывают о проплаве и проваре кроенного шва. А некоторые, кстати и на этом форуме, как и на многих других еще и доказывают свою правоту, =) мол у меня шов красивый — значит изнутри провар есть.Чёртас два, я вам скажу как специалист занимающийся неразрушающим контролем!
Непровары — это несплавления наплавленного металла с основным, или слоев шва между собой. К этому дефекту относят и незаполнение сечения шва. Непровары будучи концентраторами напряжений снижают прочность шва и будут являться причиной его разрушения.
Если честно, то даже для меня является в некоторых случаях сделать такой шов, чтобы с противоположной стороны был четкий и постоянный провар корня шва(односторонняя сварка).
Основные принципы устранения этих дефектов — разделка противоположной стороны шва и двухсторонняя сварка, достаточно широкий для проплавления и свариваемой толщины детали зазор
Самая распространенная ошибка — плохая подготовка поверхности!
На фото шов на алюминии, не почищенном перед сваркой. Видны окислы на поверхности шва — такой шов откровенное гуамно.
Далее все как по библии.
Причина образования трещин — несоблюдение технологии сварки например, неправильное расположение швов, приводящее к возникновению концентрации напряжения, завышенный ампераж сварочного процесса, неверный выбор сварочных материалов, резкое охлаждение конструкции. А также повышенное содержание в шве углерода и различных примесей — кремния, никеля, серы, водорода, фосфора.
Устраняются трещины вырезанием и/или засверливанием концов трещин.
Наплывы возникают, когда расплавленный металл натекает на основной, но не имеет сплавления с ним. Дефект шва возникает по разным причинам — при недостаточном прогреве основного металла вследствие малого тока, излишнего количества присадочного материала.
Устраняются наплывы срезанием с проверкой наличия непровара в этом месте.
Подрезы — это углубления по околошовной зоне шва. Подрез уменьшает сечения шва и создает концентрацию напряжения. И то и другое ослабляет шов. Подрезы возникают из-за повышенного ампеража сварочного тока. Чаще всего этот дефект образуется в горизонтальных швах.
Устраняют подрез наплавкой тонкого шва по линии подреза и шлифовкой.
Кратеры — дефекты в виде углубления, возникающего в результате обрыва сварочной дуги. В этом же месте возможно "пенообразование", те пористость. Кратеры в 99% случаев образовываются при сварке алюминия, без окончательной продувки газом. Кратеры снижают прочность шва из-за уменьшения…да, да всё того же сечения шва. В них могут находиться усадочные рыхлости, способствующие образованию трещин.
Устраняют кратеры вырезанием или высверливанием до основного металла, после чего заваривают снова.
…так что там у нас еще…
Прожоги это дефекты сварки, проявляющиеся в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. по-русски — "дырка" При этом обычно с другой стороны образуется натек. Прожоги возникают из-за повышенного ампеража сварочного тока, недостаточной скорости перемещения при сварке, большого зазора между кромками металла, и тд.
Исправляют прожог зачисткой и последующей заваркой.
Так же имеют место быть такие дефекты как посторонние включения, перегрев металла, пористость шва, отклонение от норм по геометрическим размерам и прочие, прочие, прочие…
Друзья, читайте больше литературы технической, варите хорошо. а как попало выйдет само!
И уж точно не надо мне, будучи профи в неразрушающем контроле, усираясь, доказывать что ваш сварной шов идеален без проведения какого либо вида контроля последнего.
Всем мира и Бобрёнка, удачи и подписывайтесь!
Я всегда могу вам помочь со сваркой в среде аргона. Аргонодуговая сварка в Истре и Дурыкино
Видео, в котором показано, как варить трубу со 100% проваром корня шва.
Борьба с трещинами в сварочном шве
Читайте также: