Wada spawalnicza - Welding defect
Wady spawania jest dowolny błąd kompromisów przydatność spawu . Istnieje wiele różnych wad spawalniczych . Niedoskonałości spawalnicze są klasyfikowane zgodnie z ISO 6520, podczas gdy ich dopuszczalne wartości są określone w ISO 5817 i ISO 10042.
Główne przyczyny
Według Amerykańskiego Stowarzyszenia Inżynierów Mechanicznych (ASME) przyczyny wad spawalniczych można podzielić w następujący sposób: 41 procent złe warunki procesu, 32 procent błąd operatora, 12 procent niewłaściwa technika, 10 procent nieprawidłowe materiały eksploatacyjne i 5 procent złe rowki spawalnicze .
Kruchość wodorowa
Naprężenia szczątkowe
Wielkość naprężeń, które można wytworzyć podczas spawania, można z grubsza obliczyć za pomocą:
Gdzie E jest modułem Younga , α jest współczynnikiem rozszerzalności cieplnej , a ΔT jest zmianą temperatury. W przypadku stali oblicza się to na około 3,5 GPa (510 000 psi).
Rodzaje
Pęknięcia
Wady związane ze złamaniem .
Uderzenia łuku
Uderzenie łuku to nieciągłość wynikająca z łuku, składająca się z dowolnego zlokalizowanego przetopionego metalu, metalu poddanego działaniu ciepła lub zmiany profilu powierzchni dowolnego przedmiotu metalowego. Arc Strikes powoduje miejscowe nagrzewanie się metalu nieszlachetnego i bardzo szybkie chłodzenie. Gdy znajdują się poza zamierzonym obszarem spoiny, mogą powodować stwardnienie lub miejscowe pękanie i mogą służyć jako potencjalne miejsca inicjowania pękania. W konstrukcjach obciążonych statycznie zajrzenia łuku nie muszą być usuwane, chyba że takie usunięcie jest wymagane w dokumentacji kontraktowej. Jednak w konstrukcjach obciążonych cyklicznie uderzenia łuku mogą powodować koncentrację naprężeń, które byłyby szkodliwe dla użyteczności takich konstrukcji i powinny być gładko szlifowane i sprawdzane wizualnie pod kątem pęknięć.
Pękanie na zimno
Naprężenia szczątkowe mogą zmniejszać wytrzymałość materiału podstawowego i mogą prowadzić do katastrofalnego uszkodzenia w wyniku pękania na zimno. Pękanie na zimno ogranicza się do stali i wiąże się z powstawaniem martenzytu podczas stygnięcia spoiny. Pękanie następuje w strefie wpływu ciepła materiału podstawowego. Aby zmniejszyć ilość odkształceń i naprężeń szczątkowych, ilość doprowadzonego ciepła powinna być ograniczona, a sekwencja spawania nie powinna przebiegać bezpośrednio z jednego końca do drugiego, ale raczej w segmentach.
Pękanie na zimno występuje tylko wtedy, gdy spełnione są wszystkie następujące warunki wstępne:
- podatna mikrostruktura ( np. martenzyt )
- wodór obecny w mikrostrukturze ( kruchość wodorowa )
- środowisko pracy w temperaturze otoczenia (normalne ciśnienie atmosferyczne): -100 do +100 °F
- wysoka powściągliwość
Wyeliminowanie któregokolwiek z nich wyeliminuje ten stan.
pęknięcie krateru
Pęknięcia kraterowe pojawiają się, gdy łuk spawalniczy zostaje przerwany, krater powstaje, jeśli dostępna jest odpowiednia ilość stopionego metalu do wypełnienia wnęki łukowej.
Pęknięty kapelusz
Pęknięcia kapeluszowe biorą swoją nazwę od kształtu przekroju spoiny, ponieważ spoina wybrzusza się na czole spoiny. Pęknięcie zaczyna się na linii wtopienia i rozciąga się przez spoinę. Są one zwykle spowodowane zbyt wysokim napięciem lub niewystarczającą prędkością.
Pękanie na gorąco
Pękanie na gorąco, znane również jako pękanie krzepnięcia, może wystąpić w przypadku wszystkich metali i ma miejsce w strefie wtopienia spoiny. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo tego typu pęknięć, należy unikać nadmiernego wiązania materiału i stosować odpowiedni materiał wypełniający. Inne przyczyny to zbyt wysoki prąd spawania, zła konstrukcja złącza, która nie rozprasza ciepła, zanieczyszczenia (takie jak siarka i fosfor ), podgrzewanie wstępne, zbyt duża prędkość i długie łuki.
Pęknięcie pod kulką
Pęknięcie pod stopką, znane również jako pęknięcie strefy wpływu ciepła (HAZ), to pęknięcie, które tworzy niewielką odległość od linii wtopienia; występuje w stali niskostopowej i wysokostopowej . Dokładne przyczyny tego typu pęknięć nie są do końca poznane, ale wiadomo, że musi być obecny rozpuszczony wodór . Drugim czynnikiem mającym wpływ na ten typ pęknięcia są naprężenia wewnętrzne wynikające z: nierównomiernego skurczu metalu rodzimego i metalu spoiny, utwierdzenia metalu rodzimego, naprężeń związanych z tworzeniem się martenzytu oraz naprężeń związanych z wytrącaniem się wodoru z metalu .
Pęknięcie wzdłużne
Pęknięcia wzdłużne przebiegają wzdłuż ściegu spoiny. Istnieją trzy typy: pęknięcia wyboru , pęknięć korzeniowe i pełne pęknięć centerline . Sprawdź, czy pęknięcia są widoczne z powierzchni i częściowo sięgają do spoiny. Są one zwykle spowodowane dużymi naprężeniami skurczowymi , zwłaszcza w końcowych przejściach, lub mechanizmem pękania na gorąco. Pęknięcia korzeniowe zaczynają się od grani i rozciągają się w części spoiny. Są najczęstszym rodzajem pęknięć podłużnych ze względu na mały rozmiar pierwszego ściegu spoiny. Jeśli tego typu pęknięcie nie zostanie rozwiązane, zwykle będzie się ono rozprzestrzeniać na kolejne przejścia spoiny, tak jak zwykle tworzą się pełne pęknięcia (pęknięcie od grani do powierzchni).
Podgrzewanie krakingu
Pękanie nagrzewania to rodzaj pękania, który występuje w stalach HSLA , szczególnie chromowych , molibdenowych i wanadowych , podczas nagrzewania. Zjawisko to zaobserwowano również w austenitycznych stalach nierdzewnych. Jest to spowodowane słabą ciągliwością pełzania strefy wpływu ciepła. Wszelkie istniejące defekty lub nacięcia pogarszają powstawanie pęknięć. Rzeczy, które pomagają zapobiegać pękaniu przy ponownym nagrzewaniu, obejmują obróbkę cieplną najpierw poprzez wygrzewanie w niskiej temperaturze, a następnie szybkie nagrzewanie do wysokich temperatur, szlifowanie lub kulowanie palców spoiny oraz stosowanie techniki spawania dwuwarstwowego w celu udoskonalenia struktury ziarna HAZ .
Pęknięcia korzeni i palców
Pęknięcie korzeniowe to pęknięcie powstałe w wyniku krótkiego ściegu na początku spawania (przygotowania krawędzi), niskiego prądu na początku oraz w wyniku niewłaściwego spoiwa użytego do spawania. Główną przyczyną tego typu pęknięć jest kruchość wodorowa. Tego typu defekty można wyeliminować przy użyciu wysokiego prądu początkowego i odpowiedniego materiału wypełniającego. Pęknięcie stopy występuje z powodu wilgoci obecnej w obszarze spawanym, jest częścią pęknięcia powierzchni, więc można je łatwo wykryć. Wstępne podgrzanie i odpowiednie uformowanie spoiny jest niezbędne do wyeliminowania tego typu wad.
Pęknięcie poprzeczne
Pęknięcia poprzeczne są prostopadłe do kierunku spoiny. Wynikają one na ogół z podłużnych naprężeń skurczowych działających na metal spoiny o niskiej ciągliwości. Pęknięcia kraterowe pojawiają się w kraterze, gdy łuk spawalniczy zostaje przedwcześnie zakończony. Pęknięcia kraterowe są zwykle płytkie, gorące pęknięcia zwykle tworzą pęknięcia pojedyncze lub gwiaździste. Pęknięcia te zwykle zaczynają się od rury kraterowej i rozciągają się wzdłuż krateru. Mogą jednak rozchodzić się na podłużne pęknięcia spoiny w pozostałej części spoiny.
Zniekształcenie
Metody spawania, które obejmują topienie metalu w miejscu połączenia, z konieczności są podatne na kurczenie się, gdy rozgrzany metal stygnie. Skurcz następnie wprowadza naprężenia szczątkowe i zniekształcenia. Zniekształcenie może stanowić poważny problem, ponieważ produkt końcowy nie ma pożądanego kształtu. Aby złagodzić niektóre rodzaje zniekształceń, obrabiane elementy można przesunąć tak, aby po spawaniu wyrób miał prawidłowy kształt. Poniższe zdjęcia opisują różne rodzaje odkształceń spawalniczych:
Skurcz poprzeczny
Zniekształcenie kątowe
Skurcz wzdłużny
Zniekształcenie zaokrąglenia
Zniekształcenie osi neutralnej
Włączenie gazu
Wtrącenia gazowe to różnorodne defekty, które obejmują porowatość , otwory wydmuchowe i rury (lub tunele czasoprzestrzenne ). Podstawową przyczyną wtrąceń gazu jest uwięzienie gazu w zakrzepłej spoinie. Powstawanie gazu może mieć jedną z następujących przyczyn – wysoka zawartość siarki w spawanym elemencie lub elektrodzie , nadmierna wilgoć z elektrody lub spawanego elementu, zbyt krótki łuk lub niewłaściwy prąd spawania lub biegunowość .
Inkluzje
Istnieją dwa rodzaje wtrąceń: wtrącenia liniowe i wtrącenia zaokrąglone . Inkluzje mogą być izolowane lub skumulowane . Wtrącenia liniowe występują, gdy w spoinie znajduje się żużel lub topnik . Formy żużla z zastosowaniem topnika, dlatego tego rodzaju wada występuje zazwyczaj w procesach spawalniczych, że stosowanie strumienia, na przykład ekranowana łukowego spawania , rdzeniowego spawania i spawania łukiem , ale może również wystąpić w gazie spawanie łukiem metalowym . Ta wada zwykle występuje w spoinach, które wymagają wielokrotnych przejść, a spoiny nie nakładają się na siebie. Słabe zachodzenie na siebie nie pozwala na stopienie żużla z poprzedniej spoiny i podniesienie się do górnej części nowego ściegu spoiny. Może również wystąpić, jeśli poprzednia spoina pozostawiła podcięcie lub nierówny profil powierzchni. Aby uniknąć wtrąceń żużla, żużel powinien być oczyszczany ze ściegu spoiny między przejściami poprzez szlifowanie , szczotkowanie druciane lub struganie.
Izolowane wtrącenia powstają, gdy na metalu podstawowym znajduje się rdza lub zgorzelina .
Brak fuzji i niepełna penetracja
Brak wtopienia to słaba przyczepność ściegu spoiny do metalu podstawowego; niepełna penetracja to ścieg spoiny, który nie zaczyna się od grani rowka spoiny. Niepełna penetracja tworzy kanały i szczeliny w grani spoiny, co może powodować poważne problemy w rurach, ponieważ w tych obszarach mogą osadzać się substancje korozyjne. Tego typu wady występują, gdy nie są przestrzegane procedury spawania; możliwe przyczyny to ustawienie prądu, długość łuku, kąt elektrody i manipulacja elektrodą. Defekty mogą być zróżnicowane i klasyfikowane jako krytyczne lub niekrytyczne. Porowatość (pęcherzyki) w spoinie są zwykle do pewnego stopnia dopuszczalne. Wtrącenia żużla, podcięcia i pęknięcia są zwykle niedopuszczalne. Niektóre porowatości, pęknięcia i wtrącenia żużla są widoczne i mogą nie wymagać dalszej kontroli w celu ich usunięcia. Małe defekty, takie jak te, można zweryfikować za pomocą testów penetracyjnych w płynie (kontrola barwnika). Wtrącenia i pęknięcia żużla tuż pod powierzchnią można wykryć za pomocą Magnetycznej Inspekcji Cząstek. Głębsze defekty można wykryć za pomocą technik badania radiograficznego (promieniowanie rentgenowskie) i/lub ultradźwiękowego (fale dźwiękowe).
Rozerwanie blaszek
Rozerwanie lamelarne jest rodzajem defektu spawalniczego, który występuje w walcowanych blachach stalowych , które zostały zespawane ze sobą z powodu sił skurczu prostopadłych do powierzchni blach. Od lat 70. zmiany w praktykach produkcyjnych ograniczające ilość stosowanej siarki znacznie zmniejszyły występowanie tego problemu.
Pęknięcia lamelarne spowodowane są głównie wtrąceniami siarki w materiale. Inne przyczyny to nadmiar wodoru w stopie. Wadę tę można złagodzić, utrzymując zawartość siarki w stopie stali poniżej 0,005%. Dodanie do stopu pierwiastków ziem rzadkich , cyrkonu lub wapnia w celu kontrolowania konfiguracji wtrąceń siarki w sieci metalowej może również złagodzić ten problem.
Modyfikacja procesu konstrukcyjnego w celu zastosowania części odlewanych lub kutych zamiast części spawanych może wyeliminować ten problem, ponieważ rozerwanie lamelek występuje tylko w częściach spawanych.
Podcięcie
Podcięcie ma miejsce, gdy spoina zmniejsza grubość przekroju poprzecznego metalu rodzimego, a co za tym idzie, zmniejsza wytrzymałość spoiny i przedmiotów obrabianych. Jedną z przyczyn tego typu defektów jest nadmierny prąd, który powoduje topienie się krawędzi złącza i spływanie do spoiny; pozostawia to wrażenie drenażu na całej długości spoiny. Innym powodem jest zastosowanie złej techniki, która nie powoduje osadzania wystarczającej ilości spoiwa wzdłuż krawędzi spoiny. Trzecim powodem jest użycie niewłaściwego spoiwa, ponieważ spowoduje to większe gradienty temperatury między środkiem spoiny a krawędziami. Inne przyczyny to zbyt mały kąt elektrody, zwilżona elektroda, nadmierna długość łuku i niska prędkość.
Bibliografia
Bibliografia
- Cary, Howard B.; Helzer, Scott C. (2005), Nowoczesna technologia spawania , Upper Saddle River, New Jersey : Pearson Education, ISBN 0-13-113029-3.
- Raj, Baldev; Jayakumar, T.; Thavasimuthu, M. (2002), Praktyczne badania nieniszczące (2nd ed.), Woodhead Publishing, ISBN 978-1-85573-600-9.
- Rampaul, Hoobasar (2003), Procedury spawania rur (2nd ed.), Industrial Press, ISBN 978-0-8311-3141-8.
- Moreno, Preto (2013), Wady spawalnicze (wyd. 1), Aracne, ISBN 978-88-548-5854-1.
- Weman, Klas (2003), Podręcznik procesów spawalniczych , Nowy Jork, NY: CRC Press, ISBN 0-8493-1773-8.