Дефекты сварных соединений

При сварке металлов толщиной до 1—2 мм процесс может Сопровождаться неравномерным формированием шва. Этот дефект швов легко может быть устранен некоторой расфокусировкой луча.

Наиболее часто встречающимся дефектом формирования •сварного шва при электронно-лучевой сварке металлов неболь­ших толщин является провисание жидкого металла сварочной ванны и фиксирование его при кристаллизации (рис. 15, г). Этот вид дефектов встречается только при сварке внедренным пучком.

С одной стороны, провисание вызывается развитием боль­шого давления отдачи на жидкий металл при испарении его в вакууме, а с другой, — истечением перегретого жидкого металла в зоне кристаллизации под действием собственного веса.

Предотвратить этот вид дефектов весьма трудно. Тем не ме­нее, изменение пространственного расположения изделия по от­ношению к горизонтальной плоскости и использование реакции жидкого металла от фронта кристаллизации при сварке на высо­ких скоростях уменьшает опасность провисания последнего. Если избежать провисания жидкого металла сварочной ванны не удается, то следует применять сварку с подкладкой из сва­риваемого металла.

При электронно-лучевой сварке на высоких скоростях жид­кий металл сварочной ванны в процессе переноса контактирует с фронтом кристаллизации и выносится над поверхно­стью свариваемого изделия преимущественно в осевой части шва. После кристалли­зации его без существенной осадки могут появиться под­резы, размеры которых зави­сят от теплофизических ха­рактеристик свариваемого металла (см. рис. 10, И и 15, а). Снижение скорости сварки уменьшает опасность возникновения подрезов. По­следние могут быть устра­нены оплавлением верхней части сварного шва при не­больших значениях подводи­мой мощности.

При электронно-лучевой сварке с контролируемым проплав-лением достижение высокой стабильности глубины проплавления является одним из основных требований, в особенности при на­личии в изделии двуслойных материалов.

При сварке с высокими значениями подводимой удельной мощности и расположением воображаемого фокуса пучка на уровне достигаемой глубины проплавления или несколько ниже, последовательная экранировка потока электронов жидким ме­таллом сварочной ванны приводит к уменьшению по глубине проплавления размеров кратера, а следовательно, и проплавле­ния (см. рис. 15, б ).

Высокие значения удельной мощности потока электронов в основании кратера увеличивают способность луча внедряться в свариваемый металл. .

Периодический перенос металла из зоны плавления в зону
кристаллизации изменяет величину подводимой в основание сва­рочной ванны мощности, а следовательно, и проплавление
(рис, 16,6),

Рассмотренные выше сварные соединения имеют большое ко­личество дефектов в основании шва, в частности несплошности и микротрещины. Последние служат концентраторами напряжений и в конечном счете могут вызвать разрушение изделия при эксплуатации.

При электронно-лучевой сварке с контролируемым проплавлением рекомендуется применять замковые соединения (см. рис. 34, з).

В некоторых случаях наблюдается определенная закономерность в колебаниях глубины проплавления (рис 17) что связано, очевидно, с соответствующими колебаниями жидкого металла сварочной ванны в зоне кристаллизации.

Рис. 15. Ослабление сечения шва при сварке тугоплавких металлов тол­щиной 5—6 мм на высоких скоростях (X 8);

а, б, г, а-макрошлифы поперечных сечений проплавлений на ниобневом сплаве ВН-2; в и е—то же на сплаве ВМ-1

Газовая пористость является одним из характерных дефектов металла сварных швов при электронно-лучевой сварке, однако

формы проявления ее могут быть различны в зависимости от
чистоты свариваемого металла, еготолщины и величины подводимой удельной мощности . Наличие вакуума в рабочем объеме,

Рис. 16. Влияние величины подводимой удельной мощности в основа­нии сварочной ванны на стабильность глубины проплавления:

<2— макрошлифы поперечного и продольного сечений проплавления на высокопроч­ном алюминиевом сплаве; б — то же, на стали IX I8H9T

Т. е. отсутствие давления, и высвобождение энергии электронов в приповерхностном слое свариваемого металла создают для этого необходимые предпосылки. Основными причинами газовой пористости при электронно-лучевой сварке следует считать недо­статочную чистоту по газам исходного металла, наличие для некоторых газов так называемого скачка растворимости при кристаллизации, а также взаимодействие растворенных в метал­ле элементов при высоких температурах.

Так, например, сварные швы на большинстве тугоплавких металлов, полученных методами порошковой металлургии, и в меньшей степени — на металлах после вакуумно-дуговой плавка поражены микро- и макропорами, в особенности по линии сплав­ления (рис. 18, а и б). Избежать этого не удается даже при мно­гопроходной сварке.

Рис. 17. Макрошлиф продольного сечения проплавления со значительным колебанием его по глубине (высокопрочный алюминие­вый сплав)

Общим методом борь­бы с газовой пористостью в сварных швах при элек­тронно-лучевой сварке является использование высокочистых исходных металлов и в первую очередь металлов, подверг­нутых электрошлаковому и электронно-лучевому пе­реплаву (рис. 18, в).

Для некоторых спла­вов перспективна сварка с термохимическим акти­вированием процесссов дегазации сварочной ван­ны путем предварительно­го нанесения на сваривае­мые кромки тонкого слоя химически чистых, высокодиспергированных реагентов (рис. 19).

Сварка металлов толщиной 5—6 мм внедренным лучом с определенными значениями подводимой удельной мощности может сопровождаться интенсивным капельным уносом жидкого металла сварочной ванны при выделении из нее пузырьков газо­вой фазы (см. рис. 15,б, в и д). Этот процесс наблюдается при сварке на высоких скоростях тугоплавких металлов и сплавов на их основе, и некоторых цветных, например меди и бронз, и приводит к ослаблению сечения сварного шва.

Газовая фаза образуется в результате аномального повыше­ния температуры металла в приповерхностном слое (см. рис. 6) при колебаниях поверхности кратера и высоких значениях подводимой удельной мощности на соответствующих его уровнях.

Колебания поверхности кратера, т. е. пульсация, вызваны периодическим переносом жидкого металла из зоны плавления в зону кристаллизации при сварке и реакцией последнего от фронта кристаллизации.

Рис. 18. Отпечатки рентгенограмм сварных соеди­нений молибдена толщиной 6=0,3 мм (Х2,5):

а — молибден получен методами порошковой металлур­гии, Vqq - 20 м/ч; б — то же, при v^^ = 40 м/ч\ в -~ мо­либден после электронно-лучевого переплава э вакууме

Рис. 19. Отпечатки рентгенограмм сварных соединений вы­сокопрочного титанового сплава ВТ-15 толщиной б = 3,5 мм (X 3):

а — обычная электронно-лучевая сварка; б — электронно-лучевая уварка с термохимическим активированием процессом дегазации сварочной ванны

Рис. 20. Газовые раковины в поперечном и продольном сечениях проплавления на стали ЭИ827

При контролируемом проплавлении выделение газовой фазы Идет вверх, с появлением соответствующего ослабления сечения шва, а при полном — вниз.

В настоящее время не представляется возможным с доста­точной степенью достоверности определить природу этой газовой фазы, однако авторы допускают возможность внутреннего испа­рения жидкого металла в приповерхностном слое, в особенности при сварке меди и бронз.

По мере увеличения подводимой удельной мощности сле­дует переходить к малым скоростям сварки. С увеличением тол­щины свариваемого металла выделение газовой фазы затруд­няется и она может фиксироваться при кристаллизации в виде газовых раковин (рис. 20).

В момент образования газовой фазы ее давление превышает гидростатическое давление жидкого металла на соответствующем уровне. Это приводит к ее расширению и заполнению соответ­ствующего пространства в зоне кристаллизации при вытеснении жидкого металла (рис. 20, а). После контакта газовой фазы с за­твердевшим металлом в зоне кристаллизации возможность ее удаления исключается. Процесс образования газовой фазы не нарушает конфигурации кратера в сварочной ванне, а следова­тельно, и глубины проплавления (рис. 20,6).

Причина этого явления заключается в том, что расширение газовой фазы против сил гидростатического давления возможно только путем вытеснения жидкого металла. Изменение конфи­гурации кратера в сторону уменьшения его размеров исключа­ется, так как это приведет к непрерывному повышению температуры металла на поверхности кратера и увеличению давления его паров.

При электронно-лучевой сварке внедренным пучком некото­рых тугоплавких металлов и сплавов на их основе, некоторых трудносвариваемых высоколегированных сталей и сплавов аустенитного класса могут возникнуть межкристаллитные разрушение в сварных швах и

околошовной зоне (рис. 21

X 70;

Рис. 21. Межкристаллитное разрушения в сварных швах и околошовной зоне при электронно-лучевой сварке значениями с высокими значениями подводимой удельной мощности.

а - основание сварного шва б - околошовная зона, сплав ЭИ437Б, в - сварной шов и околошовная зона разнородных сталей ; г - сварной шов и околошовная зона.25Х17Н4Г15АФ2 (X 300)

Основным сред­ством борьбы с вышеуказанными дефектами при электронно­лучевой сварке является повышение качества исходного металла по вредным примесям и газам и улучшение его структуры. Однако широкие возможности в управлении величиной подводи­мой удельной мощности при электронно-лучевой сварке создают

Рис. 22. Транскристаллитное разрушение в сварном шве на ниобиевом сплаве ВН-2 толЩИНОИ Ь = 5,0 мм.

удовлетворительного ка­чества сварных соеди­нений и на существующих материалах. При неудовлетворительной конфигурации сварного шва, а имен­но — наличии резкого перепада сечения шва в его верхней части и основании, и недоста­точной пластичности свариваемого металла могут появиться разрушения, подобные при­веденному на рис. 22.

Таким образом, при электронно-лучевой сварке не существует единого правила при котором можно избежать всех дефек­тов в сварных соединениях, и только тщательное изучение про­цесса в каждом конкретном случае позволит определить его оптимальные параметры.

Поиск по сайту: