Дефекти поради неправилна подготовка на ръбовете преди заваряване

Целта на тази статия е да обясни недостатъците, причинени от неправилна подготовка на заварка и да покаже как правилната подготовка може да помогне за намаляване на недостатъците или за тяхното пълно отстраняване

Дефекти поради неправилна подготовка на ръбовете преди заваряване

В продължение на около 100 години процесите на заваряване се използват във всички отрасли на индустрията за производство на метални връзки. Технологиите и материалите се подобряват всяка година и водят до все по-голяма ефективност. Докато се използва заваръчно оборудване с все по-високо качество, работната стъпка преди заваряването, а именно подготовката на заваряваните краища на тръбите, често се пренебрегва или извършва с неподходящи техники. Но един от многобройните фактори, които могат да повлияят отрицателно на качеството на заваряването, е лошата подготовка, което се случва отново и отново. Тази статия има за цел да обясни тези недостатъци и да покаже как правилната подготовка може да помогне за тяхното намаляване или отстраняване.

Снимка 1: рязане на тръби с шлифовъчното колело.

Пукнатини

Напукването е един от най-често срещаните дефекти, наблюдавани при заваряване. Това се случва поради прекомерни механични натоварвания в заваръчния шев. Образуването на горещи и студени пукнатини е една от най-често срещаните пукнатини.

Горещо напукване

Както подсказва името, това напукване се получава, когато металът е все още горещ и бавно се втвърдява. Факторите, които благоприятстват подобни дефекти, са например видът на заваръчния шев. Прилага се следното: колкото по-тесен е шевът, толкова по-големи са механичните натоварвания поради втвърдяването на метала. Ако натоварванията са твърде големи, съществува риск пукнатините да се образуват, когато състоянието се промени. Ето защо е от голямо значение правилното избиране на ъгъла на шева. Ако това се прави ръчно, шевът не може да бъде 100% точен. Следователно ръбовете трябва да бъдат обработени с подходяща машина, която осигурява точни и постоянни ъгли.

Студено напукване

Студеното напукване се появява след процеса на заваряване (веднага след това, или няколко часа или дори дни след това). Такъв дефицит се причинява от едновременната комбинация от три фактора: вида на втвърдяване (твърд и чуплив), остатъчни механични напрежения (например поради фланци) и разпространение на водород в заваръчния шев. Последното може да се дължи на неправилна подготовка на ръбовете. Всъщност, когато заварявате ръждясал или слабо обезмаслен детайл, водородът, присъстващ в ръждата или във въглеводородите, ще се разпадне в заваръчния шев. Когато металът се охлади, възникват напрежения в атомния диапазон. Ако концентрацията на тези напрежения е твърде висока, в метала се образуват пукнатини.

Заедно с други предпазни мерки, като закаляване на електродите или предварително нагряване на обработваните детайли, обработката на ръбовете (без смазване) дава възможност за заваряване върху безводороден материал, което значително намалява вероятността от студено напукване.

Снимка 2: US40 двуъгълен скос без смазване в един проход

Мехури

В допълнение към образуването на студени пукнатини, лошо подготвената повърхност може да доведе и до образуването на мехурчета в заваръчния шев. Всъщност водата, ръждата или мазнините върху детайла водят до газови мехурчета, които след това се улавят в заваръчния шев. Както при студеното напукване, подходящата механична обработка (без смазване) на крайния детайл, който се заварява, позволява ясно намаляване на риска от възникване на такива дефекти.

Замърсяване с желязо

По-специално неръждаемите стомани могат да бъдат замърсени с желязо. Ако неръждаема стомана влезе в контакт с железни частици и електропроводима среда (например влажен въздух), възниква галванична корозия. Пасивният слой на неръждаемата стомана постепенно се поврежда, което може да доведе до петна от ръжда.

Наличните железни частици обикновено идват от използването на неподходящи устройства. Това се отнася до:

Формиращи машини: преси, пресови спирачки и др.
Материал за почистване: метални четки, парцали, използвани преди това върху мека стомана и др.
Материал за обработка: режещи инструменти, скосяващи инструменти, затягащи челюсти и др.

Това замърсяване може да произтича и от операции на смилане на мека стомана, които се извършват в близост до детайлите от неръждаема стомана.
Ако детайлът се обработва преди заваряване, от съществено значение е да се гарантира, че използваните затягащи челюсти и режещи инструменти са подходящи за обработка на неръждаема стомана (например затягащи челюсти от неръждаема стомана или леки сплави) и преди това не са били използвани за обработка на нелегирана стомана (или в този случай са били добре почистени след това).

Снимка 3: Машина за облицовка и скосяване PROTEM SE90NG Обработка на U-шев върху супердуплексна стомана за един проход

Дефекти по отношение на дълбочината на проникване

Недостатъчна или твърде голяма дълбочина на проникване

Недостатъчната дълбочина на проникване се отнася до нетопена област в корена на шева. Прекомерната дълбочина на проникване се отнася до излишния разтопен заварен метал в основата на заваръчния шев. Тези дефекти са причинени от неправилни параметри на заваряване (сила на тока, напрежение и скорост на подаване), но също и от пролуки между детайлите или от недостатъчно контролирана дебелина на лентата.

Твърде малката празнина води до недостатъчно проникване, докато твърде голямата празнина води до прекомерно проникване. Много точното позициониране на детайлите обаче понякога не винаги е достатъчно, за да се избегне този тип дефекти. Ако заваряваните детайли не са сто процента успоредни поради неадекватна подготовка, неравномерната междина на места може да доведе до недостатъчно или прекомерно проникване. Чрез точно планиране на краищата може да се избегне този тип дефект.

Недостатъчна или прекомерна дълбочина на проникване може да бъде причинена и от фаска с дебелина на лентата, която не е подходяща за параметрите на заваряване. Тези параметри всъщност се дефинират предварително в зависимост от материала, който ще се заварява, геометрията на заваръчния шев и избрания процес на заваряване. Само овладяването на параметрите на заваряване обаче не може напълно да избегне неправилна дълбочина на проникване. Дори непостоянната дебелина на лентата поради лоша подготовка може да влоши качеството на заваръчния шев. Например, правилните параметри за дебелина на лентата от 1,5 мм могат да доведат до прекомерна дълбочина на проникване за дебелина на лентата от 0,5 мм и недостатъчна дълбочина на проникване за дебелина на лентата от 2,5 мм. Ако имате тази дебелина под контрол, например чрез вътрешна обработка или проследяване на профил в овална тръба, крайното качество на заваръчния шев може да бъде значително увеличено.

Правилната подготовка за осигуряване на постоянна празнина или обикновена лента е от първостепенно значение при използване на автоматични процеси като TIG кръгово заваряване или роботизирано MIG заваряване. Тъй като опитният заварчик не се намесва и не коригира грешки в автоматичните и роботизирани процеси на заваряване, грешките при подравняването в машинно контролираните процеси имат сериозни последици.

Снимка 4: Фреза за тръби TTNG-1200Рязане и скосяване на край на тръбата Ø1026mm без зона, засегната от топлина и без смазване

Прилепване или липса на слепване

Дефектите се характеризират с нетопена контактна площ между наплавения заваръчен метал и основния метал.
И тук подготовката на ръбовете е една от основните причини за тази грешка. В фаска, която е твърде тясна спрямо диаметъра на електрода, дъгата може да бъде привлечена към една от стените. В резултат на това един от ръбовете се топи и фаската се запълва със заваръчния метал. Тъй като обаче дъгата не е достигнала директно корена на шева (или предварително нанесения заваръчен метал), както и страната, противоположна на фаската, тези зони не се стопяват и са покрити само със заваръчен метал. Въпреки че аспектът на заваръчния шев може да се счита за адекватен, в действителност желаната непрекъснатост на метала през заваръчната връзка изобщо не е гарантирана. Тъй като тези дефекти обикновено се намират в самата заварка и рядко могат да се видят с невъоръжено око, специални процедури за контрол като Б. Необходими са ултразвук и рентгенография.

Подходящото определяне на ъгъла на скосяване и прецизната обработка под постоянен ъгъл намаляват риска от повреда на фугата.

Снимка5: Машина за скосяване на край на тръба PROTEM US2530 ° фаска с постоянна лента и вътрешна обработка

Промяна в свойствата на материала

За изрязване на метален детайл се използват две основни техники. Първо, рязане до размера с помощта на топлина (резачка, плазмено рязане, лазер и др.) И второ, рязане до размер чрез механична обработка (шлифовъчни машини, триони, машини за рязане на тръби и др.).
Последиците от неточната подготовка във връзка с процесите на обработка с шлифовъчни машини или триони вече са описани подробно.

В случай на топлинно рязане, качеството на рязането може да бъде задоволително, когато се извършва от опитен работник или от автоматизирана система. Въпреки това, в повечето случаи тези техники водят до зона, засегната от топлина (HAZ) близо до среза. Физическите свойства на материала са силно нарушени в тази зона. Ако заварката е направена директно върху материал с увреждане, качеството на заварката и нейното механично задържане могат да бъдат повредени. За да се премахне този HAZ, е необходимо да се преработи зоната, за да се гарантира окончателното качество на заваръчния шев.

Чрез използването на машини за рязане на тръби може да се избегне проблемът с липсата на прецизност на шлифовъчните машини или триони, както и ограниченията за качеството на HAZ във връзка с техниките за рязане чрез подаване на топлина. С тези устройства резанията и фаските могат да бъдат постигнати за един работен проход без HAZ и с оптимално и повторяемо качество.

Специален случай на процеси с висока енергийна плътност

Лазерното заваряване и заваряването с електронни лъчи са известни като процеси с висока енергийна плътност. В този процес концентриран лъч (лазерен или снопен електронен лъч) се обединява по такъв начин, че енергията, удряща детайла, който трябва да бъде заварен, води до стопяване на заварения метал. С тези техники заваръчните шевове с дебелина няколкостотин милиметра могат да бъдат заварени само с един проход, чиято ширина на шева рядко е повече от 5 mm.

Такива заварени връзки не изискват скосяване, но изключително прецизно планиране на краищата на детайла. Например, подготовката за лазерно заваряване е приемлива, ако отклонението на подравняването е по-малко от 1/10 милиметра. Тези технологии, особено заваряването с електронни лъчи, изискват абсолютно без замърсявания детайли. Тъй като заваряването с електронен лъч се извършва под вакуум, в заваръчната стая не могат да се вкарват остатъци от вода или въглеводороди, тъй като в противен случай създаването на вакуум е застрашено.

Прилагането на тези изключително усъвършенствани методи изисква използването на подходящо оборудване за обработка, което дава възможност за перфектна подготовка на заварените краища.

Заваряването е и ще остане деликатен процес. За оптимален резултат трябва да бъдат известни многобройни параметри и да бъдат изпълнени на 100%. Ако случаят не е такъв, могат да възникнат множество проблеми и дефекти по време и след реализацията на заваръчния шев, които сериозно влошават качеството на връзката.
Въпреки усъвършенстването на техниките и познанията в тази област, индустрията редовно се сблъсква с проблема с несъответстващите заварки. Последиците от некачествения заваръчен шев могат да бъдат катастрофални за безпроблемния ход на проекта по отношение на спазването на сроковете и разходите по проекта. Всъщност премахването на дефектна заварка и създаването на нова заварка може да отнеме няколко часа или, в случай на големи части, дори няколко дни.
Дори ако правилната подготовка на заваряваните ръбове не може да елиминира всички причини за появата на дефекти, в 100% от случаите това позволява да се повиши крайното качество на завареното съединение.