Wady w połączeniach spawanych

2
Wady w połączeniach spawanych

Rodzaje i klasyfikacja

O jakości spoin spawanych decyduje obecność i ilość różnych wad które w nich występują, takich jak pory, pęknięcia, nieszczelności itp. co może prowadzić do jej zniszczenia w trakcie wytwarzania, albo – co gorsza - w trakcie eksploatacji.

Od tego zależy wydajność, ekonomia i trwałość konstrukcji. Jakość jest miarą kwalifikacji firmy, poziomu jej wyposażenia materiałowo-technicznego, jakości materiałów, zdolności do nadążania za czasem.

Zapewnienie jakości spawu zmniejsza koszty eksploatacji, więc każda firma chce zoptymalizować procesy i zredukować zadania kontrolne do proaktywnego zapobiegania wadom, co jest znacznie tańsze niż ich wykrywanie i naprawa po spawaniu. Wady mogą być wewnętrzne lub zewnętrzne. Obie dzielą się na dwie grupy:

Metalurgia: występuje podczas tworzenia się spoin spawalniczych, należą do nich pory, obszary nietopliwe, pęknięcia, kanały żużlowe, pogorszenie właściwości plastycznych całej struktury oraz flokeny. Aby tego uniknąć, należy dokładnie przeanalizować jakość stosowanych materiałów, ich transport i przechowywanie.

Czynnik ludzki: Wady są spowodowane błędami w procesie produkcyjnym, słabo wykwalifikowanymi pracownikami, złym przygotowaniem i montażem, niedokładnym ustawieniem elektrod itp. Powoduje to powstawanie kraterów, podcięć, różnic w wielkości spoin, przepaleń itp

Pęknięcia krystalizacyjne (gorące) w spoinie

Pęknięcia na gorąco - to nieciągłości w postaci karbu, które powstają podczas procesu krystalizacji i mogą się dalej rozwijać w gotowej spoinie. Mogą być podłużne lub poprzeczne i mogą znajdować się między sąsiednimi kryształami wzdłuż osi spoiny, ale mogą też sięgać do powierzchni spoiny lub pozostawać w jej wnętrzu. Z reguły spękania zewnętrzne są bielone ze względu na tlenki, natomiast spękania wewnętrzne mają kolor szary. Pęknięcia zewnętrzne są wykrywane przez inspekcję zewnętrzną, a pęknięcia wewnętrzne przez rentgen, ultradźwięki i makro/mikroślady. Ten rodzaj wady jest niedopuszczalny i jest jednym z głównych rodzajów wad w spawalnictwie. 

Formacja spoiny podczas procesu krystalizacji (któremu towarzyszy zwiększona kruchość) - metal dociera do stanu stałopłynnego. Nierównomierne nagrzewanie, a następnie chłodzenie struktury powoduje powstawanie naprężeń rozciągających prowadzących do deformacji. Jeśli jest ona większa niż plastyczność metalu, to poprzez rozdzielenie kryształów powstanie pęknięcie. O odporności na pękanie decyduje szerokość zakresu temperatur i plastyczność, a przy projektowaniu procesów należy uwzględnić skład chemiczny metalu podstawowego i spoiny, kształt jeziorka spawalniczego itp.

Przyjrzyjmy się wpływowi niektórych czynników:

Naprężenia rozciągające. Nie da się całkowicie uniknąć ich wpływu, dlatego zadaniem jest ograniczenie ich wpływu, począwszy od projektu, a skończywszy na rzeczywistej realizacji. Naprężenia można zmniejszyć poprzez wstępne podgrzanie elementów, właściwą kolejność spoin i rozmieszczenie spoin, a także poprzez sztywne zakotwienie konstrukcji w przewodniku, aby zapobiec pękaniu na końcach spoin.

Skład chemiczny

Elementy metalu bazowego i dodatki dzielą się na trzy grupy:

  • Elementy szkodliwe - zmniejszają odporność spoiny na pękanie.  Na przykład fosfor i siarka. Są one również szkodliwe dla odporności na uderzenia.
  • Pozytywne i negatywne elementy - o różnym poziomie i stężeniu mogą mieć zarówno pozytywne jak i negatywne skutki. Na przykład mangan osłabia działanie siarki, ale w wyższych stężeniach zmniejsza odporność na pękanie. Węgiel, tlen i krzem należą do tej samej grupy, podobnie jak nikiel, który ma pozytywny wpływ przy wysokich stężeniach, ale nie ma żadnego wpływu przy niskich stężeniach.
  • Elementy, które nie mają wpływu na powstanie tej wady.

Kształt jeziorka spawalniczego. Wpływa on na kierunek wzrostu kryształów, a tym samym na odporność na pękanie i jest określany przez współczynnik kształtu - stosunek szerokości spoiny do głębokości penetracji. Optymalną wartością jest 6, natomiast dalszy wzrost zmniejsza odporność na pękanie.  Ważna uwaga: złącza wklęsłe i zakrzywione nie różnią się pod względem odporności na pękanie.

Pory w spoinach spawalniczych

Zagłębienia z gazem, które powstają podczas początkowej krystalizacji w metalu i mają sferyczną lub bardziej złożoną geometrię, nazywamy porami.  Mogą one pozostać wewnątrz lub pojawić się na powierzchni (przetoki) i mogą być wykryte poprzez kontrolę zewnętrzną lub metodami wykrywania pęknięć wewnątrz produktu. Ich rozmiary zaczynają się od kilku mikrometrów, do 5 milimetrów.

W wielu przypadkach pory są niedopuszczalną wadą złączy spawanych, ale mogą być dopuszczone w ograniczonej liczbie i wielkości, zgodnie z technologią.  Do powstania tego defektu przyczyniają się przede wszystkim wodór i azot, a także tlenek węgla (CO).

Gdy jeziorko spawalnicze znajduje się w stanie ciekłym, następuje całkowite uwolnienie gazów, czemu towarzyszy duża intensywność.  Natomiast w przypadku krzepnięcia metal ma niski współczynnik rozpuszczalności i gaz nie ma czasu na pełne uwolnienie, co powoduje powstanie porów.

Aby zapobiegać skutkom działania wodoru należy:

  1. Opracowywać lepsze techniki i reżimy spawania;
  2. Oczyszczać zgrzewane krawędzie z zanieczyszczeń;
  3. Usuwać wilgoć - rozwiązuje się poprzez suszenie lub ogrzewanie powyżej 100°C;
  4. Usuwać rdzę za pomocą palnika lub specjalnych materiałów spawalniczych. Nowoczesne elektrody i druty zawierają funkcję wstępnego oczyszczania metalu.
  5. Właściwie przechowywać materiały spawalnicze. 

Aby zapobiec skutkom działania azotu, należy:

  1. Ograniczyć dopływ powietrza
  2. Wprowadzać azotki do tworzenia związków stopowych
  3. Odgazować metal

Aby zapobiec wpływowi tlenków tlenu wprowadzać:

  • Wprowadzać elementy odtleniające, takie jak krzem. Element ten hamuje powstawanie CO i zapobiega zagotowaniu się stali.

Wtrącenia niemetaliczne w spoinach

Tlenki - Ogólnie zawarty jako FeO, ale przy większej zawartości Si i Mn tworzą się tlenki z tymi pierwiastkami. Prowadzą one do zmniejszenia odporności na zimno, plastyczności i ciągliwości, a zawarte są w ilości do 0,1%. Włączenie takich pierwiastków jak Al, Ti, V prowadzi do ogólnej redukcji tworzenia się tlenków.

Siarczki - związek tworzony przez siarkę. Zawierają się w postaci filmów lub łańcuchów filmowych. Mogą mieć bardzo niekorzystny wpływ na jakość SS, ponieważ sprzyjają powstawaniu pęknięć na gorąco.

Pierwiastki zawierające fosfor. Jak wiemy z doświadczenia, fosfor występuje w roztworach stałych. Może występować w postaci przekładek i inkluzji kulistych.  Pogarsza właściwości mechaniczne i sprzyja powstawaniu pęknięć na gorąco.

Ważne!!! Wtrącenia niemetaliczne nie są wadą. Ale mogą one być czynnikami decydującymi o żywotności konstrukcji spawanej.

 

Inne wady połączeń spawanych

 

  • Żużel spawalniczy -  jest to nieciągłość wypełniona żużlem, równa szerokości szczeliny między brzegami i często pozostająca wewnątrz spoiny. Ma wydłużoną, zaokrągloną geometrię i jest eliminowana w taki sam sposób jak pory.
  • Flokeny - wada ta pojawia się podczas badania próbek na zginanie. Wada ta nie jest obserwowana w rzeczywistych spoinach. Można ją wyeliminować poprzez podgrzanie do 200 stopni Celsjusza. Ze względu na to, że jest to okrągły obszar zawierający w środku por, nazywany jest "Fish-eye".
  • Podcięcia spoiny - polega to na podcięciu metalu podstawowego spoiny, co zmniejsza właściwości wytrzymałościowe i powoduje powstawanie naprężeń.   Podcięcie powstaje w wyniku nieprawidłowych warunków spawania (zbyt wysokie napięcie) lub nieprecyzyjnego ruchu elektrody i może być wyeliminowane albo przez spawanie, albo przez obróbkę mechaniczną, poprzez ścięcie ostrej krawędzi i zapewnienie płynnego przejścia od metalu do spoiny.
  • Nadlew spoiny - jest to nakładanie się metalu spoiny na metal podstawowy bez przetopienia. Przyczyny są takie same jak w przypadku podcięć.  Można je naprawić mechanicznie.
  • Wycieki - są to obszary w spoinie, które są spowodowane wyciekiem metalu z jeziorka spawalniczego. Częstą przyczyną jest duża szczelina pomiędzy spawanymi elementami. Można je naprawić poprzez spawanie.
  • Krater - jest to zagłębienie powstałe w wyniku przerwania łuku (MMA) lub na końcu spoiny (MIG/MAG,MMA) i ma mniejszy przekrój. Można ją zlikwidować poprzez spawanie lub paski woda/woda. Podczas spawania stosowane są specjalne techniki zapewniające najlepsze właściwości spoiny i całej konstrukcji.
  • Oparzenia - są to "plamy", które powstają, gdy łuk zapala się na metalu podstawowym. Na przykład stukanie elektrodą w celu odpychania żużlu i zapalenia łuku. Zmniejszają one właściwości plastyczne metalu.

 Wpływ wad na wytrzymałość 

  • Wytrzymałość statyczna. Wady, takie jak pęknięcia, podcięcia, często prowadzą do awarii konstrukcji. Ale ich łączna objętość nie zawsze wpływa w ten sam sposób na żywotność spoiny.  Ustala się to na podstawie ustaleń operacyjnych w już eksploatowanym złączu spawanym, jak również na podstawie eksperymentów, wnioskowania i nowych opracowań.  Wiadomo, że niskie temperatury pracy mogą prowadzić do awarii związanych ze zmniejszeniem plastyczności materiału.  A nawet niewielka ilość niedoskonałości, może spowodować ich rozrost i pojawienie się, a w konsekwencji wycofanie z użytku.  Nie zapominając o wpływie Wodoru, który już w stosunkowo niskich temperaturach poniżej zera zmniejsza wytrzymałość spoiny.
  • Wysoka zawartość węgla. Wiadomo, że przy dużej zawartości C metal jest bardziej podatny na kruchość, zwłaszcza w wyższych temperaturach, utratę plastyczności i w konsekwencji rozwój "ostrych" wad.
  • Wytrzymałość zmęczeniowa.  Wszystkie wady o charakterze pęknięć są koncentratorami naprężeń i mają istotny wpływ na żywotność konstrukcji. Usterki koncentrują naprężenia, co zmniejsza trwałość zmęczeniową spoin. Podcięcia mają podobnie szkodliwy wpływ na ten parametr i są charakteryzowane przez ich głębokość. Pory mają mniejszy wpływ, jeśli występują w spoinach poprzecznych niż w spoinach podłużnych. Wynika to z różnicy naprężeń rozciągających.

 

Zobacz inne ciekawe artykuły z naszego bloga:

Spawanie ocynku - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania ocynku

Spawanie Mosiądzu - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania tego metalu

Spawanie aluminium - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania tego metalu

Spawanie żeliwa - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania tego metalu

Spawanie elektrodą - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania elektrodą MMA

Spawarki inwertorowe - Wszystko o spawarkach inwertorowych

Prostownik do akumulatorów - Zobacz polecane prostowniki do ładowania akumulatorów

Oznaczenia spoin spawalniczych - Zobacz jakie są rodzaje spoin spawalniczych

 

Poradnik zakupowy: 

Spawarka dla amatora i początkującego majsterkowicza

Spawarka inwertorowa do 500 zł

Spawarka inwertorowa do 1000 zł

Spawarka inwertorowa od 1000 do 2000 zł

Jak wybrać odpowiednią spawarkę do swoich potrzeb

 

Komentarze do wpisu (2)

22 stycznia 2023

Na jakiej normie opierasz nazewnictwo niezgodności (nie wad) spawalniczych, bo chyba nie na PN EN ISO 6520-1?

26 stycznia 2023

Edmund, nazewnictwo niezgodności spawalniczych opiera się na normach takich źródeł: PN-EN ISO 6520-1:2009 - wersja niemiecka/polska - Spawanie i procesy pokrewne - Klasyfikacja geometrycznych niezgodności spawalniczych w metalach Klasyfikacja i oznaczanie oraz ГОСТ 10243-75/ ГОСТ 6996-66 - metody badania i oceny, makrostruktura, także EN 1090-2:2008

Sklep jest w trybie podglądu
Pokaż pełną wersję strony
Sklep internetowy Shoper Premium