Дефекты сварных соединений алюминиевых сплавов, выявляемые при анализе макроструктуры

В данной главе представлены дефекты в сварных соединениях, выявленные с помощью макроструктурного метода анализа. К изготовлению макрошлифов с целью выявления дефектов чаще всего прибегают в исследовательских и опытных работах по изысканию и совершенствованию технологии сварки различных металлов и типов соединений.

Дефекты выявляются преимущественно на макрошлифах поперечных сечений соединений. В этом сечении хорошо выявляются продольные трещины всех типов: горячие, или кристаллизационные, холодные околошовные трещины, известные под названием отколов, трещины в зоне сплавления — отрывы, трещины-надрывы в участке крупного зерна околошовной зоны, а также неметаллические включения и непровары. Поперечные трещины в околошовной зоне и в металле шва, а также пористость швов следует выявлять на макрошлифах продольных сечений соединений.

Пористость в сварных соединениях алюминиевых сплавов

Классификация пор

Классификация пористости возможна по таким признакам: в зависимости от места и характера расположения, от размеров и др.

По расположению в швах, сваренных в аргоне, различают поры, равномерно распределенные по сечению; локализованные поры, находящиеся в основном в усилении, по линии сплавления, удлиненные рыхлоты; усадочные раковины в корне шва и др.

Подобного рода пористость в том или ином объеме встречается не только при аргонодуговой, но и при других методах сварки алюминия плавлением.

Локализованные поры встречаются в начале швов — при неустановившемся режиме горения дуги, в особенности при сварке плавящимся электродом. Встречаются скопления пор в тех участках, где имеются местные загрязнения — влага, жир и т. п. Местные нарушения газовой или флюсовой защиты также вызывают локализованную пористость. Подобное явление часто имеет место в верхней части шва.

Строчечные поры обычно связаны с непроваром и геометрией соединения. Такого рода пористость наблюдается, например, в двухсторонних стыковых швах, когда после прохода второй стороны шва остается воздушный зазор между валиками. На рентгенограмме эти поры видны на одной прямой. При сварке встык на подкладке также наблюдаются строчечные поры, расположенные на двух параллельных прямых рентгеновского снимка. Этот дефект можно предотвратить, изменяя режим сварки, например увеличивая ток, снижая (или увеличивая) скорость сварки, уменьшая притупление и т. п.

Удлиненные рыхлоты наблюдаются в корне сварных швов, сваренных плавящимся электродом при очень большой плотности тока. Для их предотвращения снижают ток либо применяют проволоку большего диаметра.

Усадочные раковины встречаются преимущественно в кратерах. Равным образом их можно рассматривать как поры и как трещины. Устраняются они при заварке кратера. Для большей надежности перед заваркой дефектные места часто удаляют механическим путем.

Равномерно распределенные поры классифицируются по числу и диаметру. Существует деление на мелкую и крупную пористость, более детальное — на восемь групп по размерам, мм:

Британское научно-исследовательское общество предложило классификацию по числу пор на квадратный сантиметр рентгенограммы: многочисленные поры — более 25, рассеянные поры — 6—10, редкие поры — менее шести пор; по среднему диаметру пор, мм: А — 0,4, В — 0,8, С — 1,6, D — 3 и более.

По принятой в Международном Институте Сварки метрической системе каждому диаметру поры соответствует размерный номер (S). Размерным номерам 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 соответствуют диаметры пор, мм: 0,01; 0,016; 0,025; 0,040; 0,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,40; 0,63 и 1,0. Соотношение между диаметром поры d и размерным номером S устанавливается также с помощью формулы S = 5(log₁₀d+2). Степень пористости 2* вычисляется по следующей формуле: 2^{s =} (VyV_s) ' 100, где V_s — объем поры данного размерного номера; N_s — количество этих пор в 1 см³.

Предполагается, что поры в основном имеют округлую форму. Их диаметр определяется при 25-кратном увеличении, а для мелких пор применяется увеличение в 50—100 раз. Согласно документу МИС, стандарт на рентгеновское просвечивание швов алюминиевых сплавов устанавливает четыре класса швов (табл. 5.1) в зависимости от числа дефектов, кроме вольфрамовых включений.

Таблица 5.7.

Число дефектов на площади 10×50 мм.

В швах, сваренных по флюсу и дуговой сварке покрытыми электродами, кроме локализованных в начале шва пор наблюдается пористость, сосредоточенная по линии сплавления шва с основным металлом либо в верхней части шва. При этом центральная часть шва получается, как правило, наиболее плотной. При испытании на загиб образцов из таких соединений излом их проходит по дефектным участкам. При этом со стороны основного металла дно поры матовое, а со стороны шва — гладкое, блестящее. В многослойных швах пористость усиливается от слоя к слою.

Японские исследователи внесли некоторые уточнения в классификацию пор в зависимости от расположения в шве и положения его в пространстве в процессе сварки. Предлагается также делить поры на две группы — зарождающиеся в момент затвердевания (мелкие поры) и возникающие за счет разности растворимости водорода в жидком металле.