CC BY
51
УДК 621.791.72
АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКОЙ
А. Г. Папуша*, А. Н. Андреев Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассматриваются основные дефекты в сварных соединениях, выполненных электроннолучевой сваркой. Подробно отражены наиболее распространенные дефекты электроннолучевой сварки - корневые дефекты и причины их образования.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, сварной шов, дефекты сварных швов.
ANALYSIS OF DEFECTS IN WELD CONNECTIONS IMPLEMENTED BY ELECTRON-BEAM WELDING
A. G. Papusha*, A. N. Andreev Scientific Supervisor - N. V. Uspensky
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article deals with the main defects in welded joints made by electron-beam welding. Details reflect the most common defects of electron beam welding - root defects and the causes of their formation.
Keywords: еlectron beam welding, welded seam, defects of welded seams.
Качество шва при ЭЛС, как и при любом способе сварки, плавлением, определяется совокупностью технологических и энергетических параметров процесса. Поддержание на требуемом уровне энергетических параметров процесса сварки обеспечивает при неизменных технологических условиях постоянство эксплуатационных параметров сварного соединения, геометрических размеров, структурных, прочностных и других показателей. Однако возможность формирования проплавления уникальной «кинжальной» формы с минимальной металлоемкостью ванны вступает в противоречие с достижением стабильных эксплуатационных параметров сварного соединения. Нарушение оптимального режима ЭЛС зачастую ведет к появлению в швах дефектов, причем даже на хорошо свариваемых материалах. Они встречаются при любых способах сварки плавлением и хорошо известны: непровары, подрезы, провисание шва, а также повышенное разбрызгивание. Однако возникают и другие специфические дефекты, в частности - корневые дефекты. Корневые дефекты шва - один из наиболее распространенных видов дефектов, они могут иметь место при сварке любых материалов обычно в режиме несквозного проплавления в любом пространственном положении [1].
Корневые дефекты шва присущи всем способам сварки высококонцентрированными источниками энергии. Они заключаются в непостоянстве глубины проплавления (корневая часть шва имеет пичковую структуру) и в наличии полостей или несплавлений в корневых пиках. Корневые дефекты имеют гидродинамическую природу образования и обусловлены особенностями переноса металла в сварочной ванне. Неламинарные перемещения жидкого металла вдоль стенок пародинамического канала приводят к тому, что уровень дна сварочной ванны меняется с часто-
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
той поступления туда порций металла. Перемещающиеся складки металла экранируют различные участки канала, в том числе и дно от воздействия электронного пучка. За время экранировки и вытеснения жидкого металла со дна канала пучок, перемещаясь со скоростью сварки, «просверливает» пик уже в другом месте, отстоящем от предыдущего пика на некотором расстоянии. Когда поперечные размеры нижней части канала превышают амплитуду возмущений металла, то глубина шва претерпевает лишь малые колебания. В случае узкой нижней части канала его поперечные размеры сравнимы с амплитудой возмущений и в этом месте возникают перемычки. Вследствие резкого увеличения реакция отдачи паров, воздействующей на перемычку, металл «заталкивается» в узкий корень канала, но быстрая кристаллизация нижней части перемычки останавливает движение металла и образует полный пик. В этом случае колебания глубины шва значительны и корень шва имеет типичную пичковую структуру. Последовательный перенос порций жидкого металла в сварочной ванне обусловливает общую слоистую структуру сварного шва, четко проявляющуюся при сварке высокотеплопроводных металлов. Каждому пучку в корне соответствует чешуйка на поверхности шва. Процесс образования корневых дефектов имеет почти периодический характер, но с увеличением объема сварочной ванны эта периодичность нарушается [2].
Для предотвращения корневых дефектов необходимо формировать пародинамический канал с достаточно широкой нижней частью и закругленным дном. Изменение формы канала осуществляется изменением формы распределения плотности мощности электронного пучка в зоне сварки.
Выбором уровня фокусировки пучка не удается полностью подавить корневые дефекты: вероятность образования несплавлений остается довольно высокой. При использовании электронного пучка, имеющего распределение плотности мощности с «провалом» в приосевой области, удается существенно снизить вероятность образования корневых дефектов. Такую форму распределения можно получить с помощью кругового сканирования пучка. Расширение корня шва позволяет уменьшить опасность несплавлений свариваемых деталей из-за проявления остаточных или наведенных магнитных полей.
Механизм образования полостей до сих пор остается спорным. Согласно одной гипотезе причиной образования полостей является повышенное газосодержание в металле. Другая гипотеза объясняет появление полостей продавливанием жидкого металла на задней стенке пародина-мического канала местными струями пара с передней стенки. Протяженные полости иногда сопровождаются аномальным расширением шва в этом месте. Однако встречаются и аномальные расширения шва без полостей в них для снижения вероятности образования протяженных полостей рекомендуется сварка на небольших скоростях (до 3мм/с). При этом возрастают объем сварочной ванны и соответственно время пребывания в жидком состоянии каждой порции металла шва. Следовательно, улучшаются условия дегазации расплава и затрудняется деформация поверхности задней стенки пародинамического канала потоком пара [3].
Характерной особенностью срединных трещин является их расположение по оси шва на линии стыковки кристаллов, растущих навстречу друг другу от противоположных боковых границ литой зоны. Срединные трещины располагаются преимущественно в нижней и иногда в средней частях шва. Их высота обычно составляет от 2 до 15 мм, а ширина 0,1-0,3 мм. Это широкие продольные кристаллизационные трещины. Причины возникновения срединных трещин является скопление в центральной зоне шва легкоплавкой эвтектики типа FeS-Fe. Эвтектика представляет собой малопрочную зону, легко разрушающуюся по жидким прослойкам при нарастании растягивающих напряжений по мере кристаллизации шва. Отмечено, что сульфиды марганца как более тугоплавкие (Тпл = 1 883 К) распределяются равномерно в металле шва и замедляют процесс образования эвтектики FeS-Fe по оси шва. По мере расширения шва, а также при выявлении в нем утяжек образование срединных трещин наблюдается чаще.
Из рассмотрения специфических дефектов следует, что геометрия и качество швов при ЭЛС взаимосвязаны более сильно, чем при дуговых способах сварки.
Допустимость или целесообразность клиновидной формы шва определяется в каждом конкретном случае совокупностью условий сварки: свариваемостью металла, его толщиной, наличием подкладки и т. д.
Библиографические ссылки
1. Назаренко О. К. Кайдалов А. А., Ковбасенко С. Н. Электроннолучевая сварка / под ред. Б. Е. Патона. Киев : Наук. думка, 1987. 256 с.
2. Фролов В. А., Пешков В. В., Коломенский А. Б. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении. М. : Интермет Инжиниринг, 2002.
3. Технология сварки, пайки и резки // Машиностроение : энцикл. Т. 111-4 ; под ред. Б. Е. Патона. М. : Машиностроение, 2006.
© Папуша А. Г., Андреев А. Н., 2017
