В процессах сварки металлов такие дефекты, как горячие и холодные трещины, а также неметаллические шлаковые включения, являются распространенными и часто встречающимися типичными проблемами качества сварки. Их механизмы образования многогранны и сложны. Эти дефекты не только напрямую ослабляют герметичность и механические свойства сварного шва, но также, из-за концентрации напряжений, становятся потенциальными источниками хрупкого разрушения во время эксплуатации конструкции, представляя серьезную угрозу для несущей безопасности и усталостной долговечности всего компонента. Ниже мы поделимся некоторыми методами улучшения этих проблем.

I. Предотвращение трещин в сварных швах

(I) Горячие трещины

Контроль сварочного тока и скорости: Чрезмерный ток и медленная скорость сварки могут перегреть металл шва, увеличивая вероятность появления горячих трещин. Например, при сварке тонких листов использование высокого тока может легко привести к трещинам из-за усадочных напряжений в процессе быстрого охлаждения. Как правило, следует выбирать подходящий ток и скорость сварки на основе толщины листа и материала. Для тонких листов ток можно контролировать в диапазоне от 50 до 80А, а скорость сварки поддерживать между 3 и 5 мм/с.

Корректировка последовательности сварки: Правильная последовательность сварки может уменьшить сварочные напряжения. Для сложных конструкций применяйте симметричную последовательность сварки, чтобы частично компенсировать усадочные напряжения швов. Например, при сварке двутавровых балок сначала сваривайте стыковые швы полок, а затем угловые швы между стенкой и полкой. Угловые швы с обеих сторон должны свариваться одновременно и симметрично.

Выбор сварочных материалов с низким содержанием примесей: Примеси, такие как сера и фосфор в сварочных материалах, являются значительными факторами, способствующими образованию горячих трещин. Выбирайте надежные электроды и проволоку с низким содержанием примесей. Например, основные электроды по сравнению с кислыми имеют лучший контроль содержания серы и фосфора и могут эффективно снизить склонность к горячим трещинам.

(II) Холодные трещины

Предварительный и последующий нагрев: Для некоторых сталей, склонных к холодным трещинам, таких как низколегированная высокопрочная сталь, предварительный нагрев перед сваркой может снизить скорость охлаждения сварного соединения и минимизировать образование закаленных микроструктур. Температура предварительного нагрева определяется типом стали и толщиной листа; как правило, для низколегированной высокопрочной стали она составляет от 100 до 200°C. Своевременный последующий нагрев после сварки может способствовать выделению водорода и предотвратить водородное растрескивание. Температура последующего нагрева обычно составляет от 200 до 350°C, время выдержки рассчитывается на основе толщины листа — один час на каждые 25 мм толщины.

Контроль содержания водорода: Водород является ключевым фактором холодных трещин. Используйте сварочные материалы с низким содержанием водорода и сушите их строго в соответствии с требованиями. Например, основные электроды следует сушить при 350-400°C и выдерживать в течение одного-двух часов. Также очищайте поверхность шва от примесей, таких как масло и ржавчина, так как они могут выделять водород во время сварки.

Улучшение состояния напряжений в сварном соединении: Избегайте острых выемок в корне шва и обеспечивайте плавный переход. Например, при разделке кромок поддерживайте соответствующий угол, обычно 60-70° для V-образной разделки. Это снижает концентрацию напряжений и минимизирует вероятность холодных трещин.

II. Предотвращение шлаковых включений

(I) Правильный выбор сварочных параметров

Сопоставление тока и напряжения: Слишком низкий ток не позволяет шлаку всплывать; слишком высокое напряжение удлиняет дугу, ослабляя защитный эффект и позволяя примесям из воздуха попадать в шов и образовывать включения. Для типичной сварки углеродистой стали при сварочном токе 120-150А напряжение должно составлять 20-22В. Это обеспечивает хорошую текучесть сварочной ванны и плавное всплытие шлака.

Умеренная скорость сварки: Слишком высокая скорость сокращает время пребывания сварочной ванны, не позволяя шлаку всплывать и удерживая его внутри шва. Как правило, рекомендуется скорость сварки 4-6 мм/с, чтобы обеспечить достаточное время для отделения шлака от жидкого металла.

(II) Улучшение очистки шва

Удаление поверхностных примесей: Примеси, такие как ржавчина, масло и окалина, могут попасть в сварочную ванну и образовать включения. Перед сваркой используйте наждачную бумагу, металлическую щетку или другие инструменты для очистки свариваемого участка до металлического блеска. Для сильно загрязненных маслом швов предварительно очистите их органическим растворителем.

Очистка разделки: Примеси внутри разделки также могут вызвать шлаковые включения. После разделки тщательно очистите края и внутреннюю часть разделки, чтобы не осталось примесей. Для многослойных и многопроходных швов удаляйте шлак между каждым слоем. Это можно сделать с помощью таких инструментов, как молоток для удаления шлака или металлическая щетка.

(III) Правильные операционные техники

Метод подачи проволоки: Использование подходящего метода подачи, такого как зигзагообразный или серповидный, равномерно перемешает сварочную ванну и улучшит всплытие шлака. При подаче проволоки поддерживайте умеренную амплитуду колебаний, чтобы обеспечить достаточное плавление основного металла с обеих сторон и предотвратить опережающее течение шлака перед сварочной ванной.

Обратите внимание на угол электрода: Угол между электродом и заготовкой должен находиться в правильном диапазоне, обычно между 60 и 80 градусами. Неправильный угол повлияет на способность дуги защищать сварочную ванну и всплытие шлака. Например, слишком маленький угол не позволит дуге эффективно отталкивать шлак назад, что может привести к включениям. В заключение, чтобы избежать трещин и шлаковых включений во время сварки, важно тщательно контролировать параметры сварки, поддерживать чистоту свариваемого материала и освоить правильные сварочные техники. Это обеспечивает качество сварки и создает надежную сварную конструкцию. Надеюсь, эти рекомендации помогут в вашей практической сварочной работе.