Defecte de sudură

Sudarea electrodului acoperit.

Sudurile reprezintă cea mai importantă necunoscută în asamblarea produselor din oțel . De fapt, nu este posibil să se definească a priori tensiunile pe care o îmbinare sudată este capabilă să le reziste, dacă nu empiric , adică prin teste de tip distructiv .
Din punct de vedere al proiectării, este, prin urmare, obișnuit să se considere o îmbinare sudată ca o îmbinare omogenă, unde totuși se utilizează coeficienți de siguranță mari, obținuți empiric din teste distructive. În mod similar, producătorii se angajează să prelucreze îmbinările în condițiile standard, în care au fost obținute datele empirice. În acest scop, WPS sunt oprite, care fixează variabilele de sudare în intervale înguste pe care operatorul trebuie să le respecte pentru a face sudarea similară cu proba cât mai mult posibil și, prin urmare, să înțeleagă calculele de proiectare. Prin urmare, este deja suficient să nu se respecte nici măcar un singur parametru al WPS, pentru a introduce un defect de sudură în sensul larg al termenului, deoarece acest lucru modifică performanța teoretică.

Dar, în mod normal, prin defecte de sudură ne referim la imperfecțiunile fizice, care determină precipitarea valorilor rezistenței și durității îmbinării sudate, deoarece acestea sunt declanșatoare de rupere, precum și intensificatori de stres care, în perioada mai mult sau mai puțin lungă, provoacă fractura sudură.

Structura zonei de sudare cap la cap

diferitele zone care pot fi identificate în corespondență cu o sudură cap la cap.

Zona albastră în corespondență cu zona de sudare a două țevi se datorează oxidării la o temperatură corespunzătoare la 316 ° C

În urma unei sudări prin cap în zona sudată, se pot distinge diferite zone:

metalul de bază este acea parte a îmbinării sudate care se află la o astfel de distanță de sudură încât să nu fie afectată de variațiile termice cauzate de ciclurile de sudare termică și, prin urmare, să nu sufere modificări la nivel microstructural și, prin urmare, în caracteristicile mecanice ;
zona de influență sau modificată termic în care materialul de bază a suferit o creștere a temperaturii, ca urmare a ciclurilor termice de sudare, cum ar fi să nu se topească, ci să se determine modificări ale nivelului microstructural, cum ar fi:
- variații dimensionale ale bobului cristalin;
- formarea de noi constituenți structurali;
zona fuzionată care este împărțită în:
- zona de penetrare în care temperatura a determinat topirea unei părți a materialului de bază și interpenetrarea acestuia cu adezivul de sudură
- material de umplere (provenit de la electrod )

Tipul defectelor

Tipul defectelor găsite într-o sudură prin cap la care se face referire la un control radiografic al acestuia poate fi rezumat după cum urmează.

defecte cu caracter alungit

Nume	Simbol
fisuri	Cr
lipire	Cu
lipsa penetrării în vârf	Mpv
lipsa pătrunderii în inimă	Mpc
incluziuni alungite de zgură sau oxid	Scall
viermi de lemn	T.

defecte de caracter rotunjit sau poligonal sau de orice formă

Nume	Simbol
incluziuni de zgură sau oxid sau cavități de orice formă	Sc
suflare	Sof
incluziuni de wolfram sau alte metale grele	W

defecte cluster sau difuze

Nume	Simbol
porii și porozitatea	P.
cuiburi de viermi de lemn	Nt
spray Wolfram	Spw

defecte de profil

Nume	Simbol
incizii marginale	Sunt
incizii de vertex	Iv
deplasări	Sl
excese de penetrare	Ep
șei sau concavități	Ins
brazde transversale la recuperare	Str
conexiuni proaste între treceri și ochiuri neregulate	Irr

Defecte dimensionale

Defectele de sudură care pot fi interpretate ca dimensionale sunt o posibilă fuziune a pieselor în așa fel încât cordonul de sudură să se prezinte cu o convexitate excesivă, astfel încât să formeze un capac convex care poate prezenta un declanșator pentru fenomene fragile de rupere sau defecte pe care le poate duce la o subcotare a sudurii, creând astfel o zonă cu rezistență mecanică mai mică decât cea adiacentă.

Penetrare inadecvată

Pătrunderea inadecvată este definită ca umplerea incompletă a părții inferioare a canelurii (rădăcină) cu metalul de umplere. acest defect poate apărea cu sau fără denivelări .

Termenul deplasare definește o condiție în care suprafețele de sudat nu sunt coplanare.

Penetrarea inadecvată se poate datora și concavității interne.

Concavitatea internă se formează atunci când talonul din prima trecere a topit ambele margini interne ale canelurii la rădăcină, dar în centru aceasta este ușor concavă, adică puțin sub suprafața internă a pieselor care trebuie sudate.

Fuziune incompletă

Fuziunea incompletă este definită ca lipsa de legătură între cusăturile de sudură sau între metalul de umplere și metalul de bază.

Fuziunea incompletă poate afecta atât rădăcina, cât și vârful îmbinării dintre metalul de umplere și metalul de bază.

În sudurile cu trecere multiplă, fuziunea incompletă numită margine rece este în schimb o discontinuitate care afectează interiorul îmbinării, deoarece se poate forma între două bile de sudură adiacente sau între o bile de sudură generică și metalul de bază din cauza lipsei de fuziune între una trece și altul.

Cauze

Defectele de turnare pot fi cauzate de:

aportul insuficient de căldură în timpul procesului de sudare, în acest caz una sau ambele părți care urmau să fie asamblate nu se topesc, cauzate de tensiune scăzută, care afectează lățimea bazinului de sudură sau intensitatea curentului, care afectează capacitatea de pătrundere;
poziționarea incorectă a lanternei de sudură, care poate fi fie o distanță excesivă, fie o înclinare excesivă a lanternei de sudură;
muchii murdare sau excesiv oxidate care trebuie sudate.

Remedii

Pentru a evita defectele de turnare, pot fi urmate următoarele măsuri de precauție:

preîncălzirea pieselor de sudat
curatarea suprafetelor
alegerea unui profil de îmbinare adecvat
alegerea electrozilor adecvați

Incluziuni de gaze

Incluziunile gazoase sunt goale, de diferite forme și dimensiuni, care se formează în zona topită.

Tipurile de incluziune cel mai frecvent întâlnite sunt:

porii cu forma rotunjită și dimensiunea <1 mm;
găuri de formă rotundă și dimensiuni> 1 mm;
vierme de lemn sau porozitate vermiculară (gaură de vierme de porozitate) de formă alungită la un capăt care se formează atunci când gazul scapă prin metalul depus care se solidifică.

În mod normal, dacă porozitățile distribuite sunt mai puțin periculoase decât cele grupate, cum ar fi găurile de suflare de dimensiuni mai mari, dar cu o frecvență mai mică

Cauze

Cauzele care determină incluziunile gazoase sunt diferite între acestea:

gaze produse ca urmare a reacțiilor chimice care au loc în baia de topitură
gaze produse din cauza prezenței contaminanților
gaz de protecție
gaz rezultat din umplutură

Remedii

Pentru a evita aceste defecte, pot fi adoptate următoarele măsuri:

alegerea electrozilor și a umpluturii
preîncălzirea pieselor de sudat
curățarea după fiecare trecere
rata de depunere mai mică
izolați zona de intervenție cu foi, până să circumscrieți perimetrul acesteia, pentru a împiedica așa-numitele „curenți de aer” să interfereze cu sudarea

Incluziuni solide

Incastrarea solidă constă din material metalic și nemetalic prins în metalul de umplutură sau între metalul de umplutură și metalul de bază.

Incluziuni de tungsten

Acestea sunt defecte care pot fi prezente doar în TIG , deoarece sunt cauzate de faptul că electrodul (tocmai în aliajul de tungsten numit și wolfram) intră în contact cu piscina de sudură, lăsând fragmente în zona topită. Aceste fragmente formează incluziuni după solidificarea băii.

Incluziuni de zgură

În procesele de sudare cu arc scufundat sau cu electrozi acoperiți, se poate întâmpla ca zgura să fie prinsă în zona topită

Incluziunile alungite de zgură se găsesc de obicei de-a lungul zonei de topire.

Incluziunile izolate de zgură sunt de formă neregulată și pot fi găsite în orice poziție a sudurii.

Includerea nu este detectabilă prin inspecție vizuală (chiar dacă pentru un ochi expert unele conformații particulare ale cordonului de sudură pot genera suspiciuni), dar trebuie efectuată o verificare volumetrică (radiografie sau ultrasunete) pentru a verifica prezența acesteia.

O îmbinare cu incluziuni de zgură nu este omogenă, prin urmare are o rezistență mai mică decât cea teoretizată de proiectant, în plus incluziunile subțiri și alungite reprezintă, mai ales în prezența unor solicitări oscilatorii, o formidabilă invitație la rupere.

Cauze

Incluziunile de zgură apar în mod normal în îmbinările realizate cu procesul cu trecere multiplă ( electrod acoperit sau arc scufundat ), deși nu este exclusă posibilitatea de a genera incluziuni în procesele cu trecere simplă.
Este defectul tipic de funcționare datorat manipulării slabe a electrodului acoperit sau a torței mașinilor de sudat cu flux, prin care zgura tinde să fie acoperită de metalul de umplutură, mai degrabă decât să plutească pe piscina topită unde poate fi îndepărtată sau , în procese cu trecere multiplă cu electrod acoperit, sârmă cu flux de flux și arc scufundat, incluziunea se datorează în mod normal unei îndepărtări slabe a zgurii din trecerea anterioară.
O altă cauză este atmosfera care nu se reduce complet.

Remedii

curățarea după fiecare trecere
controlul gazului de protecție

Crăpături

Fisurile sunt fisuri care apar în zona de sudură , datorită declanșării auto- tensiunii generate de variațiile termice bruște.
De fapt, odată cu solidificarea, fondul topit se contractă într-o cantitate substanțial proporțională, dacă contracția este opusă din anumite motive, apar tensiuni interne.
Nu uitați că o bară de oțel l lung după o scădere a temperaturii contractă cu o cantitate AT Δl egal cu:

Δl = α l ΔT

cu:

α = coeficientul de dilatare termică care în cazul oțelului este egal cu 12,10 ⁻⁶ ° C ⁻¹

prin urmare, o bară de oțel de 1 m supusă unei contracții termice de 100 ° C se contractă cu 1,2 mm, dacă dorim să prevenim această contracție, trebuie aplicată o tensiune de tracțiune egală cu 2500 daN / cm².
În cazul calașării asimetrice (tip V sau U), deoarece firele superioare ale sudurii sunt mai lungi decât cele ale rădăcinii, contracția Δl a piesei turnate este mai mare în partea exterioară și scade spre rădăcina centrală și, prin urmare, provoacă distorsiunea (rotația, strângerea etc.) a pieselor sudate.
Dacă șanțul este simetric (de tip X) și, prin urmare, teoretic se autocompensează împotriva distorsiunilor, sau în cazul anterior, dar cu distorsiune împiedicată, în cadrul îmbinării sudate, cu solidificare, apar autotensiuni care sunt de tracțiune în cele mai externe și compresie în cea inferioară, deoarece retragerea firelor superioare este opusă prezenței părții inferioare deja solidificate.
Când autotensiunile depășesc rezistența materialului, se declanșează fisuri.

Tipologie

după forma lor, fisurile sunt clasificate în:

longitudinal :
- în zona topită tipică fisurilor fierbinți cauzate de prezența compușilor cu topire scăzută
- de-a lungul liniei de topire cauzată de neomogenitatea metalurgică dintre zona topită și cea modificată termic
- într-o zonă modificată termic tipică fisurilor reci
- în materialul de bază
transversal
- în zona topită tipică fisurilor reci
- într-o zonă modificată termic
- în materialul de bază
de picior
sub cordon
de crater : în timpul fazei de retragere a materialului topit, se poate crea un crater cauzat de aspirația materialului lichid de către zonele înconjurătoare. Crăpăturile craterelor pot fi:
- longitudinal
- transversal
- stea

Crăpături fierbinți

Fisurile fierbinți sunt fracturi care sunt generate în zona topită în practic orice material (oțeluri feritice și austenitice, aliaje de nichel și aliaje de aluminiu) în urma operațiunilor de sudare în timpul solidificării metalului sudat. Ele au în general o dezvoltare longitudinală în raport cu cordonul de sudură și sunt generate pornind de la punctul cordonului de sudură care se răcește mai lent (în mod normal, centrul cordonului de sudură).

Cauze

Acestea se datorează prezenței, în bazinul de sudură, a impurităților cu topire redusă ( sulf , fosfor ) care, acumulându-se în zonele cordonului de sudură cu răcire mai lentă, rămân topite (în virtutea punctului lor de topire scăzut) când restul din material este deja solidificat, solidificându-se ulterior generând cavități de contracție ( crăpături ale craterului ).

Fisurile fierbinți se pot datora unui material cu conținut ridicat de carbon.

Remedii

Pentru a preveni formarea fisurilor fierbinți, este necesar să aveți grijă de curățarea marginilor pentru a nu contamina piscina de sudură cu impurități cu topire redusă (praf și murdărie în general) și pentru a funcționa în așa fel încât să obțineți o răcire rapidă a articulației, pentru a nu acorda timp impurităților care se acumulează în centrul cablului. De asemenea, este întotdeauna recomandabil să utilizați materiale care au un decalaj între lichid și solid cât mai mic posibil. Un alt posibil remediu este utilizarea electrozilor cu Mn, care reacționând cu sulf și fosfor îi aduce la suprafață. În acest fel se formează zgură care va fi eliminată în post sudare. În caz contrar, ar putea acționa și asupra metalului de bază, purificându-l de astfel de impurități. Cu toate acestea, acest proces se dovedește a fi destul de scump, prin urmare nu este de obicei folosit.

Fisuri reci

Fisurile reci sunt fracturi generate în urma sudării, când îmbinarea este complet răcită, din acest motiv verificările care vizează depistarea acestui defect se efectuează de obicei la cel puțin 16 ore de la realizarea îmbinării.

Acest tip de fisură are, în general, o tendință transversală în raport cu cordonul de sudură și tinde să se propage și în materialul de bază.

Cauze

Se generează în principal în zona modificată termic datorită concomitenței a trei factori: prezența hidrogenului (derivat din umiditatea marginilor sau a materialului de umplere), prezența în matricea materialului „zonelor de întărire” (datorită o răcire a articulației prea rapidă), prezența tensiunilor reziduale (fenomenul oricum la sudare este inevitabil).

Acest defect este posibil la oțelurile cu matrice feritică sau martensitică (oțeluri carbon, oțeluri Cr-Mo etc.), în timp ce oțelurile cu matrice austenitică (oțeluri inoxidabile Cr-Ni) sunt practic scutite.

Un defect comun, de asemenea, la lipirea staniului atunci când lipirea sa topit între un fir și o urmă de circuit imprimat, aceasta nu se alătură și atunci când este răcită, firul se desprinde cu picătura de lipit atașată. ^{[ fără sursă ]}

Remedii

Pentru a evita apariția fisurilor reci este necesar:

folosiți materiale de umplutură bine uscate ori de câte ori este posibil (electrozii și fluxurile rutile nu pot rezista la temperaturi ridicate de uscare),
preîncălziți marginile pentru: eliminați toate urmele de umiditate, încetiniți viteza de răcire a îmbinării, faceți marginile să se dilate imperceptibil și astfel să reduceți tensiunile reziduale. Un tratament termic pentru ameliorarea stresului poate fi, de asemenea, util pentru a minimiza tensiunile reziduale sau preîncălzirea pentru a reduce ratele de răcire.
lucrați gol pentru a preveni formarea aburului.
utilizați electrozi de bază care vor reacționa cu hidrogenul evitând formarea de fisuri reci.

Legătură

Legarea are loc atunci când se formează un strat de oxid între zona topită și clapeta de sudat sau când poziția lanternei este greșită și topește doar o clapetă, făcând cordonul să „curgă” pe cealaltă clapă, fără a o topi.

Acest strat determină o reducere a rezistenței mecanice a îmbinării, deoarece cele două margini nu sunt complet fuzionate împreună.

Sub sarcina de lucru, cusătura de sudură se poate desprinde brusc de materialul de bază, arătând o penetrare redusă sau deloc.

Incizii marginale

Incizia marginală este o canelură sculptată de metalul lichid din metalul de bază adiacent la talonul exterior sau rădăcină al unei suduri și care nu este umplut de metalul de sudură.

Arsuri

O arsură este acea zonă a cusăturii rădăcinii în care penetrarea excesivă a cauzat căderea bazinului de sudură prin intrarea pieselor sudate.

Bibliografie

API Standard 1104, Sudarea conductelor și a instalațiilor conexe , American Petroleum Institute, ediția a 21-a, include Errata 1 (2013), Errata 2 (2014), Errata 3 (2014), Errata 4 (2015), Errata 5 (2018) și Addendum 1 (2014), Addendum 2 (2016) [1]
UNI EN ISO 6520-1: 2008 (= ISO 6520-1: 2007), Sudare și procese conexe. Clasificarea imperfecțiunilor geometrice în materiale metalice. Partea 1: Sudare prin fuziune , Catalog UNI
UNI EN ISO 5817: 2014 (= ISO 5817: 2014), Sudare - Îmbinări sudate prin turnarea oțelului, nichelului, titanului și aliajelor acestora - Niveluri de calitate ale imperfecțiunilor , Catalog UNI
Manual de sudare , American Welding Society, ediția a IX-a, 2004, [2]
Gabriele Bollasina, Defecte de sudare și cum să le eviți , 2017
Moreno Preto, Defecte de sudură , ISBN 9788897039013 , TG Book, 2010 [3]

Elemente conexe