Defecte datorate pregătirii necorespunzătoare a marginilor înainte de sudare

Scopul acestui articol este de a explica deficiențele care rezultă din pregătirea incorectă a sudurii și modul în care pregătirea corectă poate ajuta la reducerea sau eliminarea deficiențelor

Defecte datorate pregătirii necorespunzătoare a marginilor înainte de sudare

De aproximativ 100 de ani, procesele de sudare au fost utilizate în toate sectoarele industriale pentru a produce conexiuni metalice. Tehnologia și materialele se îmbunătățesc an de an și duc la o eficiență din ce în ce mai mare. În timp ce se utilizează echipamente de sudură de o calitate tot mai înaltă, etapa de lucru înainte de sudare, și anume pregătirea capetelor țevii care trebuie sudate, este adesea neglijată sau efectuată folosind tehnici inadecvate. Dar unul dintre numeroșii factori care pot afecta negativ calitatea sudării este o pregătire slabă, care se întâmplă din nou și din nou. Acest articol își propune să explice aceste neajunsuri și modul în care o pregătire adecvată poate ajuta la reducerea sau eliminarea acestora.

Foto 1: tăierea țevilor cu roata abrazivă.

Crăpături

Crăparea este unul dintre cele mai frecvente defecte observate la sudare. Acest lucru se datorează încărcărilor mecanice excesive în cusătura de sudură. Formarea de fisuri calde și reci este una dintre cele mai frecvente fisuri.

Crăpături fierbinți

După cum sugerează și numele, această crăpare apare atunci când metalul este încă fierbinte și se solidifică încet. Factorii care favorizează astfel de defecte sunt, de exemplu, tipul de cusătură de sudură. Se aplică următoarele: cu cât o cusătură este mai îngustă, cu atât sunt mai mari sarcinile mecanice datorate solidificării metalului. Dacă încărcăturile sunt prea mari, există riscul să se formeze fisuri atunci când starea se schimbă. Prin urmare, este foarte important să alegeți corect unghiul cusăturii. Dacă acest lucru se face manual, cusătura nu poate fi menținută 100% exactă. Prin urmare, marginile trebuie prelucrate cu o mașină adecvată care să asigure unghiuri precise și constante.

Crăpături la rece

Crăparea la rece are loc după procesul de sudare (imediat după aceea, sau câteva ore sau chiar zile după aceea). O astfel de deficiență este cauzată de combinația simultană a trei factori: tipul de întărire (dur și fragil), solicitări mecanice reziduale (de exemplu datorate flanșelor) și răspândirea hidrogenului în cusătura de sudură. Aceasta din urmă se poate datora pregătirii incorecte a marginilor. Într-adevăr, la sudarea unei piese de prelucrat ruginite sau slab degresate, hidrogenul prezent în rugină sau în hidrocarburi se va defecta în cusătura de sudură. Când metalul se răcește, apar tensiuni în domeniul atomic. Dacă concentrația acestor solicitări este prea mare, se formează fisuri în metal.

Împreună cu alte măsuri de precauție, cum ar fi temperarea electrozilor sau preîncălzirea pieselor de prelucrat, prelucrarea marginilor (fără lubrifiere) permite realizarea unei suduri pe un material fără hidrogen, ceea ce reduce semnificativ probabilitatea crăparii la rece.

Foto 2: Tevi cu unghi dublu US40 fără ungere într-o singură trecere

Blister

Pe lângă formarea de fisuri reci, o suprafață slab pregătită poate duce și la formarea de bule în cusătura de sudură. Într-adevăr, apa, rugina sau grăsimea de pe piesa de prelucrat conduc la bule de gaz care sunt apoi prinse în sudură. Ca și în cazul crăparii la rece, prelucrarea adecvată (fără lubrifiere) a piesei finale care trebuie sudată permite o reducere clară a riscului de apariție a unor astfel de defecte.

Poluarea cu fier

În special oțelurile inoxidabile pot fi contaminate cu fier. Dacă un oțel inoxidabil intră în contact cu particule de fier și un mediu conductiv electric (de exemplu, aer umed), apare coroziunea galvanică. Stratul pasiv al oțelului inoxidabil este deteriorat treptat, ceea ce poate duce la pete de rugină.

Particulele de fier prezente provin de obicei din utilizarea unor dispozitive inadecvate. Aceasta se referă la:

Mașini de format: prese, frâne, etc.
Material pentru curățare: perii metalice, cârpe utilizate anterior pe oțel moale etc.
Material pentru prelucrare: unelte de tăiat, unelte de teșit, fălci de prindere etc.

Această contaminare poate proveni și din operațiile de măcinare pe oțel moale care se efectuează în apropierea pieselor de prelucrare din oțel inoxidabil.
Dacă o piesă de prelucrat este prelucrată înainte de sudare, este esențial să vă asigurați că fălcile de prindere și uneltele de tăiere utilizate sunt potrivite pentru prelucrarea oțelului inoxidabil (de ex. Fălcile de prindere din oțel inoxidabil sau aliaj ușor) și nu au fost utilizate anterior pentru prelucrarea oțelului nealiat (sau în acest caz au fost curățate bine după aceea).

Foto 3: Mașină de tăiat și șanțuit PROTEM SE90NG Prelucrarea unei cusături U pe oțel superduplex într-o singură trecere

Defecte în ceea ce privește adâncimea de penetrare

Penetrare insuficientă sau excesivă

Adâncimea de penetrare insuficientă se referă la o zonă ne-topită la rădăcina cusăturii. Adâncimea de penetrare excesivă se referă la excesul de metal topit sudat la baza sudurii. Aceste defecte sunt cauzate de parametrii incorecti de sudare (amperajul, tensiunea și viteza de avans), dar și de spațiile dintre piesele de prelucrat sau de grosimea benzii insuficient controlate.

Un spațiu prea mic duce la o penetrare insuficientă, în timp ce un spațiu prea mare duce la o penetrare excesivă. Cu toate acestea, o poziționare foarte precisă a pieselor nu este întotdeauna suficientă pentru a evita acest tip de defect. Dacă piesele de sudat nu sunt paralele sută la sută din cauza pregătirii necorespunzătoare, un spațiu neregulat poate duce în unele locuri la o penetrare insuficientă sau excesivă. Prin planificarea precisă a capetelor, acest tip de defect poate fi evitat.

Adâncimea de penetrare insuficientă sau excesivă poate fi cauzată și de un șanț cu grosimea benzii care nu este potrivit pentru parametrii de sudare. Acești parametri sunt definiți în prealabil în funcție de materialul de sudat, de geometria cusăturii de sudură și de procesul de sudare selectat. Cu toate acestea, simpla stăpânire a parametrilor de sudare nu poate preveni complet adâncimea de pătrundere incorectă. Chiar și o grosime neconstantă a benzii datorită pregătirii slabe poate afecta calitatea cusăturii de sudură. De exemplu, parametrii corecți pentru o grosime a benzii de 1,5 mm pot duce la o adâncime de penetrare excesivă pentru o grosime a benzii de 0,5 mm și o adâncime de penetrare insuficientă pentru o grosime a benzii de 2,5 mm. Dacă aveți această grosime sub control, de exemplu prin prelucrarea internă sau urmărirea profilului într-un tub oval, calitatea finală a cusăturii de sudură poate fi crescută semnificativ.

Pregătirea adecvată pentru a asigura un spațiu constant sau o bandă obișnuită este de cea mai mare importanță atunci când se utilizează procese automate precum sudarea circulară TIG sau sudarea MIG robotizată. Deoarece sudorul experimentat nu intervine și corectează erorile în procesele de sudare automate și robotizate, erorile de aliniere în procesele controlate de mașină au consecințe grave.

Foto 4: tăietor de țevi TTNG-1200Tăierea și teșirea capătului țevii Ø1026mm fără o zonă afectată de căldură și fără lubrifiere

Lipire sau lipsă de legătură

Defectele se caracterizează printr-o zonă de contact non-topită între metalul sudat depus și metalul de bază.
Și aici, pregătirea marginilor este una dintre principalele cauze ale acestei erori. Într-un șanț care este prea îngust în raport cu diametrul electrodului, arcul poate fi atras de unul dintre pereți. Ca rezultat, una dintre margini se topește și șanțul se umple cu metalul de sudură. Cu toate acestea, din moment ce arcul nu a ajuns direct la rădăcina cusăturii (sau a metalului sudat aplicat anterior) și nici partea opusă conelului, aceste zone nu sunt topite și sunt acoperite doar cu metal sudat. Deși aspectul cusăturii de sudură poate fi considerat adecvat, în realitate continuitatea dorită a metalului prin îmbinarea de sudură nu este deloc garantată. Deoarece aceste defecte sunt de obicei localizate în interiorul sudurii în sine și sunt rareori observate cu ochiul liber, proceduri speciale de control, cum ar fi B. Sunt necesare ultrasunete și radiografii.

Definirea adecvată a unghiului de teșit și prelucrarea precisă la un unghi constant reduc riscul defectării articulației.

Foto5: Mașină de teșit cu capăt de țeavă PROTEM US25Șanț de 30 ° cu bandă constantă și prelucrare internă

Modificarea proprietăților materialului

Două tehnici principale sunt folosite pentru tăierea unei piese metalice. În primul rând, tăierea la dimensiune folosind căldură (lanternă de tăiere, tăiere cu plasmă, laser etc.) și, în al doilea rând, tăierea la dimensiune folosind prelucrarea mecanică (mașini de rectificat, ferăstraie, mașini de tăiat țevi etc.).
Consecințele pregătirii imprecise în legătură cu procesele de prelucrare cu mașini de rectificat sau ferăstraie au fost deja descrise în detaliu.

În cazul tăierii la căldură, calitatea tăierii poate fi considerată satisfăcătoare atunci când este efectuată de un lucrător experimentat sau de un sistem automat. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, aceste tehnici duc la o zonă afectată de căldură (HAZ) în apropierea tăieturii. Proprietățile fizice ale materialului sunt grav afectate în această zonă. Dacă sudura este realizată direct pe un material deteriorat, calitatea sudurii și prinderea sa mecanică pot fi deteriorate. Pentru a elimina acest HAZ, este deci necesar să refacem zona pentru a garanta calitatea finală a cusăturii de sudură.

Prin utilizarea mașinilor de tăiat țevi, se poate evita problema lipsei de precizie a mașinilor de rectificat sau a ferăstrăului, precum și a restricțiilor de calitate la HAZ în legătură cu tehnicile de tăiere prin furnizarea de căldură. Cu aceste dispozitive, tăieturile și șanfrenele pot fi realizate într-o singură trecere de lucru fără HAZ și cu o calitate optimă și repetabilă.

Caz special al proceselor cu densitate mare de energie

Sudarea cu laser și sudarea cu fascicul de electroni sunt cunoscute ca procese cu densitate mare de energie. În acest proces, un fascicul concentrat (laser sau fascicul de electroni) este împachetat în așa fel încât energia care lovește piesa de prelucrat să fie sudată determină topirea metalului de sudură. Cu aceste tehnici, cusăturile de sudură de câteva sute de milimetri grosime pot fi sudate într-o singură trecere, a cărei lățime a cusăturii este rareori mai mare de 5 mm.

Astfel de îmbinări sudate nu necesită șanfrenare, ci o planificare extrem de precisă a capetelor piesei de prelucrat. De exemplu, pregătirea pentru sudarea cu laser este acceptabilă dacă abaterea de aliniere este mai mică de 1/10 milimetri. Aceste tehnologii, în special sudarea cu fascicul de electroni, necesită piese de prelucrat absolut fără murdărie. Deoarece sudarea cu fascicul de electroni are loc sub vid, nu pot fi introduse reziduuri de apă sau hidrocarburi în camera de sudare, deoarece în caz contrar, crearea vidului este pusă în pericol.

Aplicarea acestor metode extrem de perfecționate necesită utilizarea unui echipament de procesare adecvat care să permită pregătirea perfectă a capetelor care trebuie sudate.

Sudarea este și va rămâne un proces delicat. Pentru un rezultat optim, trebuie cunoscuți numeroși parametri și respectați 100%. Dacă nu este cazul, pot apărea numeroase probleme și defecte în timpul și după realizarea cusăturii de sudură, care afectează grav calitatea conexiunii.
În ciuda perfecționării tehnicilor și cunoștințelor în acest domeniu, industria se confruntă în mod regulat cu problema sudurilor neconforme. Consecințele unei cusături de sudură de calitate slabă pot fi catastrofale pentru buna desfășurare a proiectului în ceea ce privește respectarea termenelor limită și a costurilor proiectului. De fapt, eliminarea unei suduri defecte și crearea unei suduri noi pot dura câteva ore sau, în cazul pieselor mari, chiar și câteva zile.
Chiar dacă pregătirea corectă a marginilor de sudat nu poate elimina toate cauzele apariției defectelor, în 100% din cazuri permite creșterea calității finale a îmbinării sudate.