Почему при выполнении корневого шва рекомендуется использование минимальных тепловложений?
Сварочные головки MWG обеспечивают автоматизированное выполнение операций корневой сварки, заполнения шва и формирования наружного валика с использованием процесса аргонодуговой сварки.
Описание проблемы
Для сварки трубопроводов и стыковой сварки толстостенных материалов из цветных металлов, углеродистой стали и других материалов с большой толщиной часто применяется процесс сварки корневого шва. Для этого используются технологии аргонодуговой сварки (TIG) и полуавтоматической сварки в среде защитного газа. Однако в процессе сварочных работ некоторые сварщики, стремясь ускорить процесс, используют чрезмерно большой сварочный ток для выполнения корневого шва. Независимо от выбранного метода — будь то аргонодуговая сварка, ручная дуговая сварка или сварка в среде защитного газа, — часто можно наблюдать появление трещин в центре корневого шва вдоль направления сварочной линии. Такие трещины представляют собой так называемые горячие трещины, которые образуются в результате термических процессов.
Анализ проблемы
По сравнению с аргонодуговой сваркой, ручная дуговая сварка и сварка в среде защитных газов сопровождаются большим тепловложением, что приводит к более медленному охлаждению сварного шва. С одной стороны, при слишком высоком тепловложении в процессе сварки основной металл вокруг сварного шва подвергается значительным тепловым и термоупругим напряжениям, что может вызывать такие дефекты, как перегрев (дефект "прожог"), подрезы, образование крупнозернистой структуры в зоне термического влияния. Это снижает уровень пластичности и ударной вязкости. С другой стороны, слишком малое тепловложение может привести к дефекту неполного проплавления (непровара).
Кроме того, поскольку корневой шов является первым слоем, который накладывается на материал с первоначально низкой температурой, скорость нагрева и охлаждения оказывается очень высокой. Это приводит к существенным тепловым напряжениям, которые достигают критических значений в момент, когда сварочная ванна еще полностью не застыла. При этом центр шва может испытывать напряжения под действием совокупных термических напряжений основного металла, что и провоцирует образование горячих трещин. Подобные трещины особенно характерны для кольцевых швов при строительстве трубопроводов. Если для корневого шва используются целлюлозные электроды, то в местах с высоким напряжением трещины могут образовываться практически сразу после охлаждения сварного шва.
Рекомендации по решению проблемы
При выполнении корневого шва рекомендуется использовать подходящий уровень тепловложения и применять специальные материалы, предназначенные для корневой сварки. Стоит помнить, что этап корневого шва является базовым: от его качества зависит успешность всех последующих слоев сварного шва. Во избежание трещин толщина корневого шва должна составлять около 3 мм. Кроме того, необходимо избегать дефектов, таких как поры, включения шлаков, трещины и непровары. Еще одним важным условием является тщательная подготовка кромок основного металла — они должны быть очищены от загрязнений, таких как влага, ржавчина и масла, которые могут повысить содержание водорода в шве и создать скрытые предпосылки для последующего появления холодных трещин.
Как правило, корневой шов, выполненный методом аргонодуговой сварки, отличается более высокой чистотой, чем шов, выполненный ручной дуговой сваркой или полуавтоматической сваркой. При этом сварной металл, выполненный последними двумя методами, обычно обладает относительно низкой склонностью к образованию трещин от водородного воздействия. Однако стоит учитывать, что чрезмерный сварочный ток при аргонодуговой сварке также может повышать риск трещинообразования, особенно если сварочная скорость низкая.
Использование повышенного тепловложения при любом методе сварки приводит к замедлению скорости охлаждения, что может негативно сказаться на микроструктуре зоны термического влияния и механических свойствах шва. Параметры, такие как прочность, стойкость к трещинам, пластичность и ударная вязкость, могут ухудшиться. Чтобы обеспечить качество сварного шва, при корневой сварке необходимо минимизировать тепловложение.
Пример из практики производства: после обнаружения трещин в корневом шве на одном из сварочных участков было решено заменить процесс сварки на метод аргонодуговой сварки с уменьшенным тепловложением. Как показала практика, после этого проблема с образованием трещин была полностью устранена.
Роль автоматизации и использование оборудования MWG
Автоматическая сварочная система MWG для трубопроводов, оснащенная сварочной горелкой с возможностью вращения на 360°, а также интеллектуальной системой управления, позволяет эффективно выполнять корневую сварку, заполнение шва и наплавку защитных слоев без необходимости вращения труб. Система обеспечивает стабильный результат при соблюдении всех технологических параметров, гарантируя высокое качество шва и его надежность.
Интеллектуальная цифровая система управления обеспечивает точность настройки параметров автоматической сварки. Специалисты могут установить оптимальные параметры, адаптированные под условия эксплуатации, сохранить их и повторно использовать для серийного производства. Благодаря функции хранения данных и распечатки отчетов, процесс сварки становится более удобным для анализа, что способствует оптимизации качества и улучшению общей производительности.
Специализированное оборудование MWG, произведенное с применением компонентов немецкого качества и модульной конструкцией, уже много лет успешно используется в различных отраслях: энергетика, химия, нефтехимия, строительство котлов, производство трубопроводов и сосудов под давлением. Оборудование является надежным и сертифицировано для выполнения сварочных швов высокого класса качества с успешной проверкой на рентгеноконтроль или ультразвуковую диагностику в 98% и более случаев. Осуществляется выполнение тестов на прочность, ударную вязкость, растяжение, изгиб и гидравлическое испытание.
Применение сварочных головок MWG:
- Отрасли: производство сосудов под давлением, котельное и трубопроводное строительство, химическая и нефтегазовая промышленность.
- Материалы: углеродистая сталь, нержавеющая сталь, титановые сплавы.
- Диаметры труб:
- MWG-48: от Φ19 до Φ38 мм, толщина стенки до 6 мм;
- MWG-90: от Φ20 до Φ89 мм, толщина стенки от 1 до 10 мм;
- MWG-170: от Φ63 до Φ168 мм, толщина стенки от 2 до 10 мм;
- MWG-230: от Φ130 до Φ230 мм, толщина стенки от 2 до 10 мм;
- MWG-325: от Φ159 до Φ325 мм, толщина стенки от 2 до 10 мм.