Дефекты соединений, заготовок и деталей

Соединения деталей бывают подвижные и неподвижные. Неподвижные соединения делят на разъемные (разборные) и неразъемные. Способы получения неразъемных соединений - сварка, пайка, клейка, клепка. Практически все разъемные соединения основаны на использовании сил трения (резьбовые соединения и прессовые посадки). В газо- и гидроплотных конструкциях к соединениям предъявляют требования герметичности. В этих случаях в дополнение или вместо рассмотренных ниже методов контроля соединения проверяют методами течеискания.

Сварка. Все многочисленные виды сварки разделяют на две группы: сварку плавлением и давлением. В первом случае свариваемые заготовки располагают на некотором расстоянии друг от друга и осуществляют расплавление кромок заготовок и заполнение разделки присадочным (обычно из электрода) или оплавленным основным металлом. Во втором случае также возможно расплавление кромок, но сварку осуществляют при сдавливании свариваемых заготовок.

Сварку плавлением разделяют на виды по способу подвода энергии: газовая (горение газов типа ацетилена, пропана; этот способ сварки в настоящее время применяют все реже), электродуговая (электрической дугой), электрошлаков (нагревание шлака-флюса протекающим через него током), электронно-лучеплазменная, лазерная и др. Кроме того, виды сварки различают по способу защиты от атмосферного воздуха зоны дуги и металлической ванны: с помощью плавящегося покрытия электрода, флюса (покрытия, растворяющего окислы), оттесняющих воздух газов (аргона, углекислого газа), вакуумирования. Наиболее распространенными видами сварки являются электродуговая сварка под флюсом и аргонно-дуговая сварка, а для больших толщин - электрошлаковая сварка. Быстро развивается электронно-лучевая сварка.

Наиболее распространенным видом сварки давлением является контактная стыковая электросварка, в которой расплавления металла кромок достигают за счет пропускания сильного тока через свариваемые детали и повышенного электросопротивления в месте контакта. Затем свариваемые заготовки сильно сдавливают - осаживают. Ее варианты - точечная сварка, когда сваривают отдельные точки двух заготовок (пропускают ток через сжимающие металл электроды в виде металлических стержней); роликовая сварка, при которой вместо стержневых электродов для сдавливания металла и пропускания тока применяют катащиеся вдоль шва ролики. К сварке давлением относят также сварку трением (вращение деталей с последующей осадкой), диффузионную сварку (сдавливание в вакууме хорошо пришлифованных и очищенных поверхностей), высокочастотную сварку (нагрев сдавленных кромок токами высокой частоты) и другие виды.

Каждому виду сварки свойственны свои характерные дефекты. Особенно сильно отличаются дефекты сварки плавлением и давлением. Для сварки плавлением (ГОСТ 19232-73) свойственны некоторые дефекты, характерные для литого металла: усадочные раковины, поры (иногда поры располагаются цепочками, группами), включения (шлаковые, флюсовые, окисные, сульфидные, металлические). Специфическими дефектами сварки являются: непровар - местное несоединение вследствие неполного расплавления кромок основного металла или поверхности ранее выполненных валиков; вогнутость или превышение проплавления корня сварного шва (корнем называют участок в сечении шва, с которого начинают процесс сварки); подрез - углубление в основном металле вдоль линии сплавления; большое превышение верхней выпуклости шва (ее иногда называют валиком усиления); смещение кромок сварного шва из-за недоброкачественной сборки; прожог в виде сквозного отверстия, образовавшегося в результате вытекания сварочной ванны.

Особенно опасными дефектами являются сварочные трещины, возникающие обычно в процессе остывания сварного соединения. Они могут появиться не только в наплавленном металле, но также в основном металле соединения в зоне влияния на него сварочного процесса (зона термического влияния). Различают трещины продольные и поперечные относительно оси шва, разветвленные (паукообразные), образующие сетку.

Причинами возникновения перечисленных дефектов могут быть: неправильный состав сварочных материалов (электродов, флюсов); неправильная подготовка к сварке (неверная форма разделки; неверно выбрано расстояние между свариваемыми заготовками); нарушение режима сварки.

Трещины могут возникать также в результате неправильной! конструкции сварного изделия, неправильного термического режима сварки, наличия включений, расслоений и других дефектов в основном металле.

Многие крупногабаритные изделия в процессе сварки подогревают до 200...300°С, а непосредственно после сварки помещают, в печь для отжига или отпуска, чтобы снять внутренние напряжения. Захолаживание изделий, как правило, приводит к образованию трещин.

Дефекты формирования сварного шва (смещения кромок, подрезы, неправильная форма выпуклостей) проверяют визуально или с помощью шаблонов. Поверхностные несплошности обнаруживают поверхностными методами. Для выявления внутренних и некоторых поверхностных несплошностей применяют радиационные и ультразвуковые методы. Эти же методы используют при контроле сварки пластмасс.

В сварке давлением встречаются некоторые дефекты, характерные для сварки плавлением, например поры, смещение кромок и др. Специфическим дефектом сварки давлением является слипание. Это хрупкое и непрочное соединение свариваемых заготовок, окисленное в большей или меньшей степени. Оно возникает при недостаточно хорошей очистке свариваемых поверхностей, недостаточном расплавлении металла кромок. Существуют неразрешенные до настоящего времени затруднения в создании методов и средств неразрушающего контроля таких дефектов. Перспективен ультразвуковой метод, однако четкое отражение ультразвука удается получить лишь от сильно окисленных (темных в изломе) поверхностей. Тонкое, светлое в изломе слипание не дает отражения ультразвука, достаточного для регистрации такого дефекта. Слипание при точечной сварке листов удается обнаруживать вихретоковыми дефектоскопами.

Отсутствие надежных средств обнаружения слипаний препятствует широкому применению сварки давлением при изготовлении ответственных конструкций, несмотря на ее очень высокую производительность.

Пайкой называют способ соединения металлов путем заполнения зазора между ними жидким относительно более легкоплавким сплавом - припоем, с образованием между паяемым материалом и припоем прочной связи. Сцепление между ними возникает в результате диффузионного взаимодействия материала заготовки и жидкого припоя с последующей кристаллизацией припоя.

Перед пайкой на обе соединяемые поверхности наносят тонкий слой припоя - лужение. Обычно для хорошего соединения припоя с металлом с поверхности последнего необходимо удалить слой оксида. Это делают с помощью флюса. Луженые поверхности сдавливают при температуре выше температуры плавления припоя, а затем температуру уменьшают, происходит твердение припоя.

Основным типом дефекта пайки является непропай. Он обычно вызывается недостаточно тщательной очисткой припаиваемых поверхностей или нарушением температурного режима пайки. Паяные соединения контролируют ультразвуком, применяя эхо-метод, теневой или низкочастотные методы, когда с помощью пайки изготавливают многослойные панели. Ультразвуковой метод применяют также для контроля процесса лужения. Для этого применяют акустические волны, распространяющиеся вдоль поверхности (поверхностные волны). Участки поверхности, не соединившиеся с припоем, вызывают отражение поверхностных волн.

Клеевое соединение получают с помощью клея - вязкого полимерного материала, обеспечивающего соединение деталей за счет адгезионной связи. Адгезия (от лат. adhaesio - прилипание) - сцепление поверхностей разнородных тел. Прочность клеевого соединения обеспечивается прочностью адгезии клея и соединяемых материалов, а также когезионной прочностью самого клея. Когезия (от лат. cohaesus - связанный, сцепленный) - сцепление (притяжение) молекул в твердом теле.

Клейку, так же как и пайку, часто выполняют с предварительным нанесением клея на очищенные соединяемые поверхности, но обычно в отличие от полуды клей не доводят до полного твердения (высыхания). После этого наносят дополнительный слой клея (иногда этого не делают) и сдавливают поверхности при повышенной или комнатной температуре. Давление сохраняют до затвердевания клея.

Основным типом дефекта клеевого соединения является непроклей, возникающий в результате недоброкачественной очистки склеиваемых поверхностей или нарушения режима склейки. Для его выявления применяют те же методы, что и при контроле паяных соединений. Один из неразрушающих методов проверки прочности клеевого соединения на адгезионную, а также на когезионную прочность основан на применении резонансного ультразвукового способа. Резонансная частота колебаний ультразвукового преобразователя, прижатого к поверхности ОК, зависит от акустических (коррелирующих с прочностными) свойств клеевого соединения.

О способах соединений различных деталей, особенностях получаемых конструкций, распределениях напряжений и других вопросах можно узнать, прочитав пособие