IX. Виды дефектов и особенности

Намагничивания для разных

Уровней чувствительности

Виды дефектов, обнаруживаемых магнитопорошковым методом

По природе образования дефекты металла, выходящие на поверхность, подразделяются на возникающие из-за поро­ков основного металла типа расслоений, трещин, сульфидных включений, раковин, плен, закатов и др.; дефекты формирования: непровары, подрезы, прожоги, неравно­мерная ширина и высота шва, наплывы и др.; трещины, шлаковые и газовые включения, выплески, царапины.

Распространены дефекты, выявляемые магнитными методами, связанные с нарушением технологии сварки и термообработки: непровары, прожоги, выплески, шлако­вые и газовые включения, трещины, подрезы, дефекты структуры и закалки.

Трещины — это разрывы металла шва либо основного металла, создающие резкую концентрацию внутренних нап­ряжений. Они обычно недопустимы. Трещины разделяются по размерам (макро- и микроскопические), по расположе­нию (продольные, поперечные) в шве, в зоне термического влияния и в основном металле, а также по происхождению (горячие, холодные и усталостные).

Горячие (кристаллизационные) трещины могут обра­зовываться в период кристаллизации металла в интервале температур 1400...950°С для стали вследствие повышенной хрупкости металла в твердо-жидком состоянии и действия растягивающих напряжений.

Горячие трещины возникают при сварке в околошовной лоне, чему способствуют вредные примеси металла, высокая погонная тепловая энергия, малая глубина проплавления металла и т. д.

Особую группу составляют холодные трещины, возни­кающие при температуре 300...100°С и ниже, располагаясь по телу кристаллов металла. Появление их связано с обра­зованием структур закалки, которые наблюдаются при сварке углеродистых, низко - и среднелегированных, а также некоторых высоколегированных сталей. Наиболее часто они располагаются в околошовной зоне. В отличие от го­рячих, холодные трещины имеют меньшую ширину раск­рытия, что затрудняет выявление их внешним осмотром.

Усталостные трещины могут появиться в конструк­циях, длительно работающих в условиях динамических и знакопеременных нагружений. На поверхности зоны, ра­ботающей со знакопеременными нагрузками, до появления усталостных трещин появляются поля, аналогичные полям рассеяния над дефектами. Кроме того, в сварных соедине­ниях также могут иметь место различного рода сварочные дефекты. Приведем основные из них.

Дефекты структуры сварных соединений, выходящие на поверхность. Это разная зернистость, пережог металла, отклонение химического состава шва от установленных зна­чений, наличие в металле сварного соединения структур закалки, фосфидных и нитридных включений.

Непровары образуются при недостаточном токе, чрез­мерно большой скорости сварки, неточном направлении электродной проволоки или неправильной манипуляции электродом.

Отсутствие сплавления между основным металлом и металлом сварочной ванны по периметру разделки шва на­зывают несплавлением. Этот дефект сопровождается под­резами на границе шва и увеличенным усилием валика сварного соединения. Подрезы в большинстве случаев заполнены шлаком.

Наплывы могут образовываться при малой скорости сварки или чрезмерной подаче электрода в случаях смеще­ния электрода от осевой линии шва. Они могут быть при сварке «на подъем», в вертикальном положении или вы­полнении горизонтальных швов на вертикальной плоскости.

Углубления по поверхности шва, образующиеся благо­даря вытеснению металла, называют кратерами. Наиболее глубокие и протяженные кратеры возникают при автома­тической многодуговой сварке под флюсом. Кратеры часто имеет радиально расходящиеся трещины.

Часто на поверхность выходят поры — пустоты, возникающие при наличии в сварочной ванне газов, глав­ным образом, водорода и азота. Растворимость водорода и азота, например, в низкоуглеродистой стали, резко падает при ее затвердении (азота в 4, водорода в 1,7 раза). При этом образовываются сквозные поры, пронизывающие всю толщину шва, поверхностные либо внутренние микроско­пические или до нескольких миллиметров пустоты.

Наиболее эффективный метод борьбы с пористостью — устранение причин их вызывающих, и строгое соблю­дение технологической дисциплины при выполнении под­готовительных, сборочных и сварочных работ.

Шлаковые включения располагаются по границе сплавле­ния основного металла с наплавленным, вызывая непровары и несплавления. Они могут пронизывать всю толщину шва.

При дуговой сварке возникают подрезы — выемки в основном металле вдоль краев шва, выплавляющиеся при сварке. Подрезы в угловых соединениях и в стыковых со­единениях с разделкой кромок указывают на чрезмерную ширину провара ввиду повышенного тока и напряжения дуги.

По величине эффективного диаметра дефектов округ­лого сечения или ширине раскрытия щелевидных каналов сквозные дефекты можно подразделить на обыкновенные (>0,5), макро- (0,5...2*10⁴ мм) и микрокапиллярные.

Опасны все перечисленные выше дефекты. Однако на­иболее опасными из них являются трещины, особенно тре­щины усталости, ориентированные поперек детали. Трещины усталости легко можно отличить от других дефектов по месту характерного их расположения и по фор­ме осевшего порошка. Как ранее упоминалось, они возни­кают преимущественно в характерных участках детали, имеют вид резкоочерченных плотных линий из осевшего порошка даже при слабом намагничивании детали.

Часто источником трещин усталости на сварных узлах и деталях являются: непровар, а также мелкие трещины на кратере и в конце сварного шва, не заваренные при изго­товлении. Поэтому все сварные детали ответственного наз­начения подвергают при ремонте тщательному магнитопорошковому контролю.

Трещины на цементированных хромированных повер­хностях. При эксплуатации деталей с азотированной и це­ментированной поверхностями иногда происходит растрескивание хрупкого поверхностного слоя. Трещины в основном бывают двух типов:

трещины, возникающие от ударов по детали, при правке деталей или при действии изгибающих нагрузок эксплуатации;

термические трещины, возникающие на поверхностях трения.

В последнем случае трещины по внешнему виду похожи на шлифовочные и наблюдаются, когда трущиеся детали работают при недостаточной смазке. В результате этого по­верхность нагревается до высокой температуры и тогда происходит заедание или частичное разрушение одной детали, скользящей по поверхности другой.

Дефекты, возникшие при сварке, шлифовании и тер­мической обработке. Зона термического влияния начина­ется непосредственно у шва, где металл имеет твердо-жидкое состояние, и заканчивается участком основ­ного металла, где температура составляет 100...500°С. Практически все виды повышенного локального разогрева сопряжены с трещинообразованием.

В табл. 11 собрана информация об основных причинах образования трещин.

Шлифовочные трещины возникают из-за повышенного неравномерного местного нагрева шлифуемой поверхности детали. Наиболее склонны к образованию этих трещин це­ментированные, азотированные и закаленные детали из ле­гированных и малоуглеродистых сталей. При неправильно подобранных режимах шлифования на поверхности хро­мированных деталей, как правило, появляются шлифовоч­ные трещины.

Шлифовочные трещины легко отличить от трещин дру­гих видов: они тонкие, неглубокие (от десятитысячных до десятых долей миллиметра), располагаются на поверхности группами в виде сетки или тонких линии поперек направ­ления шлифовки.

Они резко понижают усталостную прочность деталей, у оснований зубьев шестерен, шлицев, у отверстий, на по­верхности галтелей, на обоймах подшипников, местах кон­центрации напряжений и т.д.

Закалочные трещины возникают при охлаждении де­талей в результате действия внутренних напряжений. Они могут возникать и позже в деталях, длительное время не подвергавшихся отпуску, уменьшающему внутренние напряжения.

Высокие и неравномерные внутренние напряжения при недостаточной жесткости детали вызывают ее коробление. Если же в детали имеются ослабленные сечения, то могут возникнуть и трещины. Наиболее вероятные места зарож­дения закалочных трещин — это места с резким изменением сечения, острые углы и подрезы.

Причиной образования трещин могут служить и дефек­ты материала (волосовины, шлаковые включения, флокены), ковочные трещины или несоблюдение режимом термической обработки деталей.

Таблица 11. Причины образования трещин в сварных соединениях

Характеристика трещины

Возможные причины образования

1. Кристаллизационные трещины «горячие» зарождаются в процессе кристаллизации, после охлаждения до 1100...1200°С. В пере­ходной зоне от шва к основному материалу возникают извилистые, в изломе имеющие темный цвет, сильно окисленные но грани­цам зерна, сквозные и песквозные трещи­ны. 2. Трещины в шве профильные или попе­речные, в изломе темного цвета — сильно окисленные или светлые с цветами побежа­лости 3. Трещины в кратере, который образуется в результате выдувания электрической ду­гой расплавленного металла 4. «Холодные» трещины возникают при ос­тывании металла ниже 200^о в околошовной зоне, в металле шва и развиваются вдоль или поперек шва. 5. Мелкие трещины в шве или надрывы в переходной зоне; микротрещипы 6. Трещины, возникающие в процессе тер­мической обработки (закалки) могут иметь любое направление. 7. Трещины в сварных соединениях, воз­никающие при правке изделий; в изломе они светлые

Неправильная технология сварки и непроч­ная конструкция изделия Неправильно выбрана марка присадочного материала Неправильная техника сварки (неправиль­ное окончание сварки) Повышенное содержание в металле крем­ния, водорода; неправильно выбранный присадочный материал; неправильная тех­ника сварки Неудовлетворительное качество присадоч­ного материала флюса, обмазки Неправильная технология термической об­работки Неудачная технология правки изделия, ко­робление изделия

Отличительным признаком закалочных трещин явля­ется неопределенность их направления. Они выявляются хорошо даже при слабом намагничивании, так как материал закаленных деталей имеет достаточно высокие значения ос­таточной индукции и коэрцитивной силы, а закалочные трещины имеют большие размеры и почти всегда выходят на поверхность детали.

Закалочные трещины дают интенсивное, плотное осаждение порошка в виде ломаных, извилистых линий, идущих в различных направлениях. Четкие и рельефные рисунки осажденного порошка, получающиеся над закалочными трещинами, позволяют отличить их от других дефектов.

Надрывы, возникающие в результате деформации ме­талла. Надрывы — это неглубокие трещины, возникающие на деталях в результате деформации металла, например, при накатке резьбы, изготовлении пружин. При холодной штамповке деталей могут возникнуть трещины в местах рез­ких перегибов, особенно когда материал имеет недостаточно высокие пластические свойства.

Ковочные трещины при металлографическом анализе на стальных деталях легко можно отличить от закалочных вследствие наблюдаемого обезуглероживания стали по их границе. Ковочные и штамповочные поверхностные трещи­ны выявляются магнитным методом также хорошо, как и закалочные — в виде четких, рельефных линий, имеющих самые разнообразные направления на поверхности детали.

Флокены представляют собой мелкие трещины длиной от 20...30 мм разнообразного направления, залегающие преимущественно во внутренних, более глубоких зонах стальных поковок.

Флокены являются опасными дефектами. Присутствие их в стали резко отражается на ее механических свойствах, особенно если направление действия сил не совпадает с плоскостью залегания флокенов.

На деталях они могут быть обнаружены магнитным ме­тодом только в том случае, если они выходят на поверхность или залегают неглубоко под ней. При магнитопорошковом контроле флокены выявляются в виде отдельных прямолинейных или искривленных черточек длиной от 1 до 25...30 мм, расположенных в большинстве случаев группами и име­ющих разнообразное направление. Флокены обычно сос­редоточены в центральной части заготовки в виде семейства гонких и коротких трещинок. В периферийном слое фло­кены отсутствуют.

Неметаллические раскатанные шлаковые и другие включения представляют собой: продукты реакций раскис­ления, протекающих в ванне и в ковше при выплавке и разливке стали; шлаки, растворенные при высоких темпе­ратурах в металле и выделяющиеся из него при понижении температуры в виде включений MnO; FeO; FeS и др.

Волосовины — это тонкие нити неметаллических вклю­чений или газовых пузырей, вытянутых вдоль волокон ме­талла при его ковке, прокате или протяжке. Волосовины прямолинейные и вытянуты в направлении прокатки.

На некоторых деталях, работающих на растяжение или изгиб, допускается небольшое количество продольных во­лосовин и шлаковых включений. В местах концентрации напряжений (на галтелях, острых углах, у масляных отверстий) их не допускают.

Расслоения образуются при прокатке слитков, внутри которых имеются усадочные раковины, большие участки неметаллических включений или плены, т.е. окисленные слои металла. При прокатке включения, раковины, плены раскатываются и образуют расслоения.