Паровые котлы, экономайзеры, пароперегреватели, трубопроводы пара и горячей воды эксплуатируются в тяжёлых условиях, и на надежность их влияет множество факторов: механические свойства металла, неоднородность его структуры, наличие и характер остаточных напряжений, агрессивность среды, температура, длительность, эксплуатации ит. п.
Необходимым условием, влияющим на надежность и безопасность котлов в период эксплуатации, является обеспечение при их изготовлении, монтаже и ремонте рав — нопрочности; сварных соединений, ибо дефекты в сварных швах уменьшают расчетное сечение шва и служат концентраторами напряжений. Одновременное действие указанных факторов снижает работоспособность сварных соединений, а следовательно, может привести к повреждению или аварии. Дефекты в сварных соединениях, выполненных сваркой плавлением, можно подразделить на дефекты заготовок и сборки под сварку, а также дефекты сварки.
Дефектами заготовок и сборки изделий под сварку являются: расслоения, шлаковые включения и загрязнениягна кромках; несовпадение стыкуемых плоскостей кромок; несоблюдение допусков на величину зазора между кромками и постоянство его по всей длине кромок при сборке; несоблюдение допусков по величине притупления кромок; несоответствие указаниям чертежа и инструкции по сварке угла скоса в стыковках сварных соединений с Х-, V — и U-об — разной разделкой кромок.
Причинами этих дефектов являются несовершенство или неисправность приспособлений и оборудования, а также низкая квалификация рабочих, производящих механическую обработку. Выявленные дефекты следует устранить до сварки, чтобы они не привели к образованию дефектов сварки.
Дефекты сварки плавлением могут быть наружными и внутренними.
К наружным дефектам сварки относятся: смещение кромок соединяемых элементов; трещины всех видов и направлений, выходящие на поверхность;
Отклонение размеров и формы шва от требуемых чертежами, техническими условиями и инструкциями по сварке (высота, катет и ширина шва, равномерности усиления и прямолинейности шва);
Несоответствие чертежу взаимного расположения осей соединяемых элементов или излом;
Наплывы, подрезы, незаваренные кратеры, прожоги. и другие технологические дефекты.
Наружные дефекты выявляются внешним осмотром и измерениями сварных швов.
К внутренним дефектам относятся дефекты, расположенные в толще наплавленного металла: трещины, непровары, шлаковые включения, поры и др. Дефекты выявляются просвечиванием или ультразвуковой дефектоскопией сварных соединений.
При сварке плавлением наиболее частые дефекты формы и размеров сварных соединений — неполномерность шва, его неравномерные ширина и высота, крупная чешуйчатость, бугристость, седловины. При ручной и полуавтоматической сварке дефекты могут появиться в результате недостаточной квалификации сварщика, нарушения технологических приемов, плохого качества электродов и других сварочных материалов. При автоматической сварке" дефекты могут быть следствием колебания напряжения в сети, проскальзывания проволоки в подающих роликах, неравномерной скорости сварки из-за люфтов в механизме передвижения, неправильного угла наклона электрода, протекания жидкого металла в зазор.
Нарушение формы и размеров шва говорит о таких дефектах, как наплывы (натеки, подрезы, прожоги и незаваренные кратеры). Формы и размеры швов установлены стандартами, правилами и нормами, техническими условиями, их указывают на рабочих чертежах.
В табл. 11.1 указаны причины возникновения дефектов в сварных соединениях при ручной электродуговой и полуавтоматической сварке.
Трещины (продольные и поперечные) — дефекты сварного соединения в виде разрыва в самом шве или околошовной зоне. Трещины в зависимости от температуры образования бывают горячие и холодные. Горячие трещины возникают в наплавленном металле в процессе кристаллизации и усадки при температуре 1100—1300 °С под действием растягивающих напряжений. Холодные трещины возникают в легированных сталях при температурах 100—300 °С, а в углеродистых сталях — при температурах менее 100 °С.
Сразу после остывания сварного шва, а иногда спустя длительный промежуток времени эти трещины образуются в зоне сварки под действием внутренних напряжений, превосходящих деформационную способность металла на данном участке.
Причины образования трещин в процессе сварки определяются многими факторами:
Значительными температурными напряжениями, возникающими в зоне сварки, т. е. в зоне теплового режима сварки, определяющего нагрев и охлаждение металла;
Марками свариваемых материалов, характеризующимися химическим составом, теплофизическими свойствами, структурой и способом выплавки. Сталь, выплавленная конвертерным способом, более склонна к образованию трещин, чем мартеновская. Повышенное содержание углерода, серы, фосфора, марганца, хрома и никеля способствует образованию трещин внутри сварного шва.
Быстрый отвод теплоты от зоны сварки в условиях отрицательных температур, а также при сварке на ветру и в случае воздействия осадков способствует образованию трещин.