Возникновение газовых пор наиболее вероятно в сварных швах алюминиевых, титановых сплавов и в меньшей степени в сталях. Если поры не окисленные (в алюминиевых сплавах) и не сопровож­даются окисными пленками, непроварами, то они имеют сферическую форму. Поры, сопровождающиеся окисными пленками, не имеют правильной геометрической формы. Слившиеся поры и поры, выходящие на поверхность со стороны проплава, также, как пра­вило, сопровождаются окисными пленками. В конструкциях из
углеродистых сталей поры в большинстве случаев имеют трубчатую форму. Причины образования пор различные, но в большинстве случаев они возникают при плохой зачистке свариваемых кромок и при повышенном содержании влаги в сварочных материалах. Пористость возникает на плохо смачиваемых поверхностях раздела фаз, сосредоточенных по линии сплавления, где всегда имеются вакансии, микропоры, посторонние тугоплавкие частицы. Они являются стимуляторами пористости [8]. На образование пор оказывают влияние и конструктивные особенности сварного сое­динения [3].

При неполном проплавлении поры концентрируются в районе непровара в виде цепочки, при полном проплавлении — по линии сплавления. При сварке на остающейся подкладке — по линии сплавления у зазора между свариваемой пластиной и планкой. При автоматической сварке цветных металлов плавящимся электро­дом часто образуются наплывы жидкого металла на твердый. В этом случае поры образуются на границе наплыва с поверхностью основного металла. При сварке, встык пористость всегда больше, чем при наплавке [З, 1].

При оценке влияния пористости на механические свойства сварных соединений необходимо располагать данными о чувстви­тельности металла шва в сварном соединении к концентраторам- дефектам в зоне дефекта (см. раздел 1), а также значениями теоре­тических коэффициентов концентрации напряжений пор Кп и теоре­тическими коэффициентами концентрации формы шва Кф. Кон­центрация напряжений в сварных швах с порами зависит от типа пористости, характера распределения пористости в шве и геометри­ческой формы пор. С этих позиций в сварных конструкциях следует различать: единичную пористость (расстояние между порами больше трех диаметров наибольшей поры), пористость в виде цепо­чек (не слившиеся поры с расстоянием между ними меньше трех диаметров поры), скопление неслившихся пор и слившиеся поры, которые, как правило, сопровождаются окисными пленками.

Для сферических (единичных) пор, не выходящих на поверхность, теоретический коэффициент концентрации составляет Кп = 2,05 [4]. Поры, сопровождающиеся окисными пленками, а также слившиеся цепочки или скопления пор следует рассматривать как мелкие несплавления, для которых теоретический коэффициент концентра­ции можно принять как для мелкой выточки К = 3 ч - 6 [6]. Теоре­тический коэффициент концентрации формы шва Кф зависит от геометрии шва. Наименьшей концентрацией напряжений обладают стыковые швы по сравнению с угловыми. Принято считать, что теоретический коэффициент концентрации стыковых швов с усиле­нием и подварочным швом или прорлавом при растяжении состав­ляет /Сф = 1,5 1,6 [7]. Однако этот коэффициент существенно

зависит от технологии сварки и толщины свариваемого материала,

б Под ред. Куркина С. А.

Технология сварки и толщина оказывают влияние главным образом на величину радиуса сопряжения р между усилением (проплавом) и поверхностью основного металла (рис. 9). Ширина шва 2 b и вы­сота усиления (проплава) изменяют Кф в меньшей степени. Зная радиус перехода р и ширину шва (проплава) в стыковом шве, которые в конструкции легко замерить, можно определить теоре­тический коэффициент концентрации формы шва по зависимости

Кф = f(^)> показанной на рис. 9 [5]. Наибольшая концентрация

в стыковом шве создается со стороны проплава (подварочного шва), особенно при сварке на формирующих подкладках или при сварке навесу. Самая неблагоприятная форма стыкового шва с позиции концентрации напряжений образуется при сварке на остающейся

подкладке. Применять такие швы в конструкциях, работаю­щих при переменных нагрузках, не рекомендуется. В стыковых швах сплава АМгб толщиной 4—10 мм (автоматическая сварка в аргоне на формирующей под­кладке с присадкой АМгб) наи­большая величина коэффициента концентрации Кф имеет место на границе проплава и основ­ного металла, со стороны форми­рующей подкладки, где радиус перехода pmin = 0,2 - г - 0,1 мм. Теоретический коэффициент концентрации по графику на рис. 9 составляет /Сф = 2,1 - г - 2,7 [5] соответственно, что больше коэф­фициента концентрации напряжений сферических единичных пор, для которых Кп = 2,05.

Следовательно, при оценке влияния пористости на прочность сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках, определяющим фактором должна являться концентрация, вызван­ная геометрической формой шва. Если теоретический коэффициент концентрации напряжений формы шва Кф будет больше коэффи­циента концентрации, вызванной порами, Кп> то в этом случае пористость не снижает несущую способность * конструкции, что видно из табл. 1, где даны эффективные коэффициенты концентра­ции напряжений Кэ стыковых соединений АМгб с различной сте­пенью пористости.

Эффективные коэффициенты получены рри испытании аксиаль­ными переменными нагрузками с характеристикой цикла R = 0,1 на базе N = 2-Ю6 циклов. Как видно из табл. 1, единичные поры d < 0,8 мм и цепочки пор d^0,5 мм по границе проплава, с про­плавом и усилением не снизили выносливость сварного соединения

1. Статическая и вибрационная прочность сварных стыковых соединений АМгб с порами при растяжении (температура испытаний +20 °С, образец: толщина 5 мм, ширина 40 мм, d — диаметр пор)

по сравнению с аналогичными соединениями без пор. В том и другом случае эффективные коэффициенты концентрации Кэ = 1,42 - т - 1,45. Снижение выносливости в стыковых соединениях с проплавом (К9 = 1,92) наблюдается при наличии единичных пор, сопровож­дающихся окисными пленками и при наличии цепочек слив­шихся пор d = 1,2-т - 1,8 мм. В этом случае коэффициент концентрации напряжений пор Кп ^ 3, а коэффициент формы шва /Сф = 2,1 - ч - 2,7. Если в сты­ковых соединениях проплав и усиление шва полностью уда­лить (Кф = 1), то при перемен­ных нагрузках даже самые мел­кие сферические поры снижают выносливость соединений. Это снижение в зависимости от ха-, рактера пористости может со­ставлять 35—60%.

Установленная закономерность на стыковых соединениях АМгб о преобладающей роли формы сварного стыкового шва при оценке влияния пористости на прочность сварных соединений при пере­менных нагрузках полно­стью применима к соедине­ниям из других материа­лов. Это можно видеть на рис. 10 [10], где результаты испытаний плоских сты­ковых образцов с пора­ми в середине шва и без пор из низкоуглеродистой стали при наличии усиле­ния шва располагаются в одной области рассеива­ния. Разрушение соедине­ний во всех случаях проис­ходило по границе пере­хода от усиления (пропла­ва) к основному металлу.

При статических нагрузках влияние пористости на прочность проявляется в значительно меньшей степени, чем при вибрационных, например для сварных швов, чувствительных к дефектам при стати­ческих нагрузках (АМгб), некоторое снижение прочности (на 10—15%) наблюдается при наличии цепочки слившихся пор d = = 1,2 -5- 1,8 мм вне зависимости от наличия или отсутствия про­
плава и усиления шва (см. табл. 1). Следовательно, слившиеся поры у границы проплава и форма проплава (усиление) при стати­ческих нагрузках по влиянию на прочность можно считать одина­ковыми. В стыковых соединениях, не чувствительных к дефектам при статических нагрузках (аустенитные стали, низкоуглероди­стые), влияние пористости еще меньше. В стыковых соединениях без усиления из указанных сталей пористость, ослабляющая сече­ние шва до 7% (к площади сечения основного металла), прочности не снижает (рис. И) [И]. У высокопрочных сталей (0В = 85 кгс/мм2) снижение прочности стыковых соединений без усиления не наблю­дается при* наличии пористости, ослабляющей сечение шва до 5% [12]. Следует иметь в виду, что пористость, ослабляющая сече­ние шва на 5—7%, возникает при очень грубом нарушении тех­нологического процесса.