Кинжальное проплавление¶

Кинжальное проплавление — это вид локального разрушения металла при электрической дуге, при котором образуется узкий, глубокий и остроконечный прожог, по форме напоминающий лезвие кинжала. Явление относится к классу дефектов сварных соединений и возникает в процессе дуговой сварки, а также при работе электрооборудования в условиях короткого замыкания.

¶Механизм образования

Кинжальное проплавление формируется под действием сфокусированного потока энергии. В отличие от обычного проплавления, при котором ванна расплава имеет широкую и относительно плоскую форму, кинжальное проплавление характеризуется резким преобладанием глубины над шириной. Основной причиной является высокая плотность тока и концентрация тепловой энергии на малой площади.

В процессе сварки столб дуги сжимается, что приводит к росту температуры в центральной зоне. Металл испаряется, создавая узкий канал — так называемый парогазовый кратер. Давление паров металла и плазменного потока вытесняет жидкую фазу в стороны и вверх, что позволяет дуге проникать вглубь основного металла. При затвердевании расплава формируется характерный клиновидный профиль сечения.

¶Виды и условия возникновения

Кинжальное проплавление встречается в нескольких формах:

• Глубокое проплавление при сварке — возникает при использовании концентрированных источников нагрева: плазменной дуги, электронного луча, лазера. В этих случаях явление считается технологически полезным, так как позволяет сваривать толстые листы за один проход без разделки кромок.
• Дефект при ручной дуговой сварке — происходит при чрезмерной силе тока, малой скорости перемещения электрода или неправильном выборе полярности. Образуется в корне шва, часто сопровождается непроваром и трещинами.
• Пробой в электрических аппаратах — возникает при отключении токов короткого замыкания в контакторах, рубильниках и разъединителях. Электрическая дуга проплавляет контактные поверхности, образуя кратеры и острые выступы, что ускоряет износ аппарата.

¶Последствия для сварного соединения

Кинжальное проплавление при сварке считается опасным дефектом, поскольку оно нарушает геометрию шва и создаёт концентраторы напряжений. Характерные последствия:

• снижение механической прочности соединения;
• образование горячих трещин в зоне термического влияния;
• ухудшение коррозионной стойкости;
• трудность контроля качества из-за скрытых внутренних полостей.

При сварке ответственных конструкций (трубопроводы, сосуды под давлением, мостовые конструкции) наличие кинжального проплавления не допускается и требует вырезки дефектного участка и повторной сварки.

¶Положительное применение

В ряде технологических процессов кинжальное проплавление используется целенаправленно. К ним относятся:

• Лазерная сварка — узкий глубокий шов обеспечивает минимальные деформации и высокую скорость процесса.
• Электронно-лучевая сварка — позволяет соединять детали толщиной до 200 мм без многопроходных операций.
• Плазменная резка — формирует узкий рез с чистой кромкой.

В этих случаях явление называют «эффектом глубокого проплавления» и оно является основой производительных технологий.

¶Методы предотвращения

Для исключения нежелательного кинжального проплавления при дуговой сварке применяются следующие меры:

• ограничение сварочного тока в соответствии с толщиной металла;
• увеличение скорости сварки;
• использование электродов с покрытием, стабилизирующим дугу;
• применение колебательных движений электрода (поперечные колебания);
• подбор оптимальной полярности и рода тока.

При проектировании электрических аппаратов защиту от проплавления обеспечивают дугогасительные камеры, магнитное дутьё и применение износостойких контактных материалов (серебро, медь с графитовой смазкой).

¶Диагностика

Выявление кинжального проплавления проводится методами неразрушающего контроля: ультразвуковой дефектоскопией, радиографическим контролем, а также визуальным осмотром после разрезания шва. На рентгеновских снимках дефект выглядит как узкая тёмная полоса, сужающаяся книзу. При металлографическом анализе на шлифе виден клиновидный профиль с острым концом, уходящим в основной металл.

¶Источники

• Николаев Г. А., Ольшанский Н. А. «Сварные конструкции. Прочность и деформации».
• Фролов В. В. «Технология сварки плавлением и термической резки».
• Смирнов В. П. «Дефекты сварных швов и методы их устранения».
• Справочник по электрическим аппаратам под ред. Родштейна Л. А.