В силу разных причин сварные соединения могут иметь дефекты, влияющие на их прочность. Все виды дефектов швов подразделяют на три группы:
- наружные, к основным из которых относятся: трещины, подрезы, наплывы, кратеры;
- внутренние, среди которых чаще всего встречаются: пористость, непровары и посторонние включения;
- сквозные - трещины, прожоги.
Причинами возникновения дефектов могут быть различные обстоятельства: низкое качество свариваемого металла, неисправное или некачественное оборудование, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки или неправильный выбор режима, недостаточная квалификация сварщика.
Основные дефекты сварки, их характеристика, причины возникновения и способы исправления
Трещины . Это наиболее опасные дефекты сварки, способные привести к практически мгновенному разрушению сваренных конструкций с самыми трагическими последствиям. Трещины различаются по размерам (микро- и макротрещины) и времени возникновения (в процессе сварки или после нее).
Чаще всего причиной образования трещин является несоблюдение технологии сварки (например, неправильное расположение швов, приводящее к возникновению концентрации напряжения), неверный выбор сварочных материалов, резкое охлаждение конструкции. Способствует их возникновению также повышенное содержание в шве углерода и различных примесей - кремния, никеля, серы, водорода, фосфора.
Исправление трещины заключается в рассверливании ее начала и конца, с целью исключения дальнейшего распространения, удалении шва (вырубанию или вырезанию) и заваривании.
Подрезы . Подрезы - это углубления (канавки) в месте перехода "основной металл-сварной шов". Подрезы встречаются довольно часто. Их отрицательное действие выражается в уменьшении сечения шва и возникновении очага концентрации напряжения. И то и другое ослабляет шов. Подрезы возникают из-за повышенной величины сварочного тока. Чаще всего этот дефект образуется в горизонтальных швах. Устраняют его наплавкой тонкого шва по линии подреза.
Наплывы . Наплывы возникают, когда расплавленный металл натекает на основной, но не образует с ним гомогенного соединения. Дефект шва возникает по разным причинам - при недостаточном прогреве основного металла вследствие малого тока, из-за наличия окалины на свариваемых кромках, препятствующей сплавлению, излишнего количества присадочного материала. Устраняются наплывы срезанием с проверкой наличия непровара в этом месте.
Прожоги . Прожогами называют дефекты сварки, проявляющиеся в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. При этом обычно с другой стороны образуется натек. Прожоги возникают из-за чрезмерно высокого сварочного тока, недостаточной скорости перемещения электрода, большого зазора между кромками металла, слишком малой толщины подкладки или ее неплотного прилегания к основному металлу. Исправляют дефект зачисткой и последующей заваркой.
Непровар . Непровары - это локальные несплавления наплавленного металла с основным, или слоев шва между собой. К этому дефекту относят и незаполнение сечения шва. Непровары существенно снижают прочность шва и могут явиться причиной разрушения конструкции.
Дефект возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.
Кратеры . Это дефекты в виде углубления, возникающего в результате обрыва сварочной дуги. Кратеры снижают прочность шва из-за уменьшения его сечения. В них могут находиться усадочные рыхлости, способствующие образованию трещин. Кратеры надлежит вырезать до основного металла и заварить.
Свищи . Свищами называют дефекты швов в виде полости. Как и кратеры, они уменьшают прочность шва и способствуют развитию трещин. Способ исправления обычный - вырезка дефектного места и заварка.
Посторонние включения . Включения могут состоять из различных веществ - шлака, вольфрама, окислов металлов и пр. Шлаковые включения образуются тогда, когда шлак не успевает всплыть на поверхность металла и остается внутри него. Это происходит при неправильном режиме сварки (завышенной скорости, например), плохой зачистке свариваемого металла или предыдущего слоя при многослойной сварке.
Вольфрамовые включения возникают при сварке вольфрамовым электродом, окисные - из-за плохой растворимости окислов и чрезмерно быстрого охлаждения.
Все виды включений уменьшают сечение шва и образуют очаг концентрации напряжения, снижая тем самым прочность соединения. Дефект устраняют вырезкой и завариванием.
Пористость . Пористость - это полости, заполненные газами. Они возникают из-за интенсивного газообразования внутри металла, при котором газовые пузырьки остаются в металле после его затвердевания. Размеры пор могут быть микроскопическими или достигать нескольких миллиметров. Нередко возникает целое скопление пор в сочетании со свищами и раковинами.
Возникновению пор способствует наличие загрязнений и посторонних веществ на поверхности свариваемого металла, высокое содержание углерода в присадочном материале и основном металле, слишком высокая скорость сварки, из-за которой газы не успевают выйти наружу, повышенная влажность электродов. Как и прочие дефекты, пористость снижет прочность сварного шва. Зону с ней необходимо вырезать до основного металла и заварить.
Перегрев и пережог металла . Пережог и перегрев возникают из-за чрезмерно большого сварочного тока или малой скорости сварки. При перегреве размеры зерен металла в шве и околошовной зоне увеличиваются, в результате чего снижаются прочностные характеристики сварного соединения, главным образом - ударная вязкость. Перегрев устраняется термической обработкой изделия.
Пережог представляет собой более опасный дефект, чем перегрев. Пережженный металл становится хрупким из-за наличия окисленных зерен, обладающих малым взаимным сцеплением. Причины пережога те же самые, что и перегрева, а кроме этого еще и недостаточная защита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха. Пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
При сварке различных металлических конструкций качество выполненных на них сварных соединений имеет особо важное значение.
Наряду с механическими свойствами и коррозионной стойкостью сварных соединений к числу важнейших факторов, определяющих работоспособность сварных конструкций, относится отсутствие дефектов в сварном шве, зоне сплавления и зоне термического влияния.
Дефекты сварных соединений при сварке плавлением подразделяются на:
Дефекты подготовки и сборки;
Дефекты формы шва;
Дефекты строения металла сварных соединений (наружные и внутренние).
Дефекты подготовки и сборки чаще всего обусловлены:
Нарушениями геометрии скоса кромок шва;
Непостоянством зазора между кромками по длине стыкуемых элементов;
Несовпадением плоскостей стыкуемых деталей.
Дефекты формы шва (подрезы, наплывы, прожоги, усадочные канавки и др.) прежде всего обусловлены:
Неравномерной шириной швов, образующихся при нарушении техники движения электродом;
Неравномерностью зазора кромок при сборке, неравномерностью выпуклостей по длине шва, местных утолщений и впадин (прежде всего они зависят от неудовлетворительного качества электродов при ручной сварке и нестабильности работы механизма автомата при автоматической сварке).
Для студентов сварочных специальностей необходимо четко знать характерные виды дефектов (наружные и внутренние), причины их образования и способы предупреждения и устранения; влияние различных дефектов на свойства сварного соединения.
Приведенные иллюстрации (схемы и фотографии) дефектов позволяют быстро и надежно визуально идентифицировать вид дефекта, установить причины появления и оперативно принять меры по его устранению.
Дефекты сварки плавлением классифицируют по месту расположения на поверхностные, внутренние и сквозные.
К поверхностным дефектам относят:
‑ непровары в корне шва;
Подрезы; наплывы;
Кратеры; занижение (ослабление) лицевой поверхности шва;
Вогнутость корня шва;
Смещение сваренных кромок;
Резкий переход от шва к основному металлу (неправильное сопряжение сварного шва);
Брызги металла; поверхностное окисление; поверхностные трещины.
К внутренним дефектам относят:
Поры; включения;
Оксидные плёнки;
Внутренние трещины;
Непровары по кромке с основным металлом и между отдельными слоями;
К сквозным дефектам относят трещины и прожоги.
Помимо дефектов – несплошностей к дефектам сварки плавлением относят: искажение формы соединения, связанное с деформацией, и несоответствие геометрических размеров сварного шва или точек, регламентированным значениям, установленным НТД (нормативно-технической документацией).
В ГОСТ 30242-97 приведены классификация, обозначения и краткое описание дефектов сварных соединений, даны трехзначное цифровое обозначение дефектов и четырехзначное обозначение их разновидностей, буквенное обозначение дефектов, наименование дефектов на русском, английском и французском языках, поясняющий текст, рисунки, дополняющие определения.
При выборе методов и средств контроля соединений, выполненных сваркой, необходимо иметь четкое представление о характере дефектов и причинах их появления. Наиболее характерные дефекты, возникающие при сварке плавлением, указаны в табл. 21.1.
Таблица 21.1. Дефекты, возникающие при сварке плавлением
| Дефекты | Определение дефекта (ГОСТ 2601-84) | Причины образования дефектов | Особенности дефекта и способы исправления и исключения его образования |
| Непровары: - в корне шва; - между отдельными слоями; - по кромке с основным металлом (ОМ). | Дефект в виде местного несплавления вследствие неполного расплавления свариваемых кромок или поверхностей ранее выполненных валиков. | - малая погонная энергия; - неудовлетворительная подготовка поверхностей; - неправильная форма разделки; - большая величина притупления; - малые зазоры; - смещение электрода; - некачественная зачистка шва после выполнения прохода. | Наиболее характерны при сварке алюминиевых сплавах и под слоем флюса. Является концентраторами напряжений. Трудно выявляются в кольцевых швах трубопроводов. Исправление-удаление корневой части шва с последующей подваркой за один или несколько проходов. |
| Прожоги: - одиночные; - протяженные; - дискретные | Дефект в виде сквозного отверстия, образовавшийся в результате вытекания сварочной ванны | - большая погонная энергия; - увеличенный зазор; малая величина притупления; - большое смещение кромок; - коробление кромок и отставание их от подкладки при сварке | Недопустимый дефект. Может быть устранен путем механической выборки (фрезами) и последующей заварки в вертикальном положении. |
Продолжение таблицы 21.1.
| Кратеры | Дефекты в виде воронкообразного углубления, образовавшегося в результате внезапного прекращения сварки или быстрого отключения сварочного тока | - на сварочном оборудовании отсутствует или выключена функция «заварки кратера». Низкая квалификация сварщика, нарушение техники сварки. | Ослабление сечения. Сопровождается усадкой и трещинами усадочного происхождения. Концентратор напряжения. Исправление – удаление дефектного участка и заварка. При автоматической сварке используют технологические планки для вывода кратера или плавное отключение тока |
| Наплывы на сварном соединении | Дефект в виде натекания жидкого металла на поверхность основного или ранее выполненного валика без сплавления с ним. | - большой ток; - большая скорость сварки; - длинная дуга (повышенное напряжение); - смещение электрода; - большая скорость подачи присадочной проволоки; - наклон электрода (неправильное ведение). | Возникает с лицевой стороны соединения или с обратной стороны из-за некачественного поджатия к подкладке и, как правило, при сварке в горизонтальном и вертикальном положении, а также на спуск и на подъём. Концентратор напряжения. Исправляется механической обработкой. |
| Подрезы зоны сплавления: - односторон- ний; - двухсторон-ний | Дефекты в виде протяженного углубления вдоль линии сплавления основного металла и шва. | - большой ток; - большая скорость; - длинная дуга; - наклон электрода (неправильное ведение). - Низкая квалификация сварщика, нарушение техники сварки. | Как правило, возникает при сварке концентрированными источниками в режиме глубокого проплавления, а также при сварке угловых швов. Концентратор напряжения. Ослабление сечения. Исправление –механическая зачистка и подварка «ниточным» швом по всей длине подреза. |
Продолжение таблицы 21.1.
| Неплавное сопряжение сварного шва с ОМ | Дефект в виде резкого перехода поверхности сварного шва к основному металлу. | - несоблюдение техники сварки; - большая скорость подачи присадочной проволоки. | Концентратор напряжения. Возникает при чрезмерной высоте усиления наружного шва. Исправление – обработка механическим способом. |
| Брызги металла | Дефект в виде затвердевших капель жидкого электродного металла на поверхности сварного соединения. | - несоблюдение техники и режимов сварки; - длинная дуга; - непрокаленные или некачественные электроды. | Возникает при сварке толстопокрытыми электродами, при МП сварке в СО 2 , и электроннолучевой сварке с глубоким проплавлением. Исправление – механическая зачистка. |
| Вогнутость корня шва | Дефект в виде углубления на обратной поверхности сварного одностороннего шва. | - неправильная подготовка и сборка кромок под сварку; -несоблюдение техники сварки. | Возникают при сварке стыковых и угловых шва в потолочном положении. Ослабление сечения шва. Исправление – подварка со стороны ослабления шва. |
| Занижение шва | Дефект в виде провисания сварного шва. | - большой зазор; - большой угол разделки кромок; - несоблюдение техники сварки. | Возникает при большой погонной энергии сварки; Исправление – подварка на более мягких режимах. |
| Смещение сваренных кромок | Дефект в виде несовпадения сваренных кромок по высоте из-за некачественной сборки сварного соединения. | - нарушение технологии сборки; - не проведен пооперационный контроль. | Возникает, как правило, при сварке стыковых соединений. Концентратор напряжения. Исправление – подварка с обеспечением плавного перехода к основному металлу. |
Продолжение таблицы 21.1.
| Свищ сварного шва | Дефект в виде несквозного углубления в сварном шве. | - некачественный основной металл; - нарушение защиты сварочной ванны. | Сопровождает поры и трещины, выходящие на поверхность. Наиболее часто возникают при МП сварке в СО. Исправление – разделка с последующей подваркой. |
| Поверхностное окисление сварного соединения | Дефект в виде окисной пленки с различными цветами побежалости на поверхности сварного соединения. | - малый расход защитного газа; - наличие примесей в защитном газе; - загрязнение поверхности сопла; - неправильно подобранный диаметр сопла и расстояние его от поверхности металла; - отсутствие дополнительных защитных козырьков. | Возникает при сварке высоколегированных сталей и активных металлов. Исправление – механическая зачистка и химическая обработка поверхности сварного соединения. |
| Трещины: - поверхност-ные; - внутренние; - сквозные; - продольные; - поперечные; - разветвлён-ные. | Дефект в виде разрыва в объёме сварного шва или по линии сплавления с основным металлом. Могут выходить в околошовную зону. | - жесткая конструкция изделия; - сварка в жестко закрепленных приспособлениях; - большой время между сваркой и термообработкой; - большая скорость охлаждения; - ошибка в проектировании сварного шва (близко расположенные концентраторы); - нарушение технологии (температура подогрева, порядок наложения швов); - нарушение защиты; - некачественный основной металл (ОМ). | Наиболее опасный и недопустимый дефект. Исправление – предварительная засверловка концов трещины. Выборка трещины на всю глубину с обеспечением необходимой подготовки кромок (разделки) с последующей подваркой за один или несколько проходов. После исправления необходимо проведение неразрушающего контроля отремонтированного участка. |
Окончание таблицы 21.1.
| Поры сварного шва: -одиночные; -рассеянные; -скопления; -цепочка. | Дефект сварного шва в виде полости округлой или продолговатой формы заполненной газом. | - влажный флюс; - отсыревшие электроды; - некачественная подготовка свариваемых кромок и поверхности сварочной проволоки; - увеличенный диаметр электрода; - длинная дуга; - увеличенная скорость сварки; - некачественная защита; - некачественный основной металл. | Как правило, возникает при сварке алюминиевых и титановых сплавов, в глубоких стыковых швах, при затруднении дегазации. Ослабление сечения. Снижение герметичности. Исправление – единичные допустимые поры оставляют, во всех остальных случаях дефектный участок выбирается до качественного ОМ с последующей подваркой за один или несколько проходов. |
| Включения: - шлаковые; - оксидные; - нитридные; - вольфрамо-вые. | Дефекты в виде неметаллических частиц или инородного металла в металле шва. | - некачественная подготовка поверхности; - некачественный основной металл; - нарушение технологии сварки; - нарушение защиты. | Имеют сферическую или продолговатую форму, а также располагаются в виде прослоек. Концентраторы напряжения. Исправление – удаление с последующей подваркой. |
В соответствии с указанным стандартом дефекты подразделяются на шесть групп, в основном по их форме и месту расположения в сварном соединении (табл. 21.2):
1. трещины;
3. твердые включения;
4. несплавления и непровары;
5. нарушения формы шва;
6. прочие дефекты.
Таблица 21.2. Виды дефектов (в соответствии с ГОСТ 30242-97)
Продолжение таблицы 21.2.
| Микротрещина | Трещина, имеющая микроскопические размеры, которую обнаруживают физическими методами не менее чем при 50-кратном увеличении. |
| Продольная трещина | Трещина, ориентированная параллельно оси сварного шва. Она может располагаться в металле сварного шва, на границе сплавления, в зоне термического влияния, в основном металле. |
| Поперечная трещина | Трещина, ориентированная поперек оси сварного шва. Она может располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле. |
| Радиальные трещины | Трещины, радиально расходящиеся из одной точки. Они могут быть в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле. |
| Трещина в кратере | Трещина в кратере сварного шва, которая может быть продольной, поперечной, звездообразной. |
| Раздельные трещины | Группа трещин, которые могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле. |
| Разветвленные трещины | Группа трещин, возникших из одной трещины. Они могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле. |
| Группа 2. Поры | |
| Газовая полость | Полость произвольной формы, образованная газами, задержанными в расплавленном металле, которая не имеет углов. |
| Газовая пора | Газовая полость обычно бывает сферической формы |
| Равномерно распределенная пористость | Группа газовых пор, распределенных равномерно в металле сварного шва. Следует отличать от цепочки пор. |
| Скопление пор | Группа газовых полостей (более двух), расположенных кучно с расстоянием между ними менее трех максимальных размеров большей из полостей. |
| Цепочка пор | Ряд газовых пор, расположенных в линию, обычно параллельно оси сварного шва, с расстоянием между ними менее трех максимальных размеров большей из пор. |
| Продолговатая полость | Несплошность, вытянутая вдоль оси сварного шва. Длина несплошности не менее чем в два раза превышает ее высоту |
| Свищ | Трубчатая полость в металле сварного шва, вызванная выделением газа. Форма и положение свища определяются режимом затвердевания и источником газа. Обычно свищи группируются в скопления и распределяются елочкой |
| Поверхностная пора | Газовая пора, которая нарушает сплошность поверхности сварного шва. |
| Усадочная раковина | Полость, образующаяся вследствие усадки во время затвердевания. |
| Кратер | Усадочная раковина в конце валика сварного шва, не заваренная до или во время выполнения последующих проходов. |
Продолжение таблицы 21.2.
| Группа 3. Твердые включения | |
| Твердое включение | Твердые инородные вещества металлического или неметаллического происхождения в металле сварного шва. |
| Шлаковое включение | Шлак, попавший в металл сварного шва. В зависимости от условий образования такие включения могут быть линейными или разобщенными. |
| Флюсовое включение | Флюс, попавший в металл сварного шва. В зависимости от условий образования такие включения могут быть линейными, разобщенными или прочими. |
| Оксидное включение | Оксид металла, попавший в металл сварного шва во время затвердевания. |
| Металлическое включение | Частица инородного металла, попавшая в металл сварного шва. Различают частицы вольфрама, меди или другого металла. |
| Группа 4. Несплавления и непровары | |
| Несплавление | Отсутствие соединения между металлом сварного шва и основным металлом или между отдельными валиками сварного шва. |
| Непровар (неполный провар) | Несплавление основного металла по всей длине шва или на участке, возникающее вследствие неспособности расплавленного металла проникнуть в корень соединения (непровар в корне шва). |
| Группа 5. Нарушение формы шва | |
| Нарушение формы | Отклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометрии соединения от установленного НТД значения. |
| Подрез непрерывный | Продольное протяженное углубление на наружной поверхности валика сварного шва по его краям, образовавшееся при сварке. |
| Усадочная канавка | Подрез со стороны корня одностороннего сварного шва, вызванный усадкой по границе сплавления. |
| Превышение выпуклости стыкового шва | Избыток наплавленного металла на лицевой стороне стыкового шва сверх установленного значения. Является концентратором напряжений. |
| Превышение выпуклости углового шва | Избыток наплавленного металла на лицевой стороне углового шва (на всей длине или на участке) сверх установленного значения. |
| Превышение проплава | Избыток наплавленного металла на обратной стороне стыкового шва сверх установленного значения. |
| Местное превышение | Местный избыточный проплав сверх установленного значения. |
| Неправильный профиль сварного шва | Отклонение размеров шва от заданных НТД значений. |
| Наплыв | Избыток наплавленного металла сварного шва, натекший на поверхность основного металла, но не сплавленный с ним. |
| Линейное смещение | Смещение между двумя свариваемыми элементами, при котором их поверхности располагаются параллельно, но не на требуемом уровне. |
Окончание таблицы 21.2.
| Угловое смещение | Смещение между двумя свариваемыми элементами, при котором их поверхности располагаются под углом, отличающимся от заданного. | |
| Натек | Металл сварного шва, осевший вследствие действия силы тяжести и не имеющий сплавления с соединяемой поверхностью. | |
| Прожог | Вытекание металла сварочной ванны, в результате которого образуется сквозное отверстие в сварном шве. | |
| Неполностью заполненная разделка кромок | Продольная непрерывная или прерывистая канавка на поверхности сварного шва из-за недостаточного заполнения присадочным материалом необходимой площади поперечного сечения. | |
| Чрезмерная асимметрия углового шва | Превышение размера одного катета над другим. | |
| Неравномерная ширина шва | ОтклонениеНеравномерная ширина шва на различных его участках, которая отличается от заданных НТД значений. от | |
| Неровная поверхность | Грубая неравномерность формы поверхности усиления шва по длине. | |
| Вогнутость корня шва | Неглубокая канавка со стороны корня одностороннего сварного шва, образовавшаяся вследствие усадки металла сварочной ванны при ее кристаллизации. | |
| Пористость в корне сварного шва | Наличие пор в корне сварного шва вследствие возникновения пузырьков во время затвердевания металла. | |
| Возобновление | Местная неровность поверхности в месте возобновления сварки. | |
| Группа 6. Прочие дефекты | ||
| Прочие дефекты | Все дефекты, которые не могут быть включены в группы 1-5. | |
| Случайная дуга (поджог) | Местное повреждение поверхности основного металла, примыкающего к сварному шву, возникшее в результате случайного зажигания или горения дуги. | |
| Брызги металла | Капли наплавленного или присадочного металла, образовавшиеся во время сварки и прилипшие к поверхности металла. | |
| Поверхностные задиры (вырывы) | Повреждение поверхности, вызванное удалением временно приваренного приспособления (технологические планки, струбцины и т. д.). | |
| Утонение металла | Уменьшение толщины металла до значения менее допустимого при механической обработке или воздействии коррозионной среды. | |
Трещины. Виды трещин
Трещины относятся к наиболее опасным дефектам и по всем нормативно техническим документам в сварных соединениях они считаются недопустимым дефектом.
Трещина это несплошность в сварном соединении в виде щелевого разрыва шва или прилегающих к нему зон.
Трещины в соответствии с ГОСТ 30242-97 подразделяются по ориентации к шву на:
Продольные, ориентированные параллельно оси сварного шва и располагающиеся в металле сварного шва, на границе сплавления, в зоне термического влияния и в основном металле (рис. 21.1 и21.2);
Поперечные, ориентированные поперек оси сварного шва и располагающиеся в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле;
Радиальные - радиально расходящиеся из одной точки и располагающиеся в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле.
По температуре образования трещины бывают следующих видов:
Горячие, возникающие в интервале температур кристаллизации жидкого металла;
Холодные, возникающие при температурах ниже интервала кристаллизации металла;
Трещины повторного нагрева.
Рис. 21.1. Продольные и поперечные трещины в металле шва
Рис. 21.2. Расположение трещин по сечению шва при электрошлаковой сварке:
а – по оси шва; б – между ветвями столбчатых кристаллов
Рис. 21.3. Трещины в изломе шва: а – выходящие на поверхность шва; б – не выходящие на поверхность шва
Рис. 21.4. Расположение трещин по сечению шва (дуговая сварка): а – трещины, не выходящие на поверхность шва; б – трещины, выходящие на поверхность шва
Сегодня сварка используется повсеместно для соединения различных металлических деталей. Она успешно используется как в промышленности, так и в частных бытовых условиях. называется неразъемное соединение деталей посредством сварки. В результате этого формируются различные участки, которые характеризуются определенным набором свойств. Все зависит от степени нагрева. Они могут различаться по физическим, химическим и механическим свойствам. Основные дефекты сварных соединений известны достаточно давно. Их следует избегать в процессе выполнения работы.
Сварка используется для соединения металлических деталей в промышленности и бытовых условиях.
Характеристика и виды сварных соединений
Перед тем как начать разговор о дефектах сварных соединений, стоит подробнее поговорить об их основных видах и характеристиках. Принцип сварки достаточно прост. Расплавленный металл образует шов, который кристаллизуется. Тот материал, который частично оплавляется, составляет зону сплавления. Рядом с этой зоной образуется та, в которой нагретый металл испытывает дополнительные напряжения. Ее называют зоной термического влияния. После этого идет основной металл. Его структура и свойства в процессе проведения работ никак не изменяются.
Классификация сварных швов по положению в пространстве.
Существует несколько основных видов сварных соединений. Наиболее распространенными среди них являются встык, внахлест, тавровые и угловые. Все они различаются между собой установкой основных материалов, расположением шва. На качества шва напрямую влияет множество самых разнообразных факторов. Могут образовываться и внутренние дефекты, и наружные. На качество швов напрямую влияет степень загрязненности металлов, которые подлежат соединению.
Здесь могут присутствовать самые разнообразные окислы, жировые пленки и так далее. Именно поэтому свариваемые поверхности обязательно нужно очищать перед проведением работ. Кстати, в процессе их проведения нужно бороться с окислами, образующимися на поверхности. В любом случае прочность конечного соединения напрямую зависит от отсутствия дефектов. Шов иногда может иметь точно такую же прочность, что и основной материал, но этого достаточно сложно достичь.
О дефектах сварных соединений
Как уже отмечалось ранее, дефекты сварных соединений могут носить самый разнообразный характер. О них обязательно нужно помнить в процессе проведения работ. Если человек имеет багаж знаний по ним, то он сможет сваривать детали, у которых будут идеальные швы. Именно к этому и нужно стремиться.
Таблица основных видов сварных соединений.
- Подрез. Это один из видов дефектов сварных соединений. Представляет собой канавку, которая образуется в месте сплавления основного металла и шва. Чаще всего такие дефекты появляются тогда, когда есть большие сварочные ванны. Имеется в виду, что расплавляется большое количество металла вследствие использования больших показателей тока.
- Наплав. Этот дефект характеризуется тем, что происходит натекание материала шва на основной металл. Очень неприятный недостаток.
- Непровар. Такой дефект сварных соединений может иметь место в тех случаях, когда образуется недостаточная расплавленность основного металла в местах соединений конструктивных элементов. Это место чаще всего заполняется шлаком, который, ввиду своей структуры, образует пористости и пустоты во швах. Это недопустимо. Конструкция сразу теряет свои свойства. Когда используется дуговая сварка, то непровар может образоваться из-за использования недостаточной силы тока. Это один из самых опасных дефектов. Связано это прежде всего с тем что в этом месте начинают образовываться дополнительные напряжения в ходе последующей эксплуатации конструкции. Это очень часто приводит к скорому ее разрушению. От этого дефекта можно избавиться. Для этого непровар выявляют, а затем производят наплавку в сложных участках.
- Трещины. Это частичное разрушение материала на шве или в зоне, которая расположена около него. Они могут образовываться по нескольким причинам. Если говорить о процессе, когда металл еще горячий, то трещины появляются в результате кристаллизации металла. В твердом состоянии с ним могут также происходить самые разнообразные структурные превращения. Это вторая причина появления подобных дефектов.
Дефекты сварных швов: несплавления, неравномерная форма, наплыв, трещины, свищи, перегрев.
Механизм образования горячих трещин достаточно прост. В ходе выполнения сварочных работ происходит нагрев металла. После того как источник тепла устраняется, он начинает постепенно охлаждаться. Разумеется, начинают образовываться и зоны кристаллизации. Они начинают плавать среди еще расплавленного металла. Если бы не было микрозон, которые позволяют осуществлять взаимодействие горячего и холодного материала, то все сварные соединения содержали бы дефекты. Однако этого не происходит. Таким образом, можно считать, что чем выше интервал кристаллизации, тем более возможно появление горячих трещин. Углерод напрямую влияет на этот показатель. Здесь прямая зависимость. Чем больше в стали углерода, тем шире становится интервал кристаллизации.
Холодные трещины могут образовываться в месте шва. Они появляются при охлаждении материала до температуры приблизительно в 200-300 градусов по Цельсию. Они могут появляться не сразу, что делает их более опасными. Связано появление холодных трещин с тем, что в материале начинают возникать различные структурные превращения вследствие тех или иных химических превращений. Здесь существует прямая зависимость от количества в материале углерода. Чем его больше, тем больше вероятность того, что появятся холодные трещины. Эта склонность к образованию холодных и горячих трещин определяет такой параметр, как свариваемость металлов. Этот параметр характеризует способность получения свариваемого соединения, ничем не отличающегося от основных материалов.
Поры и неметаллические включения
Дефекты сварных швов: кратеры, подрезы, поры, непровар, шлак, прожог.
Поры. Эти дефекты сварных соединений встречаются достаточно часто. Поры представляют собой пустоты, которые заполняются газом. Они могут иметь микроскопические размеры, а могут образовывать в структуре дефекты размером в несколько миллиметров. При этом образуются они чаще всего в местах соединения шва с основным материалом. На этот дефект оказывает влияние множество самых разнообразных параметров.
Самым главным из них является концентрация газа в варочной ванне. Газ выделяется из металла в процессе его плавления. Этот процесс никак нельзя предотвратить. Угарный газ не способен растворяться в железе, соответственно, он выделяется в виде пузырьков.
Неметаллические включения. Эти дефекты самих сварных соединений связаны с попаданием инородных включений в структуру шва в результате проведения работ.
Трещины в сварном соединении.
Существует огромное разнообразие таких включений. Шлаковые, к примеру, могут образовываться в результате недостаточной очистки материалов, которые подлежат соединению.
Их причиной может стать недостаточно полное удаление шлака при многослойной сварке. При работе, которая производится за счет плавления, образуется во шве материал, который по физическим и химическим свойствам отличается от основного металла. В связи с этим также могут образовываться подобные дефекты. Инородные включения могут носить самый разнообразный характер.
Изучение дефектов
Дефект сварки – поры, это заполнение пустот газами.
Разумеется, если есть дефекты различных сварных соединений, то их обязательно нужно изучать. Для этого достаточно часто используется макроанализ. Он заключается в том, что структура металла изучается с помощью невооруженного глаза или лупы. В отличие от микроскопического анализа, макроанализ не позволяет в должной мере изучить структуру материала. Его основная задача – это контроль качества соединяемых деталей в процессе сварки. Он позволяет определить тип излома, волокнистое строение, нарушения сплошной структуры и так далее. Для того чтобы провести такой анализ, необходимо изучаемую часть подвергнуть травлению специальными элементами и обработке на шлифовальных машинах. Этот образец носит название макрошлифа. На его поверхности не должно быть никаких неровностей или инородных включений, в том числе и масляных.
Все те дефекты, которые были описаны выше, вполне могут изучаться и выявляться с помощью макроанализа.
Чтобы выявить структуру материала, чаще всего используются методы поверхностного травления.
Виды наплывов в швах.
Такой подход самым лучшим образом подходит для низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей. Макрошлиф, который подготовлен заранее, нужно погрузить в реактив той частью, которая подвергается анализу. При этом его поверхность обязательно должна быть зачищена с помощью спирта. В результате взаимодействия элементов происходит химическая реакция. Она позволяет вытеснять медь из раствора. Происходит замещение материалов. Медь в результате осаждается на поверхности пробника. Те места, где на основной материал медь легла не полностью, подвергаются травлению. Эти места и содержат какие-либо дефекты. После этого образец изымается из водного раствора, сушится и очищается. Все эти действия нужно проделывать максимально быстро, чтобы не произошло реакции окисления. В результате этого можно выявить те участки, где присутствует большое количество углерода, серы и других материалов.
Травление участков, которые содержат эти материалы происходит не одинаково. Там, где присутствует большая концентрация углерода и фосфора, медь на поверхности выделяется неинтенсивно. Здесь минимальная степень защиты металла. Вследствие этого данные места подвергаются самому большому травлению. В результате проведения реакции эти участки окрашиваются в более темный цвет. Лучше использовать этот метод для сталей, которые содержат минимальное количество углерода. Если его будет очень много, то медь с поверхности образца будет весьма проблематично удалить.
Виды подрезов в швах.
Есть и другие методы макроанализа структуры материалов при сварном соединении. К примеру, часто для определения количества серы используется метод фотоотпечатков. Фотобумагу при этом смачивают и держат на свету какое-то время. После этого она просушивается между листами фольгированной бумаги. Раствор, в который она изначально помещается, содержит определенное количество серной кислоты. Затем, разумеется, эта бумага ровным слоем укладывается на макрошлиф.
Она должна разглаживаться с помощью валика, чтобы полностью были исключены все ее деформации. Все пузырьки воздуха, которые могут оставаться между фотобумагой и металлом, должны быть полностью удалены. Только в этом случае исследование будет носить объективный характер. Ее нужно удерживать в таком положении приблизительно 3-10 минут. Время зависит от того, какова изначальная толщина пробника, а также от других факторов.
Виды непроваров.
Включения серы, которые располагаются в наплавленном металле, обязательно вступят в реакцию с кислотой, которая была нанесена на поверхность фотобумаги. В очагах выделения сероводорода будет образовываться такое вещество, которое носит название фотоэмульсия. Участки сернистого серебра, которые будут образовываться в результате реакции, наглядно показывают распределение серы в металле.
Разумеется, эти участки будут наблюдаться на бумаге. Фотобумага, которая была использована для проведения опыта, подлежит мытью, а затем выдерживанию в растворе гипосульфита. После этого ее еще раз промывают в жидкости и сушат. В том случае если в сварном шве будут присутствовать фтористые включения, они обязательно выделятся наружу в виде участков темного цвета.
Подведение итогов
Таким образом, в настоящее время существует множество методов выявления дефектов сварных соединений. Все они имеют определенную цель. Каждый способ позволяет выяснить, сколько в структуре шва содержится того или иного материала, который может пагубно влиять на его структуру.
Помимо методов макроанализа, в последнее время достаточно часто внедряются методы микроанализа. Они имеют то же самое предназначение, что и предыдущие. Однако дополнительно позволяют изучить структуру материала. Здесь работа ведется на молекулярном уровне строения кристаллической решетки.
Надежность конструкции зависит от качества выполненных работ. Дефекты сварных креплений не допускаются, иначе изделие может выйти из строя в самый неподходящий момент. Халатность при работе, невысокая квалификация мастера, могут повлечь за собой различные проблемы, технологии работ и оборудование должны применяться в соответствие с ГОСТами. Значения сварных швов могут быть в допуске или напротив, в последнем случае, необходимо заново проделывать работу до достижения требуемого результата.
При воздействии различных факторов при работе образуются некоторые недопустимые несоответствия шва. Дефекты сварки подразделяются на несколько групп, допуски которых находят подробное описание в ГОСТе:
- Наружные дефекты имеют неравномерную форму конструкции, следствием не соблюдения технологии формирования.
- Согласно ГОСТ-23055, к внутренним бракованным частям принимаются неметаллические либо шлаковые отложения, несплавления и непровары металлических изделий. К выявлению данной категории брака применяются приборы контроля сварочного производства.
Исправление производится рассверливанием по всей полости, в целях исключения развития, брак удаляется и наваривается новое соединение.
Полости
Произвольная форма, появившееся при результате воздействия газов, называется полостью. Возникает при расплавлении металла, не полном цикле оттеснения излишних газов, не правильного формирования сварочной ванны. Несплошности образовываются к форме продолговатых полостей, к категории относятся кратеры и раковины. Основной разновидностью браковки сварки, являются свищи, появившиеся обстоятельствами:
- пластичность металла не соответствует требованиям;
- закалочные структуры;
- неравномерный нагрев.
Дефекты отличаются по форме, глубине и расположению, которое может находится как на внутри, так и на внешней части шва. Свищи имеют продолговатую трубчатую форму, причиной появления являются газы. Не соблюдение технического регламента, а именно наличие на участке сварки масла, окисления и прочих загрязнений ведут к дефекту конструкции.
Некачественный инструмент может организовать непоправимые разрушения, так же как и использование вспомогательных материалов в виде флюсов. Повышенная скорость изготовления, нестандартный ход защитных газов неблагоприятно воздействуют на характеристики шва. Поры образуются вследствие применения неисправного инструмента, проволоки, чрезмерно проветриваемого помещения.
При обрыве дуги, либо не верного способа выполнения конечного участка, образуются кратеры. Внешний вид обуславливается видом воронки, которую нужно заварить по обнаружению. Современные агрегаты, изготавливающие сварочный шов, способны устранить несоответсвие путем снижения тока по окончанию соединения.
Твердые включения
Инородные вещества любого происхождения являются серьезной проблемой в процессе сварки. Основные ошибки — большая скорость сварки, ток малой силы, загрязненность кромок. Дефекты сварного шва производятся из-за:
- флюсовых остатков;
- шлаковых либо оксидных включений.
Оксидные, образовываются результатом отсутствия зачистки металла, химического воздействия. Шлак, при соблюдении технологии, всплывает на поверхность, однако при некоторых ситуациях остается внутри шва. Защитными газами создается среда, при которой невозможно включения инородного тела. Металлические включения могут быть опасны, т.к. имеют размеры до нескольких десятков миллиметров.
Условия возникновения зависят на тип образования:
- разобщенным;
- линейным;
- прочим образованием.
Участок производимых действий по сварки, на котором превышается содержание шлаковых добавок, переваривается. Зачастую включения проявляются на местах стыковки статичного и добавляемого шва, при исполнении многослойных изделий.
Несплавления и непровары
Отсутствие стыковки основного металла, или между отдельными элементами называется несплавлением. Различаются на поверхностные, состоящие между вилками, расположенные при основании шва. Основными причинами несплавлений определяют:
- увеличенная длина дуги;
- несоответствующая зачистка кромок;
- уменьшенный сварочный ток;
- повышенная скорость сварки.
Наличие дефекта статическими соединениями может быть восполнено дополнительным наплавом. В результате, происходит снижение прочности, возникает концентрация напряжений зоной несплавления.
Недостаточное сплавление стыка при зоне сварки именуется непровар. Основными причинами является остатки ржавчины, окисления, окалины, других неблагоприятных воздействий. В следствие уменьшения концентрации, возрастает возможность появления напряжений, отрицательно сказывающихся на конструкции в целом. При отклонениях от допусков, зоны с непроваренным швом зачищаются до основания, операция по сварке происходит заново.
Отклонение от заданных параметров формы поверхности шва, геометрического состояния соединения, обуславливается нарушением формы.
Существуют различные нарушения, каждый из которых возникает вследствие определенных условий.
- Подрезы – по краям сварного шва образуется дефект в виде углублений при продольном расположении. Образуется зачастую при повышенной скорости сварки, результатом чего сварочная ванная затвердевает быстрее, чем положено. Увеличенное расстояние дуги способствует распространению ширины шва по металлу, т.к. при такой схеме теплоотдача дуги остается на прежнем уровне, мощности не хватает для расплавления всей полости металла.
- Избыток наплавленного материала, обнаруженный на внутренней стороне сварного шва – превышение проплава. Дефектами линейного смещения называют состояние, при котором соединяемые детали располагаются на разном уровне, между стыками существует разница в высоте. Существует угловой тип брака, при ситуациях, когда угол асимметричен стыковому элементу.
- Наплав – избыточное количество материала, образованное при процессе стыковки шва. Дефект образуется вследствие излишне длинной дуги, неверного наклона электрода, повышенного сварочного тока.
- Прожог – сквозное отверстие, образованное в результате вытекания металлической составляющей сварочной ванны. Брак образуется результатом использования большого тока при малой скорости движения электродом, плохая подкладка или неверный зазор кромок.
Также существуют прочие неприятности, связанные с формой, к примеру, вогнутые края шва, образованные со стороны корня соединения. К прочим несоответствиям приравниваются задиры поверхностного типа, случайная дуга, брызги металла, и другие.
Методы обнаружения и контроля
Качественный шов имеет соответствующие показатели маркировки. На крупных предприятиях каждый специалист устанавливает определенное клеймо на стыкуемый участок. Для обнаружения дефектов применяются следующие способы:
- визуальный осмотр;
- цветная дефектоскопия;
- ультразвуковой метод определения бракованных участков;
- радиационный;
- магнитный метод.
После того, как обнаружен дефект, сотрудником отдела качества определяется дальнейшая судьба детали, в большинстве случаев они отправляются на доработку. Наплывы удаляются с помощью абразивного инструмента, путем механических воздействий. Заварка применяется при дефектоскопии крупных трещин, с предварительным зачищенным местом остаточной сварки.
Соединение металлических деталей сваркой - сложный физико-химический процесс, где при высоких температурах взаимодействует сам металл, газы атмосферы, продукты горения электрода. Каждый из компонентов вносит свой вклад в общий итог процесса сваривания. Некоторые из воздействий приводят к некачественному свариванию, образуются так называемые дефекты сварных швов.
Они могут образоваться в результате различных ситуаций, например, при излишне большом или слишком слабом сварочном токе, повышенной влажности, наличии загрязнений в зоне сваривания. Существует определенная классификация дефектов и причин их появления, общий обзор которых будет приведен в этой статье. Также вы узнаете, каким образом можно устранить дефекты и в каких случаях это возможно.
Большинство дефектов сварного шва возникают при нарушении технологии сваривания. Только в некоторых случаях дефекты вызваны непредвиденными ситуациями. При сварке плавлением большое значение имеют:
- предварительная подготовка и сборка соединения;
- режим термической обработки;
- правильный подбор свариваемых материалов;
- качество аппарата и расходных материалов.
Классифицируются дефекты по различным признакам - размеру, форме, расположению в линии шва, степени опасности относительно возможности разрушения соединения. Нормативно дефекты классифицируются согласно международного документа - «Классификация, обозначения и определения. Дефекты соединения металлов при сварке плавлением». Все требования сборника собраны в ГОСТ 30242-97.
По этому документу все дефекты сварных соединений подразделяются на 6 основных групп:
- трещины;
- нарушение формы шва;
- полости, кратеры и раковины;
- несплавленные кромки и непроваренные участки;
- наличие твердых вкраплений и включений;
- остальные дефекты, не вошедшие в первые 5 групп.
Каждый из дефектов имеет свое цифровое обозначение, которое проставляется в зоне сварного шва при осмотре. По международной классификации дефекты сварных швов могут обозначаться еще и буквами. Но, в любом случае, определение дефектов по российской и международной классификации совпадают по основным характеристикам.
Полости
Образуются скоплением газов в расплавленном металле. Полости могут быть как сферическими, так и бесформенными. Но, в любом случае, они приводят к снижению прочности соединения. Полости располагаются хаотично, цепочкой, скоплением, равномерно. Маркируются цифрами 2012, 2013 и т д. Открытые полости, образованные расширяющимся газом, который покинул пределы шва и ушел в атмосферу, называются свищами.
Раковины и кратеры образуются в зоне полостей и свищей, когда металл еще не остыл, а внутреннее давление газов снизилось ниже критического. Остывая, металл сжимается и как бы проваливается внутрь шва.
Твердые вкрапления
Общий индекс твердых включений - 300. Такие дефекты сварных соединений представляют собой частицы шлака, металлов или неметаллов, оставшиеся в зоне шва и вплавленные в металл, но не составляющие с ним одного целого. Такими включениями могут быть флюсы, частицы вольфрама, меди, оксидов по той или иной причине оказавшиеся в шве.
Несплавления
Участки сварного шва, в которых между металлом и швом, внутри шва или по боковой и корневой части наблюдаются зоны, где металл недостаточно расплавился и не соединился в целостную структуру. Это явление возникает в результате слишком быстрого перемещения электрода или недостаточной силе сварного тока. Маркируются дефекты индексом 400.
Разновидностью несплавления являются непровары - участки шва, где металл недостаточно расплавился, чтобы проникнуть в корневую часть шва и заполнить весь зазор между деталями.
Нарушения формы шва
- подрезы;
- линейные и угловые смещения;
- натеки;
- прожоги;
- неравная ширина;
- нарушение профиля.
В дефектоскопии такие нарушения маркируются цифрами от 500.
Устранение дефектов
Во многих случаях выявленные при дефектоскопии нарушения целостности шва можно устранить. Наружные дефекты, то есть те, которые можно увидеть визуально, без применения специального оборудования. Внутренние - видимые при использовании рентгеноскопического аппарата или механической обработки, при которой снимается часть наплавленного металла. Также дефекты проявляются при ультразвуковом исследовании.
Устранение дефектов возможно в большинстве случаев, кроме пережога, когда нарушается структура металла. Часто, с целью ликвидации последствий неудачного процесса сварки, часть шва удаляется механическим путем, и сваривание производится снова.
Устранить можно практически все дефекты, если это технически можно решить и процесс оправдан экономически. В некоторых случаях деталь лучше отбраковать и пустить на переплавку, чем тратить время на исправление сварного шва.
Дефекты сварки на легированных сталях устраняются только после отпуска деталей - специального процесса термообработки при температурах 450-650 °С. Без этого этапа подготовки устранение дефектов может привести к еще большим нарушениям целостности соединения и возникновению внутренних напряжений в металле.
Дефектоскопия
Таким термином определяется последовательность действий, направленная на обнаружение дефектов сварных соединений, которые могут привести к нарушению герметичности, разрушению конструкций или частичным их деформациям. Дефектоскопия сварных швов производится различными методами, которые ни в коем случае не нарушают целостности шва и самого металла.
Начальный этап - визуальный и измерительный контроль. При нем выявляются практически все внешние и ряд внутренних дефектов - нарушение геометрии, непровары, пережоги, трещины, наплывы. Часто для детализации визуального контроля необходимо обработать поверхность шва реактивами - спиртом или азотной кислотой (становятся видимыми мелкие трещины и поры).
К внешнему визуальному осмотру относится и применение оптических средств - луп, микроскопов, ламп прямого и бокового освещения. Также в этом процессе применяются измерительные инструменты - штангенциркули, линейки, щупы, шаблоны. С их помощью определяются геометрические размеры дефектов и возможность их классификации на допустимые и недопустимые (в зависимости от требований к конкретному изделию).
Капиллярный контроль производится с помощью специальных жидкостей, пенетрантов. Проникая в поры и трещины, жидкость окрашивает их и делает хорошо видимыми. Поверхностные дефекты окрашиваются и заметить их намного легче. Цветная дефектоскопия, как правило, позволяет увидеть большинство внешних дефектов, но внутренние проявить таким образом невозможно.
Для глубинного исследования применяется магнитная дефектоскопия, ультразвуковая и рентгенографическая. Эти исследования требуют применения сложных приборов, но в большинстве случаев это оправдано, особенно на сложных и ответственных объектах.
Как правило, в самом начале производится визуальный и измерительный контроль. Все остальные способы диагностики применяются только после того, как исправление дефектов сварки, обнаруженных при осмотре, выполнено, и этот метод не приносит больше результатов.
Каждый сварщик имеет в своем арсенале собственные методы определения дефектов и знает способы их устранения. Если у вас есть собственный опыт в этой области - поделитесь им на страницах нашего сайта. Практические методы работы со сваркой - одна из наиболее интересных тем для наших читателей.
