Что такое дефекты сварных соединений? По сути, это отклонения от требований к техническим характеристикам сварного шва, а соответственно и всей конструкции. Именно дефекты сварки снижают прочность шва и надежность сварочных стыков. Их можно разделить на несколько видов.
Виды дефектов сварных швов:
- отклонения от размеров и формы шва;
- изъяны микро- и макроструктуры;
- коробление и деформация конструкций.
Отклонения от размеров шва и его формы
Размерные показатели сварочного шва определяются государственными стандартами. И у каждого вида сварки есть свой ГОСТ. К примеру, при сварке, где задействован способ плавления, дефекты сварного шва определяет неравномерная наполненность свариваемой канавки, плюс разница ширины и высоты шва на всем его протяжении. Что касается формы, то она неровная, имеются так называемые седла (впадины), бугры, структура его чешуйчатая.
Причины из возникновения при сварке ручной – это низкое качество электродов, низкая квалификация сварщика, нарушение технологии сваривания. Причины при автоматической сварке – это скачки напряжения, угол наклона подачи электрода неправильно выбран, присадочная проволока проскакивает в механизме подачи и так далее.
Если говорить о сварке давлением, то ее дефектами сварных швов выступают вмятины глубокого типа, неравномерное распределение точек вдоль сварочного шва, может произойти смещение заготовок относительно друг друга.
К дефектам нарушения формы относятся прожоги, подрезы, наплывы и незаверенные кратеры.
Наплывы
Обычно такие дефекты сварочных швов образуются, когда производится сварка заготовок, лежащих в горизонтальной плоскости. А сам сварочный процесс производится сверху. Наплыв – это затвердевший жидкий металл в виде бугорков, которые образуются в момент соприкосновения горячего расплавленного металла электрода с холодной поверхностью заготовки. Наплывы могут быть разных размеров: от маленьких капель до больших рядов, протяженных на приличную длину сварочного шва.
Причинами появления наплывов могут выступать большой ток, подающийся на электрод, длинная электрическая дуга, наклон заготовки, неправильно выбранный угол установки электрода. Как результат – трещины в сварочном шве, непровары и прочие изъяны.
Подрезы
Этот дефект представляет собой канавку (углубление) в сварочном шве, которая часто образуется при сварке около металла заготовки. Причинами могут быть большой ток и длинная дуга, которые создают перегрев самого металла, а также сварочного наполнителя. Именно состояние большой температуры становятся причиной оплавления кромки двух заготовок. Если производится сварка угловых соединений, то чаще всего причинами подреза являются неправильно устанавливаемый электрод, особенно, когда произошло смещение в сторону вертикально установленной заготовки. При этом перегрев происходит именно на вертикальной стенке стыка, здесь и образуется подрез. А вот на горизонтальной в это время образуется наплыв, потому что металл начинает стекать вниз.
При газовой сварке подрезы могут возникать только по одной причине – увеличенная мощность горелки. Необходимо отметить, что подрезы – достаточно серьезный дефект сварочного шва. Он приводит к ослаблению заготовки по толщине, а это наипервейшая причина разрушения стыка, а соответственно всей сварной конструкции.
Прожоги
Само название уже говорит за себя. На месте сварки и в свариваемых металлах по кромкам образуются отверстия. Причины:
- большое расстояние между заготовками;
- большой ток и мощная горелка при быстрой сварке;
- неправильная форма кромок, очень заостренная;
- большая продолжительность процесса на одном месте.
Чаще всего этот вид дефектов получается, когда свариваются между собой тонкие листы металлов, или когда ведется многослойная сварка и наносится первый слой.
Кратеры
Это углубления в сварном шве. Обычно этот дефект образуется при обрыве дуги. Поэтому его опытные сварщики пытаются сразу же оплавить. Это самое простое устранение дефектов сварки. Когда сварка ведется автоматическим способом, то кратер обычно появляется на выходе из шва, то есть, на выходной планке.
Есть подвид кратеров, который называется усадочной раковиной. Она образуется под воздействием усадки металла в шве. Все дело в том, что металл при остывании уменьшается в объеме.
Дефекты макроструктуры
Эти виды дефектов сварных соединений можно выявить, если увеличить структуру сварного шва в 10 раз. К этому типу изъянов относятся трещины, непровары, газовые поры, шлаковые вкрапления.
Поры образуются, когда шов быстро остывает. При этом находящиеся в его теле газообразующие элементы не успевают выйти наружу. Так происходит, когда кромки заготовок покрыты ржавчиной, пятнами масла или краски, используется флюс с повышенной влажностью, был неправильно настроен сварочный аппарат по току или газу, большое содержание углерода в свариваемых металлах и так далее.
Поры могут быть большими и маленькими, располагаться могут кучно или равномерно вдоль шва, есть поры сквозные, называемые свищами. В общем, их количество и размеры зависят от времени, за которое ванна находится в жидком состоянии. Чем дольше сварочная ванна жидкая, тем меньше пор, потому что газы успевают покинуть жидкий металл.
Шлаковые включения – это, по сути, небрежность со стороны сварщика при сварке. Значит, он плохо подготовил два соединяемых металла к сварке. На них осталась грязь, ржавчина. Если данный вид дефектов появился при многослойной сварке, то значит, сварщик плохо провел удаление шлака с предыдущих слоев.
Эти дефекты могут иметь размеры в несколько микрон или d несколько миллиметров, форма разная: от сферы до тонкой линии. Расположение – по всему телу шва.
Непровар – дефект серьезный. Получается так, что металл заготовки несплавился с металлом электрода (электросварка) или присадочной проволоки (газовая сварка). Могут несплавится между собой и слой наплавляемого металла. Причин непровара немало:
- слишком большой ток при сварке был использован;
- загрязнение кромок;
- неправильно был поднесен электрод к оси шва;
- очень маленький зазор между двумя заготовками;
- кромки имеют слишком заостренные концы;
- вынужденный перерыв, в процессе которого металлы остывают;
- увеличенная скорость сварки.
Что касается трещин, то их можно разделить в зависимости от температуры их появления. То есть, холодные или горячие. Горячие появляются, когда происходит затвердевание металла, а кристаллизация начинается при температуре 1100-1300С. При этом внутри шовного металла появляются усадочные напряжения, начинают образовываться прослойки полужидкого вида. Они и становятся впоследствии трещинами. Если в наплавляемом металле содержится много водорода, углерода или кремния, то это также причина возникновения горячих трещин.
Холодные трещины образуются при температуре 100-300С. Причинами являются все те же напряжения, возникающие в теле наплавляемого металла, когда он начинает остывать. К тому же внутри сварочного шва остается водород (газ), который стремится выйти наружу. И это дополнительные напряжения. Кстати, горячие трещины на лицевой части шва не видны, они считаются внутренними. А вот холодные тут же появляются на внешней стороне шва, их хорошо видно невооруженным глазом. Это наружные дефекты сварных швов и соединений.
Есть еще два вида трещин: отпускные и ламелярные. Первые образуются уже тогда, когда сварка закончена и производятся операции по следующей обработке металлом. Вторые имеют очень интересную технологию появления. Они образуются еще при высоких температурах, но свое дальнейшее развитие получают уже в остывшем металле. Кстати, чаще всего этот вид дефекта образуется из микроскопических трещин. Оба варианта относятся к категории – внешний дефект.
Дефекты микроструктуры
К дефектам микроструктуры нужно отнести микроскопические трещины и поры, включения неметаллического типа (кислородные, нитридные), крупная зернистость структуры наплавленного металла с элементами перегревов и пережогов.
Самый опасный из всех перечисленных дефектов – пережог. При нем внутри шва появляются в большом количестве крупные зерна структуры металла, которые имеют минимальные прочностные связи между собой. Отсюда высокая хрупкость стыка. Причинами пережога являются присутствие кислорода в зоне сварки, а значит, изоляция ванны была плохой. Сюда же можно добавить высокую температуру сварочного процесса.
Допустимые и недопустимые дефекты
Понятно, что все дефекты сварных соединений негативно влияют на качество сварной конструкции. Но есть такие, при которых конструкция может эксплуатироваться без проблем, а есть те, при которых эксплуатировать ее строго запрещено.
Поэтому перед тем как определить, можно или нельзя эксплуатировать сварную конструкцию, необходимо принять во внимание все обстоятельства и факторы, влияющие на выбор.
- Необходимо определить соответствует ли конструкция всем геометрическим и габаритным параметрам строго по проекту или чертежу.
- Тип дефекта, его размеры и место в соединении.
- Каким механическим нагрузкам будет подвергаться строение или сооружение. Выдержат ли их сварочные соединения.
- Характер окружающей среды. Природные нагрузки негативно влияют на состояние сварного шва.
- Функции, возложенные на конструкцию. То есть, один дефект может выдержать определенные нагрузки, а другие ему противопоказаны.
Определить допустимость дефектов можно только специальной аппаратурой. Поэтому рекомендуется использовать оборудование, которое по степени проверки дефекта была выше, чем номинальная допустимая величина самого изъяна. К примеру, трещину размером 3 мм нельзя измерять прибором, который определяет минимальные трещины длиною 5 мм.
Кстати, на допустимость влияют не только размеры и форма дефектов, не последнее слово за их количеством и частотой расположения.
Заключение по теме
Дефекты сварных соединений влияют на качество стыка между элементами собираемой конструкции, а значит, и на всю конструкцию в целом. Поэтому исправлению дефектов сварки придается особое внимание. Устраняться сами они не могут. Есть изъяны, которые можно легко устранить, есть, которые устранить можно, но непросто. Способы их устранения известны. А есть дефекты, которые не подлежат исправлению. Так что лучше проводить процесс грамотно. Поэтому изучайте процессы появления швов и причины их образования.
От качества сварки зависит дальнейшая эксплуатация конструкции, поэтому дефекты сварных соединений не допускаются. Возникновению дефектов способствует множество факторов, например:
- нарушение технологии работ;
- халатность;
- невысокая квалификация сварщика;
- применение неисправного оборудования;
- производство работ без надлежащей подготовки, в неблагоприятных погодных условиях.
Различают допустимые и не допустимые значения дефектов сварных швов от степени снижения технических параметров изделия по прочности. При допустимых нарушениях исправление дефектов сварки не производится, во втором случае их устранение необходимо. Пригодность изделия к эксплуатации, определение соответствия шва нормам производится по ГОСТ 30242-97.
Виды дефектов сварки
Правильный сварочный шов подразумевает однородность состава основного и присадочного материала, образование нужной его формы, отсутствие трещины, непровара, наплыва, наличием чужеродных веществ. Различают следующие виды дефектов сварных соединений:
- наружные;
- внутренние;
- сквозные.
Что собой представляют наружные дефекты?
Наружные дефекты сварных швов и соединений обнаруживаются визуально. Нарушения режима сварки, не соблюдение точности направления и движения электрода из-за спешки или безответственности сварщика, колебания напряжения электричества при производстве сварочных работ приводят к образованию шва неправильного размера и формы.
Характерными признаками наружного вида брака являются: различие ширины продольных швов и катетов угловых, резкость перехода от основной стали к наплавленной.
При ручном способе сварки нарушения происходят вследствие ошибок в подготовке кромок, пренебрежения режимом и скоростью сварки, отсутствия своевременного контрольного обмера. Дефекты сварных швов и причины их образования при ведении автоматического или полуавтоматического способа сварочных работ кроются в чрезмерных скачках напряжения электричества, ошибках в режиме. Различают следующие наружные виды дефектов сварных швов:
Трещины швов бывают горячие и холодные, продольные, поперечные, радиальные. Первые из них имеют место при применении высоких температур от 1100 до 1300°С, воздействующих на свойства металла в плане снижения пластичности, появления деформаций растяжения. Этот вид дефектов сварных швов сопровождается увеличением в составе стали нежелательных химических элементов. Холодные трещины могут появляться при температуре до 120°С во время остывания, позже – под воздействием нагрузок во время эксплуатации. Причиной данного вида брака может стать снижение прочности стали из-за сварочных напряжений или присутствие растворенных атомов водорода.
Трещина в сварочном шве
Подрез характеризуется наличием углубления между сплавленной и основной сталью. Этот вид дефекта сварочного шва встречается больше других. Увеличение напряжения дуги при быстрой сварке, приводит к утончению толщины стали, снижению прочности. Более глубокая проплавка одной из кромок является причиной стекания жидкой стали на другую поверхность, из-за чего канавка сварки не успевает заполниться. В данном случае, дефекты сварки и способы их устранения определяются визуально. Недостатки в работе устраняются путем зачистки, с последующей переваркой.
Подрез сварочного шва
Наплыв возникает, когда сплавленный металл натекает на поверхность основной стали без образования однородной массы с ним. Этому виду брака характерно образование очертания шва без обретения достаточной прочности, что сказывается в общей выносливости металла. Причина брака в применении низкого напряжения дуги, наличие окалин на кромках частей, натекание проплавленной стали при сварке горизонтальных швов, когда поверхность свариваемых конструкций вертикальна. Чрезмерно медленная сварка также приводит к образованию наплывов, из-за появления излишек расплавленного металла.
Кратеры появляются из-за резкого отрыва дуги. Они имеют вид углублений, где может образоваться непровар, рыхлость материала с усадочным свойством, приводящим к появлению трещин. Кратеры возникают из-за погрешностей сварщика. Так как кратер обычно является причиной появления трещин, из-за чего не допускается, при его обнаружении следует зачистить, затем заваривать повторно.
Образовавшийся кратер в сварочном шве
Свищи имеют вид воронок с углублением на теле шва. Они образуются из раковин или пор достаточно больших размеров, при недостаточной подготовке поверхности элементов сварки и присадочной проволоки. Данный вид дефекта также можно увидеть при визуальном осмотре и подлежат немедленному устранению.
Типичные воронки свища
Внутренние дефекты сварочных швов
Внутренние недостатки сварки визуально обнаружить невозможно. Обычно появляются из-за нарушения технологического процесса сварки и не надлежащего качества материала. При внутренних дефектах также могут появиться трещины, но они не видны или малы, но со временем могут раскрыться. Скрытые трещины опасны тем, что их трудно обнаружить, а напряжение может возрастать постепенно, и может привести к скоротечному разрушению конструкции, поэтому чрезмерно опасны. Причиной брака могут быть огромные напряжения, быстрое охлаждение при использовании углеродистых и легированных сталей. Наиболее распространенные виды данного рода дефектов следующие:
Непровар происходит при недостаточном сплавлении свариваемых частей шва на местах. Причина кроется в ненадлежащей подготовке кромок, связанных с наличием ржавчины, окалины, недостатком зазора и притуплением кромок. Кроме этого, спешка и быстрая скорость ведения сварки, малая сила тока или смещение электрода от оси шва тоже могут привести к непровару шва. Из-за уменьшения сечения сварного шва появляется концентрация напряжений, что отражается в снижении прочности соединений, которая составляет при вибрационных нагрузках до 40%, а большие участки непроваров – до 70%. При превышении допустимых значений требуется зачистка шва и ее переварка.
Непровар и незаполнение
Поры – это свободные пространства сварного шва, заполненные газом, преимущественно, водородом. Причиной этого вида брака является наличие чужеродных примесей в свариваемых материалах, сырость, недостаточная защита сварочной ванны. При превышении допустимых концентраций пор сварочный шов подлежит переварке.
Поры в сварном шве
Кроме этого, можно отметить шлаковые, вольфрамовые, оксидные включения, также возникающие при нарушении технологии сварочного процесса.
Сквозные дефекты
Этот вид брака подразумевают наличие пор, проходящих через всю толщину сварки, также обнаруживаются визуально. Преимущественно возникают при ведении сквозной сварки. При данном виде дефекта возможно появление прожогов и трещин.
Прожог возникает от применения большого тока и медленной сварки. Причина – чрезмерная открытость зазора у кромок, неплотное прилегание подкладок, вследствие чего происходит утечка сварочной ванны. Проверка шва на наличие брака проводится визуально, при его превышении допустимой нормы, требуется зачистка и переварка сварки.
Методы обнаружения, контроля и устранения дефектов
Чтобы обнаружить дефекты сварного шва применяются следующие способы:
- визуальный осмотр – проводится с применением увеличительных приборов;
- цветная дефектоскопия – основан на изменении цвета специального материала при соприкосновении с текучим материалом, например, с керосином;
- магнитный метод – измерение искажения магнитных волн;
- ультразвуковой метод – применение ультразвуковых дефектоскопов, измеряющих отражение звуковых волн;
- радиационный метод – просвечивание сварных швов рентгеном и получение снимка со всеми деталями дефекта.
Для обеспечения качества сварного шва проводится маркировка и клеймение. Каждый сварщик ставит свое клеймо на своем участке сварки.
При обнаружении брака необходимо провести устранение дефектов сварки. Для этого применяют следующие виды работ:
- заварка – используют для ликвидации крупных трещин, предварительно подготовив трещину сверлением и зачисткой при помощи зубила или абразивного инструмента;
- внутренние мелкие трещины, непровары и включения подлежат полной зачистке или вырубке с повторной сваркой;
- неполные швы и подрезы сварного шва устраняют наплавкой или заваркой тонкими слоями;
- удаление наплывов производят механическим путем с помощью абразивного инструмента;
- перегрев металла устраняют путем термической обработки.
При производстве сварных деталей и конструкций образуются дефекты различного вида, которые условно можно классифицировать на:
- – дефекты подготовки и сборки;
- – дефекты формы шва;
- – наружные и внутренние дефекты.
Дефекты подготовки и сборки. Характерными видами дефектов при сварке плавлением являются:
- неправильный угол скоса кромок шва с V-, X- и U-образной разделкой;
- слишком большое или малое притупление по длине стыкуемых кромок;
- непостоянство зазора между кромками по длине стыкуемых элементов;
- несовпадение стыкуемых плоскостей;
- слишком большой зазор между кромками свариваемых деталей;
- расслоения и загрязнения кромок.
Указанные дефекты могут возникнуть из-за:
- неисправности станочного оборудования, на котором обрабатывали заготовки;
- недоброкачественности исходных материалов;
- ошибок в чертежах;
- низкой квалификации слесарей и сборщиков.
Дефекты формы шва. Форма и размеры сварных швов обычно задаются техническими условиями, указываются на чертежах и регламентируются стандартами. Конструктивными элементами стыковых швов (рис. 1) являются их ширина e , высота выпуклости q и подварки q 1 , угловых швов тавровых и нахлесточных соединений без скоса кромок (рис. 2)– катет К и толщина а . Размеры швов зависят от толщины s свариваемого металла и условий эксплуатации конструкций.
Рис. 1. Основные конструктивные элементы сварных швов: а - без подготовки кромок малых толщин (b - ширина зазора); б - с V-образной разделкой
Рис. 2. Основные конструктивные элементы валиков: а – нормального; б – выпуклого; в – вогнутог о
При выполнении сварных соединений любыми методами сварки плавлением швы могут иметь неравномерную ширину и высоту, бугры, седловины, неравномерную высоту катетов в угловых швах рис. 3 .
Рис. 3. Дефекты формы швов: а – неравномерная ширина шва при ручной сварке; б – то же, при автоматической сварке; в – неравномерная выпуклость – бугры и седловины
Неравномерная ширина швов образуется при неправильном движении электрода, зависящем от зрительно-двигательной координации (ЗДК) сварщика, а также в результате возникших отклонений от заданного зазора кромок при сборке. При автоматической сварке причиной образования этого дефекта является нарушение скорости подачи проволоки, скорости сварки и т. д.
Неравномерность выпуклости по длине шва, местные бугры и седловины получаются при ручной сварке из-за недостаточной квалификации сварщика и в первую очередь объясняются особенностью ЗДК сварщика; неправильными приемами заварки прихваток; неудовлетворительным качеством электродов.
При автоматической сварке эти дефекты встречаются редко и являются следствием неполадок в механизме автомата, регулирующем скорость сварки.
Перечисленные дефекты формы шва снижают прочность соединения и косвенно сказывают на возможность образования внутренних дефектов.
Наружные дефекты. К ним относят
- наплывы,
- подрезы,
- незаделанные кратеры,
- прожоги.
Наплывы образуются в результате стекания расплавленного металла электрода на нерасплавленный основной металл или ранее выполненный валик без сплавления с ним (рис. 4). Наплывы могут быть местными, в виде отдельных зон, а также значительными по длине.
Наплывы возникают из-за:
- чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки;
- неудобного пространственного положения (вертикальное, потолочное);
- увеличенного наклона плоскости, на которую накладывают сварной шов;
- неправильного ведения электрода или неверного смещения электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом;
- выполнения вертикальных швов вверх и недостаточного опыта сварщика.
Рис. 4. Наплывы в швах: а – горизонтальном; б – нахлесточного соединения; в – таврового соединения; г – стыкового соединения или при наплавке валиков
Подрезы представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие по краям шва (рис. 5). Глубина подреза может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Причинами образования этого дефекта являются:
- значительно силы ток и повышенное напряжение дуги;
- не удобное пространственное положение при сварке;
- небрежность сварщика.
Рис. 5. Подрезы: а – в стыковом шве; б – в горизонтальном шве, расположенном на вертикальной плоскости; в – в угловом шве таврового соединения
Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть причиной разрушения швов в процесс эксплуатации. Подрезы в стыковых и угловых швах, расположенные поперек действующи на них сил, приводят к резкому снижению вибрационной прочности; даже достаточно крупные подрезы, проходящие вдоль действующе силы, отражаются на прочности в значительно меньшей степени, чем подрезы, расположенные поперек.
Кратер – углубление, образующееся конце шва при внезапном прекращении сварки Особенно часто кратеры возникают при выполнении коротких швов. Размеры кратер зависят от величины сварочного тока. При ручной сварке его диаметр колеблется от 3 до 20 мм, при автоматической он имеет удлиненную форму в виде канавки. Незаделанные кратеры снижают прочность сварного соединения так как концентрируют напряжения. При вибрационной нагрузке снижение прочности соединения из малоуглеродистой стали достигает 25 %, а из низколегированных – 50 % при наличии в шве кратера.
– дефекты в виде сквозного отверстия в сварном шве, образующиеся при вытекании сварочной ванны; сварке металл небольшой толщины и корня шва в многослойных швах, а также при сварке снизу вверх вертикальных швов (рис. 6). Причинами прожогов являются: чрезмерно высокая погонная энергия дуги, неравномерная скорость сварки, остановка источника питания, увеличенный зазор между кромками свариваемых элементов. Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, хотя и заделывается, однако шов в том месте получается неудовлетворительный по внешнему виду и качеству.
Рис. 6. Прожоги
Поджоги возникают в результате возбуждения дуги («чирканья электродом») на краю кромки. Этот дефект служит источником концентрации напряжений, его обязательно удаляют механическим способом.
Внутренние дефекты. К ним относят поры, шлаковые включения, непровары, несплавения и трещины.
Поры (рис. 7) в виде полости округлой формы, заполненной газом, образуются вследствие: загрязненности кромок свариваемого металла, использования влажного флюса или отсыревших электродов, недостаточной зашиты шва при сварке в углекислом газе, увеличенной скорости и завышенной длины дуги. При сварке в углекислом газе, а в некоторых случаях и под флюсом на больших токах, образуются сквозные поры – так называемые с вищи .
Рис. 7. Характер пористости в наплавленном металле шва: а – равномерная пористость; б – скопления пор; в – цепочки пор
Размеры внутренних пор колеблются от 0,1 до 2...3 мм в диаметре, а иногда и более. Поры, выходящие на поверхность шва, могут быть и больше. Свищи при сварке под флюсом и в углекислом газе на больших токах могу иметь диаметр до 6...8 мм. Длина так называемых «червеобразных» пор – до нескольких сантиметров.
Равномерная пористость (рис. , а) обычно возникает при постоянно действующих факторах: загрязненности основного металла по свариваемым поверхностям (ржавчина, масло и т.п.), непостоянной толщине покрытия электродов и т.д. Скопление пор (рис. 7, б) наблюдается при местных загрязнениях или отклонениях от установленного режима сварки, также при нарушении сплошности покрытия электрода, сварке в начале шва, обрыве дуги или случайных изменениях ее длины.
Цепочки пор (рис. 7, в) образуются в условиях, когда газообразные продукты проникают в металл по оси шва на всем его протяжении (при сварке по ржавчине, подсос воздуха через зазор между кромками, подварке корня шва некачественными электродами). Одиночные поры возникают за счет действия случайных факторов (колебания напряжения сети и т.д.). Наиболее вероятно возникновения пор при сварке алюминиевых и титановых сплавов, в меньшей степени – при сварке сталей.
Шлаковые вк л ючения в металле сварного шва – это небольшие объемы, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, оксидами). Вероятность образования шлаковы включений в значительной мере определяется маркой сварочного электрода. При сварке электродами с тонким покрытием вероятность образования шлаковых включений очень велика. При сварке высококачественными электродами, дающими много шлака, расплавленный металл дольше находится в жидком состоянии и неметаллические включения успеваю всплыть на его поверхность, в результате чего шов засоряется шлаковыми включениями не значительно.
Шлаковые включения можно разделит на макро- и микроскопические. Макроскопические включения имеют сферическую и продолговатую формы в виде вытянутых «хвостов» Эти включения образуются в шве из-за плохой очистки свариваемых кромок от окалины и других загрязнений и чаще всего вследствие внутренних подрезов и плохой зачистки от шлак поверхности первых слоев многослойных швов перед заваркой последующих (рис. 8).
Микроскопические шлаковые включения появляются в результате образования в процессе плавления некоторых химических соединений, остающихся в шве при кристаллизации.
Рис. 8. Шлаковые включения по подрезу кромки в многослойном шве
Оксидные пленки могут возникать при всех видах сварки. Причины их образования такие же, как и шлаковых включений: загрязненность поверхностей свариваемых элементов; плохая зачистка от шлака поверхности слоев шва при многослойной сварке; низкое качество электродного покрытия или флюса; недостаточно хорошая квалификация сварщика и т.п.
Н епровары – это дефект в виде местного несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков. Непровары (рис. 9, а) в виде несплавления основного металла с наплавленным представляют собой тонкую прослойку оксидов, а в некоторых случаях – грубую шлаковую прослойку между основным и наплавленным металлом. Причинами образования таких непроваров являются:
- – плохая зачистка кромок свариваемых деталей от окалины, ржавчины, краски, шлака, масла и других загрязнений;
- – блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных полей, особенно при варке на постоянном токе;
- – электроды из легкоплавкого материала (при выполнении шва такими электродами жидкий металл натекает на неоплавленные свариваемые кромки);
- – чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавиться;
- – значительное смещение электрода в сторону одной из свариваемых кромок, при том расплавленный металл натекает на вторую нерасплавленную кромку, прикрывая непровар;
- – неудовлетворительное качество основного металла, сварочной проволоки, электродов, флюсов и т.д.;
- – плохая работа сварочного оборудования – колебания силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки;
- – низкая квалификация сварщика.
Рис. 9. Непровары: а – по кромке с основным металлом; б – в корне шва; в – между отдельными слоями; г – между валиками
Причинами образования непроваров в корне шва (рис. 9, б) кроме указанны выше могут быть: недостаточный угол скоса кромок; большая величина их притупления; маленький зазор между кромками свариваемых деталей; большое сечение электрода или присадочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что значительно затрудняет расплавление основного металла. Непровары между отдельными слоями (рис. 9, в, г) возникают по следующим причинам: из-за не полностью удаленного шлака, образовавшегося при наложении предыдущего валика, что возможно из-за трудности его удаления или небрежности сварщика; недостаточной тепловой мощности (малый ток, излишне длинная или коротка дуга).
Трещины – частичное местное разрушение сварного соединения в виде разрыв (рис. 10). Образованию трещин способствуют следующие факторы:
- – сварка легированных сталей в жестко закрепленных конструкциях;
- – высокая скорость охлаждения при сварке углеродистых сталей, склонных к закалке на воздухе;
- – применение высокоуглеродистой электродной проволоки при автоматической сварки конструкционной легированной стали;
- – использование повышенных плотностей сварочного тока при наложении первого слоя многослойного шва толстостенных сосудов и изделий;
- – недостаточный зазор между кромками деталей при электрошлаковой сварке;
- – слишком глубокие и узкие швы при автоматической сварке под флюсом;
- – выполнение сварочных работ при низкой температуре;
- – чрезмерное нагромождение швов для усиления конструкции (применение накладок и т.п.), в результате чего возрастают сварочные напряжения, способствующие образованию трещин в сварном соединении;
- – наличие в сварных соединениях других дефектов, являющихся концентраторами напряжений, под действием которых в области дефектов начинают развиваться трещины.
Рис. 10. Трещины в сварных швах и соединениях: а – в наплавленном металле; б – в зонах оплавления и термического влияния
Существенным фактором, влияющим на образование горячих трещин (ГТ), является засоренность основного и присадочного металлов вредными примесями серы и фосфора. Х олодные трещины (ХТ) образуются при наличии составляющих мартенситного и бейнитного типов, концентрации диффузного водорода в зоне зарождения трещин и растягивающих напряжений 1 рода. Трещины относятся к наиболее опасным дефектам и по всем действующим нормативно-техническим документам (НТД) недопустимы.
Для электронно-лучевой (ЭЛС) и лазерной сварки (ЛС) наиболее характерны: не с плавления за счет смещения луча вследствие намагничивания (ЭЛС) или непостоянства зазора по длине (ЛС); газовые полости, возникающие из-за неполного закрытия газодинамического канала; дефекты формирования шва из-за выброса металла; пористость.
Металлические включения. В практик наиболее распространены вольфрамовы включения при сварке алюминиевых сплавов. Они обычно возникают при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом При этом могут наблюдаться мгновенная нестабильность дуги и появление одновременно вольфрамовыми включениями оксидных включений. Вольфрамовые включения могут располагаться внутри шва и на поверхности соединений в виде брызг. При попадании вольфрама жидкую ванну он обычно погружается на дно ванны. Вольфрам в алюминии нерастворим обладает большой плотностью. На рентгеновском снимке он дает характерные ясные изображения произвольной формы. Вольфрамовые включения, как правило образуются в местах обрыва дуги, при этом вольфрам скапливается в вершине кратеров, где часто образуются трещины.
Вольфрамовые включения подразделяю на две основные группы: изолированные и групповые. Размер диаметра изолированны включений 0,4...3.2 мм. Групповые включения описываются (по рентгенограмме) размером группы, количеством и размером отдельных (изолированных) включений в группе, при этом размер группы характеризуется размером минимальной окружности, в которую вписывается группа включений. Если изображение нескольких включений сливается, то их принимают за одно включение.
Исходят, главным образом, из того, что металл сварного шва должен быть сплошным. И все образования, которые делают сварной шов неоднородным, принято считать дефектами. Различают следующие виды дефектов сварного шва : микро- и макротрещины (горячие и холодные), непровары, поры, различные включения.
Внутренние и наружные дефекты сварных швов
Самый распространённый метод классификации дефектов сварки - по их месту расположения. Согласно этой классификации, различают внутренние и наружные сварные дефекты. Наружные выходят на поверхность шва и околошовной зоны, а внутренние располагаются внутри соединения, не выходя на поверхность. Из этого следует, что один и тот же вид дефектов (например, трещины или поры) может быть как внутренним (если располагается внутри), так и наружным (если выходит на поверхность).
Наружные сварные дефекты
К наружным дефектам сварных соединений относят неравномерность формы сварного шва из-за неправильного его формирования, подрезы шва, прожоги свариваемого металла, наплывы, трещины, поры и другие дефекты, которые располагаются на поверхности металла. Все они выявляются при внешнем визуальном осмотре сварного соединения. Ниже по тексту перечислены и показаны распространённые виды наружных дефектов.
Внутренние сварные дефекты
К внутренним дефектам сварных соединений, согласно ГОСТ23055, относятся неметаллические, шлаковые и оксидные включения, непровары и несплавления металла, а также поры и трещины, не выходящие на поверхность металла. Для того, чтобы выявить подобные дефекты, на практике применяются методы неразрушающего контроля сварки. Ниже по тексту рассказывается о часто встречающихся видах внутренних дефектов.
Дефекты формирования шва
Дефекты формирования сварных швов проявляются в неравномерности их формы (см. рисунок справа). Формируются они из-за непостоянных режимов сварки, непостоянного зазора между свариваемыми кромками и неравномерного угла скоса кромок. Несоответствие фактической формы шва требуемой может проявится вследствие неверной , из-за неправильного расположения электрода относительно сварных кромок.
Подобный дефект может проявиться и при других . Например, при автоматической сварке причиной появления такого дефекта могут стать проскальзывание сварочной проволоки в подающем механизме, перепад напряжения в сети, попадание расплавленного металла в зазоры и др.
Непровар сварного шва
.jpg)
Чаще
всего, непровары в сварных швах происходят в тех случаях, когда между сварными
кромками небольшие зазоры, при большом притуплении кромок, а также при наличии
на них загрязнений, при неправильном положении электрода или сварочной проволоки
относительно свариваемых кромок, при недостаточной силе сварочного тока и при
завышенной скорости сварки.
Очень часто непровары образуются в корне шва (схема а) и б) ни рисунке слева и схемы в) и г) на рисунке). При автоматической сварке под флюсом непровары, в большинстве случаев, формируются в начале сварного шва. Чтобы предотвратить их появление, сварку рекомендуется производить на специальных подкладках. Непровары - одни из самых опасных дефектов для сварного соединения.
Подрезы сварных швов
.jpg)
Подрезы
сварных швов формируются на поверхности соединения. Подрезы - это углубления
в основном металле, расположенные по краям сварного шва. Они появляются из-за
излишне большой силы сварочного тока и из-за большой длины электрической дуги,
т.к. в этом случае ширина сварного увеличивается и края сварных кромок оплавляются
сильнее.
Различают несколько видов сварных трещин:
Вид сварного дефекта. А также его величина и место его возникновения.
Механические свойства сварного соединения. Это предел прочности, текучесть, ударная вязкость, пластичность, сопротивляемость коррозии, сопротивление усталостному разрушению и т.д.
Условия, при которых изделие эксплуатируется. В основном, это характер окружающей среды.
Функции, которые должно выполнять изделие. Существует даже такой термин: "пригодность для данной цели". Т.е. один и тот же дефект в сварном шве может быть допустим для выполнения одной задачи, и недопустим для выполнения другой.
Для принятия решения о допустимости дефектов того, или иного типа и величины, необходимо, чтобы измерительная способность прибора для контроля дефектов была выше, чем допустимая величина дефекта. Т.е., если в сварном шве допускаются дефекты, величиной не более 2мм, то нельзя использовать для контроля этого шва прибор, с измерительной способностью 5мм.
Для того, чтобы определить максимальную величину допустимого дефекта, необходимо иметь ввиду, что дефекты сварных швов увеличивают, главным образом, способность стали к усталостному и хрупкому разрушению.
Для разрушений такого вида, наибольшую опасность представляют плоскостные дефекты (микротрещины, макротрещины, непровары). В случае их выявления, нужно обратить внимание не только на максимальные размеры отдельно взятых дефектов, но и на их взаимное расположение и на их количество.
Опасность плоскостных дефектов заключается в том, что они являются концентраторами высоких напряжений из-за отсутствия радиуса закругления у трещин. Пространственные дефекты, такие, как поры, газовые пузыри или какие-либо включения имеют какой-либо радиус закругления, поэтому, представляют собой меньшую опасность, даже при большем количестве.
При маленьком закруглении у основания трещины, для того, чтобы оценить действующие в ней напряжения, применяют коэффициент интенсивности напряжений К1, позволяющий оценить механику разрушения. Коэффициент интенсивности напряжений возможно определить в том случае, если напряжение, необходимое для разрушения, меньше предела текучести материала. Определяется он по формуле:
где а - величина (высота) наружного дефекта, или половина величины внутреннего
дефекта;
бm
- напряжение при растяжении;
бв
- напряжение при изгибе;
Мm и Мв - коэффициенты, величина которых определяется отношением величины дефекта
к толщине детали и расположением дефекта;
Q - коэффициент, зависящий от формы дефекта.
Для сварных соединений, не подвергаемых отжигу после сварки, с целью уменьшения внутренних напряжений, для оценки допустимости сварных дефектов необходимо использовать расчёт критического раскрытия трещины (COD). Вычисление коэффициента К1, или нахождение величины критического раскрытия, даёт возможность с высокой точностью определить величину возможного допустимого дефекта сварного шва.
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.