Описание дефектов сварочных соединений

При выполнении неразъёмных соединений металлов и сплавов (особенно разнородных и трудносвариваемых) существенной проблемой, влияющей на долговечность сварных швов, является их качество. С этой целью, помимо технологических испытаний — на изгиб и удар, определения твёрдости – зону сварного шва проверяют на возможные дефекты. При этом руководствуются положениями ГОСТ 30242-97, который распространяется на все технологические процессы сварки плавлением.

Общие принципы классификации дефектов

Дефекты сварных швов подразделяются на внутренние и внешние. К внутренним дефектам относят неблагоприятные отклонения от микротвёрдости и структуры, которые выявлены в сварном шве. К внешним дефектам относятся те, которые выявляются визуальным  осмотром. На практике основные дефекты сварного шва рассматривают и оценивают в сравнении с безукоризненно выполненными сварными швами на заготовках из тех же материалов.

Сварочный шов

Важным принципом классификации является характерные особенности дефектов, которые могут относиться либо к качеству выполнения шва, либо к его недопустимой форме или размерам.

К первой группе дефектов относят:

  • Имеющиеся газовые включения (пузыри);
  • Включения шлака, флюса или металлических частиц;
  • Несплошности шва.

Вторая группа включает в себя:

  • Искажения корня шва (подрез);
  • Трещины различной пространственной ориентации;
  • Прочие поверхностные дефекты, например, пазы от прожога, наплывы, неравномерность поверхности шва и пр.;
  • Недопустимое смещение осей свариваемых заготовок.

ГОСТ 30242-97 устанавливает, что указанные дефекты часто бывают следствием несоблюдения технологических режимов сварки и последующей термической/механической обработки готового сварного соединения. При этом дефекты, которые могут быть обусловлены нетехнологичностью сварной конструкции, должны предупреждаться ещё на стадии опытных испытаний такой конструкции.

Рисунки и фото конкретных дефектов обычно приводятся в текстах соответствующих нормативных документов.

Рисунки дефектов

Описание видов дефектов сварных швов

Приводится согласно принятым обозначениям Международного института сварки и требований ИСО 6520-82.

Трещины

Наружные и внутренние трещины могут возникать повсюду: в металле сварного шва, на смежных участках или в любом другом элементе, подверженном воздействию высокой температуры сварки. Трещины имеют усталостный характер и способствуют разрушению сварной конструкции в процессе её эксплуатации.

Данные дефекты подразделяют на четыре группы:

  • Горячие трещины. Возникают в процессе выполнения сварки или вскоре после формирования шва;
  • Холодные трещины, которые могут появиться спустя несколько часов или дней после сварки;
  • Трещины, имеющие форму кратеров. Они характерны для конечных точек зоны сплавления, когда сварщик переходит на новый участок, и собирается использовать оставшуюся часть электрода. Опасны тем, что могут вызвать лавинообразное появление новых трещин;
  • Внутренние трещины, характеризующиеся резким изменением макроструктуры зоны затвердевшего расплава. Представляют особую опасность для конструкций, эксплуатация которых будет происходить в условиях динамических и ударных нагрузок.

Следует различать макро- и микротрещины: последние выявляются лишь при обследовании изделия под микроскопом, увеличение которого должно быть от 50х и более.  Трещины могут располагаться по оси или в перпендикулярном направлении. Холодные и кратерные трещины часто появляются в виде расходящихся лучей.

Трещины в металле

Пористость

Наличие пор указывает на пустоты, имеющиеся в металле сварного шва. Они ослабляют механическую прочность соединения. Пористость может быть единичной или групповой, когда наблюдается несколько соседствующих пустот, ориентированных по оси перемещения электрода.

Внутри сварного шва встречаются следующие разновидности пор:

  • Поверхностные, вызванные следами от газовых пузырей; такие поры имеют в плане форму, приближающуюся к окружности;
  • Рукавовидные (вытянутые), которые образованы перекрытием смежных газовых пузырей;
  • Цепочечные, которые образованы неперекрытыми газовыми пузырями;
  • Усадочные раковины, возникающие непосредственно на кромках шва в процессе затвердевания расплава.

Разновидностью пор являются свищи. Свищ представляет собой полость (или группу полостей) в форме трубы, которая была образована в процессе выделения сварочных газов из толщи металла. В отличие от лучевидных трещин имеют овалоподобное сечение.

Поры

Поры могут быть внешними и внутренними. Последние выявляются только методами инструментального контроля.

Включения

Представляют собой частицы, химический состав, свойства и структура которых отличается от соответствующих показателей основного металла. Различают такие виды включений:

  • Твёрдые, различной формы; они могут иметь один или несколько острых углов;
  • Шлаковые — групповые или одиночные;
  • Флюсовые;
  • Оксидные;
  • Металлические (чаще всего это частицы металла электрода – вольфрама или меди).

В свою очередь, включения шлака подразделяются на строчечные и линзовые; в последнем случае одна из поверхностей будет выпуклой.

Поверхностные включения легко идентифицируются в результате внешнего осмотра. Опасность таких дефектов заключается в ослаблении прочностных свойств сварного соединения.

Поверхностные включения

Дефекты структуры

К ним относят непровар металлов, образующих сварной шов, и неполное их сплавление после сварки. В результате исходный и присадочный металлы не соединяются должным образом.

Несплавление характеризуется наличием разрывов между участками сварного шва, которые наблюдаются по боковым или торцевым зонам, в последнем случае корень шва ослабляется, а чувствительность соединения к знакопеременным нагрузкам возрастает. Разновидностью несплавления является перекрытие, которое наблюдается на верхней или нижней кромке сварного шва. При непроваре химический состав металла в зоне сварного шва является неоднородным, и не соответствует требуемой макроструктуре и механическим свойствам готового соединения. Глубина сварного шва недостаточна, что легко выявляется внешним осмотром.

Несплавление

Дефекты сечения

Являются следствием нарушения технологии  сварки, либо недостаточной квалификацией сварщика, когда размеры сварного шва не соответствуют заданным.

Различают:

  • Угловые отклонения в геометрии шва;
  • Подрезы — выгорание части металла на внешней или внутренней части валика;
  • Неравномерную поверхность шва;
  • Утяжины или усадочные канавки;
  • Повышенную выпуклость металла в зоне расплава;
  • Натёки металла с противоположной стороны сварочного валика;
  • Смещение частей сваренной конструкции – линейное или угловое;
  • Прожоги с образованием полостей или даже сквозных отверстий;
  • Коробление;
  • Асимметрию корня шва.

Цифровое обозначение каждого из перечисленных дефектов имеется в ГОСТ 30242-97.

Сечение

Разбрызгивание

После соединения на поверхности металла часто остаются частицы грата – затвердевшего расплава, капли которого были выброшены наружу. Поскольку разбрызгивание увеличивает температуру отдельных элементов заготовки, то с ростом числа брызг растут и размеры искажений. Разбрызгивание металла не только ухудшает внешний вид сварной конструкции, но также повреждает оснастку, а иногда выводит из строя сварочные кабели.

Разбрызгивание металла

Причины возникновения сварочных дефектов

Причины возникновения сгруппированы в зависимости от вида дефекта (см. таблицу):

Наименование дефектаВозможные причины
Несплавление и непроварНедостаточная ширина сварочной канавки, слишком большой зазор между свариваемыми изделиями, диаметр электрода больше рекомендуемого для заданных размеров шва, повышенная (или слишком низкая) скорость перемещения электрода, недостаточная сила тока дуги при высоком напряжении, чрезмерная поверхность корня шва, нарушение полярности при сварке постоянным током, размещение электрода под неверным углом
ТрещиныГорячие трещины вызваны высокой теплопроводностью свариваемых металлов, а холодные – остаточной деформацией стальных заготовок (при сварке других металлов холодные трещины обычно не наблюдаются). Трещинообразование характерно для плохо очищенных заготовок, отклонениями от технологии, неверно подобранными геометрическими размерами свариваемых изделий
ПодрезИзбыточная сила дуги (при многопроходной сварке), увеличенные размеры электрода и малая скорость его перемещения на кромках, избыточные показатели тока и напряжения дуги, неверный угол наклона электрода
Различные включенияПлохая очистка металла после предыдущего прохода, неправильно выбранный угол наклона электрода, слишком большая (или, наоборот – недостаточная) сила сварочного тока, несоответствие температур плавления флюса и металла шва
Пористостьприменение для сварки плохо очищенных заготовок, использование электродов с повышенным содержанием водорода, повышенная скорость перемещения электрода, несоответствие фактических вольтамперных характеристик дуги заданным значениям
КороблениеПрименение завышенных значений сварочного тока и напряжения (особенно для тонкостенных изделий), увеличенная скорость перемещения электрода, использование многопроходной сварки электродами малого диаметра, недостаточный зажим деталей, подвергаемых сварке
РазбрызгиваниеПредварительная обработка поверхности специальными составами, уменьшение силы тока при одновременном увеличении напряжения, использование электродов повышенной влажности, применение только рекомендованных марок флюсов

В особо ответственных случаях выполняют пробную сварку с отработкой режимов процесса.

Как выявить дефекты в сварном шве

Внешние дефекты обнаруживаются визуально, а внутренние – методами разрушающего и неразрушающего контроля. К первым относят испытания на изгиб (которые проводят после полного снятия грата) и определение ударной прочности стыка, причём место удара принимают на расстоянии 15…20 мм от сварного стыка. Часто используют также измерение твёрдости на расстоянии 3…5 мм от стыка; она не должна быть выше  285 НВ.

Из методов неразрушающего контроля чаще используют  ультразвуковую дефектоскопию.

Какие виды дефектов считаются допустимыми

Объяснение допустимости отклонений свойств и размеров сварной конструкции указывается в технических требованиях на её изготовление. Рекомендуется контролировать дефектные места только в том случае, когда из-за наличия неоднородностей или несплошностей применение конструкции может быть ограничено.

Методы устранения дефектов сварных конструкций

Способы устранения проблем сварных швов сводятся к следующим:

  • Зачистка грата крацеванием или фрезерованием;
  • Плоскостная или объёмная правка конструкции, более эффективная в нагретом до 60…1000С её состоянии;
  • Отжиг с целью получения более равновесной структуры металла.

Во многих случаях, однако, исправление дефектов невозможно, поэтому приходится разъединять детали и производить повторную сварку с учётом всех вышерассмотренных факторов.

Способы предупреждения неудач заключаются в тщательном анализе границ применимости всех компонентов техпроцесса: сварочной оснастки, оборудования, режимов сварки, квалификации исполнителей и т.д.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector