Сварка играет немаловажную роль в процессе строительства, изготовления инженерных систем и коммуникаций. Потому для достижения надлежащего результата, очень важно соблюсти все нормы при выполнении сварочных работ. Но нередко возникают дефекты сварки.
Причинами их возникновения являются как характеристики самого свариваемого материала, так и несоблюдение положений нормативных актов, регулирующих этапы подготовки, сборки, предварительной обработки швов изделия, сварочного процесса. Речь пойдет о классификации дефектов сварки, которые могут встречаться на практике, о причинах их образования и основных способах их предупреждения, устранения и исправления.
Дефекты сварки: классификация
Виды дефектов при сварке.
Можно отметить, что на сегодня существует несколько классификаций дефектов сварки, составленных в зависимости от различных их критериев (форм, размеров, размещения на шве, причин возникновения). Кроме того, существует официальная классификация, содержащаяся в ГОСТ 30242-97, которая выделяет и детально описывает такие группы дефектов:
- Трещины. Встречаются в сварных соединениях (продольные, радиальные, поперечные и т.д.).
- Полости, поры (могут быть равномерно распределенные по шву, расположены цепочкой или скоплением), свищи, кратеры.
- Твердые включения (шлаковые, металлические, оксидные).
- Несплавления (могут возникать на боковой поверхности, на сварном шве, между его валиками) и непровары (встречаются в случаях несплавления основного металла на шве, когда расплавленный металл не проникает в корень сварного соединения).
- Нарушения формы шва. Выражаются в подрезах, натеках, превышениях проплава, прожогах, смещениях, превышениях выпуклости, наплавах, могут проявляться в виде усадочных канавок и др.
Существуют и иные применяемые классификации, где основными критериями являются дополнительные причины образования дефектов, характерные для металлургических и технологических процессов. В таких случаях за основу может браться разделение трещин на горячие (кристаллизационные, дисперсионного твердения) и холодные (ламелярные, интерметаллидные, мартенситные и т.д).
Причины появления дефектов сварки
Отклонения швов по высоте и ширине является одним из самых распространенных изъянов в сварочной работе. Несоответствие швов предусмотренным нормам является результатом небрежной подготовки кромок сварных соединений. Это приводит к тому, что расстояние между кромками разное и его необходимо заполнить наплавленным металлом. Параметры шва могут меняться из-за неравномерного перемещения электрода по всей свариваемой площади, невыполнения установленных правил процесса сварки. Швы и само сварное соединение в этом случае будут неровными и непрочными.
Трещины могут возникать как в основном металле, так и в сварочном. Они вызваны непроварами, кристаллизацией металла в процессе сварки, напряжением, возникшим из-за несоблюдения температурного режима и слишком быстрого охлаждения деталей, изменением структуры металла в ходе сварочных работ, повышенным содержанием фосфора, серы и пр.
Сварное соединение может содержать поры, заполненные газом округлые полости, которые возникают, когда поглощенный металлом водород, в результате нарушений в работе с горелкой, не успевает выделиться наружу и образует в металле газовые пузырьки. Поводом к появлению пор может стать влажное электродное покрытие, несоответствие химических составов сварных соединений, незачищенные края свариваемых металлов, наличие шлаков. Если в шве имеются поры, то конструкция не прослужит долго, будет уязвима для влияния окружающих факторов. С целью выявления пор используют проверку с помощью давления воды, смазыванием керосином, рентгеновскими лучами.
Подрезы представляют собой углубление по линии сварного соединения, спаивающего основной металл и наплавленный. Появляются из-за применения слишком большого тока или мощного сварочного устройства.
Непровар возникает, когда кромки многослойного сварного шва, соединяющего наплавленный и основной металлы, не полностью расплавились, вследствие недостаточной зачистки металлов от ржавчины, окалины, недостаточной мощности, неправильного выбора температуры сварочного аппарата, слишком высокой скорости сварки. Такое изделие становится непрочным, легко подверженным внешним воздействиям, ударам и деформациям.
Наплыв на сварном соединении образуется, если плавление электрода происходит слишком быстро, и жидкий металл натекает на недостаточно прогретый основной металл. Бывают случаи, когда наплывы сопровождаются непроварами, поэтому следует проверить участок и на наличие последних.
Свищи представляют собой дефект сварки углубления в виде воронки. Это сквозные поры, вызванные выделением газа, они видны при внешнем осмотре.
Шлаковые включения появляются при недостаточной очистке краев шва от грязи, напылений, отложений, ржавчины. Из технических причин возникновения шлаковых вкраплений выделяют сварку электродом с несоблюдением угла его наклона, мощности горелки, при слабом токе. Для выявления участков с подобным дефектом используют просвечивание рентгеновскими лучами или ультразвуком, магнитографическими приборами.
Кратеры, а именно незаплавленные углубления в шве, образуются, если сварка спонтанно прекращается. В таких местах существует высокая вероятность образования трещин, поэтому сварку нельзя прекращать внезапно.
Перегрев металла является изъяном микроструктуры сварного соединения, вызванным сваркой на большой мощности. Строение такого металла крупнозернистое, что влечет за собой его хрупкость и ломкость.
Пережог металла возникает, если в пламени не хватает кислорода, характеризуется наличием окислительных зерен в металле. Последствием пережога считается хрупкость металла, такой изъян не устраняется.
Способы исправления дефектов сварки
Схемы усиления дефектных соединений: 1 – сварное соединение; 2 – стальная скоба; 3 – накладка; 4 – протяженные сварные швы; 5 – дефект.
Практически в любом случае возникновения вышеперечисленных, проблем самым действенным и надежным способом их исправления станет удаление участка сварного соединения с изъяном и заваривание деталей заново (при наплывах, свищах, прожогах, шлаковых включениях). Это даст возможность избежать в дальнейшем проблем с перегниванием, коррозией, ломкостью изделия.
Исправление дефектов всегда зависит от каждого отдельного случая. Поэтому существуют способы, применимые к конкретным случаям.Например, для борьбы с дефектами швов, подрезов, кратеров следует применять зачистку с дополнительной подваркой шва и срезание лишнего металла.
Нарушение требований, установленных нормативными документами, при сварке плавлением приводит к образованию брака. Дефекты сварных соединений ГОСТ 30242-97 разделяет на шесть групп. Их нужно знать так же хорошо, как и то, правильно.
Трещины: разновидности, причины их образования
Трещиной называют несплошность, которая вызывается резким охлаждением или воздействием нагрузок. Разновидность этого дефекта, которую можно обнаружить только оптическими приборами с увеличением, не менее пятидесятикратного, называют микротрещиной.
Продольные трещины располагаются вдоль сварного соединения и могут располагаться:
- в металле шва;
- в основном материале;
- на границе сплавления;
- в области температурного влияния.
Трещины в основном металле, причиной которых являются высокие напряжения, называют скрытыми. Внешне они напоминают ступеньки. Этот дефект присущ сварным соединениям значительной толщины. Высокие напряжения вызываются слишком жесткими соединениями или некорректным выбором сварочной технологии. Уменьшение сварочных напряжений снижает вероятность образования скрытых продольных трещин.
Конфигурация продольных трещин определяется линиями сплавления шва и основного металла.
Эти трещины разделяют на:
- горячие, их причиной является высокотемпературная хрупкость сплавов;
- холодные – возникают при медленном разрушении металла.
Поперечные трещины ориентированы перпендикулярно оси сварного шва. Они могут возникать, как в основном материале и металле сварного соединения, так и в зоне температурного влияния.
Радиальные трещины расходятся из одной точки и иначе называются звездообразными. Места их расположения аналогичны локализациям поперечных трещин. Причины образования поперечных и радиальных трещин такие же, как и у продольных.
В месте отрыва дуги на поверхности шва образуется углубление. Дефекты, которые возникают в этом месте, называют трещинами в кратере. Они разделяются на продольные, поперечные, звездоподобные. Конфигурацию этого дефекта определяют: микроструктура зоны сварного соединения, фазовые, термические и механические напряжения.
Если возникает группа не связанных друг с другом трещин, то они называются раздельными. Места и причины их возникновения аналогичны этим характеристикам поперечных и радиальных трещин.
Если из одной трещины образуется группа трещин, то такой брак носит название разветвленных трещин. Места их расположения – основной материал, металл шва, область термического влияния. Причины возникновения такие же, как и у продольных трещин.
Поры: их форма, места расположения и причины появления
Дефекты сварных соединений и соединений в виде полостей в сварном соединении называют порами. Эти полости заполнены газом, который не успел выделиться наружу.
Различают следующие разновидности пор:
- Газовая полость – это образование произвольной формы, не имеющее углов, причиной появления которого явились газы, не успевшие покинуть расплавленный материал.
- Газовой порой называют газовую полость, имеющую сферическую форму.
- Группа газовых пор, которая располагается в металле сварного соединения, называется равномерно распределенной пористостью.
- Скопление пор – это три или более газовых полостей, расположенных кучно на расстоянии между собой, не превышающем тройной диаметр максимальной поры.
- Цепочкой пор называют ряд газовых полостей, которые располагаются линией вдоль сварного соединения с расстоянием между ними, не превышающем трех диаметров наибольшей из пор.
- Если дефектом является несплошность, вытянутая вдоль оси сварного шва и имеющая высоту, которая гораздо меньше длины, то она называется продолговатой полостью.
- Свищом называют трубчатую полость, которая располагается в металле сварного шва. Свищ вызывается выделением газа. Его форма и положение определяются источником газа и режимом твердения. Как правило, свищи образуют скопления в форме елочек.
- Газовая полость, нарушающая целостность поверхности сварного соединения, называется поверхностной порой.
- Если во время затвердевания вследствие усадки образуется полость – она носит название усадочной раковины. А усадочная раковина, расположенная в конце валика и не заваренная при последующих проходах, называется кратером.
Поры – дефекты сварных соединений, фото которых приведено ниже, появляются из-за наличия вредных примесей, как в основном металле, так и в присадочном. Поры могут образовываться из-за ржавчины и прочих загрязнений, которые не были удалены перед проведением сварки с кромок материала, повышенного содержания углерода, высокой скорости сварочного процесса, нарушений защиты сварочной ванны. Самой частой причиной возникновения пор является отсыревшее покрытие плавящегося электрода.
Наличие одиночных пор не представляет опасности, а вот их цепочка может негативно сказаться на прочностных характеристиках сварного соединения. Участок сварочного шва, пораженный этими дефектами, переваривают, предварительно механически его зачистив.
Поры и шлаковые включения
Виды твердых включений в сварном шве
Твердые инородные включения, как металлического, так и неметаллического характера, имеющие в своей конфигурации хотя бы один острый угол, являются недопустимым дефектами в сварном соединении, поскольку играют роль концентраторов напряжений. Дополнительная опасность этих дефектов заключается в том, что они не видимы снаружи. Обнаружить их можно только методами неразрушающего контроля.
Шлаковые включения в сварном соединении
Твердые включения разделяются на следующие виды:
- Шлаковые включения – это шлаки, попавшие в сварочный шов. В зависимости от того, в каких условиях они были образованы, они бывают линейными, разобщенными, прочими. Причины их образования – большие скорости сварочного процесса, загрязненные кромки, многослойная сварка, если швы между слоями очищены некачественно. Форма этих бракованных включений очень разнообразна, поэтому они могут быть гораздо опаснее округлых пор.
- Флюсы, служащие для защиты металла от окисления, являются причиной образования флюсовых включений. Также, как и шлаковые, флюсовые включения делят на линейные, разобщенные и прочие.
- Причинами образования оксидных включений могут быть: недостаточно чистая поверхность основного или присадочного металлов, вытаскивание горячего сварочного прутка из области защиты, неправильная подготовка кромок – слишком сильное их затупление.
- Частицы сторонних металлов – вольфрама, меди или других образуют металлические включения. Причиной их образования может стать эрозия вольфрамового электрода или случайное попадание металлических частиц снаружи, а также при использовании для поджига медной стружки.
Несплавление и непровар: причины возникновения
Непровар и несплавление
Дефекты – несплавление и непровар – это отсутствие соединения основного материала и металла сварного соединения.
Несплавление возникает при высоких скоростях сварочного процесса и силе тока более 15000С. Для предотвращения несплавлений необходимо уменьшить скорость сварки, снизить временной разрыв между образованием и заполнением канавки, тщательно очищать сварочную зону от масел и загрязнений. Несплавления могут располагаться:
- в корне сварного шва;
- на боковой стороне;
- между валиками.
Непровар возникает по причине невозможности расплавленного металла достичь корня шва. Причин непровара может быть несколько:
- недостаточный сварочный ток;
- слишком высокая скорость перемещения электрода;
- увеличенная длина дуги;
- слишком маленький угол скоса кромок;
- перекос свариваемых кромок;
- недостаточный зазор между кромками;
- неправильно выбранный – увеличенный – диаметр электрода.
- попадание шлака в зазоры между кромками;
- неадекватный выбор полярности для данного типа электродов.
Непровар – очень опасный и недопустимый сварочный дефект.
Виды отклонений формы наружной поверхности шва от заданных значений
К нарушениям формы сварочного шва относят следующие дефекты:
- Подрезы непрерывные – представляют собой непрерывные углубления, расположенные на наружной части валика шва. Если подрезы располагаются со стороны корня одностороннего шва и образуются по причине усадки вдоль границы, их называют усадочными канавками. Подрезы являются широко распространенными поверхностными дефектами, которые возникают из-за слишком высокого напряжения дуги при сваривании угловых швов или по причине неточного ведения электрода. В этом случае одна из кромок проплавлена более глубоко, что приводит к стеканию металла на находящуюся в горизонтальном положении деталь. Для заполнения канавки металла не хватает. При сварке стыковых швов подрезы образуются редко. При слишком высоких значениях скорости сварки и напряжения дуги, как правило, возникают двухсторонние подрезы. Такого же типа дефект получается и при автоматической сварке в случае повышения угла разделки.
- Превышения выпуклостей стыкового или углового шва представляют собой избыток наплавленного металла с лицевой стороны швов сверх положенного значения.
- Если избыток наплавленного металла сверх установленного значения располагается на обратной стороне стыкового шва, то такой дефект называют превышением проплава. Разновидность – местный избыточный проплав.
- Если избыток наплавляемого металла натекает на основной металл, но не сплавляется с ним, то такой дефект называют наплавом.
- Линейное смещение возникает, если свариваемые поверхности расположены параллельно, но не на одном уровне.
- Угловым называют смещение между двумя поверхностями при их расположении под углом, который отличается от необходимого.
- Натек образуется из металла сварного шва который оседает под воздействием силы тяжести. Натек образуется при горизонтальном, потолочном, нижнем положениях сварки, в угловом соединении и шве нахлесточного соединения.
- При прожоге металл сварочной ванны вытекает, образуя сквозное отверстие. Причинами прожога могут стать загрязненность поверхности основного металла или электрода.
- Неполное заполнение разделки кромок возникает из-за недостаточного количества присадочного материала.
- Если в угловом соединении один катет значительно превышает другой, то возникает дефект чрезмерной асимметрии.
- Неравномерная ширина сварного шва.
- Неровная поверхность – это неравномерность формы усиления шва по его протяженности.
- Вогнутость корня шва представляет собой неглубокую канавку со стороны корня шва, которая образовалась по причине усадки.
- Из-за возникновения пузырьков в период затвердевания металла образуется пористость в корне шва.
- Возобновление. Этот дефект представляет собой местную неровность поверхности в зоне возобновления сварочного процесса.
Наплыв и подрез
Прочие дефекты сварных швов
Все дефекты сварных швов и соединений, которые не были перечислены выше, относятся к категории “прочие”. К ним принадлежат следующие типы дефектов:
- Случайная дуга. В результате возникновения случайного горения дуги возникает местное повреждение поверхностного слоя основного металла, который примыкает к области сварного шва.
- Брызги металла – капли, которые образовались от наплавляемого или присадочного металла во время сварочного процесса. Они прилипают к поверхности остывшего металла сварного шва или основного металла, расположенного в околошовной области.
- Вольфрамовые брызги – создаются частицами вольфрама, выброшенного из расплавленного электрода на основной металл или на сварной шов.
- Поверхностные задиры – это дефекты, которые возникают из-за удаления временно приваренного приспособления.
- Утонение металла образуется при механической обработке. При этом толщина металла имеет значение, которое меньше допустимой величины.
Допустимые дефекты сварных соединений – это отклонения, наличие которых не снижает эксплуатационные свойства сварного соединения и их присутствие разрешено нормативной документацией. Все остальные дефекты, как правило, исправляются с помощью подварки. Исправлять качество сварки более двух раз не разрешается, так как может произойти перегрев или пережог металла.
Сварка - один из наиболее важных производственных процессов. С ее помощью выполняется соединение стальных деталей в самых разнообразных конструкциях. Как и в случае прочих производственных процессов, иногда встречается брак. Под ним подразумеваются дефекты сварного шва, которые могут резко снизить качество готового изделия, а то и вовсе сделать его эксплуатацию смертельно опасной.
Классификация
Кстати, а как их можно разделить? Все дефекты сварного шва делятся на три большие группы:
- Наружные.
- Внутренние.
- Сквозные.
Наружные дефекты сварного шва зачастую являются наиболее многочисленной категорией. В нее входят: излишне малые размеры, а также смещение линии шва, различные наплывы, «надрезы», раковины усадки и не заделанные в процессе сварки кратеры, пористость или трещины. Неравномерная ширина шва также относится к этой разновидности. Считается, что внешние дефекты относятся к наименее опасной категории.
Соответственно, к внутренним относятся: поры, многочисленные включения шлака, не полностью проваренные места, а также трещины в толще сваренного металла. Что касается сквозных дефектов, то это свищи, проходящие через всю толщину детали трещины, а также пережог.
Основные причины возникновения сварочных дефектов
- Практически всегда они появляются в случае, когда стараются использовать исключительно дешевые и низкосортные материалы.
- То же самое можно сказать в отношении низкокачественного сварочного оборудования. Кроме того, частота возникновения дефектов нередко возрастает после некачественного ремонта используемых специалистами приборов.
- Разумеется, подобное сплошь и рядом происходит при нарушениях технологии работы.
- Серьезные дефекты сварного шва нередко встречаются у неопытных специалистов с низкой квалификацией.
Несложно понять, что наиболее качественные изделия получаются в случае использование полностью автоматизированного оборудования. Не стоит забывать и об удобстве рабочего пространства. Так, крупная чешуйчатость шва и нарушения его ширины очень часто встречаются в тех случаях, когда сварщик (пусть даже опытный) работает в неудобном положении.
Собственно, не случайно в требованиях к выполнению имеются пункты, которые особо оговаривают полноценное оснащение рабочего места, предусматривающее его качественную эргономику.
Немаловажное замечание
Даже начинающим сварщикам прекрасно известно, что для обеспечения максимальной прочности шов должен иметь небольшое усиление высотой порядка 1-2 мм. В то же время те же сварщики нередко допускают грубую ошибку, когда делают усиление высотой 3-4 мм. В принципе, в простых случаях ничего страшного в этом нет, но не тогда, когда дело касается изделий, постоянно находящихся в состоянии динамической нагрузки. Все это приводит к концентрации напряжений и резкому повышению вероятности поломки.
Подрезы
Как мы уже и говорили, дефекты сварных швов и соединений крайне опасны. Нетрудно представить себе, что произойдет в случае, если они будут иметься в детали, предназначенной для установки, к примеру, в опорную конструкцию железнодорожного моста. Особенно они опасны в случае сварки деталей из которые будут эксплуатироваться в условиях постоянных перепадов температур.
Наиболее опасными являются подрезы, так как они являются естественным «аккумулятором» напряжений, которые будут концентрироваться в наиболее слабом месте шва. Кроме того, они значительно уменьшают его рабочее сечение, что также крайне отрицательно сказывается на прочности всего соединения.
Как правило, эти наружные дефекты сварных швов в большинстве случаев не исправляются. Связано это с тем, что металл (чаще всего) все равно будет иметь малозаметный брак, который может привести к весьма существенным последствиям.
Как возникают подрезы?
Основной причиной является выставление слишком большой силы тока. В сочетании с длинной дугой этот фактор дает практически стопроцентную вероятность их появления. Кроме того, в некоторых случаях подрезы возникают при излишне быстром перемещении источника нагрева над поверхностью металла.
Если конструкция хоть сколь-нибудь важная, даже мельчайшие дефекты сварных швов и соединений этого типа совершенно недопустимы. Исправляют их при помощи аккуратной наварки тонкого шва. В случае наличия таковой возможности деталь все же лучше полностью заменить (заметим, что последнее замечание относится ко всем дефектам).
Участки непроваренного металла
Если таковой участок располагается прямо в толще шва, это крайне опасно. Во-первых, отыскать такой дефект можно только при помощи дефектоскопа. Во-вторых, они опять-таки являются аккумулирующими местами естественных напряжений в металле. В сочетании с нарушением сварной структуры все это приводит к риску преждевременной поломки детали. Особенно часто такие внутренние дефекты сварных швов возникают в случае использования легированной стали и плохого сварочного оборудования.
Пористость (вне зависимости от ее локализации) резко снижает прочностные характеристики до недопустимых величин, приводит к «расслоению» металла, то есть к нарушению его естественной структуры. Детали даже с незначительной пористостью в несколько раз чаще разрушаются под нагрузкой даже в начале эксплуатации. Возникают поры по вине газов, которые попросту не успевают выйти из слоя расплавленного металла.
Как и все виды дефектов сварных швов, они чрезвычайно часто возникают в случае использования некачественных сырых электродов. Нередко бывает так, что пористость возникает по причине каких-то посторонних примесей в защитных газах. Как и в прошлом случае, этот тип дефектов также может наблюдаться при излишне высокой скорости сварки, когда банально нарушается целостность газовой защитной «ванны».
Включения шлака
Включения шлака в значительной степени портят однородность металлической структуры. Классическая причина образования - небрежная зачистка поверхности шва от остатков ржавчины и окалины. Вероятность их возникновения стремится к нулю при условии сварки в слое защитных газов. Редкие включения округлой формы опасности не представляют, изделия с ними могут пройти ОТК.
Заметим, что если при сварке использовался то в деталях могут быть обнаружены частицы этого металла. Степень их опасности - как и в предыдущем случае (т. е. это допустимые дефекты сварных швов).
Трещины
Бывают поперечными и продольными, идущими как по самому шву, так и по металлу вдоль или около него. Они крайне опасны тем, что в некоторых случаях снижают механическую и вибрационную прочность изделия практически до нуля. В зависимости от свойств свариваемого материала, трещина может как сохранять свою изначальную локализацию, так и распространиться на всю длину обрабатываемой детали за очень короткое время.
Неудивительно, что это наиболее опасные дефекты сварных швов. ГОСТ в большинстве случаев требует немедленной отбраковки таких деталей вне зависимости от ее предназначения (за исключением совсем уж маловажных изделий).
Неравномерность швов
Так называется грубое несоответствие геометрических параметров соединений требуемым в нормативных документах характеристикам. Проще говоря, если сварка идет «змейкой», наискосок и т. п., речь как раз идет о подобном типе дефектов.
Чаще всего они появляются при работе неопытных сварщиков, а также при значительных скачках напряжения, некачественном оборудовании и банальной спешке. Опасен тем, что зачастую комбинируется с недоваром, который уже куда опаснее. Если отклонение от осевой линии соединения незначительно и не вызывает снижения прочности изделия, деталь может быть допущена к эксплуатации.
В этом случае всегда следует помнить одну простую вещь: чем меньше угол перехода от основного металла к слою наплавления, тем хуже становится механическая прочность свариваемого изделия. Конечно же, при изготовлении каких-то бытовых конструкций (каркас теплицы, к примеру) в условиях недостаточного напряжения обойтись без неравномерности швов просто нереально. Впрочем, в таком случае они и не представляют особой опасности.
Основные способы устранения, исправления дефектов
Сразу скажем следующее: в большинстве случаев способы устранения дефектов сварных швов обсуждать не имеет смысла, так как в условиях более-менее строгого ОТК все изделия с какими-то изъянами попросту бракуются. Но порой действительно бывает так, что дефект не слишком серьезный, а потому его можно устранить. Как это делать?
В случае со стальными конструкциями испорченную поверхность срезают тщательно зачищают место неудачного соединения, а затем повторяют попытку. Если имеются незначительные внешние дефекты сварных швов (неравномерность соединения, неглубокие оспины), то их можно попросту зашлифовать. Конечно же, при этом не стоит увлекаться и снимать слишком большой слой металла.
Важное замечание
Если речь идет об изделиях из легированной стали, которые должны пройти обязательную термическую обработку, то исправление дефектов сварных швов должно производиться только (!) после отпуска в температурном диапазоне от 450 до 650 °С.
Исправление прочих разновидностей
Проще всего исправлять наплывы и механическую неравномерность шва. В таком случае место соединения просто зачищают (о чем мы уже писали). Об исправлениях подрезов мы уже говорили выше, но еще раз заметим - с такими дефектами деталь более целесообразно сразу выбраковать, так как ее эксплуатация может быть опасна!
Если имеется прожог (что встречается не так часто), то устранение дефектов сварных швов провести довольно просто: сперва поверхность как следует зачищается, а затем ее повторно проваривают. Приблизительно так же поступают и с кратерами.
Основные условия «косметического ремонта»
При устранении дефектов нужно соблюдать определенные технологические условия. Во-первых, нужно следовать простому правилу: длина дефектного участка должна соответствовать его ширине, плюс 10-20 мм стоит оставить «на всякий случай».
Важно! Ширина сварочного шва после его повторной проварки не должна превышать двукратного его размера до начала работ. Не ленитесь перед исправлением огрехов хорошо подготовить поверхность. Во-первых, это предотвратит попадание в металл кусочков шлака. Кроме того, данная нехитрая мера поможет ускорить работу и повысить качество ее результатов.
Очень важно подготовить выборку под вновь заделываемый участок. Если вы используете УШМ («болгарку»), то лучше взять диск самого маленького диаметра. Боковые грани выборки нужно делать как можно более ровными, без заусениц и прочих выступающих частей, которые в процессе сварки могут превратиться во все тот же шлак.
Если речь идет о соединениях алюминия, титана, а также сплавах этих металлов, то к делу стоит подойти еще более ответственно. Во-первых, при устранении дефектов в этом случае допускается использовать только (!) механические методы, применение же дуговой сварки недопустимо. Предпочтительнее всего вырубать испорченный участок, зачищать и заново заваривать шов.
Замечание по исправленным дефектам
Места с исправленными - повторно заваренными соединениями, должны вновь пройти процедуру ОТК. Если дефект в той или иной степени сохранился, его можно попробовать устранить опять. Важно! Количество исправлений зависит от марки стали и характеристик самого изделия, но в нормальных условиях переделывать работу можно не более двух-трех раз, так как в противном случае наблюдается резкое снижение прочностных качеств детали.
Вот мы и обсудили основные виды дефектов сварных швов.
Дефектами сварных швов и соединений называют различные отклонения от требований чертежа и условий выполнения сварочных работ, ухудшающих качество соединения (его эксплуатационные свойства, герметичность, сплошность и др.). От возникновения брака не застрахован никто, поэтому сварщик должен знать возможные дефекты, причины их возникновения, а также методы устранения, о чем дальше и пойдет речь.
Причины возникновения дефектов сварочных соединений
Сварочный процесс осложняется многими факторами, к которым можно отнести как объективные (свойства соединяемых материалов), так и субъективные (точное соблюдение технологичности процесса, правильность выбора технологии). Оправдать возникновение брака у профессионального сварщика можно только объективными причинами, да и то лишь в какой-то мере.
Основными причинами, которые приводят к образованию дефектов сварочных швов, являются:
- неправильная подготовка свариваемых поверхностей;
- несоответствие или неисправность сварочного инструмента;
- неправильный выбор защитных флюсов или газов и нарушение технологии их использования;
- недостаточная квалификация сварщика;
- несоблюдение в полной мере требуемых режимов сварки (мощность рабочего тока, длина дуги и др.).
Разновидности дефектов сварочных швов
Все дефекты таких соединений можно разделить на 2 основных типа:
- Внешние, которые можно обнаружить невооруженным глазом. Они могут проявляться в виде прожога, непровара и других признаков.
- Внутренние, которые проявляются в виде трещин, пор и других нежелательных образований.
Внешние дефекты сварочных соединений
К данным дефектам относятся нарушения геометрических размеров сварных соединений (наплывы, подрезы), а также прожоги, непровары и незаваренные кратеры.
Наплывы (натеки) наиболее часто появляются при горизонтальной сварке вертикальных поверхностей. Это приводит к натеканию расплавленного металла на кромки основного металла, имеющего намного меньшую температуру (рис. 1). Они могут возникать на небольшом участке или же иметь большую протяженность вдоль сварной зоны.
Причинами возникновения наплывов являются:
- длинная дуга;
- большая величина сварного тока;
- неправильное положение электрода.
Рисунок 1. Наплывы чаще выявляются при горизонтальной сварке.
При кольцевом соединении наплывы могут появляться при большом или недостаточном смещении электрода с зенита. В местах наплывов достаточно часто могут возникать и другие дефекты. Не допустить образование наплывов можно подбором правильного режима сварки и качественной подготовкой свариваемой поверхности (удаление окалины и др.).
Подрез – дефект в виде канавки в основном металле по краям сварочного шва (рис. 2). Данный дефект является самым распространенным при сварке нахлесточных или тавровых соединений, но иногда возникает при создании стыковых соединений. В большинстве случаев он возникает из-за неправильно подобранных параметров сварочного процесса.
При угловой сварке подрезы могут возникать из-за того, что дуга направляется больше на вертикальную поверхность, чем на горизонтальную. Это приводит к тому, что расплавленный металл стекает на нижнюю кромку и его не хватает для полного заполнения ванны. При слишком большой скорости сварки и большом напряжении сварочные швы могут выйти горбатыми. Из-за быстрого затвердевания сварочной ванны также могут образовываться подрезы. Снижение скорости сварки позволяет устранить этот дефект.
На возникновение подрезов влияет и длина дуги. При увеличении величины дуги возрастает и размер шва, что приводит к увеличению количества расплавленного основного металла. Так как при увеличении длины дуги тепловложение остается прежним, его не хватает на весь шов, кромки быстро остывают, в результате чего образуются подрезы. Уменьшение длины дуги не только может избавить от подрезов, но и увеличивает проплавление .
Рисунок 2. Подрез представляет собой дефект, проявляющийся в виде канавки по краям сварочного шва.
Прожогами называются , которые проявляются в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. При этом с другой стороны места соединения может образоваться натек. Прожоги возникают из-за слишком большого значения рабочего тока, большого зазора между кромками металла, недостаточной скорости перемещения электрода, недостаточной толщины подкладки или ее неплотного прилегания к основному металлу. Устранение данного дефекта выполняется снижением рабочего тока и увеличением скорости перемещения электрода. При этом особое внимание следует обратить на качество подгонки кромок детали, чтобы расплавленный металл не выливался из сварной ванны.
Непровары – это локальные несплавления наплавленного металла с основным металлом или слоев шва между собой. К этому дефекту можно отнести и незаполнение сечения шва (рис. 3).
Непровары существенно уменьшают качество состыковки и могут привести к тому, что сварочное соединение со временем разрушится.
Этот дефект возникает из-за недостаточной величины рабочего тока, высокой скорости сварки, плохой подготовки свариваемых поверхностей, присутствия на кромках детали посторонних веществ (шлака, ржавчины и др.) и загрязнений. Не допустить возникновение непроваров можно выбором требуемого значения сварочного тока.
Внутренние дефекты сварочных соединений
К самым распространенным внутренним дефектам относятся горячие, холодные трещины и поры.
Рисунок 3. Непровары значительно уменьшают качество состыковки и приводят к разрушению сварочного соединения.
Горячие трещины появляются при нагреве металла до температуры более 1200 °С, в результате чего происходит быстрое уменьшение пластических свойств металла (кристаллизация). Горячие трещины возникают на границах зерен кристаллической решетки. Их возникновению способствует наличие большого количества в металле различных примесей. Распространяться такие трещины могут как поперек, так и вдоль шва.
Холодные трещины появляются при температуре металла ниже 130°С. Иногда такие дефекты могут возникать и со временем. Причинами их появления могут быть сварочные напряжения, образующиеся во время фазовых превращений, или растворенный атомарный водород, который не успел выделиться при сварке.
Поры – это полости внутри шва, заполненные газом, который не успел выделиться в процессе сварки. Они могут иметь различную форму и размеры, которые зависят от размеров пузырьков газа. Основными причинами возникновения такого дефекта являются:
- наличие примесей в присадочном или основном металле;
- некачественная обработка свариваемых поверхностей;
- повышенное содержание углерода;
- нарушения защиты сварочной ванны.
Одиночные поры не несут большой опасности, но их цепочка снижает механические характеристики изделия. Участок сварочного шва, на котором обнаружены поры, подлежит переварке с предварительной механической зачисткой.
Способы выявления дефектов сварочных соединений
Дефекты сварных швов можно выявить такими способами:
Дефекты в сварных соединениях снижают прочность сварных конструкций и при неблагоприятных условиях могут привести к разрушению отдельных швов или всей конструкции.
В сварочном производстве выделяют дефекты следующих типов: подготовки и сборки изделий под сварку; формы шва; наружные и внутренние.
Различают дефекты допускаемые , на которые установлены нормы по величине и количеству, и недопускаемые, подлежащие обязательному исправлению.
Нормативы дефектности сварных соединений устанавливают в зависимости от условий работы сварной конструкции.
Дефекты подготовки и сборки. Характерные дефекты при сварке плавлением: неправильный угол скоса кромок в швах 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; некачественного выполнения работ по разделке кромок, несовершенства приспособлений для сборки и сварки.
Дефекты формы шва. Форма и размеры сварных швов обычно задаются техническими условиями, указываются на чертежах и регламентируются стандартами.
При выполнении сварных соединений любыми методами сварки плавлением швы могут иметь неравномерную ширину и высоту, бугры, седловины, неравномерную высоту катетов в угловых швах.
Швы неравномерной ширины - результат отклонений от заданного зазора кромок при сборке или неправильных движений электрода при ручной сварке. При автоматической сварке причиной образования этого дефекта служит нарушение скорости подачи проволоки, скорости сварки, стабильности горения дуги и т. д.
Неравномерность усиления по длине шва, местные бугры и седловины получаются при ручной сварке из-за недостаточной квалификации сварщика, неправильных приемов переварки прихваток и неудовлетворительного качества электродов. При автоматической сварке эти дефекты встречаются редко и являются следствием неполадок в механизме автомата, регулирующем скорость сварки.
Наплывы, подрезы, незаделанные кратеры, прожоги относят к наружным дефектам.
Наплывы образуются в результате влияния пространственного положения шва (вертикального, потолочного) или неправильного смещения электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом; чаще всего наплывы возникают из-за чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки.
Подрезы представляют собой углубления (канавки) по краям шва. Глубина подреза может колебаться от десятых долей до нескольких миллиметров. Причины появления этого дефекта - значительная сила тока и повышенная скорость сварки. Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть причиной разрушения соединений в процессе эксплуатации.
Кратер - углубление, образующееся в конце шва при внезапном прекращении сварки. Размеры кратера зависят от силы сварочного тока. Кратеры снижают прочность сварного соединения, так как являются концентраторами напряжений.
Прожоги - дефекты в виде сквозного отверстия в сварном шве, образующиеся в результате вытекания металла сварочной ванны при сварке листов небольшой толщины и первого слоя в многослойных швах. Причинами прожогов служат чрезмерно высокая погонная энергия дуги, малая скорость сварки, увеличенный зазор между кромками свариваемых элементов. Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, заделывают.
Внутренние дефекты. К ним относят поры, шлаковые включения, непровары, несплавления и трещины.
Поры в виде полостей округлой формы образуются вследствие загрязненности кромок свариваемого металла, использования влажного флюса или отсыревших электродов, недостаточной защиты шва при сварке в среде защитного газа и завышенной длины дуги. При сварке в среде углекислого газа, а в некоторых случаях и под флюсом на больших токах образуются сквозные поры - так называемые свищи.
Размеры внутренних пор могут достигать 2...3 мм в диаметре. Поры, выходящие на поверхность шва, могут иметь и большие размеры. Свищи, образующиеся при сварке под флюсом и в углекислом газе на больших токах, могут иметь диаметр до 6...8 мм. Так называемые червеобразные поры имеют длину до нескольких сантиметров.
Равномерная пористость обычно возникает при постоянно действующих факторах, например при загрязненности основного металла по свариваемым поверхностям (ржавчина, масло и т. п.). Скопления пор образуются при местных загрязнениях или при отклонениях от установленного режима сварки, а также при нарушении сплошности обмазки электрода, в начале шва, при обрыве дуги или при случайных изменениях ее длины.
Шлаковые включения в металле сварного шва - это небольшие объемы, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, оксидами). Шлаковые включения можно разделить на макро- и микроскопические. Макроскопические включения образуются в шве из-за плохой очистки свариваемых кромок от окалины или от остатков шлака на поверхности первых слоев многослойных швов перед заваркой последующих, низкого качества электродного покрытия или флюса. Микроскопические шлаковые включения возникают в результате образования в процессе плавления некоторых химических соединений, остающихся в шве при кристаллизации.
Непровар - дефект в виде местного несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков. Непровары могут представлять собой прослойки оксидов или шлаков между основным и наплавленным металлом. Причины образования непроваров: плохая зачистка кромок; блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных полей, особенно при сварке на постоянном токе; чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавиться; значительное смещение электрода в сторону одной из свариваемых кромок, неудовлетворительное качество электродов, флюсов; неустойчивость режима - колебания силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки. Непровары между отдельными слоями возникают, если не полностью удален шлак, образовавшийся при выполнении предыдущего валика. Причинами образования непроваров в корне шва могут быть недостаточный угол скоса кромок; большая величина их притупления; недостаточный зазор между кромками свариваемых деталей; большое сечение электрода или присадочной проволоки, что значительно затрудняет расплавление основного металла.
Трещины - частичное местное разрушение сварного соединения в виде разрыва. Различают трещины холодные и горячие. Образованию холодных трещин способствуют следующие факторы: высокая скорость охлаждения при сварке углеродистых и легированных сталей, склонных к закалке на воздухе; повышенное содержание водорода в основном металле и сварочных материалах; выполнение сварочных работ при низкой температуре; чрезмерное нагромождение швов для «усиления» конструкции (применение накладок и т. п.), увеличивающее сварочные напряжения; наличие в сварных соединениях других дефектов, являющихся концентратами напряжений, вблизи которых зарождаются трещины.
Горячие трещины образуются под действием напряжений усадки при кристаллизации последних порций жидкой фазы. Их появление обусловлено содержанием в свариваемом металле легирующих добавок и примесей, расширяющих эффективный интервал кристаллизации и снижающих температуру реального солиду- са. Склонность к образованию горячих трещин зависит от способов и режимов сварки, формы сварного шва, определяющих степень развития ликвации легкоплавких примесей, а также от жесткости свариваемых деталей.
Трещины относят к числу наиболее опасных дефектов и по всем действующим нормативно-техническим документам недопустимы.
Дефекты можно исправить путем местной подварки предварительно удаленного дефектного металла либо удалением всего шва с его последующей сваркой. Например, из трубных конструкций вырезают участок трубы с забракованным сварным швом, а на его место вваривают вставку, изготовленную из трубы того же диаметра и той же марки стали. Такие дефекты, как чрезмерные усиления швов, бугристость, наплывы, исправляют удалением лишнего металла механическим путем.
Наиболее трудоемкая операция - исправление дефектов, расположенных в корне шва сварных стыков труб, - непроваров и недопустимых утяжек. Для их исправления приходится удалять металл шва на всю толщину стенки. Сложным считают ремонт сварных швов с трещиной. Порядок технологических операций здесь следующий: точно определяют границы трещины и засвер- ливают их сверлом диаметром 3...4 мм; полностью удаляют дефектный металл (форма выборки во всех случаях должна быть чашеобразной); проводят травление участка шва для определения полноты удаления трещины; выполняют подварку шва. При ремонте сварного соединения из закаливающихся сталей проводят предварительный подогрев.