Дефекты сварочных швов и причины их образования

Недопустимые дефекты сварных соединений. Дефекты сварочных швов и причины их образования

Порами называют заполненные газом полости в швах, имеющие округлую, вытянутую или более сложную форму. Они возникают при первичной кристаллизации металла сварочной ванны в результате выделения газов. Поры располагаются по оси шва или по его сечению, а также вблизи от границы сплавления. При дуговой сварке поры выходят или не выходят на поверхность шва (рис. 6-24, а, б), располагаются цепочкой по оси шва (рис. 6-24, а) или отдельными группами (рис. 6-24, в). Поры, выходящие на поверхность шва, иногда называют свищами. При электрошлаковой сварке и дуговой сварке с принудительным формированием поры не выходят на поверхность шва (рис. 6-24, г), что обусловлено более ранним затвердеванием примыкающей к формирующим устройствам части металла сварочной ванны. Поры могут быть микроскопическими (несколько микрометров) и крупными (4-6 мм в поперечнике).

Выходящие на поверхность поры выявляются при внешнем осмотре. Поры, не выходящие на поверхность, выявляются теми же методами, что и не выходящие на поверхность трещины. Поры — недопустимый дефект сварных швов для аппаратуры, работающей под давлением и под вакуумом или предназначенной для хранения и транспортировки жидких и газообразных продуктов. Для других конструкций поры не являются столь серьезным дефектом, как трещины. Однако наличие пор при всех условиях нежелательно. Вопрос о допустимости пор решается в зависимости от условий эксплуатации конструкции.

Рис. 6-24. Поры в металле шва:
а — выходящие на поверхность шва;
б — не выходящие на поверхность шва;
в — групповое расположение пор;
г — расположение пор при электрошлаковой сварке

Если образование и выделение газов при сварке происходит в период, когда металлическая ванна находится в жидком состоянии, и протекает интенсивно, то пузырьки газов успевают полностью выделиться. Их выделение не только не приводит к образованию пор, но оказывает рафинирующее действие на сварочную ванну, снижая ее газонасыщенность. Если же образование и выделение газов происходит в период затвердевания ванны и проходит вяло, пузырьки газа не успевают всплыть и остаются в металле в виде пор.

Образование пор в швах на стали от выделения водорода и азота обусловлено резким снижением их растворимости в процессе затвердевания металла сварочной ванны. Находящиеся в жидком состоянии железо и его сплавы могут растворять значительные количества водорода и азота. По мере остывания металла растворимость этих газов снижается. При уменьшении температуры вплоть до температуры плавления растворимость снижается постепенно и образовавшиеся пузырьки свободно всплывают на поверхность жидкой ванны. При затвердевании металла снижение растворимости водорода и азота происходит скачкообразно. Например, при затвердевании низкоуглеродистой стали растворимость азота снижается в 4 раза, а водорода в 1,7 раза.

Более низкая растворимость водорода и азота в твердом металле по сравнению с растворимостью их в жидком металле ведет к обогащению расплава этими газами, что способствует зарождению газовых пузырьков на поверхности раздела жидкого и твердого металлов. При резком увеличении количества выделившегося газа не все пузырьки успевают всплыть на поверхность сварочной ванны, часть их остается в шве.

Поры от окиси углерода возникают при недостаточной раскисленности металла сварочной ванны. Растворенные в жидкой стали углерод и кислород реагируют между собой по реакции [С] + [О] = СО. (6-1)

Образующаяся при этом окись углерода может давать начало зародышам газовой фазы или же выделяться в уже существующие пузырьки других газов. Для возникновения зародышей окиси углерода необходимы определенный избыток содержаний углерода и кислорода над равновесным и благоприятные условия для зарождения газовой фазы.

В реальных условиях сварки пористость швов обычно вызывается совместным действием нескольких газов. Если в процессе затвердевания металла сварочной ванны сила внутреннего давления в газовом зародыше или пузырьке заметно превышает барометрическое давление, металл будет кипеть и в шве появятся поры. Сила внутреннего давления в газовом зародыше или пузырьке состоит из парциальных давлений отдельных газов.

Водород поступает в атмосферу дуги, а из нее в сварочную ванну из ржавчины, влаги и других загрязнений, находящихся на поверхности свариваемых кромок и присадочного металла, из защитного газа или из материалов, входящих в состав покрытия или флюса.

Уменьшить растворение водорода в металле сварочной ванны можно ограничением доступа водорода и водяного пара в зону сварки; снижением парциального давления водорода и водяного пара в атмосфере дуги за счет связывания водорода в HF и разбавления его другими газами; снижением растворимости водорода в жидком металле вследствие окисления или легирования последнего; уменьшением растворения водорода в металлической ванне технологическими способами (применением постоянного тока, изменениями режима сварки, применением соответствующих сварочных материалов и т. п.); удалением водорода из металлической ванны при ее кипении; увеличением времени удаления водорода из металлической ванны.

Основным способом ограничения поступления водорода и водяного пара в зону сварки является очистка свариваемых кромок от ржавчины, влаги, масла, краски и других водородсодержащих веществ. При низкой температуре кромки следует также очищать от инея и влаги и просушивать. Чтобы избежать концентрации влаги на свариваемых кромках, рекомендуется их нагревать до температуры 100° С и выше. Ржавчину, масло или краску можно выжигать кислородно-ацетиленовой горелкой или резаком. Сварочную проволоку следует очищать от следов волочильной смазки и других загрязнений, избегать операции травления проволоки при ее волочении (лучше производить светлый отпуск). Сварочные электроды необходимо надежно упаковывать и хранить в сухом помещении. Защитный газ следует применять с минимальной влажностью. Флюс должен быть хорошо прокален.

Азот поступает в зону сварки, а из нее в сварочную ванну из окружающей атмосферы, а также из расплавляемых основного и дополнительного металлов. Избежать пористости от азота можно путем ограничения растворения азота в жидком электродном металле и металлической ванне до величин, меньших растворимости азота в твердом металле; повышения растворимости азота в твердом металле; связывания азота в металле шва в стойкие нитриды.

Растворение азота в металле ограничивают применением газовой или шлаковой защиты зоны сварки от доступа воздуха. Кроме того, нужно исключить все другие возможности поступления азота в зону сварки. Содержание азота в основном металле и сварочной проволоке не должно превышать допустимого. Нельзя выполнять прихватки, монтажные и подварочные швы электродами со стабилизирующим покрытием или покрытыми электродами с отбитой обмазкой. Содержание азота в защитных газах должно быть минимальным.

Повышение растворимости азота в твердом металле и связывание его в стойкие нитриды требуют дополнительного легирования металла шва элементами, обладающими большим химическим сродством к азоту. К таким элементам принадлежат титан, алюминий, церий, цирконий и др. Вводить в металлическую ванну нитридообразующие элементы целесообразно лишь тогда, когда нет возможности ограничить доступ азота в зону сварки.

К металлургическим способам предупреждения пористости от азота принадлежит также дегазация жидкого металла при его кипении. В частности, этот способ применяют при сварке и наплавке под флюсом металла с повышенным содержанием азота. Для этого иногда используют сварочную проволоку с повышенным содержанием углерода.

Среди кислородных соединений окись углерода и водяной пар отличаются тем, что при температурах существования жидкой стали они находятся в газообразном состоянии. В связи с этим одной из важнейших задач раскисления сварочной ванны является предупреждение образования этих газов во время затвердевания металла. Чтобы избежать пористости от выделения газообразных кислородных соединений, в зону сварки вводят элементы с высоким химическим сродством к кислороду, образующие твердые или жидкие окислы. Соединяясь с кислородом, эти элементы тормозят реакции образования окиси углерода и водяного пара. Эффективность действия элементов-раскислителей характеризуется их раскислительной способностью, т. е. их способностью снижать концентрацию кислорода в стали. О раскислительной способности элементов можно судить по рис. 6-25, на котором показано количество кислорода, находящегося в равновесии с данным количеством элемента. Количество растворенного в жидком металле кислорода будет тем меньше, чем выше химическое сродство к кислороду данного элемента и больше его концентрация в расплаве. Небольшие присадки титана и алюминия могут подавлять реакцию образования окиси углерода в жидкой стали.

Кремний при достаточной его концентрации в расплаве также способен подавить образование окиси углерода. Раскисляющая сила углерода практически не изменяется с изменением температуры, тогда как раскисляющая сила кремния при снижении температуры возрастает. В равновесных условиях при температуре затвердевания стали кремний является лучшим раскислителем, чем углерод. Поэтому кремний способен остановить реакцию образования окиси углерода и успокоить кипение твердеющей стали. Связанный с титаном, алюминием, кремнием и другими сильными раскислителями кислород уже не может взаимодействовать с углеродом.

Рис. 6-25. Раскислительная способность элементов при температуре 1600° С (А. М. Самарин)

При сварке плавлением раскисление осуществляется путем введения элементов-раскислителей в сварочную ванну из основного металла, сварочной проволоки, электродного покрытия, керамического флюса и т. п. При наличии достаточного количества сварочного шлака раскисление может осуществляться за счет восстановления кремния и марганца из шлаковой фазы.

На пористость швов существенно влияет скорость кристаллизации сварочной ванны. При большой скорости кристаллизации металла рост кристаллитов обгоняет рост и всплывание пузырька газа, и пузырек запутывается в металле, в результате чего образуется пора. Снижение скорости сварки, увеличение объема сварочной ванны, уменьшение теплоотвода в основной металл и увеличение его начальной температуры снижают скорость кристаллизации металла и уменьшают пористость швов. Некоторое влияние оказывает и форма сварочной ванны. Повышение значения коэффициента формы шва приводит к уменьшению вероятности возникновения пор, так как при этом улучшаются условия для всплывания пузырьков в результате выдавливающего действия растущих дендритов.

ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Дефекты сварных соединений образуются в результате неправильно назначенных режимов сварочного процесса и не соблюдения технологии выполнения сварки. Основные дефекты сварных соединений, приведены в табл. 3С

Дефекты сварных соединений

• наружные, к основным из которых относятся: трещины, подрезы, наплывы, кратеры;
• внутренние, среди которых чаще всего встречаются: пористость, непровары и посторонние включения;
• сквозные — трещины, прожоги.

Причинами возникновения дефектов могут быть различные обстоятельства: низкое качество свариваемого металла, неисправное или некачественное оборудование, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки или неправильный выбор режима, недостаточная квалификация сварщика.

Основные дефекты сварки, их характеристика, причины возникновения и способы исправления

Чаще всего причиной образования трещин является несоблюдение технологии сварки (например, неправильное расположение швов, приводящее к возникновению концентрации напряжения), неверный выбор сварочных материалов, резкое охлаждение конструкции. Способствует их возникновению также повышенное содержание в шве углерода и различных примесей — кремния, никеля, серы, водорода, фосфора.

Исправление трещины заключается в рассверливании ее начала и конца, с целью исключения дальнейшего распространения, удалении шва (вырубанию или вырезанию) и заваривании.

Подрезы. Подрезы — это углубления (канавки) в месте перехода «основной металл-сварной шов». Подрезы встречаются довольно часто. Их отрицательное действие выражается в уменьшении сечения шва и возникновении очага концентрации напряжения. И то и другое ослабляет шов. Подрезы возникают из-за повышенной величины сварочного тока. Чаще всего этот дефект образуется в горизонтальных швах. Устраняют его наплавкой тонкого шва по линии подреза.

Наплывы. Наплывы возникают, когда расплавленный металл натекает на основной, но не образует с ним гомогенного соединения. Дефект шва возникает по разным причинам — при недостаточном прогреве основного металла вследствие малого тока, из-за наличия окалины на свариваемых кромках, препятствующей сплавлению, излишнего количества присадочного материала. Устраняются наплывы срезанием с проверкой наличия непровара в этом месте.

Прожоги. Прожогами называют дефекты сварки, проявляющиеся в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. При этом обычно с другой стороны образуется натек. Прожоги возникают из-за чрезмерно высокого сварочного тока, недостаточной скорости перемещения электрода, большого зазора между кромками металла, слишком малой толщины подкладки или ее неплотного прилегания к основному металлу. Исправляют дефект зачисткой и последующей заваркой.

Непровар. Непровары — это локальные несплавления наплавленного металла с основным, или слоев шва между собой. К этому дефекту относят и незаполнение сечения шва. Непровары существенно снижают прочность шва и могут явиться причиной разрушения конструкции.

Дефект возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.

Кратеры. Это дефекты в виде углубления, возникающего в результате обрыва сварочной дуги. Кратеры снижают прочность шва из-за уменьшения его сечения. В них могут находиться усадочные рыхлости, способствующие образованию трещин. Кратеры надлежит вырезать до основного металла и заварить.

Свищи. Свищами называют дефекты швов в виде полости. Как и кратеры, они уменьшают прочность шва и способствуют развитию трещин. Способ исправления обычный — вырезка дефектного места и заварка.

Посторонние включения. Включения могут состоять из различных веществ — шлака, вольфрама, окислов металлов и пр. Шлаковые включения образуются тогда, когда шлак не успевает всплыть на поверхность металла и остается внутри него. Это происходит при неправильном режиме сварки (завышенной скорости, например), плохой зачистке свариваемого металла или предыдущего слоя при многослойной сварке.

Вольфрамовые включения возникают при сварке вольфрамовым электродом, окисные — из-за плохой растворимости окислов и чрезмерно быстрого охлаждения.

Все виды включений уменьшают сечение шва и образуют очаг концентрации напряжения, снижая тем самым прочность соединения. Дефект устраняют вырезкой и завариванием.

Пористость. Пористость — это полости, заполненные газами. Они возникают из-за интенсивного газообразования внутри металла, при котором газовые пузырьки остаются в металле после его затвердевания. Размеры пор могут быть микроскопическими или достигать нескольких миллиметров. Нередко возникает целое скопление пор в сочетании со свищами и раковинами.

Возникновению пор способствует наличие загрязнений и посторонних веществ на поверхности свариваемого металла, высокое содержание углерода в присадочном материале и основном металле, слишком высокая скорость сварки, из-за которой газы не успевают выйти наружу, повышенная влажность электродов. Как и прочие дефекты, пористость снижет прочность сварного шва. Зону с ней необходимо вырезать до основного металла и заварить.

Перегрев и пережог металла. Пережог и перегрев возникают из-за чрезмерно большого сварочного тока или малой скорости сварки. При перегреве размеры зерен металла в шве и околошовной зоне увеличиваются, в результате чего снижаются прочностные характеристики сварного соединения, главным образом — ударная вязкость. Перегрев устраняется термической обработкой изделия.

Пережог представляет собой более опасный дефект, чем перегрев. Пережженный металл становится хрупким из-за наличия окисленных зерен, обладающих малым взаимным сцеплением. Причины пережога те же самые, что и перегрева, а кроме этого еще и недостаточная защита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха. Пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.

Виды дефектов сварных швов, их обнаружение и способы устранения

Сварка относится к числу основных процессов большинства машиностроительных производств. Кроме того, сварка часто применяется в быту для соединения металлических конструкций, поскольку имеет преимущества перед другими способами.

К плюсам метода стоит отнести:

• Обеспечивает лучшую герметичность при соединении трубопроводов, чем резьбовые соединения.
• Снижает материальные затраты на закупку метизов при изготовлении оград, лестниц и прочих металлических конструкций.
• Органично смотрится в составе сборных металлических изделий, поскольку качественно выполненный сварной шов всегда аккуратен. За счет этого сварка широко применяется при производстве высокохудожественных металлических конструкций, в том числе для соединения элементов, выполненных с помощью художественной ковки.

Но сварные швы не всегда бывают выполнены качественно. Это становится особенно заметно, если в сварке одного изделия вместе принимали участие мастер с большим производственным опытом и новичок. Профессионально выполненный шов при визуальном осмотре никогда не вызовет вопросов, в отличие от свисающих наплывов или непроваренных участков шва, сделанного новичком. А ведь это только внешняя картина. Важно и то, в каком состоянии находится металл внутри. От этого очень сильно зависит прочность сварного соединения и другие характеристики.

Рассмотрим дефекты, которые могут возникать в сварных швах, причины их возникновения, способы недопущения их появления, а также варианты устранения.

Причины возникновения дефектов

Есть два типа факторов, влияющих на качество сварочных работ:

1. Объективные — имеющие отношение к свойствам свариваемых материалов, поведению металлов в условиях, диктуемых технологическим процессом. Недаром одной из важных характеристик любого сплава является свариваемость. Иногда возникает необходимость сварить материалы с плохой свариваемостью. Такие задачи иногда ставятся в мелкосерийном или единичном производстве. Даже при полном соблюдении требований технологического процесса может сохраняться определенный процент брака, который приходится официально считать допустимым.
2. Субъективные — зависящие от исполнителей. Причем к исполнителям следует относить не только рабочих, выполняющих сварку, но и технологов, которые несут ответственность за правильность параметров технологического процесса, верный выбор оборудования и режимов сварки.

Основными субъективными причинами возникновения дефектов сварочных швов являются:

• ошибки при подготовке свариваемых поверхностей;
• применение инструмента, отличного от указанного технологом;
• неисправность сварочного инструмента;
• малый опыт работы и низкая квалификация сварщика;
• отступление от требуемых режимов сварки.

Виды дефектов сварных швов

Дефекты сварных соединений принято делить на две группы:

1. Внешние, наличие которых становится очевидным при осмотре шва невооруженным глазом.
2. Внутренние, выявление которых требует применения специальных приборов контроля.

В некоторых источниках сквозные дефекты выделяют в отдельную группу, однако с научной точки зрения они относятся к внешним, поскольку выявляются при осмотре.

Внешние недостатки

Поскольку внешние дефекты являются видимыми, они связаны с нарушением геометрии шва и прилегающих участков материала. При ручной сварке в подавляющем большинстве случаев брак связан с низкой квалификацией сварщика или небрежностью при выполнении работ. Часто можно наблюдать ошибки в направлении электрода и его перемещении. При автоматической сварке брак может быть вызван работой на неисправном сварочном оборудовании.

Наиболее часто встречаются следующие виды внешних дефектов:

• Отклонение по ширине и высоте. В качестве основных причин возникновения обычно выступают плохая подготовка свариваемых кромок и неудовлетворительная их подгонка, неравномерное перемещение электрода, отступление от необходимых режимов. Данный дефект не только портит внешний вид изделия, но и снижает механические характеристики, ведь наплавленный металл остывает неравномерно, что может приводить к возникновению внутреннего напряжения и даже пластическим деформациям.
• Наплывы. Являются основной проблемой многих новичков, недавно освоивших профессию сварщика. Возникают в процессе чрезмерного натекания металла электрода на стыкуемые поверхности без сплавления. Возникновению наплывов способствует наличие окалины на свариваемых элементах, что свидетельствует о плохой подготовке поверхностей. При недостаточной скорости перемещения электрода образуются излишки расплавленного металла, который затвердевает без соединения с основным материалом. Низкое напряжение дуги, длинная дуга, завышенный ток также могут стать причиной появления наплывов. Даже смещение электрода относительно оси выполняемого сварного шва может привести к этому распространенному дефекту. Стоит отметить, что наплывы не всегда влияют на механические свойства и герметичность соединения. Поэтому в отдельных случаях допускается эксплуатация сварных соединений с наплывами, если внешний вид изделия не имеет особой важности.
• Подрез — дефект, который можно считать противоположным наплыву. Представляет собой канавку по обе стороны от сварного шва. В результате происходит местное снижение толщины, отрицательно сказывающееся на прочностных характеристиках изделия. Подрез может возникать при завышении скорости сварки, большом напряжении. Если при выполнении углового шва между горизонтальной и вертикальной поверхностями сместить электрод выше оси шва, расплавленный металл будет интенсивно стекать вниз, а выше оси возникнет подрез.
• Непровар — еще один распространенный вид дефекта, возникающий чаще всего по вине неопытного сварщика. Непровар заключается в отсутствии сплавления между стыкуемыми элементами или между наплавленным металлом и основным материалом. При многослойной сварке возможно возникновение непровара между отдельными слоями. Основными причинами появления этого брака являются плохая подготовка поверхностей, наличие ржавчины или окалины, заниженный зазор между стыкуемыми поверхностями, завышенная скорость сварки, смещение электрода относительно выполняемого шва, заниженная сила тока. Непровар резко снижает прочность сварного соединения, а для герметичности часто является критичным.
• Незаплавленные углубления. Их называют кратерами. Представляют собой углубления, образующиеся обычно в местах резкого отрыва дуги. Могут сопровождаться усадочными рыхлостями, которые становятся причиной образования трещин.
• Наружные трещины. Могут располагаться как продольно, так и поперечно. Образуются не только в наплавленном, но и в основном металле. В последнем случае они располагаются в зоне термического влияния сварки, то есть близко к шву. Причиной образования трещин могут стать напряжения, возникающие при неравномерном нагреве и охлаждении. Наличие пор и непроваров может спровоцировать возникновение трещин.
• Прожог — сквозное проплавление, сопровождающееся вытеканием жидкого металла с изнаночной стороны выполняемого шва. Возникают прожоги обычно ввиду больших значений тока, увеличенного зазора между стыкуемыми кромками или плохой их подгонки, низкой скорости перемещения электрода.

Внутренние дефекты

Наличие в сварном шве внутренних дефектов не всегда является очевидным. Скрытый брак особенно опасен, поэтому все сварные соединения должны подвергаться тщательному контролю.

Рассмотрим основные виды внутренних дефектов:

• Поры. Появляются при поглощении расплавленным металлом водорода, окиси углерода и других газов, которые не успели выделиться на поверхность металла при его застывании. Поры представляют собой пузырьки, заполненные газом. Обычно возникают при неправильно подобранных электродах или их хранении во влажной среде, наличии в месте стыковки ржавчины или окалины.
• Окислы и включения шлака. Образуются при чрезмерно длинной дуге. Существенно снижают прочностные характеристики шва. В ответственных конструкциях допускаются лишь единичные включения.
• Непровар корня или кромки шва. По своей сути сходен с внешним непроваром, но визуально незаметен, так как находится в толще металла.
• Внутренние трещины. Механизм появления аналогичен возникновению наружных трещин.
• Перегрев. Суть дефекта — в крупнозернистом строении. Крупные зерна имеют меньшую поверхность сцепления между собой, вследствие этого снижаются прочность и пластичность. Иногда этот дефект поддается исправлению термообработкой.
• Пережог — появление окисленных зерен, сцепление которых между собой существенно ослабевает, что резко увеличивает хрупкость. Пережог, в отличие от перегрева, является неисправимым браком.

Методы контроля

Для предупреждения появления дефектов должен проводиться систематический контроль на всех этапах производства: до, в процессе сварки, и после окончания.

1. Перед сваркой проверяется подготовка стыкуемых поверхностей, их геометрия.
2. В процессе — тщательно контролируется соблюдение всех параметров технологического процесса, в том числе режимов сварки.
3. После сварки следует контроль готового изделия.

Основные способы выявления дефектов сварных швов:

• Визуальный осмотр и проверка геометрии. Предполагается использование лупы для обнаружения мелких поверхностных трещин и пор. Участок металла зачищается наждачной бумагой и протравливается раствором азотной кислоты. Образуется матовая поверхность, на которой трещины более заметны. После осмотра остатки кислоты удаляют.
• Испытание механических свойств. Вместе с изделием производят сварку образцов, которые направляют в лабораторию для определения временного сопротивления, относительного удлинения, ударной вязкости.
• Контроль макроструктуры. Проводится на образцах, прошедших шлифовку и протравливание.
• Контроль микроструктуры. Проводят на образцах с применением микроскопа. Данный метод исследования позволяет обнаружить пережог, окислы границ зерен, изменение структуры металла, микротрещины.
• Гидравлические и пневматические испытания. Применяются для контроля сосудов и трубопроводов.
• Рентгеновский контроль. Просвечивание рентгеновскими лучами позволяет выявить поры, непровары, трещины, шлаковые включения.
• Ультразвуковой контроль. Производится с помощью ультразвукового дефектоскопа. Высокочастотные колебания проникают в металл и отражаются от трещин, пор и других дефектов.
• Контроль на наличие межкристаллитной коррозии. Проводят только для изделий, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Способы устранения дефектов

Зачастую выявленные дефекты сварочных швов не подлежат устранению и ведут к браковке изделия. Разумеется, никто не будет выбрасывать секцию ограды с наплывами, но для ответственных деталей контроль всегда необходим жесткий.

Некоторые дефекты вполне можно устранить:

• Наплывы удаляют механическим путем с применением абразивного инструмента.
• Крупные трещины подлежат заварке. Место появления трещины засверливается и зачищается с помощью абразива.
• Мелкие трещины и непровары ликвидировать сложнее. Обычно требуется полное разрушение выполненного шва, новая тщательная зачистка и повторная сварка.
• Подрезы устраняют наваркой тонких слоев металла.
• Перегрев возможно устранить при определенных режимах термической обработки.

После устранения всех недостатков деталь подлежит повторному, еще более тщательному контролю, который позволит удостовериться, что дефекты отсутствуют. В случае повторного обнаружения недостатков допускается произвести дополнительные исправления. Однако повторять такие процедуры можно не более трех раз, иначе высока вероятность резкого снижения механических свойств материала.

Зачастую трудно выполнить сварку совсем без дефектов. Однако постоянная практика и неукоснительное соблюдение технологии позволят свести их количество к минимуму. А знание теоретической базы поможет правильного организовать технологический процесс с целью получения изделий высокого качества.

Дефекты сварных швов, методы контроля и устранения дефектов

Сварка является важнейшей и неотъемлемой частью, любого строительства. Причем работы связанные со сваркой являются наиболее ответственными, так как от них зависит крепость конструкций в целом или несущая способность отдельных узлов и деталей.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей путем применения местного нагрева.

Сварка осуществляется методом применения плавления или методом применения давления . Эти методы в свою очередь делятся на:

• кузнечную (горновую) сварку
• газопрессовую сварку
• контактную сварку
• термитную сварку
• электрическую дуговую сварку
• электрошлаковую сварку
• дуговую сварку в среде защитного газа
• атомноводородную сварку
• газовую сварку.

При производстве сварочных работ осуществляются три основных вида контроля: предварительный контроль, контроль в процессе сварки, контроль готового изделия.

Предварительный контроль — включает в себя проверку марки и состава основного металла, качества присадочной проволоки, кислорода, карбида, ацетилена, флюсов, проверку качества заготовки и сборки деталей под сварку, проверку состояния и работы контрольно-измерительных приборов и инструментов (манометров, редукторов, горелок), а также квалификации сварщиков.

Контроль в процессе сварки — включает систематическую проверку режима сварки, исправности работы сварочной аппаратуры и приспособлений, проверку соблюдения сварщиком установленно­го технологического процесса сварки, осмотр и обмер шва шаблонами.

Дефекты сварных швов и методы их устранения

1. Отклонение по ширине и высоте швов, катету, перетяжки швов. Размеры швов не соответствуют требованиям ГОСТа.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр швов и проверка размеров шаблонами. Устраняется срубанием излишков металла, зачисткой швов, подваркой узких мест шва.

3. Пора в сварном шве — дефект сварного шва в виде полости округлой формы, заполненной газом. Цепочка пор — группа пор в сварном шве, расположенных в линию.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, осмотр излома шва; рентгено — и гаммаконтроль, контроль ультразвуком, магнитографический метод контроля и др. Выстрогать скопление пор, зачистить, подварить. Уплотнить проковкой в процессе сварки при температуре светло-красного цвета шва.

4. Свищи — дефекты в виде воронкообразного углубления.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, удалить рубкой или строжкой, зачистить, подварить.

5. Непровар — дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных сваликов сварного шва.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр излома. Внутренний контроль. Полностью удаляют (вырубают или выстрагивают, зачищают и подваривают).

6. Наплыв на сварном соединении — дефект в виде натекания металла шва на поверхности основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, наплыв подрубить, удалить, непровар подварить.

7. Шлаковые включения — дефекты в виде вкрапления шлака.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр излома шва. Рентгено- и гаммаконтроль, контроль ультразвуком, магнитографический контроль. Удаляют, зачищают, подваривают.

8. Трещины — дефекты сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, осмотр излома, рентгено- и гаммаконтроль, контроль ультразвуком и магнитографический метод. Полностью удалить, зачистить, подварить.

9. Прожог — дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве, образовавшийся в результате вытекания части металла сварочной ванны.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, удалить (вырубить или выстрогать), подварить.

10. Кратер — углубление, образующееся под действием давления пламени при внезапном окончании сварки.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, зачистить, подварить.

11. Брызги металла — дефекты в виде затвердевших капель на поверхности сварного соединения.

Способ выявления и устранения: Внешний осмотр. Зачистка поверхности. Применение защитного покрытия марки П1 или П2.

12. Перегрев металла — металл имеет крупнозернистую структуру, металл хрупкий, непрочный, неплотный. Исправляют термообработкой. Причина: сварка пламенем большой мощности.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, устранить перегрев термической обработкой.

13. Пережог металла — наличие в структуре металла окисленных зерен, обладающих малым сцеплением из-за наличия на них пленки оксидов. Возникает при избытке кислорода в пламени (если это не требуется техпроцессом, как при сварке латуни). Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Определить его можно по цветам побежалости (на стали).

Способ выявления и устранения: пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.

Исправление дефектов сварки

Дефекты в сварном шве могут не просто ухудшить внешний вид соединения, но и снизить его эксплуатационные характеристики. Чтобы обнаружить дефекты можно использовать различные методы контроля качества: от простейшего визуального осмотра шва, до применения рентгена или ультразвукового оборудования.

Но что делать, если швы оказались дефектными после проведения контроля качества? Обязательно ли утилизировать детали с дефектными швами? Вовсе нет. В этой ситуации поможет исправление дефектов сварки. Далее мы подробно расскажем, какие существуют дефекты сварных швов и способы их исправления.

Виды дефектов

Существуют наружные и внутренние дефекты сварных соединений. Исходя из названий несложно понять, что наружные дефекты располагаются на поверхности шва и их можно легко обнаружить невооруженным глазом. А внутренние дефекты не видны, поскольку располагаются внутри соединений и их можно обнаружить только с помощью специальных приборов.

Наружные дефекты

Непровары появляются из-за того, что сварщик установил слишком маленькое значение силы сварочного тока на своем сварочном аппарате. Проще говоря, силы сварочного тока не хватило для полноценной проварки металла. Иногда непровары образуются из-за большой скорости сварки или из-за неправильной разделки кромок.

Чтобы предотвратить появление непроваров нужно устанавливать оптимальную силу тока и уменьшить длину сварочной дуги.

Подрез — наиболее часто встречающийся дефект при сварке тавровых соединений и соединений внахлест. Реже встречается при сварке стыкового шва. Зачастую подрез образовывается в том случае, когда установлено неправильное напряжение дуги или вы варите слишком быстро.

Устранение дефектов сварки такого вида требует уменьшения напряжения дуги и равномерной скорости сварки. Также рекомендуем уменьшить длину дуги. Ведь при большой длине дуги шов становится широким, тепловложения просто не хватает на все соединение и образовываются подрезы.

Главная причина наплыва — неправильно настроенный режим сварки. Чтобы предотвратить образование наплывов нужно тщательно очистить кромки и правильно настроить сварочный ток, скорость подачи присадочного материала (если вы варите полуавтоматом), и повысить напряжение в сварочной дуге.

Прожог — это, по сути, просто образование сквозного отверстия в сварном соединении. Прожоги — частая ошибка начинающих сварщиков, поскольку такой дефект возникает либо при медленной скорости сварки, когда в одном месте концентрируется слишком большое количество тепла, либо когда установлено большое значение сварочного тока. Такой дефект существенно снижает прочностные характеристики сварного соединения, так что не допускайте его появления.

Чтобы избежать появления прожогов нужно понизить силу сварочного тока, варить немного быстрее и правильно разделывать кромки. Если вы новичок, то поможет только постоянная практика. Особенно, если нужно сварить алюминий, у которого маленькая температура плавления и при этом высокая теплопроводность.

Кратеры образуются на конце сварного соединения в том случае, если вы резко оборвете дугу. Типичный кратер — это небольшая неглубокая воронка, которая тем не менее существенно влияет на качество шва. Чтобы избежать образования кратера не обрывайте дугу и используйте специальные режимы, которые есть у многих современных сварочных аппаратов. Эти режимы автоматически устанавливают пониженное значение тока при окончании сварки.

Внутренние дефекты

Трещины (горячие и холодные)

Горячие трещины образуются при использовании неправильного присадочного материала. Например, присадочная проволока может быть изготовлена из алюминия и содержать в своем составе мало углерода, а свариваемый металл — это высокоуглеродистая нержавеющая сталь. Как вы понимаете, налицо полная несовместимость свариваемого материала и присадочной проволоки.

Также горячие трещины могут появиться, если вы неправильно заварите образовавшийся кратер. Здесь самое главное — не прекращать сварку резко, иначе образование трещины гарантировано.

Есть еще холодные трещины. Они образуются уже после сварки, когда соединение остыло и затвердело. Также холодные трещины образовываются, когда шов банально не выдерживает механической нагрузки. Мы отнесли трещины к внутренним дефектам, но на самом деле они могут образовываться и на поверхности металла.

Поры — это, пожалуй, самый распространенный дефект. Любой сварщик хотя бы раз в жизни сталкивался с пористостью шва. Основные причины образования пор — недостаточная защита сварочной зоны от кислорода, неправильная или недостаточная очистка металла перед сваркой, присутствие следов коррозии или загрязнений на поверхности металла. Мы отнесли поры к внутренним дефектам, но они могут быть и наружными.

Чтобы избежать образования пор нужно проверить исправность горелки, из которой поступает защитный газ, а также избегать сквозняков в цеху и не работать на улице, если дует сильный ветер.

Способы исправления дефектов

Мы вскользь уже упоминали, какие бывают способы устранения дефектов сварных швов. Но давайте разберемся подробнее.

Начнем с исправления трещин. Если трещины крупные, то их нужно банально заварить. А чтобы во время сварки трещина не увеличилась в размерах нужно сделать сквозные отверстия на расстоянии пол сантиметра от концов трещины. Далее трещину нужно разделать V или X-образно. Разделка проводится с помощью пневматического зубила или газового резака. Можно также использовать воздушно-дуговой резак. Далее разделанную трещину нужно зачистить и заварить.

В некоторых случаях концы трещины можно прогреть газовой горелкой перед заваркой. Так шов и нагретые участки будут иметь примерно одинаковую температуру и на концах бывшей трещины не будет остаточного напряжения. Все эти рекомендации подходят только для сварки наружных трещин.

Если у шва есть внутренние небольшие трещины, непровары или шлаковые включения, пережженные места, то эти участки нужно просто вырубить или выплавить и после заново заварить. Чтобы убрать наплавы или натеки нужно их удалить абразивом.

Иногда во время исправления дефектов сварщик по неопытности может деформировать металл. Для решения этой проблемы существуют механические и термические методы устранения дефектов сварных швов. Для механической правки используют домкрат, пресс, молоты и прочие подобные инструменты. Механическая правка используется редко, поскольку она очень трудоемкая и часто приводит к образованию новых дефектов, вроде трещин и сколов.

А вот термический метод правки используется куда чаще. Технология крайне проста: деформируемую часть металла нагревают с помощью газовых горелок до той температуры, пока металл не станет пластичным. Затем металлу дают остыть. В ходе остывания в нагретых участках возникает обратное напряжение, которое выпрямляет металл.

Также есть ряд очевидных способов предотвратить образование дефектов еще перед сваркой. Чтобы дефекты не образовывались нужно четко соблюдать технологию сварки, иметь достаточную квалификацию для выполнения тех или иных работ, выбирать качественные комплектующие, учитывать физико-химические свойства свариваемого металла и правильно настраивать режим сварки. Если вы выполните эти пункты, то вероятность образования дефектов сводится к нулю.

Вместо заключения

Вот и все, то мы хотели рассказать вам о дефектах и способах их устранения. Исправление дефектов сварки — дело несложное, но требующее знаний и опыта. Мы, конечно, рекомендуем отправлять дефектные детали в брак, но если партия небольшая и важно каждое изделие, то можно прибегнуть и к устранению дефектов.