Содержание

Качество сварки и дефекты сварных соединений

Дефекты сварных швов и соединений

Металлоконструкции, сваренные из металла, востребованы в разных сферах жизнедеятельности. Однако во время выполнения сварочных работ могут возникать разного рода дефекты сварных швов. Они сокращают возможный срок службы соединения и снижают уровень безопасности готового изделия.

Виды дефектов сварных швов
Классификация дефектов сварных соединений
- Трещины
- Подрезы
- Наплывы
- Прожоги
- Непровары
- Кратеры
- Свищи
- Поры
- Посторонние включения
Причины возникновения дефектов сварных швов
Методы выявления дефектов
Способы устранения дефектов сварных соединений
Методы контроля сварных соединений

Виды дефектов сварных швов

Все допуски по размерам шва регламентированы требованиями ГОСТа для каждого из видов сварки. Любые отклонения показаний от утвержденных нормативов принято считать дефектами. Они могут быть последствием ошибок в процессе как подготовки, так и выполнения сварочных работ.

Большинство изъянов сварочного соединения отрицательно сказываются на его прочностных характеристиках. Все дефекты делятся на три группы:

наружные

внутренние. Дефекты представляют собой неполное или неравномерное сплавление металлов, трещины или пористость в структуре, наличие посторонних включений – шлак, оксид, неметаллические примеси; другие, находящиеся внутри шва, изъяны;

сквозные. Трещины, подрезы, прожоги и прочие повреждения, которые носят сквозной характер и видные с обеих сторон.

Любые дефекты являются основанием для выбраковки работы и должны быть устранены. Это правило особенно актуально для металлоконструкций несущего плана – каркасов, рам, обрешеток и т.п. Они должны быть сварены безупречно, чтобы выдерживать предполагаемые нагрузки. В противном случае конструкции могут служить источником опасности для окружающих.

Классификация дефектов сварных соединений

Далеко не в каждом случае получается добиться идеального качества сварного соединения. При желании можно найти отклонения от установленных требований. Полностью классификация сварных соединений изложена в пунктах ГОСТа 30242-97. Документ содержит информацию обо всех возможных изъянах. Из них можно выделить часть, которые чаще других встречаются при контрольном осмотре соединительных стыков.

Трещины

Наибольшее негативное влияние на качество сварного шва оказывают трещины. Потенциально они наиболее опасны, поскольку могут стать причиной быстрого разрушения всей конструкции, что в свою очередь может привести к трагедии.

Появляются трещины по разным причинам:

стыки расположены неправильно;
место сварки было резко охлаждено;
неправильно подобраны расходные материалы;
металл кристаллизировался вследствие избыточно высокой температуры.

По способу образования трещины могут быть продольными, поперечными или радиальными, а по размеру принято различать макро- и микротрещины. Вне зависимости от вида, причин и способа образования трещина является недопустимым дефектом.

Подрезы

Визуально изъян представляет собой продольное углубление с наружной части шва. Из-за подреза уменьшается сечение шва и образуется внутреннее напряжение соединения. Прочность такого шва вызывает большие сомнения. Основная причина образования дефекта – завышенный показатель сварочного тока. Чаще всего подрезы характерны для горизонтальных швов.

Наплывы

Избыточный расплав натекает на поверхность заготовки, остывает и образует ложный валик. Это наплыв, не имеющий прочного сплавления с рабочей поверхностью. Чаще всего дефект образуется при горизонтальной сварке стыковых или угловых швов. Причиной их образования является недостаточный прогрев основного металла, из-за избытка присадочного материала или окалин на кромках стыкуемых поверхностей.

Прожоги

Изъян представляет собой сквозное отверстие, которое образуется из-за вытекания металла из сварочной ванны. Как правило, из обратной стороны образуется наплыв. Провоцирует прожог слишком медленное перемещение электрода по линии стыка, слишком большой ток, недостаточная толщина прокладки или же неплотное ее прилегание, большой зазор между деталями.

Непровары

Если между швов и основным металлом есть участки, где видно несплавление между ними, то это непровар. То есть, основной металл не прогрелся как следует, чтобы образовать с расплавом единое целое. Такой дефект сильно понижает прочностные характеристики соединения и все конструкции в целом. Причиной непровара может быть слишком высокая скорость перемещения электрода, плохая предварительная подготовка кромок, присутствие окалины, ржавчины и прочих загрязнений на поверхности соединяемых заготовок.

Кратеры

Небольшие углубления в сварном валике образуются в результате разрыва сварочной дуги. Изъяны приводят к уменьшению поперечного сечения стыка, что снижает степень его прочности. вторичная опасность кратера заключается в том, что его дно может иметь дополнительные рыхлые включения, приводящие к появлению трещин.

Свищи

Изъяны представляют собой поверхностные дефекты в виде полостей. Они снижает прочность стыка и дополнительно опасны тем, что могут провоцировать образование трещин. Свищи характеризуются произвольной формой, могут образовываться как на внешней стороне, так и на внутренней.

Поры в сварном шве

В процессе сварки могут образовываться наполненные газами поры. Причиной их возникновения являются разные загрязнения на поверхности заготовки, высокая скорость перемещения электрода, слишком высокое содержание углерода в присадочном материале.

Посторонние включения

Качество шва значительно снижается из-за посторонних включений – шлаковых, флюсовых, оксидных, вольфрамовых и прочих. Основной причиной, которая их вызывает, является неправильно выбранный режим сварки.

Причины возникновения дефектов сварных швов

Любой дефект образуется вследствие определенного фактора. Существуют разные причины образования дефектов сварного шва:

во время работ применялись некачественные расходные материалы;
не соблюдалась технология выполнения сварочных работ;
низкого качества металл, используемый для создания сварной конструкции;
неисправность оборудования или некачественная его работа;
неправильно выбранный режим сварки;
допущены технологические ошибки из-за низкой квалификации специалиста.

Чтобы получить металлоконструкцию высокого качества, требуется строгое соблюдения технологических параметров и норм сваривания, привлекать к работе специалистов с достаточным уровнем квалификации.

Методы выявления дефектов

Для выявления дефектов сварного шва применяются разные методы:

замеры стыков и визуальный осмотр;
проверка соединений на герметичность;
поиск дефекта с использованием специальных приборов;
лабораторные испытания образцов на прочность.

Визуальное определение качества сварного шва выполняется только после тщательной очистки его поверхности от шлака, устранения разных загрязнений и застывших брызг металла. Проверяются размеры, форма, наличие дефектов – прожогов, свищей, трещин, кратеров и прочих изъянов.

Благодаря испытаниям на герметичность удается определить наличие или отсутствие дефектов трубопроводов – пор, трещин, непроваров. На герметичность конструкции проверяются такими способами:

обдувание воздухом;
наполнение водой под давлением;
обработка керосином.

При обнаружении дефекта требуется дополнительная обработка с целью его устранения.

Способы устранения дефектов сварных соединений

Вне зависимости от задействованного оборудования – инвертор, классический аппарат, трансформатор и прочее – образование дефектов не исключено. Принято различать так называемые допустимые и недопустимые дефекты сварки. В зависимости от типа и сложности изъянов определяется пригодность готового изделия к эксплуатации.

Не допущенные к использованию конструкции направляются на доработку. Каким способом будет устраняться дефект, зависит от типа изъяна:

прожог заваривается после тщательной зачистки сварного соединения;
подрезу устраняются путем наложения тонкого наплава по всей длине их образования;
участок с трещиной рассверливается, тело шва вырубается, поверхность зачищается и обезжиривается. После этого углубление заваривается;
непровары вырезаются и повторно завариваются;
свищи и кратеры устраняются по одной схеме. Прежде всего все вырезается до основного металла. После этого стык варится по-новому;
наплывы следует аккуратно срезать, проверив при этом есть ли непровары;
деформированные участки выравниваются прогревом или же механическим путем;
любой из дефектов, подразумевающий наличие посторонних включений, устраняется путем вырезания шва (участка) и наложением нового.

В случае, когда в процессе контроля обнаруживаются дефекты технологического характера соединений труб, то исправление выполняется одним из методов:

механическим путем без сваривания;
механическим путем в сочетании с завариванием дефектного участка;
вырезание участка трубопровода, содержащего технологический дефект;
шов полностью удаляется и стык проваривается по-новому.

Прочность и герметичность сетей газоснабжения восстанавливается дуговой сваркой. Применение газосварочных установок не допускается.

Методы контроля сварных соединений

Само собой разумеется, что любые дефекты сварного соединения увеличивают риск разрушения конструкции. Чтобы такую вероятность свести к минимуму, следует внимательно проверять качество сварных соединений. Весь процесс выполняется поэтапно:

предварительный. Проверяется качество металла и расходных материалов;
контроль в процессе выполнения сварочных работ. Постоянно проверяется режим сварки, работа оборудования, осматриваются и измеряются швы. В случаях, когда обнаруживаются отклонения от стандартов, дефекты сразу исправляются;

прием готовой конструкции. Визуальным осмотром определяется наличие внешних изъянов. При необходимости проводятся лабораторные и испытательные проверки.

Применяемые сегодня методы контроля делятся на две группы – неразрушающие и разрушающие. Для выявления дефектов готовых конструкций применяются, как правило, неразрушающие методы контроля:

визуальный осмотр;
проверка ультразвуком (дефектоскопия);
контроль при помощи магнитного поля;
дефектоскопия цветная;
дефектоскопия радиационная;
дефектоскопия капиллярная;
контроль на проницаемость;
другие методы.

Разрушающий контроль используется в отношении отобранных для этого образцов. Он позволяет установить параметры прочности сварного шва и зоны термического влияния. В контроле задействованы химические, механические и металлографические методы проверки.

Дефекты сварных швов и методы их контроля

По мере совершенствования, сварка становится основным способом соединения металлических деталей в большинстве отраслей производства. В том числе: военной, транспортной, строительной и даже космической. Задействование в таких ответственных отраслях потребовало от сварки высоких показателей качества и надежности. Это дало толчок развитию науки о качестве сварных швов и способах его контроля.

Для того, чтобы разработать методы борьбы с дефектами, их нужно тщательно изучить, классифицировать и описать.

Дефекты сварных швов

Все многообразие дефектов уже хорошо изучено и описано. Для удобства рассмотрения вопроса их делят на три группы:

наружные (внешние) – наплывы, подрезы, трещины, кратеры;

внутренние – непровары, пористость, посторонние включения;

сквозные – прожоги, трещины.

При сваривании могут образовываться трещины. Различают горячие и холодные трещины. Причины появления горячих трещин – усадка металла при охлаждении сварочной ванны или изменение состава металла в процессе сваривания. У разных металлов и сплавов существует большая или меньшая склонность к образованию горячих трещин. Во многом она определяется наличием в их составе хрома и углерода. Чем меньше углерода и легирующих добавок в стали – тем лучше ее свариваемость вообще и меньше вероятность возникновения горячих трещин.

Холодные трещины имеют другую природу образования. Они могут возникать при остывании шва в диапазоне 500 – 700 С 0 . Возможно их появление и после остывания изделия до комнатной температуры. Механизмом для их образования служат остаточные напряжения, а причиной является упрочнение остывающего шва и околошовной зоны.

Несоблюдение основных параметров сварки приводит к такому явлению, как наплыв. В этом случае, излишний расплавленный металл натекает на холодную кромку, но не соединяется с ней. Этот недостаток не является критичным и допускается на неответственных конструкциях. На ответственных конструкциях его убирают шлифовальным инструментом, добиваясь плавного перехода от шва к основному металлу.

Непрерывные или перемежающиеся углубления вдоль сварного шва называются подрезами. Сильно ослабляют шов, поэтому относятся к недопустимым дефектам.

Причиной возникновения являются высокая скорость кристаллизации и плохая смачиваемость основного металла. Наиболее вероятными причинами возникновения считаются:

завышенное напряжение дуги;

чрезмерная скорость ведения электрода;

неточное ведение электрода;

завышенная сила тока.

Кроме точного соблюдения режима сварки, рекомендуется подогрев основного металла непосредственно перед сваркой, что улучшает смачиваемость.

Следующий наружный дефект – кратер. Различают два основных подвида кратеров. Первый образуется при резком обрыве дуги, чаще всего в конце шва. Это очень частое явление, сварщики хорошо знают его и устраняют кратковременным подвариванием. Второй вид кратеров образуется в произвольном месте в результате усадки металла при остывании. Опасность его состоит в том, что, как правило, его сразу не обнаруживают.

Непровары являются визитной карточкой начинающих сварщиков, это, так называемые, внутренние дефекты сварных соединений, которые могут быть обнаружены только радиационным или ультразвуковым контролем. Опасность непровара проявляется в значительном снижении прочности шва, что делает его недопустимым ни для каких конструкций.

Причиной непровара может стать слабый ток или быстрое ведение электрода. И то и другое не доносит к месту сварки достаточной энергии, необходимой для полного расплавления металла. Сопутствующими факторами непровара может послужить попадание в сварочную ванну окислов или шлака или неправильная разделка кромок. Последствия устраняются удалением дефектного участка и новым завариванием.

Пористость можно назвать самым частым и самым сложным дефектом сварных швов. Физика его не сложна – это образование воздушных пузырьков в зоне сварочной ванны и фиксация их в металле после его остывания и кристаллизации. Причины этого явления очень разнообразны, что усложняет борьбу с ним:

электроды, изготовленные с нарушением технологии;

вредное влияние некоторых шлаков, выраженное в доставке газов в зону сварки;

остановки кристаллизации металла;

наличие сильных раскислителей в обмазке электродов.

Для борьбы с непроварами существует такое же большое количество способов, как и количество причин их возникновения. В первую очередь следят за строжайшим соблюдением технологии, как сварки, так и изготовления электродов. Непосредственно перед началом работ рекомендуется прокалить электроды при температуре 150 – 350 С 0 в зависимости от типа покрытия электродов. Сокращению количества растворенных газов способствует сваривание «на короткой дуге».

Посторонние включения снижают прочность шва. В основном, встречаются включения окислов металла, шлаков и вольфрама (при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом).

Прожог образуется при малой скорости движения электрода или завышенном сварочном токе. В сварочную ванну подается чрезмерное количество энергии. Происходит расплавление большого количества металла на всю глубину, и он просто выливается в образовавшееся отверстие. Увеличенный зазор между свариваемыми деталями послужит дополнительным условием для образования прожога. Способ устранения этого дефекта очевиден – заваривание отверстия.

Методы контроля качества

Сваривание металла сопровождается разнообразными дефектами сварного шва, что в большинстве случаев недопустимо и подлежит устранению. Но для того, чтобы устранить дефект, его нужно сначала обнаружить. Существует множество методов обнаружения дефектов. Вот некоторые из них:

Самый старый и наиболее доступный метод контроля называется визуально-измерительным. Набор инструментов состоит из нескольких десятков элементарных измерительных инструментов (линейки, лупы, микроскопы и т.п.). Метод имеет свои преимущества: простота, дешевизна и возможность перепроверок. К существенным недостаткам можно отнести невысокую достоверность и невозможность обнаруживать внутренние дефекты. В случае необходимости контроля внутренних дефектов прибегают к более точным методам.

Одним из широко распространенных методов контроля внутренних дефектов является радиационная дефектоскопия, основанная на свойствах ионизирующих излучений. Наиболее известные из них рентгеновское и Y-излучение. При помощи специальных излучателей, эти излучения пропускаются через объект исследования (в нашем случае, сварной шов) на детектор, который фиксирует результат. Для контроля швов в качестве детектора используется рентгеновская пленка, на которой очень четко проступает внутренняя структура соединения.

Ультразвуковой контроль основан на прохождении через исследуемый объект звуковых колебаний с частотой выше 20кГц. При наличии у таких объектов внутренних зон с плотностью, отличной от плотности основного материала (непровары, поры, трещины, раковины), происходит отражение ультразвука. Характеристики отраженного сигнала пропускаются через специальные программы и выводятся на монитор в виде наглядной картинки, на которой видны зоны залегания, глубина и размеры дефектов.

Дефекты сварных швов

Что такое дефекты сварных соединений? По сути, это отклонения от требований к техническим характеристикам сварного шва, а соответственно и всей конструкции. Именно дефекты сварки снижают прочность шва и надежность сварочных стыков. Их можно разделить на несколько видов.

Виды дефектов сварных швов:

отклонения от размеров и формы шва;
изъяны микро- и макроструктуры;
коробление и деформация конструкций.

Отклонения от размеров шва и его формы

Размерные показатели сварочного шва определяются государственными стандартами. И у каждого вида сварки есть свой ГОСТ. К примеру, при сварке, где задействован способ плавления, дефекты сварного шва определяет неравномерная наполненность свариваемой канавки, плюс разница ширины и высоты шва на всем его протяжении. Что касается формы, то она неровная, имеются так называемые седла (впадины), бугры, структура его чешуйчатая.

Причины из возникновения при сварке ручной – это низкое качество электродов, низкая квалификация сварщика, нарушение технологии сваривания. Причины при автоматической сварке – это скачки напряжения, угол наклона подачи электрода неправильно выбран, присадочная проволока проскакивает в механизме подачи и так далее.

Если говорить о сварке давлением, то ее дефектами сварных швов выступают вмятины глубокого типа, неравномерное распределение точек вдоль сварочного шва, может произойти смещение заготовок относительно друг друга.

К дефектам нарушения формы относятся прожоги, подрезы, наплывы и незаверенные кратеры.

Наплывы

Обычно такие дефекты сварочных швов образуются, когда производится сварка заготовок, лежащих в горизонтальной плоскости. А сам сварочный процесс производится сверху. Наплыв – это затвердевший жидкий металл в виде бугорков, которые образуются в момент соприкосновения горячего расплавленного металла электрода с холодной поверхностью заготовки. Наплывы могут быть разных размеров: от маленьких капель до больших рядов, протяженных на приличную длину сварочного шва.

Причинами появления наплывов могут выступать большой ток, подающийся на электрод, длинная электрическая дуга, наклон заготовки, неправильно выбранный угол установки электрода. Как результат – трещины в сварочном шве, непровары и прочие изъяны.

Подрезы

Этот дефект представляет собой канавку (углубление) в сварочном шве, которая часто образуется при сварке около металла заготовки. Причинами могут быть большой ток и длинная дуга, которые создают перегрев самого металла, а также сварочного наполнителя. Именно состояние большой температуры становятся причиной оплавления кромки двух заготовок. Если производится сварка угловых соединений, то чаще всего причинами подреза являются неправильно устанавливаемый электрод, особенно, когда произошло смещение в сторону вертикально установленной заготовки. При этом перегрев происходит именно на вертикальной стенке стыка, здесь и образуется подрез. А вот на горизонтальной в это время образуется наплыв, потому что металл начинает стекать вниз.

При газовой сварке подрезы могут возникать только по одной причине – увеличенная мощность горелки. Необходимо отметить, что подрезы – достаточно серьезный дефект сварочного шва. Он приводит к ослаблению заготовки по толщине, а это наипервейшая причина разрушения стыка, а соответственно всей сварной конструкции.

Прожоги

Само название уже говорит за себя. На месте сварки и в свариваемых металлах по кромкам образуются отверстия. Причины:

большое расстояние между заготовками;
большой ток и мощная горелка при быстрой сварке;
неправильная форма кромок, очень заостренная;
большая продолжительность процесса на одном месте.

Чаще всего этот вид дефектов получается, когда свариваются между собой тонкие листы металлов, или когда ведется многослойная сварка и наносится первый слой.

Кратеры

Это углубления в сварном шве. Обычно этот дефект образуется при обрыве дуги. Поэтому его опытные сварщики пытаются сразу же оплавить. Это самое простое устранение дефектов сварки. Когда сварка ведется автоматическим способом, то кратер обычно появляется на выходе из шва, то есть, на выходной планке.

Есть подвид кратеров, который называется усадочной раковиной. Она образуется под воздействием усадки металла в шве. Все дело в том, что металл при остывании уменьшается в объеме.

Дефекты макроструктуры

Эти виды дефектов сварных соединений можно выявить, если увеличить структуру сварного шва в 10 раз. К этому типу изъянов относятся трещины, непровары, газовые поры, шлаковые вкрапления.

Поры образуются, когда шов быстро остывает. При этом находящиеся в его теле газообразующие элементы не успевают выйти наружу. Так происходит, когда кромки заготовок покрыты ржавчиной, пятнами масла или краски, используется флюс с повышенной влажностью, был неправильно настроен сварочный аппарат по току или газу, большое содержание углерода в свариваемых металлах и так далее.

Поры могут быть большими и маленькими, располагаться могут кучно или равномерно вдоль шва, есть поры сквозные, называемые свищами. В общем, их количество и размеры зависят от времени, за которое ванна находится в жидком состоянии. Чем дольше сварочная ванна жидкая, тем меньше пор, потому что газы успевают покинуть жидкий металл.

Шлаковые включения – это, по сути, небрежность со стороны сварщика при сварке. Значит, он плохо подготовил два соединяемых металла к сварке. На них осталась грязь, ржавчина. Если данный вид дефектов появился при многослойной сварке, то значит, сварщик плохо провел удаление шлака с предыдущих слоев.

Эти дефекты могут иметь размеры в несколько микрон или d несколько миллиметров, форма разная: от сферы до тонкой линии. Расположение – по всему телу шва.

Непровар – дефект серьезный. Получается так, что металл заготовки несплавился с металлом электрода (электросварка) или присадочной проволоки (газовая сварка). Могут несплавится между собой и слой наплавляемого металла. Причин непровара немало:

слишком большой ток при сварке был использован;
загрязнение кромок;
неправильно был поднесен электрод к оси шва;
очень маленький зазор между двумя заготовками;
кромки имеют слишком заостренные концы;
вынужденный перерыв, в процессе которого металлы остывают;
увеличенная скорость сварки.

Что касается трещин, то их можно разделить в зависимости от температуры их появления. То есть, холодные или горячие. Горячие появляются, когда происходит затвердевание металла, а кристаллизация начинается при температуре 1100-1300С. При этом внутри шовного металла появляются усадочные напряжения, начинают образовываться прослойки полужидкого вида. Они и становятся впоследствии трещинами. Если в наплавляемом металле содержится много водорода, углерода или кремния, то это также причина возникновения горячих трещин.

Холодные трещины образуются при температуре 100-300С. Причинами являются все те же напряжения, возникающие в теле наплавляемого металла, когда он начинает остывать. К тому же внутри сварочного шва остается водород (газ), который стремится выйти наружу. И это дополнительные напряжения. Кстати, горячие трещины на лицевой части шва не видны, они считаются внутренними. А вот холодные тут же появляются на внешней стороне шва, их хорошо видно невооруженным глазом. Это наружные дефекты сварных швов и соединений.

Есть еще два вида трещин: отпускные и ламелярные. Первые образуются уже тогда, когда сварка закончена и производятся операции по следующей обработке металлом. Вторые имеют очень интересную технологию появления. Они образуются еще при высоких температурах, но свое дальнейшее развитие получают уже в остывшем металле. Кстати, чаще всего этот вид дефекта образуется из микроскопических трещин. Оба варианта относятся к категории – внешний дефект.

Дефекты микроструктуры

К дефектам микроструктуры нужно отнести микроскопические трещины и поры, включения неметаллического типа (кислородные, нитридные), крупная зернистость структуры наплавленного металла с элементами перегревов и пережогов.

Самый опасный из всех перечисленных дефектов – пережог. При нем внутри шва появляются в большом количестве крупные зерна структуры металла, которые имеют минимальные прочностные связи между собой. Отсюда высокая хрупкость стыка. Причинами пережога являются присутствие кислорода в зоне сварки, а значит, изоляция ванны была плохой. Сюда же можно добавить высокую температуру сварочного процесса.

Допустимые и недопустимые дефекты

Понятно, что все дефекты сварных соединений негативно влияют на качество сварной конструкции. Но есть такие, при которых конструкция может эксплуатироваться без проблем, а есть те, при которых эксплуатировать ее строго запрещено.

Поэтому перед тем как определить, можно или нельзя эксплуатировать сварную конструкцию, необходимо принять во внимание все обстоятельства и факторы, влияющие на выбор.

Необходимо определить соответствует ли конструкция всем геометрическим и габаритным параметрам строго по проекту или чертежу.
Тип дефекта, его размеры и место в соединении.
Каким механическим нагрузкам будет подвергаться строение или сооружение. Выдержат ли их сварочные соединения.
Характер окружающей среды. Природные нагрузки негативно влияют на состояние сварного шва.
Функции, возложенные на конструкцию. То есть, один дефект может выдержать определенные нагрузки, а другие ему противопоказаны.

Определить допустимость дефектов можно только специальной аппаратурой. Поэтому рекомендуется использовать оборудование, которое по степени проверки дефекта была выше, чем номинальная допустимая величина самого изъяна. К примеру, трещину размером 3 мм нельзя измерять прибором, который определяет минимальные трещины длиною 5 мм.

Кстати, на допустимость влияют не только размеры и форма дефектов, не последнее слово за их количеством и частотой расположения.

Заключение по теме

Дефекты сварных соединений влияют на качество стыка между элементами собираемой конструкции, а значит, и на всю конструкцию в целом. Поэтому исправлению дефектов сварки придается особое внимание. Устраняться сами они не могут. Есть изъяны, которые можно легко устранить, есть, которые устранить можно, но непросто. Способы их устранения известны. А есть дефекты, которые не подлежат исправлению. Так что лучше проводить процесс грамотно. Поэтому изучайте процессы появления швов и причины их образования.

Дефекты сварных швов

Дефектами сварных швов называют разные виды нарушений параметров шва и отклонений от нормативов. Дефекты сварочных швов и соединений негативно отражаются на прочности, долговечности шва и других эксплуатационных характеристиках. Их можно классифицировать по типу, размеру и критичности. Профессиональная оценка дефектов сварных швов позволяет определить их тип, выявить причину появления и выбрать способ устранения. Выявлением причины и устранением последствий дефектов швов должны заниматься профессионалы, для этого используется специальное оборудование.

Виды дефектов сварных швов

При сварке металлических заготовок используются разные виды швов, характеристики которых регулируются ГОСТом. Любой дефект сварного соединения поддается классификации. Размеры дефектов сварных швов позволяют отнести их к допустимым или недопустимым. Поэтому точное измерение и контроль шва, а также выявление имеющихся дефектов дает возможность отбраковать недостаточно прочные и надежные соединения.

По месту локализации выделяют поверхностные дефекты сварных швов, сквозные и внутренние.

При использовании ручного аппарата для сварки разные виды дефектов сварочного шва являются результатом недостаточной опытности сварщика, использования некачественных материалов или нарушения технологии. Дефекты сварных швов и соединений могут быть как незначительными, позволяющими эксплуатировать изделия, так и полностью нарушающими структуру металла в зоне соединения.

Наплывы

Наплывы – распространенные виды дефектов сварных швов. Они характерны для сварки, проводимой в горизонтальном положении. Наплыв – внешний дефект сварных швов, при котором расплавленный металл застывает в виде бугорков. Дефекты сварного шва при наплыве могут отличаться по размеру: от одной капли до длинного ряда.

Такие сварочные дефекты возникают из-за слишком большой силы тока, неправильно выбранного угла наклона заготовки. Чаще всего отклонения заметны еще в процессе сварки. Однако если не обратить на них внимания в процессе работы, дефект может оказаться скрытым, поэтому обнаружить его будет сложнее.

Подрезы

Подрезы еще один тип дефектов сварочных швов. Это углубления, проходящие вдоль шва, к образованию которых чаще всего приводит слишком большой ток, вызывающий перегрев материала. Такие дефекты при газовой сварке могут возникнуть при использовании высокой мощности. Подрезы — критичный вид сварных дефектов, из-за них при эксплуатации конструкции очень часто возникают проблемы.

Прожоги

Прожог – дефект сварного шва, имеющий вид отверстия в месте сварки. Основные причины его возникновения:

слишком большое расстояние между заготовками;
излишне застроенная форма кромки;
высокая сила тока или использование слишком мощной горелки;
длительное время сварки на одном участке.

Чаще всего прожог возникает при сваривании металлических заготовок небольшой толщины.

Кратеры

Кратер – дефект сварного шва в виде вмятины на поверхности или углубления. При автоматической сварке дефект кратер имеет вид канавки, идущей вдоль шва. При ручной сварке опытные сварщики стараются устранить дефект сразу же методом оплавления.

Следует упомянуть дефект, имеющий название «усадочная раковина». Это отдельный вид дефектов сварки, появляющийся из-за усадки металла на шве в результате уменьшения его объема в процессе снижения температуры уже после окончания работ.

Дефекты макроструктуры

Такие дефекты сварных соединений видны только при увеличении структуры шва в несколько раз. Такие дефекты при сварке могут значительно снизить качество готового изделия и даже привести к его поломке при первом же использовании.

Дефект сварного шва пора возникает из-за быстрого снижения температуры шва. Причина в том, что в расплавленном металле есть включения газообразных веществ, которые в момент его застывания не успевают выйти на поверхность. Макроструктурные типы дефектов сварного шва наблюдаются при нарушении правил подготовки поверхности к сварке. Например, если на поверхности остались следы краски или коррозии. Проблема может возникнуть и при неправильном выборе мощности сварочного оборудования.

По размеру поры бывают как крупными, так и микроскопическими. Они могут располагаться равномерно вдоль всего шва или концентрироваться на отдельных участках. Если на шве образуются сквозные поры, их называют свищами. Степень развития дефекта зависит от того, насколько долго сварочная ванна находилась в жидком состоянии. Чтобы минимизировать количество пор, газам нужно дать время выйти из металла.

Шлаковые сварные дефекты

Шлаковые сварные дефекты появляются в результате некачественной подготовки заготовок или недостаточного профессионализма мастера. Если на заготовке осталась ржавчина, загрязнения или следы краски, они останутся в шве в виде включений. Наружные дефекты сварных швов могут иметь любой размер. Форма также может отличаться – от линейной до сферической.

Непровары

К основным дефектам сварных швов, которые могут привести к нарушению целостности готовой детали, относится и непровар. Он возникает в том случае, если металл заготовки не полностью сплавился с наплавкой. Произойти это может при неправильном выборе настроек сварочного аппарата или недостаточном зазоре между заготовками.

Трещины

Дефекты сварных швов трещины могут образовываться уже после завершения процедуры сварки или еще на этапе работы при высокой температуре, а потом уже в процессе остывания металла дефект формируются окончательно. Поэтому они классифицируются в зависимости от температуры, при которой возникают, на горящие и холодные.

Горячие образуются при затвердевании металла из-за разрушения его структуры. Это происходит при неравномерной усадке прослоек полужидкого металла внутри шва в процессе охлаждения и попадании в материал примесей. Холодные возникают после остывания соединения и затвердевания металла из-за остаточных напряжений.

Горячие трещины не виды на поверхности, поэтому их часто относят к внутренним дефектам сварных швов. Холодные трещины всегда заметны, они классифицируются как наружные дефекты сварочных швов. И если проблемы на поверхности металла будут заметны, то внутренние дефекты могут быть выявлены только при исследовании готового изделия на предмет явных и скрытых дефектов с помощью специальной аппаратуры.

Дефекты микроструктуры

К микроструктурным видам дефектов сварных соединений относятся нарушения структуры металла в области шва, которые могут привести к полной непригодности заготовки или готового изделия. К самым серьезным дефектам шва этого типа относится пережог. Причиной пережога может быть высокая температура сварки. При этом на поверхности шва образовываются крупные зерна металла, которые почти не связаны друг с другом. Это приводит к повышенной хрупкости шва.

Виды дефектов сварочных швов в зависимости от сложности

Основные дефекты сварки разделяются на допустимые и недопустимые. Любой дефект сварки значительно ухудшает характеристики изделия. Контроль качества сварных соединений дает возможность визуально и с помощью специальных методов определить наличие дефекта и классифицировать его. Это очень важный этап производства. Внешние и внутренние дефекты сварных швов приводят к нарушению целостности готовой конструкции.

Допустимыми дефекты сварных швов называют в случае незначительных отхождений от нормы. При небольших дефектах металла шва эксплуатировать изделие можно без проблем или с определенными ограничениями. Недопустимые дефекты сварных швов делают изделие непригодным к эксплуатации.

Контроль дефектов сварных швов включает в себя оценку разных критериев соединений, на основе которых специалист дает заключение с рекомендациями об эксплуатации конструкции. Дефекты сварного шва, выявленные при визуальном контроле и инструментальном исследовании, классифицируются на основании ряда критериев:

тип, размер и местоположение;
соответствие конструкции геометрическим параметрам и габаритам;
механические нагрузки, которым будет подвергаться изделие;
условия окружающей среды, при которых будет использоваться изделие;
предназначение изделия.

Основные виды дефектов сварных соединений обнаруживаются только при помощи спецоборудования. При выявлении дефектов сварных швов важно учитывать не только их тип и размер, но и количество и расположение. Поэтому только опытный специалист может оценить все имеющиеся проблемы и принять взвешенное решение по поводу возможности использования сварного соединения, даже несмотря на наличие дефекта.

Методы выявления дефектов

Для определения дефектов сварных швов применяется дефектоскопическое оборудование. Только с его помощью можно выявить скрытые виды дефектов сварки, а также отнести их к допустимым и недопустимым. Для выявления возможных дефектов сварных швов используются разные методы, которые включают осмотр шва, замеры, лабораторные исследования.

Осмотр позволяет выявить основные дефекты в металле шва, но без специальных инструментов точно определить степень отклонения от нормативов невозможно. На наличие проблем часто указывают визуально заметные дефекты формы шва.

Чтобы определить визуальные дефекты сварных швов, нужно очистить их поверхность от различных загрязнений. Электрохимическая очистка сварных швов нержавеющих сталей позволяет максимально точно определить наличие дефектов, которые нуждаются в устранении.

Сквозные дефекты сварных швов удается выявить благодаря испытаниям на герметичность. Для этого применяются методы наполнения водой, обдувания воздухом, обработки керосином.

Основные дефекты шва и сварного соединения необходимо не только обнаружить с использованием лабораторных исследований и особых методов, но и устранить. Но это возможно только в том случае, если структура материала не полностью разрушена некачественной сваркой. В противном случае заготовка будет полностью уничтожена, и придется изготавливать конструкцию заново.

Способы устранения дефектов сварных швов

Причины возникновения дефектов сварных швов различны, но все они снижают прочность и другие характеристики соединения. Дефекты сварочных соединений делятся на допустимые и недопустимые, имеют разную степень. Перед устранением дефектов рекомендуется химическая очистка сварных швов нержавейки.

Способы устранения дефектов сварных швов зависят от типа изъяна:

чтобы убрать прожог, вначале нужно тщательно зачистить шов, затем повторно подварить;
подрезы можно устранить наложением на шов тонкого наплава;
если имеются непровары, шов вырезается и повторно заваривается;
при обнаружении трещин требуется высверлить участок шва, очистить весь шов и проварить повторно;
окалина при сварке аккуратно удаляется, и провариваются непровары;
кратеры вырезаются до основания металла, после чего стык сваривается заново;
деформированные участки конструкции прогреваются и выравниваются;
если на шве имеются посторонние включения, они вырезаются;
дефекты электросварных швов вырезаются до основания, после чего провариваются заново.

Для устранения различных видов наружных дефектов сварных швов применяются разные методы, поэтому их классификацию и выбор оптимального метода лучше доверить специалистам.

Основные этапы и методы контроля качества сварных соединений

Чтобы свести к минимуму возможность пропустить дефект, требуется применять разные способы контроля сварки. Контроль должен включать в себя такие этапы:

Подготовительный. Проверяется, сколько металла и расходных материалов потрачено.
Основной. На этом этапе проверяется правильность используемого режима, работа сварного оборудования.
Завершающий. Включает в себя не только визуальный осмотр, но и лабораторные испытания, использование специального измерительного оборудования.

В зависимости от классификации дефектов сварных соединений используются разрушающие и неразрушающие способы контроля. Для готовых конструкций чаще всего используются неразрушающие способы, которые не нарушают целостность готового изделия.

Разрушающий способ чаще намного эффективнее, но может применяться только для отдельных образцов, к примеру, если изготавливается большая партия продукции. Разрушающий метод исследования включает в себя механические, химические и другие виды тестов, которые приводят к нарушению целостности соединения и конструкции. Но именно такая проверка занимает меньше времени и позволяет точнее определить внутренние дефекты шва.

После сварных работ и перед проверкой может потребоваться очистка сварных швов нержавейки.

Причины возникновения дефектов сварных швов

К образованию внешних и внутренних дефектов сварочных швов чаще всего приводит:

использование расходных материалов низкого качества;
нарушение технологии;
применение некачественного металла;
проблемы со сварочным оборудованием;
выбор неправильного режима работы сварочного оборудования;
низкая квалификация сварщика.

Вне зависимости от дефектов сварных швов и причин их образования, требуется их устранение или полное переделывание детали. Аппараты для очистки сварных швов SteelGuard помогут качественно провести очистку поверхности, чтобы определить наличие дефекта и обеспечить высокие эксплуатационные характеристики сварного соединения.

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.

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.

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 50 х и более. Трещины могут располагаться по оси или в перпендикулярном направлении. Холодные и кратерные трещины часто появляются в виде расходящихся лучей.

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 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.

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.

Дефекты сечения

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

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.

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.

Причины возникновения сварочных дефектов

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

Наименование дефекта	Возможные причины
Несплавление и непровар	Недостаточная 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
Трещины	Горячие 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
Подрез	Избыточная 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 включения	Плохая 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
Пористость	применение для сварки плохо очищенных заготовок, использование электродов с повышенным содержанием водорода, повышенная скорость перемещения электрода, несоответствие фактических вольтамперных характеристик дуги заданным значениям
Коробление	Применение 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
Разбрызгивание	Предварительная 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…100 0 С 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.