Дефекты швов сварных соединений причины возникновения способы устранения

Виды дефектов сварных швов и причины их образования

Начинающие сварщики, самостоятельно ремонтирующие металлоконструкции и детали, нередко допускают дефекты сварки, снижающие прочность швов. Они растрескиваются, пропускают воду, разрушаются под нагрузкой. Существуют способы выявления и устранения дефектов сварных швов и соединений, снижающих прочность смонтированных конструкций, заваренных деталей.

В обзоре представлены все виды последствий нарушения технологии, способы восстановления поврежденных участков.

Причины образования дефектов

Изъяны при сварке возникают по объективным и субъективным причинам. Каждый вид металлопроката характеризуется свариваемостью. Этот показатель зависит от компонентного состава сплава, способа производства проката. Для плохо свариваемых деталей в технологические карты сразу закладывается большой процент брака.

Основные виды дефектов сварных соединений:

• нарушение целостности металла;
• деформация конструкций или деталей из-за возникновения внутренних напряжений;
• нарушение формы сварного шовного валика;
• несоблюдение геометрических параметров наплавочного валика;
• структурные изменения металла (размера зерна в области фазового перехода сварного соединения).

Внешние дефекты не так опасны, как внутренние, невидимые. Они выявляются неразрушающими методами контроля. Самостоятельно делать ответственные сварные швы рискованно. Лучше обратиться к профессионалам.

Основные причины нарушения целостности сварных шовных валиков и зоны термовлияния:

• некачественная обработка стыков: плохо зачищенная окалина, ржавчина, остатки оксидной пленки, жирные пятна, загрязнения;
• применение наплавочной проволоки или электродов, не соответствующих основному металлу;
• неисправность сварочного аппарата;
• неправильная установка рабочих параметров: силы тока, напряжения на регуляторах сварочника;
• неправильная укладка деталей, не учитывается коэффициент линейного расширения;
• несоблюдение интервала между электродом и деталью, не поддерживается определенная длина дуги.

Виды дефектов сварных швов

Полная классификация возможных нарушений наружной и внутренней структуры сварных швов представлена в ГОСТ 30242-97. Возникновение наружных дефектов сварных швов нередко сопровождается глубинными нарушениями структуры сплава. Они возможны при любом способе сварки, делятся на наружные, внутренние и сквозные. О каждом виде изъянов сварных соединений стоит рассказать подробнее.

Наружные

Выявляются при визуальном осмотре. Большинство наружных дефектов сварных швов устраняются в процессе работы.

Причина трещин – несоблюдение температурного режима. Горячие формируются при высоких температурах свыше 1100°С. Холодные при недостаточном разогреве поверхности (до 200°С). При трещинах металл становится менее пластичным, разрушается под нагрузкой.

Подрезы – наиболее встречающиеся дефектные нарушения сварных шовных валиков: между наплавкой и деталью видны углубления. Причины:

• слишком высокое напряжение электродуги, сварные заготовки истончаются;
• одна деталь проваривается сильнее, ванна расплава смещается от центра зазора.

При подрезе прочность соединения снижается, сварной шов приходится проходить еще раз.

Прожоги характерны для сварки тонкостенных изделий. Их удается избегать опытным сварщикам. К прожогу нередко приводит неуверенное управление электродом. Слишком высокий ток – еще одна причина.

Свищи – крупные раковины, похожие внешне на воронку. Они ухудшают внешний вид сварного шва, видны сразу. Их устраняют вторичной проходкой.

Кратер характеризуется рыхлостью металла, его усадкой. От них нередко идут трещины по поверхности. Возникают в области непровара при отключении или отрыве электродуги от поверхности заготовки.

Наплыв – вылившийся избыточный металл: наплавка расползается без образования надежного сварного шва, нет прочного диффузного слоя. Электродуга не успевает проплавить заготовку из-за недостаточного напряжения. Другая причина – плохо зачищенные кромки, остатки окалины не расплавляются.

Внутренние

Внешне невидимые, но нарушающие структуру металла изъяны самые коварные. Внутренние дефекты вне зависимости от причин возникновения недопустимы на сосудах высокого давления, трубопроводах, деталях, работающих на излом.

Отпотина или трещина бывает:

• холодная – появляются после остывания наплавки и диффузного слоя вследствие остаточных напряжений в области разогрева;
• горячая – продольные или поперечные растрескивания, возникающие в металле на границе формирующегося зерна.

Горячие трещины на фазе формирования кристаллической решетки в легированных сплавах:

• из-за нарушения технологического процесса (не те электроды, рабочий ток);
• при непредвиденном отключении сварочного аппарата во время замыкания по падающей капле.

Природу трещин установить несложно. Горячие появляются сразу, характерны для массива шва, области термовлияния, если допущен перегрев или температура ниже точки плавления. Холодные формируются постепенно, пока идут фазовые превращения жидкой массы в кристаллическую решетку. Возможные причины:

• не успевшие выделиться молекулы водорода (недостаточный разогрев);
• высокая влажность воздуха на рабочем месте;
• плохая экранизация расплава защитной атмосферой.

Поры классифицируются по размеру, месту расположения. Они возникают:

• из-за инородных тел, попадающих в сварочную ванну (окислы и шлаковые включения, чешуйчатость ржавчины, влага, вольфрамовые частички от неплавящегося электрода могут стать причиной образования газовых пузырей);
• если расплав недостаточно хорошо защищен (с обмазки выделяется мало шлака, тонкий слой флюса, сдувает защитное облако газа);
• когда нарушается технологический процесс (не выдержана температура предварительного нагрева заготовок, не подготовлены электроды, неправильно выставлен сварочный ток).

Шлак остается в порах, если нарушена технология. Вольфрам попадает при недостаточном экранировании ванны инертным газом. Оксидные пленки остаются при плохой зачистке свариваемых поверхностей.

Непровар – дефект, характерный для начинающих. Стык между деталями недостаточно заполнен, толщина диффузного слоя неравномерная. Чаще выявляется при многослойной проходке глубоких кромок, когда не производится промежуточная проковка и удаление окалины. Другие возможные причины:

• плохая подготовка заготовок;
• слишком плотная установка деталей, маленький зазор;
• высокая скорость сварки (наплавка не успевает заполнить пустоты);
• отклонение электрода (расплав образуется рядом со стыком, а не над ним);
• неправильно установленный рабочий ток (электроду для расплавления не хватает ампеража).

Пережог (его еще называют перегревом) характерен при несоблюдении технологии сварки: когда ток больше, чем нужен, а скорость низкая. Нарушается структурная решетка: зерна в шве формируются слишком крупные, металл становится хрупким из-за критической ударной вязкости. Дефект не устраняется термообработкой, влияющей на микроструктуру, необходимо делать глубокую зачистку, а затем заделку области пережога.

Сквозные

Просветы определяются визуально или при проверке герметичности. Главная причина сквозных дефектов – прожоги. Характерны для тонкостенных деталей, электрод насквозь прожигает металл рядом с наплавленным шовным валиком. Причина прожога – несоблюдение технологического процесса:

• большой зазор между свариваемыми заготовками;
• повышенный ток;
• низкая скорость перемещения электрода;
• прекращение подачи защитного газа.

При образовании отверстия ванна расплава не формируется, металл утекает за ее пределы.

Контроль качества сварных соединений

Сварщик несет индивидуальную ответственность за качество работы. Недопустимые дефекты – такие, при которых изделие или конструкцию нельзя эксплуатировать. Поврежденный сварочный шов может лопнуть под воздействием окружающей среды, силовой нагрузки. Контролеру необходимо выявить тип дефекта, место его расположения, размер. В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации выбирает методы контроля.

ВИК (визуально-измерительный) – самый простой и доступный. Соединение измеряют, осматривают. Для улучшения визуализации используют лупы, реже микроскопы (смотрят зернистость застывшего металла).

Цветная дефектоскопия используется для выявления трещин, несплошностей, наплывов в области сварных швов.

Диагностические методы с использованием приборов (радиационный, ультразвуковой, магнитно-резонансный) определяет внешне невидимые дефекты образованного металлического слоя, зон фазового перехода, где возникают внутренние напряжения. Место сварки покрывают тремя типами химических средств. Сначала очистителем (ацетоном или другими растворителями) подготавливают поверхность. После этого сварной шов из пульверизатора или кисточкой покрывают индикатором-пенетрантом, подходящими к данному виду стали или цветного металла. Затем проявителем. Через несколько секунд несплошности становятся видны. Индикаторную пленку после осмотра сварного соединения снимают сухой тканью и салфеткой, следов на деталях не остается.

Способы устранения дефектов сварных швов

Допускаются только незначительные по размеру изъяны, не влияющие на прочность соединений. Большинство дефектов сварочных швов, выявленных в ходе контроля, необходимо устранить. Они ухудшают эксплуатационные свойства металлоконструкций, могут стать причиной аварии, разгерметизации трубопроводов или сосудов.

Методика исправления недостатков сварки зависит от вида дефектных нарушений:

1. Пористость, выявленную визуально или методом неразрушающего контроля, вырубают. Швы проваривают заново с соблюдением технологии, снижающей риск образования газовых полостей на поверхности и внутри металла.
2. Свищи по природе схожи с глубокой пористостью, отличаются образованием воронок различной глубины. Неустранимые подваркой нарушения шва вырубают. Делают обрубку и зачистку дефектного участка, если массивный валик позволяет такую корректировку.
3. Подрезы по линии диффузного слоя обычно бывают на сверхнормативно направленных валиках. Их убирают зачисткой или дополнительной наплавкой металла.
4. Непровары случаются, когда кромки плохо разогреваются при образовании ванны расплава. Дефект, обнаруженный во время приемки изделия, корректируют новой проходкой. Участок шва с дефектом удаляют болгаркой или механически вырубают, после этого заполняют расплавом.
5. Наплывы или подтеки снимают шкуркой, как регламентировано в стандарте. Объемные дефекты предварительно срубают, затем проводят зачистку шкуркой допустимого размера или напильником. После подготовки кромок снова наплавляют валик.
6. Шлаковые вкрапления, снижающие прочность на разрыв, видимые или выявленные аппаратурой, удаляют механически, образовавшийся зазор тщательно проваривают, после этого доводят валик до нужных параметров.
7. Отклонения валика от допустимых геометрических размеров:

в сторону увеличения устраняют зачисткой, срубанием излишков металла;

в меньшую – подваркой шва.

Качество соединения зависит не только от профессионализма сварщика. Скачки напряжения в сети гасят не все сварочники, некоторые начинают хуже работать. Появлению пор способствует окисление ванны расплава, насыщение стали водородом, азотом. Какой бы ни была причина прогаров, наплывов или других дефектов, их необходимо после обнаружения обязательно устранить, переварить металл или хорошо зачистить валик. Дефекты ухудшают не только внешний вид соединения, но и снижают сопротивляемость металла к механическим разрушениям под ударной, динамической крутящей или однонаправленной статической нагрузкой.

Источник

Дефекты сварных швов: виды, способы выявления и устранения

Дефекты сварных швов негативно влияют на качество и долговечность изготовленной металлоконструкции, провоцируя ее деформацию и разрушение со временем.

Поэтому сварку нужно выполнять таким образом, чтобы созданные соединения получались максимально качественными и аккуратными, лишенными недостатков.

Если же справиться с этой задачей мастерски не вышло, стоит поинтересоваться, существуют ли надежные способы устранения дефектов при сварке и изучить их.

Что такое дефекты сварочных соединений?

Дефекты сварных швов ‒ это изъяны на поверхности или внутри созданного путем применения сварочного оборудования шва.

Они могут иметь разную степень выраженности, форму, размер и приводят к снижению полезного срока металлоконструкции, могут влиять на ее эксплуатационные параметры, поэтому крайне нежелательны в работе.

Внешние дефекты сварных швов.

Появление сварочных изъянов можно объяснить разными причинами:

1. Созданные соединения могут иметь низкое качество, если мастер не обладает большим опытом выполнения сварочных операций: нарушает технологию электродуговой, аргоновой, лучевой сварки, пренебрегает подготовительным процессом, термообработкой узлов, путает схему сборки деталей, выбирает неверный режим функционирования сварочного аппарата при лазерной сварке и т. п.
2. Также неважные показатели швов могут являться следствием применения кустарно изготовленного или неисправного оборудования при ручной электродуговой сварке, низкокачественного металла, дешевых расходных материалов.

Все шовные дефекты называются по-разному и условно делятся на несколько групп, каждая из которых отличается определенным видом и особенностями:

Особенности недостатка определят наиболее подходящий способ его исправления. Для предупреждения подобных проблем в дальнейшем сварщику важно провести работу над ошибками и уяснить, что в его работе повлекло столь печальные результаты.

Важно! Не каждый проблемный участок шва считается недопустимым недостатком. Исходя из перечня требований, предъявляемых к сварным соединениям и металлоконструкции в целом, существуют допустимые дефекты.

Это такие изъяны, которые не способны влиять на качество сварочного соединения. Но их количество в любом варианте должно быть минимальным, чтобы срок службы изделия был максимальным.

Видовое разнообразие дефектов

Неопытный сварщик в процессе создания сварных стыков полуавтоматом может столкнуться с разными видами дефектов сварки. Они отличаются внешними характеристиками и появляются вследствие нарушения технологии сварки: ТИГ, электродуговая ручная сварка, автомат и т.п.

Причины дефектов сварных швов.

Такие проблемы важно хорошенько изучить, что позволит не допускать порчу свариваемых деталей при ручной дуговой сварке и реализации иных технологий создания соединений металлоконструкций в дальнейшем.

• наружные: трещины, подрезы, наплывы, кратеры, окалины, сварные раковины;
• внутренние: пористая структура, недостаточная провариваемость, посторонние включения;
• сквозные: трещины, прожоги.

Наружные недостатки имеют такое название, так как находятся на лицевой стороне соединения и видимы глазу. Для их обнаружения достаточно провести визуальный осмотр детали. Внутренние дефекты располагаются внутри сварочного соединения, поэтому сразу не заметны.

Определить наличие данной проблемы можно с помощью дефектоскопии сварных швов, включая ультразвуковую, механическую и рентген обработку. Наиболее катастрофичны сквозные изъяны, поскольку их устранение не всегда осуществляется на 100%.

Наружные дефекты

При нарушении технологии сварки и применении расходного материала неважного качества можно получить следующие дефекты сварки: наплывы, подрезы, незаваренные кратеры, поверхностные поры, прожоги, трещины и т.п.

Наплывы являются результатом стекания расплавленного металла сварной проволоки на нерасплавленный основной металл конструкции или предварительно осуществленный валик.

Такие недостатки могут иметь местный характер и проявляться отдельными зонами, а могут приобретать вытянутую форму и занимать приличную площадь на металлоизделии.

Основная причина появления наплывов заключаются в следующем:

• сварщик неверно выставил силу тока при длинной дуге и ошибся с подбором скорости работы оборудования;
• был выбран чрезмерно большой наклон плоскости, на которую накладывался сварной шов;
• электрод неправильно вели, или он изменил свое первоначальное положении при выполнении кольцевых швов под флюсом;
• сварщик имел недостаточный опыт или работал в неудобном пространственном положении: вертикальном или горизонтальном.

Подрезы являются углублениями на поверхности основного металла, идущими по краям сварного шва. Глубина подреза может колебаться в пределах 0,1-1 мм.

Причинами, по которым образуются такие дефекты сварных соединений, являются:

• ток чрезмерно высокой силы;
• напряжение дуги свыше нормы;
• неудобная поза сварщика в пространственном плане;
• небрежно выполненная сварка.

Наличие такой погрешностей опасно, поскольку подрезы способны уменьшить рабочую толщину металла в местах соединения металлических деталей, спровоцировать появление местной концентрации напряжений от рабочих нагрузок и стать причиной деформации сварных швов со временем.

Наименования дефектов сварного шва.

Также отметим, что подрезы стыковых и угловых швов, располагающиеся поперек действующих на них сил, могут вызвать резкое снижение вибрационной прочности соединений.

Кратер ‒ вмятина, появляющаяся в случае резкого обрыва дуги в конце сварки. Очень часто такая проблема возникает при создании коротких швов.

Размер кратера определяется величиной сварного тока:

• при ручном методе сварки его диаметр составляет 3-20 мм;
• при автоматической сварке кратер приобретает форму удлиненной канавки.

Важно! Если такой недостаток не заварить, прочность сварочного соединения и сечение шва снизится, а это повлечет за собой появление очагов образования трещин.

Прожоги представляют собой проплавление основного или наплавленного металла, на котором иногда образуются сквозные отверстия.

Причиной возникновения данных дефектов являются:

• недостаточное притупление кромок, большой зазор между ними;
• завышенный сварочный ток или мощность горелки на фоне невысоких скоростей сварки;
• недостаточного поджатия флюсовой подушки, медной подкладки при автоматической сварке;
• при чрезмерно длительной сварке, недостаточном усилии сжатия, при наличии загрязнений на поверхностях сварных деталей, проволоки при точечной и шовной контактной сварке.

Особенно часто можно наблюдать прожоги при сварке тонкого металла, при организации первого прохода многослойного сварного шва. Такие дефекты можно устранить, но даже после этого соединение не приобретает удовлетворительные характеристики и эстетический вид.

Поэтому стоит изначально прилагать все усилия, чтобы не допустить появления подобных дефектов на поверхности сварного шва.

На заметку! Отдельно стоит отметить такой дефект, как трещина сварного соединения. Ответим, что называют трещиной: нарушение плоскости металла, спровоцированное охлаждением, воздействием нагрузок. Она может относиться и к наружным, и к внутренним дефектам сварки.

Обнаружить наружные дефекты на сварных швах можно с помощью визуально-измерительного контроля, капиллярной дефектоскопии, а также иными способами неразрушающего контроля: рентген, ультразвук.

Внутренние дефекты

К внутренним дефектам сварки причисляют:

1. Холодные трещины.
   Появляются исключительно после остывания и затвердевания сварного соединения вследствие его несоответствия действующим нагрузкам.
2. Горячие трещины.
   Проявляются в момент нахождения металла сварного соединения в состоянии между температурой плавления и отвердевания ввиду применения низкокачественной присадки, неверной технологии заварки кратера, из-за резкой остановки сварочного процесса, вследствие прожогов при сварке. Такие дефекты могут иметь несколько типов расположения: вдоль и поперек соединения металлических деталей.
3. Поры.
   Могут возникнуть при любой технологии сварки из-за наличия загрязнений на поверхности соединяемых деталей, неважной защиты сварной ванны потоком газа, маслом, краской, сварки несовместимых сплавов, ржавчины и окисления металла. Поры различаются по размерам и, зачастую, имеют хаотичное распределение по сварному шву: располагаются как внутри соединения, так и на его поверхности.

Устранение выявленных дефектов сварочных швов, незаметных глазу, необходимо осуществлять после определения основных причин, спровоцировавших появление дефекта, вне зависимости от того факта, осуществлялась технология лазерной сварки или применялся иной вид выполнения сварочных операций.

Это позволит подобрать наиболее эффективный метод борьбы с проблемой и не допустить таких ошибок в будущем.

Сквозные

Сквозные дефекты представляют собой отверстия в металлической детали, которое образуется вследствие неправильной сварки. Мастер выбирает неверный режим работы сварочного аппарата и прожигает металл насквозь.

Также такие проблемы возникают при резкой остановке сварки, выполнении операций на сквозняках, работе с тонким металлом.

Дефекты контактной сварки сквозного типа – это:

• подрез при выполнении сварки;
• трещина;
• прожог.

Как обнаружить сварные дефекты?

Обнаружить дефект сварного соединения можно следующими способами:

• визуальный осмотр осуществляется при помощи увеличительного прибора и позволяет обнаружить даже крохотные дефекты точечной сварки;
• дефектоскопия сварных швов – метод диагностирования качества сварного шва, основанный на склонности специального материала менять свой цвет в момент, когда он соприкасается с текучим материалом, к примеру, с керосином;
• магнитный метод – выполнение измерений искажения магнитных волн;
• УЗК – проверка ультразвуком предполагает использование специальных ультразвуковых дефектоскопов, способных измерить степень отражения звуковых волн;
• радиационный метод осуществляется путем просвечивания сварного шва рентгеном, получением снимка, описывающего все детали проблемного участка.

Наплывы на внутренней и внешней стороне сварного шва.

Цветная дефектоскопия и ультразвуковой контроль сварных соединений считаются наиболее эффективными методами выявления дефектных сварных соединений, но осуществить их в бытовых условиях практически невозможно.

Устранение недостатков сварных швов

Практически все дефекты сварных соединений, за исключением наиболее незначительных по размеру, требуют устранения.

Если этого не сделать, эксплуатационные параметры швов и самой металлоконструкции значительным образом ухудшатся: наличие дефектов сварки может привести к деформации металла, его скорого разрушения при механическом давлении.

Разновидности недостатков сварных швов определят методы борьбы с ними.

Виды дефектов сварных соединений.

Поэтому охарактеризуем самые распространенные дефекты сварки и способы их устранения:

1. Отклонения параметров швов от норм по ширине, высоте, катету, перетяжки соединений.
   Выявляются путем осуществления внешнего осмотра швов, анализ их размеров при помощи шаблонов. Устранить дефект можно путем срубания излишков металла, зачистки швов, подварки узких мест соединения.
2. Подрезы представляют собой углубление по линии сплавления рабочего и основного металла.
   Найти проблему поможет внешний осмотр швов, а устранить ее получится, если выполнить качественную зачистку места подреза и подварку самого шва.
3. Пора сварного шва представляет собой полость округлой формы с газом.
   Иногда несколько пор соединяются в цепочку. Способ выявления и методы устранения дефектов такого рода: визуальный осмотр, осмотр излома шва.
4. Свищи в форме воронкообразного углубления выявляются при внешнем осмотре, удаляются рубкой, строжкой с дальнейшей зачисткой и подваркой.
5. Непровар появляется из-за недостаточного расплавления кромок сварного соединения.
   Устранить дефект можно после визуального выявления, выяснения причины образования непроваров. Не допустить использование бракованной детали позволит метод контроля при лазерной сварке, а устраняется непровар вырубкой и выстрагиванием, зачищением и подваркой.
6. Наплывы на сварных швах имеют вид натекания металла сварного шва на поверхность рабочего металла.
   Эффективно выявляются и устраняются путем проведения внешнего осмотра, подрубки и удаления наплыва, а непроваренные участки потребуется подварить.
7. Шлаковые включения ‒ дефекты в виде вкрапления шлака.
   Выявить такую проблему и устранить ее можно при помощи визуального анализа детали, рентгено- и гаммаконтроля, контроля ультразвуковым агрегатом, магнитографическим оборудованием. Шлак из дефектного участка потребуется удалить, зачистить, подварить.

Подведем итоги

Дефекты сварочных швов возникают при нарушении технологии сварки и ставят под угрозу стабильность сварочного шва и функциональность всей металлоконструкции.

По этой причине уважающему себя мастеру важно выучить основные дефекты швов ‒ появления пор, наплывов, прогаров и т.п ‒ и причины их образования при сварочном процессе.

Это позволит подобрать максимально эффективное решение для устранения недостатков соединений при точечной сварке, использовании лазера, электрической дуги, аргона и т.п.

Источник