что необходимо предпринять при обнаружении поверхностных дефектов трещин недопустимых шлаковых
Дефекты сварных соединений: виды, способы контроля и устранения
Сварные металлоконструкции активно используются в разных сферах жизнедеятельности. Но в процессе сваривания отдельных элементов в цельные конструкции могут возникать дефекты сварных швов и соединений, которые негативно сказываются на прочности и безопасности эксплуатации готовых металлоизделий.
Что такое дефекты сварных соединений
Размерные параметры сварного соединения четко определены государственными стандартами, при этом свой ГОСТ есть у каждого вида сварки. Любые отклонения от установленных нормативно-техническими документами показателей считаются дефектами. Возникают они как при проведении сварочных работ, так и при нарушении требований в процессе подготовки соединяемых элементов и сборке конструкций в единое целое.
Виды дефектов сварочных швов
В силу разных обстоятельств сварочные стыки могут иметь повреждения, влияющие на их прочностные характеристики. Все виды дефектов сварных соединений разделяются на три основные группы:
Дефекты любого вида не допускаются в сварных соединениях и подлежат устранению, особенно касается это случаев, когда металлоконструкции выступают составляющими элементами несущих конструкций и должны выдерживать интенсивные нагрузки.
Характеристики и причины основных дефектов сварки
Не в каждом случае качество сварки соответствует установленным требованиям. Классификация дефектов сварных соединений в полном составе изложена в ГОСТ 30242-97. Но среди всех обозначенных в документе изъянов выделяют основные, которые чаще обычного выявляются при контроле и обследовании соединительных стыков.
Трещины
Для сварочных швов наибольшую опасность представляют трещины. Они способны спровоцировать мгновенное разрушение металлических конструкций и привести к трагическим последствиям.
Причинами появления трещин могут быть:
По размеру различают микро- и макротрещины, по типу образования – поперечные, продольные и радиальные.
Вне зависимости от видов и причин возникновения трещины – это недопустимые дефекты сварных соединений металла.
Подрезы
Это образующиеся на наружной поверхности шовного валика продольные углубления. Если на шве есть подрез, то в месте его появления уменьшается сечение шва, а также образуется очаг концентрации напряжения.
Превышенная величина сварочного тока – основная причина появления таких дефектов. Довольно часто наблюдаются подрезы в горизонтальных швах.
Наплывы
Это натекший на поверхность избыток металла, который не имеет должного сплавления с соединяемой поверхностью. Часто наплыв возникает при сварке стыковых или угловых швов в горизонтальном положении. Образуется при недостаточном прогреве основного металла, избытка присадочного материала, наличия окалин на соединяемых кромках.
Прожоги
Такие дефекты являют собой сквозное отверстие, возникшее вследствие вытекания из сварочной ванны расплавленного металла. В данном случае с другой стороны отверстия как правило образуется натек.
Прожог может быть вызван слишком медленным передвижением электрода по линии сваривания, повышенным сварочным током, неплотным прилеганием к основному металлу прокладки или же недостаточной ее толщиной, большим зазором между соединяемыми кромками.
Непровары
Если на сварочном шве обнаружены локальные несплавления между основным и наплавленным металлом, то дефект такого типа называют непровар. Он существенно понижает прочностные свойства шва и соответственно всей конструкции.
Причины непроваров состоят в следующем: чрезмерно высокая скорость сваривания, некачественная подготовка кромок к сварному процессу, наличие ржавчины, окалин и других загрязнений на соединяемых поверхностях.
Кратеры
Образующиеся вследствие обрыва сварочной дуги углубления в соединительном валике называют кратерами. Такие изъяны существенно уменьшают сечение стыка, что негативно сказывается на прочности. Кратер опасен тем, что внутри него могут находиться усадочные рыхлости, приводящие к появлению трещин.
Свищи
Поверхностные дефекты в виде полости. Понижают прочность соединительного стыка и провоцируют образование трещин. Свищи имеют произвольную форму, могут возникать как на внешней поверхности, так и внутри шва.
Пористость
Поры – это заполненные газами полости, образующиеся при повышенном газообразовании внутри металла. Возникают при наличии разнообразных загрязнений на свариваемых поверхностях, при повышенной скорости сварки, а также повышенной вместительности углерода в используемом присадочном материале.
Посторонние включения
Качество шва существенно ухудшают сторонние включения – оксидные, шлаковые, вольфрамовые, флюсовые и другие включения. Главная ошибка, приводящая к их наличию – неправильный режим сварки. Любое из присутствующих включений понижает прочность и надежность соединения и подлежит устранению.
Причины появления дефектов
Каждый из всех встречающихся дефектов возникает вследствие конкретных факторов. При этом выделяют причины образования дефектов сварных соединений общего характера:
Чтобы металлоконструкции получались качественными и выносливыми, следует строго соблюдать нормы сваривания и доверять работы профессиональным сварщикам.
Методы выявления дефектов
Выявление дефектов сварных соединений осуществляется следующими способами:
Осмотр сварочного шва осуществляется только после очистки его от шлака, устранения застывших брызг металла и других типов загрязнений. Проверке подлежат размеры и правильность формы соединений, наличие или отсутствие прожогов, кратеров, трещин, свищей и других погрешностей.
Испытание непроницаемости позволяет выявить дефекты сварных соединений трубопроводов, например, поры, трещины, сквозные непровары. Проверяются конструкции несколькими способами:
Если в ходе проверки обнаружен дефект, то деталь возвращается на дополнительную обработку.
Способы устранения дефектов
Любой сварочный процесс сопровождается образованием дефектов, вне зависимости выполняется он инвертором, полуавтоматом, трансформатором или другим оборудованием. При этом выделяют недопустимые и допустимые дефекты сварных соединений, по сложности которых определяется пригодность или непригодность конструкции к дальнейшей эксплуатации.
Способы устранения дефектов сварных соединений выбираются с учетом типа обнаруженного повреждения:
Если в ходе обследования обнаружены технологические дефекты сварных соединений труб, то устранять их следует строго в соответствии нормативных требований одним из методов:
При проверке на прочность и герметичность газораспределительных сетей разрешается исправлять дефекты сварных соединений газопроводов в случае, когда сварочный процесс выполнялся дуговой сваркой и не допускается при сваривании газовой сваркой.
Методы контроля сварных соединений
Тот факт, что влияние дефектов на качество сварной металлоконструкции максимизирует риски разрушения изделий доказывать не нужно. Чтобы в процессе сваривания получать действительно надежные, прочные и выносливые конструкции, после завершения работ должен проводиться контроль качества сварных соединений.
Осуществляется контроль сварочных швов поэтапно:
Все методы контроля сварных соединений разделяются на две группы – разрушающие и неразрушающие. Как правило для выявления дефектов применяются неразрушающие методы, к которым принадлежат:
Методы разрушающего контроля подразумевают испытания отобранных образцов и применяются в основном при необходимости получить параметры сварного шва и зоны термического влияния. Контроль осуществляется химическим анализом, механическими и металлографическими испытаниями.
Заключение
Чтобы сварочный шов по всем параметрам соответствовал стандартам качества и заданным требованиям, то начиная с подготовки подлежащих соединению элементов и до окончания сварочного процесса необходимо осуществлять контроль. Это позволит предотвратить основные дефекты сварных соединений или же оперативно их устранить.
Дефекты сварных соединений
Открыв ГОСТ 30242 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения» конечно можно прочитать какие бывают дефекты сварных швов, а вот понять… А вот понять, что такое дефекты сварки мы поможем в данной статье. И в отличие от книги Юхин Н.А. Дефекты сварных швов и соединений здесь представлены не изображения, а фотографии.
Содержание
В п. 2.1. ГОСТ 30242 сказано: «Дефекты при сварке плавлением образуются вследствие нарушения требований нормативных документов к сварочным материалам, подготовке, сборке и сварке соединяемых элементов, термической и механической обработке сварных соединений и конструкции в целом». Т.е. если сказать проще из-за нарушения технологии сборки и сварки.
Также согласно ГОСТ 30242 сварные дефекты делятся на шесть следующих групп:
Сразу уточним, что в ГОСТ 30242 присвоено:
Приступим к подробному рассмотрению дефектов согласно классификации.
Трещины
Трещины являются недопустимыми дефектами, так как являются концентратором напряжения и очагом разрушения. Это самые опасные дефекты сварного соединения, часто приводящие к его разрушению. Проявляются они в виде разрыва в сварном шве или в прилегающих к нему зонах. Сначала трещины образуются с очень малым раскрытием, но под действием напряжений их распространение может быть соизмеримо со скоростью звука, в результате чего происходит разрушение конструкции.
Чаще всего трещины проявляются при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей в результате быстрого охлаждения сварочной ванны. Вероятность появления трещин увеличивается при жестком закреплении свариваемых деталей.
Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в расплавленном металле, а также кремния, никеля и особенно вредных примесей серы, фосфора и водорода.
Причинами образования трещин чаще всего является несоблюдение технологии и режимов сварки. Это может проявляться, например, в неправильном расположении швов в сварной конструкции, что приводит к высокой концентрации напряжений. Большие напряжения в сварных конструкциях могут возникнуть также при несоблюдении заданного порядка наложения сварных швов.
Кстати, более подробно об образовании трещин в сталях мы уже писали в статье.
Удаление трещин. Поверхностные трещины в сварных конструкциях устраняются в следующем порядке: сначала засверливают концы трещины, чтобы она не распространялась дальше по шву, затем трещину удаляют механическим путем или строжкой, после чего место удаления дефекта зачищают и заваривают.
Внутренние трещины (как впрочем, и остальные внутренние дефекты) удаляют механическим способом или строжкой с последующей заваркой данного участка.
По происхождению трещины подразделяются на:
Холодные трещины
Холодные трещины возникают при температурах ниже 300°С, то есть сразу после остывания шва. Кроме того, холодные трещины могут возникнуть и через длительный промежуток времени. Причиной появления холодных трещин являются сварочные напряжения, возникающие во время фазовых превращений, приводящих к снижению прочностных свойств металла. Причиной появления холодных трещин может стать растворенный атомарный водород, не успевший выделиться во время сварки. Причинами попадания водорода могут служить непросушенные швы или сварочные материалы, нарушения защиты сварочной ванны. Холодные трещины на изломе имеют чистый блестящий вид кристаллов.
Горячие трещины
По размерам трещины подразделяются на:
Макроскопические трещины
Микроскопические трещины
По расположению трещины подразделяются на:
Продольная трещина
Продольная трещина может располагаться :
— в металле сварного шва (1011)
— на границе сплавления (1012)
— в зоне термического влияния (1013)
— в основном металле (1014)
Поперечная трещина
Поперечная трещина может располагаться:
— в металле сварного шва (1021)
— в зоне термического влияния (1023)
— в основном металле (1024)
Также согласно ГОСТ 30242 трещины бывают:
Радиальные трещины
Радиальные трещины могут располагаться:
Трещина в кратере
Трещина в кратере бывает:
Раздельные трещины
Разветвленные трещины
Разветвленные трещины могут располагаться:
Порами в сварном шве называют полости, заполненные газами. Возникают в жидком металле шва вследствие интенсивного газообразования, при котором не все газовые пузырьки успевают выйти наружу до затвердевания сварного шва. Размеры пор, образующихся в металле, бывают как микроскопические, так и достигающие нескольких миллиметров. В сварном шве, помимо одиночных пор, могут возникать и скопления пор, а иногда даже раковины и свищи. Они могут быть округлой или вытянутой формы, а их размеры зависят от размеров пузырьков образовавшихся газов.
Причины образования пор в сварных швах следующие:
Наличие пористости в сварном соединении снижает механические свойства металла (прочность, ударную вязкость и т.п.), а также герметичность изделия.
Участок сварочного шва, в котором присутствуют поры, подлежит переварке с предварительной механической зачисткой или строжкой с последующей механической обработкой.
Газовая полость
Газовые полости образуются в сварочной ванне в виде пузырьков газа (водород, азот, окиси углерода и др.) которые застывают в металле при кристаллизации металла во время сварки.
Отличие газовой полости от газовой поры в форме т.е. пора имеет практически правильную шаровидную форму, а газовая полость имеет форму как указано на рисунке выше.
Газовая пора
Равномерно распределенная пористость
Скопление пор
Цепочка пор
Продолговатая полость
Свищ образуется при случайных коротких замыканиях вольфрамового электрода или резком обрыве дуги, а также в результате неправильного гашения дуги при ручной и автоматической сварке.
Возможной причиной развития свища чаще всего является некачественная подготовка поверхности и присадочной проволоки под сварку.
Дефект обнаруживается визуально и подлежит переварке.
Исправить такой дефект можно только после полного удаления металла шва на этом участке.
Поверхностная пора
Усадочная раковина
Кратер
Кратеры обычно появляются в результате неправильных действий сварщика. При автоматической сварке кратер может появляться в местах выводных планок, где обрывается сварочный шов. Кратеры уменьшают рабочее сечение сварочного шва, то есть снижают его прочность. Кроме того, в кратерах могут возникать усадочные рыхлости, которые способствуют образованию трещин. Кратеры вырубают до основного металла, зачищают и заваривают.
Подобные включения ослабляют сечение шва, снижают его прочность и становятся зонами концентрации напряжений.
Места швов с твердыми включениями вырубают до здорового металла или удаляют строжкой и впоследствии заваривают.
Твердое включение
Шлаковое включение
В зависимости от условий образования такие включения могут быть:
Шлак, образующийся при плавлении электродного покрытия или флюса, всегда всплывает на поверхность сварочной ванны. Шлак может оставаться внутри металла только при нарушении техники и технологии процесса (большим скорость сварки, неправильный наклон электрода, плохая зачистка ранее выполненного валика). Чаще всего шлаковые включения остаются в шве в результате подтекания шлака при выполнении корневых валиков и глубоких разделках. Сварка под флюсом кольцевых швов сопровождается шлаковыми включениями из-за несоблюдения рекомендуемой величины смещения электрода (зенита).
При сварке в защитных газах шлаковые включения встречаются редко. Шлаковые включения могут иметь размер до нескольких десятков миллиметров и поэтому являются очень опасными. Они уменьшают сечение шва и приводят к концентрации напряжений в нем.
Участок шва, на котором шлаковые включения превышают допустимые нормы, подлежит вырубке и переварке.
Флюсовое включение
В зависимости от условий образования флюсовые включения могут быть:
Флюсовые включения образуются из-за флюса, не вступившего в реакцию с расплавленным металлом шва и не всплывшего на поверхность сварного шва. Причиной образования флюсовых включений является использование флюса с большой грануляцией, завышение скорости сварки, случайном попадании гранул флюса в сварочную ванну.
Оксидное включение
Оксидные включения получаются в результате образования труднорастворимых тугоплавких пленок. Чаше всего они возникают вследствие значительных поверхностных загрязнений или при нарушениях защиты сварочной ванны. Также окисные включения, могут возникать в металле шва из-за слабой их растворимости и слишком быстрого охлаждения.
Являясь прослойкой в массиве шва, оксидные включения резко снижают прочность сварного соединения и могут привести к. его разрушению под приложенной в процессе эксплуатации нагрузкой.
Металлическое включение
Различают металлические включения из:
Вольфрамовые включения возникают при нарушении зашиты сварочной ванны при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом. Кроме этого, вольфрамовые включения возникают при коротких замыканиях или завышенной плотности тока. Особенно часто встречаются вольфрамовые включения при сварке алюминия и его сплавов, в которых вольфрам нерастворим.
Несплавление
— по боковой стороне (4011)
— между валиками (4012)
— в корне сварного шва (4013)
Несплавления образуются при дуговой сварке из-за того, что дуга не расплавила часть кромки стыка и не сформировала шов с ее участием.
Чаще всего несплавления образуются из-за неправильного выбора формы угла и разделки, плохо зачищенной поверхности кромок, из-за плохой зачистки шва между проходами, химической неоднородности металла, неправильных режимов сварки (маленькая сила тока, завышенная скорость сварки).
Непровар
Неполное проплавление (непровар) в стыковых соединениях может возникать в середине сечения при двусторонней сварке или в корне шва при односторонней сварке, как без подкладки, так и на формирующей подкладке, за счет неравномерного ее прилегания.
Характерной особенностью непровара являются его окончания, имеющие вид трещины, размеры которых, например для сплава АМг6, соизмеримы с межзеренными расстояниями. Непровар может также сопровождаться присутствием пор и оксидных включений.
В результате непровара снижается сечение шва и возникает местная концентрация напряжений, что в конечном итоге снижает прочность сварного соединения. При вибрационных нагрузках даже мелкие непровары могут снижать прочность соединения до 40%. Большие непровары корня шва могут снизить прочность до 70%.
Участки с непроварами приходится вырубать до основного металла, зачищать и вновь заваривать.
Группа 5. Нарушение формы шва
Нарушение формы
Подрез непрерывный протяженный
Подрез перемежающийся локальный
Подрезы часто образуются при сваривании горизонтальных швов на вертикальной плоскости. При ручной дуговом сварке угловых соединении причиной возникновения подрезов часто является неправильная техника выполнения швов, в частности неправильное положение электрода по отношению к оси шва, особенно при работе в стесненных условиях. Иногда подрезы образуются на внутренних валиках швов, выполненных аргонодуговой сваркой. Причиной их образования могут быть плохая сборка (смешение кромок), неточное ведение электрода по разделке.
Этот дефект обнаруживается визуально и при отклонениях выше установленной нормы подлежит заварке тонким (ниточным) швов электродами малого диаметра.
Усадочная канавка
При сварке внутреннем валике иногда образуется усадочная канавка, расположенная по оси шва. Устранить ее можно уменьшением объема сварочной ванны. Для этого необходимо уменьшить притупление или изменить режим сварки увеличить ее скорость или уменьшить силу сварочного тока.
Превышение выпуклости стыкового шва
Превышение выпуклости углового шва
В процессе сварки из-за неправильных режимов сварки, а также по ряду других причин (низкая скорость сварки, неудобное пространственное положение, однопроходная сварка в узкую разделку) при формировании шва избыток металла кристаллизуется в центре сварочной ванны в виде выпуклости, превышающей допустимые значения. Чрезмерную выпуклость другими словами называют превышением усиления шва.
Превышение проплава
Превышение проплава чаще всего возникает из-за плохой подготовки сварочных кромок (неодинаковый зазор в стыке, разной толщины металла по длине шва) и химической неоднородности свариваемого металла.
Неправильный профиль сварного шва
Причины образования неправильного профиля сварного шва тождественны причинам превышения проплава.
Наплав
Линейное смещение
Угловое смещение
Натек
В зависимости от условий это может быть:
Чаще всего натеки образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования натеков и методы их устранения одинаковы с наплавами (наплывами).
Прожог
Прожоги чаще всего образуются на тонкостенных соединениях или соединениях с подкладными полосами, кольцами, когда сварку выполняют на повышенном режиме или при увеличенном зазоре между кромками. В местах прожога металл окисляется и становится рыхлым, непрочным, неплотным. По возможности такие участки тщательно зачищают до полного удаления некачественного металла. В недоступных для зачистки местах, где могут появиться прожоги, при сварке первого слоя следует обдувать обратную сторону шва защитным газом. Прожог может образоваться при внезапной остановке подачи защитного газа. При сварке поворотных кольцевых стыков прожоги вызываются неправильным расположением электрода относительно зенита.
Прожоги являются характерным дефектом сварки тонкостенных изделий: обечаек сильфонных компенсаторов, труб гибких металлических шлангов, арматуры с трубами. В процессе сборки этих деталей особенно важно соблюдать требования по точности обработки сопрягаемых поверхностей и качеству сборки. Размеры ванны здесь настолько малы, что малейшее нарушение в обработке или сборке приводит к изменению теплоотвода, а значит, к резкому изменению нагрева. В результате чрезмерного нагрева свариваемых кромок ванна мгновенно разрывается, каждая кромка оплавляется самостоятельно и образуется прожог.
Прожоги исправляют путем их вырубки, зачистки дефектных мест и заваривания.
Неполное заполнение разделки кромок
Неполное заполнение разделки кромок возникает при неправильно выбранных режимов сварки (силы сварочного тока, скорости сварки), а также при неправильном выборе разделки кромок. Устранить данный дефект можно после зачистки и заварки дефектного места.
Чрезмерная асимметрия углового шва
Чрезмерная асимметрия углового шва характерна при сварке металлов с различной теплопроводностью и неудобных пространственным положением сварки.
Нижеследующие дефекты в объяснениях не нуждаются т.к. причины возникновения неравномерной ширины шва, неровной поверхности, вогнутость корня шва заключается чаще всего в неправильно подобранных режимах сварки, неудобном положении при сварке, неправильным выбором разделки кромок.
Неравномерная ширина шва
Неровная поверхность
Вогнутость корня шва
Пористость в корне сварного шва
Возобновление
Группа 6. Прочие дефекты
Прочие дефекты
Случайная дуга
Случайная дуга особенно опасна для нержавеющих сталей т.к. может быть причиной начала коррозии. При сварке закаливающихся сталей случайная дуга может стать причиной образования трещин.
Брызги металла
Да, да, да брызги металла тоже является дефектом (особенно в это трудно вериться начинающим сварщикам). Брызги на сваренном металле не только портят внешний (товарный) вид шва, но и являются очагами образования коррозии для нержавеющих сталей и местом образования трещин для закаливающихся сталей.
Поверхностные задиры
Вышеуказанные дефекты 6 группы достаточно легко исправимы необходимо просто удалить шлифованием данные места до «здорового» металла.