Общие сведения и организация контроля

По ГОСТ 15467-79 качество продукции есть совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетво­рять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Качество сварных изделий зависит от соответствия материала тех­ническим условиям, состояния оборудования и оснастки, правиль­ности и уровня отработки технологической документации, соблюдения технологической дисциплины, а также квалификации работающих. Обеспечить высокие технические и эксплуатацион­ные свойства изделий можно только при условии точного выпол­нения технологических процессов и их стабильности. Особую роль здесь играют различные способы объективного контроля как про­изводственных процессов, так и готовых изделий. При правильной организации технологического процесса контроль должен быть его неотъемлемой частью. Обнаружение дефектов служит сигналом не только к отбраковке продукции, но и оперативной корректировке технологии.

Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготов­ления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются про­верке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям.

После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т.е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т.п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаб­лонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тща­тельно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку плавлением, проверяют спе­циальными шаблонами, а качество подготовки поверхности - с помощью оптических приборов или специальными микрометрами.

Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т.д. Качество сборки и прихватки определяют главным образом наружным осмотром и обмером.

Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия.

Контроль процессов позволяет предотвратить появление систе­матических дефектов и особенно эффективен при автоматизиро­ванной сварке (автоматическая и механизированная дуговая, электрошлаковая и др.). Существуют следующие способы контроля сварочных процессов.

Контроль по образцам технологических проб. В этом случае периодически изготовляют образцы соединений из материала той же марки и толщины, что и свариваемое изделие, и подвергают их всесторонней проверке: внешнему осмотру, испытаниям на проч­ность соединений, просвечиванию рентгеновскими лучами, метал­лографическому исследованию и т.д. К недостаткам такого способа контроля следует отнести некоторое различие между образцом и изделием, а также возможность изменения сварочных условий с момента изготовления одного образца до момента изготовления следующего.

Контроль с использованием обобщающих параметров, имеющих прямую связь с качеством сварки, например использование дила­тометрического эффекта в условиях точечной контактной сварки. Однако в большинстве случаев сварки плавлением трудно или не всегда удается выявить наличие обобщающего параметра, позволя­ющего достаточно надежно контролировать качество соединений.

Контроль параметров режима сварки. Так как в большинстве случаев определенных обобщающих параметров для процессов сварки плавлением нет, то на практике контролируют параметры, непосредственно определяющие режим сварки. При дуговой сварке такими параметрами в первую очередь являются сила тока, дуговое напряжение, скорость сварки, скорость подачи проволоки и др. Недостаток такого подхода заключается в необходимости контро­лирования многих параметров, каждый из которых в отдельности не может характеризовать непосредственно уровень качества полу­чаемых соединений.

Контроль изделий производят пооперационно или после окон­чания изготовления. Последним способом обычно контролируют несложные изделия. Качество выполнения сварки на изделии оце­нивают по наличию наружных или внутренних дефектов. Развитие физики открыло большие возможности для создания высокоэффек­тивных методов дефектоскопии с высокой разрешающей способ­ностью, позволяющих проверять без разрушения качество сварных соединений в ответственных конструкциях.

В зависимости от того, нарушается или не нарушается це­лостность сварного соединения при контроле, различают неразрушающие и разрушающие методы контроля.

Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида из­делия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения (горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния).

Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами фор­мирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготов­кой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др. Виды дефектов приведены на рис. 1. Дефектами формы и размеров сварных швов являются их неполномерность, неравномерные ши­рина и высота, бугристость, седловины, перетяжки и т.п.

Рисунок 1 - Виды дефектов сварных швов:

а - ослабление шва. б - неравномерность ширины, в - наплыв, г - подрез, с - непровар, с - трещины и поры, ж - внутренние трещины и поры, з - внутренний непровар, и - шлаковые включения

Эти дефекты снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. При­чины их возникновения при механизированных способах сварки - колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в пода­ющих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве.

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными - в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплы­вов - большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправиль­ный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск. При выполнении кольцевых швов наплывы образуют­ся при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться непровары, трещины и др.

Подрезы представляют собой продолговатые углубления (канав­ки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов яв­ляется смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концент­рации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения.

Прожоги - это сквозные отверстия в шве, образованные в результате вытекания части металла ванны. Причинами их образо­вания могут быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуют­ся при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут также образовываться в резуль­тате недостаточно плотного поджатая сварочной подкладки или флюсовой подушки.

Непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Непровары уменьшают сечение шва и вызы­вают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования непроваров - плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязне­ний, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка. Непровары выше допустимой величины подлежат удалению и последующей заварке.

Трещины , также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопиче­скими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора.

Шлаковые включения , представляющие собой вкрапления шла­ка в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке - недостаточной зачистке шлаков с предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность.

Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор - повышенное содержание углерода при сварке сталей, загряз­нения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами, в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя так называемые свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.

Микроструктура шва и зоны термического влияния в значитель­ной степени определяет свойства сварных соединений и характе­ризует их качество.

К дефектам микроструктуры относят следующие: повышенное содержание оксидов и различных неметаллических включений, микропоры и микротрещины, крупнозернистость, перегрев, пе­режог металла и др. Перегрев характеризуется чрезмерным укрупнением зерна и огрублением структуры металла. Более опасен пережог - наличие в структуре металла зерен с окисленными границами. Такой металл имеет повышенную хрупкость и не поддаетсяисправлению. Причиной пережога является плохая защита сварочной ванны при сварке, а также сварка на чрезмерно большой силе тока.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений

К неразрушающим методам контроля качества сварных сое­динений относят внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения де­фектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов - наиболее простые и широко распространенные способы контроля их качества. Они являются первыми контрольными операциями по приемке готового сварного узла или изделия. Этим видам контроля подвергают все сварные швы независимо от того, как они будут испытаны в дальнейшем.

Внешним осмотром сварных швов выявляют наружные дефек­ты: непровары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.п. Визуальный осмотр производят как невооруженным глазом, так и с применением лупы с увеличением до 10 раз.

Обмеры сварных швов позволяют судить о качестве сварного соединения: недостаточное сечение шва уменьшает его прочность, слишком большое - увеличивает внутренние напряжения и дефор­мации. Размеры сечения готового шва проверяют по его параметрам в зависимости от типа соединения. У стыкового шва проверяют его ширину, высоту, размер выпуклости со стороны корня шва, в угловом - измеряют катет. Замеренные параметры должны соот­ветствовать ТУ или ГОСТам. Размеры сварных швов контролируют обычно измерительными инструментами или специальными шаб­лонами.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов не дают возможности окончательно судить о качестве сварки. Они устанавливают только внешние дефекты шва и позволяют определить их сомнительные участки, которые могут быть проверены более точными способами.

Контроль непроницаемости сварных швов и соединений. Сварные швы и соединения ряда изделий и сооружений должны отвечать требованиям непроницаемости (герметичности) для различных жидкостей и газов. Учитывая это, во многих сварных конструкциях (емкости, трубопроводы, химическая аппаратура и" т.д.) сварные швы подвергают контролю на непроницаемость. Этот вид контроля производится после окончания монтажа или изготовления конст­рукции. Дефекты, выявленные внешним осмотром, устраняются до начала испытаний. Непроницаемость сварных швов контролируют следующими методами: капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воздушным или гидравлическим давле­нием), вакуумированием или газоэлектрическими течеискателями.

Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам - сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раство­ром мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Неплот­ности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос - сквозных трещин и непроваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнару­живаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.

Контроль аммиаком основан на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак. При испытании на одну сторону шва укладывают бумажную ленту, смоченную 5%-ным раствором индикатора, а с другой стороны шов обрабатывают смесью аммиака с воздухом. Аммиак, проникая через неплотности сварного шва, окрашивает индикатор в местах залегания дефектов.

Контроль воздушным давлением (сжатым воз­духом или другими газами) подвергают сосуды и трубопроводы, работающие под давлением, а также резервуары, цистерны и т.п. Это испытание проводят с целью проверки общей герметичности сварного изделия. Малогабаритные изделия полностью погружают в ванну с водой, после чего в него подают сжатый воздух под давлением, на 10 - 20% превышающим рабочее. Крупногабаритные конструкции после подачи внутреннего давления по сварным швам покрывают пенным индикатором (обычно раствор мыла). О нали­чии неплотностей в швах судят по появлению пузырьков воздуха. При испытании сжатым воздухом (газами) следует соблюдать пра­вила безопасности.

Контроль гидравлическим давлением при­меняют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газопроводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением. Перед испытанием свар­ное изделие полностью герметизируют водонепроницаемыми за­глушками. Сварные швы с наружной поверхности тщательно просушивают обдувом воздухом. Затем изделие заполняют водой под избыточным давлением, в 1,5 - 2 раза превышающим рабочее, и выдерживают в течение заданного времени. Дефектные места определяют по проявлению течи, капель или увлажнению поверх­ности швов.

Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резерву­аров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущ­ность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и реги­страции на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся неплотно­сти. Контроль ведется с по­мощью переносной вакуум-камеры, которую устанавли­вают на наиболее доступную сторону сварного соедине­ния, предварительно смо­ченную мыльным раствором (рис. 2).

Рисунок 2 - Вакуумный контроль шва: 1 – вакуумметр, 2 - резиновое уплотнение, 3 - мыльный раствор, 4 - камера.

В зависимости от формы контролируемого изделия и типа соединения могут приме­няться плоские, угловые и сферические вакуум-камеры. Для созда­ния вакуума в них применяют специальные вакуум-насосы.

Люминесцентный контроль и контроль методом красок , называемый также капиллярной дефек­тоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты - трещины, поры, непровары. Люминесцентный контроль основан на свойстве некоторых веществ светиться под действием ультрафиолетового облучения. Перед контролем поверхности шва и околошовной зоны очищают от шлака и загрязнений, на них наносят слой проникающей жид­кости, которая затем удаляется, а изделие просушивается. Для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением - в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению.

Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачи­вающая жидкость, которая под действием капиллярных сил прони­кает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов.

Контроль газоэлектрическими течеискателям и применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий. Обладая высокой проникающей способностью, он способен про­ходить через мельчайшие несплошности в металле и регистрируется течеискателем. В процессе контроля сварной шов обдувают или внутренний объем изделия заполняют смесью газа-индикатора с воздухом. Проникающий через неплотности газ улавливается щу­пом и анализируется в течеискателе.

Для обнаружения скрытых внутренних дефектов применяют следующие методы контроля.

Магнитные методы контроля основаны на об­наружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или поме­щая внутрь соленоида. Требуемый магнитный поток можно создать и пропусканием тока по виткам (3 - 6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от спо­соба обнаружения потоков рассеяния различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. При методе магнитного порошка на повер­хность намагниченного соединения наносят магнитный порошок (окалина, железные опилки) в сухом виде (сухой способ) или суспензию магнитного порошка в жидкости (керосин, мыльный раствор, вода - мокрый способ). Над местом расположения дефек­та создадутся скопления порошка в виде правильно ориентирован­ного магнитного спектра. Для облегчения подвижности порошка изделие слегка обстукивают. С помощью магнитного порошка выявляют трещины, невидимые невооруженным глазом, внутрен­ние трещины на глубине не более 15 мм, расслоение металла, а также крупные поры, раковины и шлаковые включения на глубине не более 3 - 5 мм. При индукционном методе маг­нитный поток в изделии наводят электромагнитом переменного то­ка. Дефекты обнаруживают с по­мощью искателя, в катушке кото­рого под воздействием поля рассе­яния индуцируется ЭДС, вызы­вающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом мето­де (рис. 3) поле рассеяния фик­сируется на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверх­ности соединения. Запись воспроизводится на магнитографическом дефектоскопе. В результате срав­нения контролируемого соединения с эталоном делается вывод о качестве соединения.

Рисунок 3 - Магнитная запись дефек­тов на ленту: 1 - подвижный электромагнит, 2 - де­фект шва, 3 - магнитная лента.

Радиационные методы контроля являются на­дежным и широко распространенными методами контроля, осно­ванными на способности рентгеновского и гамма-излучения про­никать через металл. Выявление дефектов при радиационных ме­тодах основано на разном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором расстоянии от него помещают источник излучения, с противоположной стороны плотно прижимают кассету с чувствительной фотопленкой (рис. 4). При просвечивании лучи проходят через сварное соединение и облучают пленку. В местах, где имеются поры, шлаковые включения, непровары, крупные трещины, на пленке образуются темные пятна. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками. Источниками рентгеновского излучения служат специальные аппа­раты (РУП-150-1, РУП-120-5-1 и др.).

Рисунок 4 - Схема радиационного просвечивания швов: а - рентгеновское, б - гамма-излучением: 1 - источник излу­чения, 2 - изделие, 3 - чувствительная пленка

Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгенографированием (экспозицией на пленку) приме­няют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуоресцирующим покрытием. Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой способ можно сочетать с телеви­зионными устройствами и конт­роль вести на расстоянии.

При просвечивании сварных соединений гамма-излучением источником излучения служат ра­диоактивные изотопы: кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ам­пула с радиоактивным изотопом помещается в свинцовый контей­нер. Технология выполнения просвечивания подобна рентгеновско­му просвечиванию. Гамма-излучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл на большую глубину. Оно позволяет просвечи­вать металл толщиной до 300 мм. Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются мень­шая чувствительность при просвечивании тонкого металла (менее 50 мм), невозможность регулирования интенсивности излучения, большая опасность гамма-излучения при неосторожном обращении с гамма-аппаратами.

Ультразвуковой контроль основан на способно­сти ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пла­стинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов. При встрече с дефектным участком ультразвуковая волна отража­ется от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал (рис. 5).

Рисунок 5 - Ультразвуковой контроль швов: 1 - генератор УЗК, 2 - щуп, 3 - усилитель, 4 - экран.

Эти колебания после их усиления подаются на экран электронно-лучевой трубки дефектоскопа, которые свидетельству­ют о наличии дефектов. По характеру импульсов судят о протяжен­ности дефектов и глубине их залегания. Ультразвуковой контроль можно проводить при одностороннем доступе к сварному шву без снятия усиления и предварительной обработки поверхности шва.

Ультразвуковой контроль имеет следующие преимущества: высокая чувствительность (1 - 2%), позволяющая обнаруживать, измерять и определять местонахождение дефектов площадью 1 - 2 мм 2 ; большая проникающая способность ультразвуковых волн, позволяющая контролировать детали большой толщины; возможность контроля сварных соединений с односторонним под­ходом; высокая производительность и отсутствие громоздкого обо­рудования. Существенным недостатком ультразвукового контроля является сложность установления вида дефекта. Этот метод приме­няют и как основной вид контроля, и как предварительный с последующим просвечиванием сварных соединений рентгеновским или гамма-излучением.

Методы контроля с разрушением сварных соединений

К этим методам контроля качества сварных соединений отно­сятся механические испытания, металлографические исследования, специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений. Эти испытания проводят на сварных образцах, выре­заемых из изделия или из специально сваренных контрольных соединений - технологических проб, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке изделия.

Целью испытаний является: оценка прочности и надежности сварных соединений и конструкций; оценка качества основного и присадочного металла; оценка правильности выбранной техноло­гии; оценка квалификации сварщиков.

Свойства сварного соединения сопоставляют со свойствами основного металла. Результаты считаются неудовлетворительными, если они не соответствуют заданному уровню.

Механические испытания проводятся по ГОСТ 6996-66, предус­матривающему следующие виды испытаний сварных соединений и металла шва: испытание сварного соединения в целом и металла разных его участков (наплавленного металла, зоны термического влияния, основного металла) на статическое растяжение, статисти­ческий изгиб, ударный изгиб, стойкость против старения, измере­ние твердости.

Контрольные образцы для механических испытаний выполняют определенных размеров и формы.

Испытаниями на статическое.растяжение определяют проч­ность сварных соединений. Испытаниями на статический изгиб определяют пластичность соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и попереч­ными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом. Испытаниями на ударный изгиб, а также разрыв опре­деляют ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени подкалки металла при охлаждении после сварки.

Основной задачей металлографических исследований являются установление структуры металла и качества сварного соединения, выявление наличия и характера дефектов. Металлографические исследования включают в себя макро- и микроструктурный методы анализа металлов.

При макроструктурном методе изучают макрошли­фы и изломы металла невооруженным глазом или с помощью лупы. Макроисследование позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений.

При микроструктурном анализе исследуется струк­тура металла при увеличении в 50 - 2000 раз с помощью оптических микроскопов. Микроисследование позволяет установить качество металла, в том числе обнаружить пережог металла, наличие оксидов, засоренность металла шва неметаллическими включениями, вели­чину зерен металла, изменение состава его, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры. Методикаизготовления шлифов для металлографических исследований за­ключается в вырезке образцов из сварных соединений, шлифовке, полировке и травлении поверхности металла специальными травителями. Металлографические исследования дополняются измере­нием твердости и при необходимости химическим анализом металла сварных соединений. Специальные испытания проводят с целью получения характеристик сварных соединений, учитывающих усло­вия эксплуатации сварных конструкций: определение коррозион­ной стойкости для конструкций, работающих в различных агрес­сивных средах; усталостной прочности при циклических нагружениях; ползучести при эксплуатации в условиях повышенных температур и др.

Применяют также и методы контроля с разрушением изделия. В ходе таких испытаний устанавливают способность конструкций выдерживать заданные расчетные нагрузки и определяют разруша­ющие нагружения, т.е. фактический запас прочности. При испыта­ниях изделий с разрушением схема нагружения их должна соответ­ствовать условиям работы изделия при эксплуатации. Число изде­лий, подвергающихся испытаниям с разрушением, устанавливается техническими условиями и зависит от степени их ответственности, системы организации производства и технологической отработан­ности конструкции.

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.

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 , 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:

• наружные;
• внутренние;
• сквозные.

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: , 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 , 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

Разновидности сварных соединений.

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 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;
• 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 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.

Нарушение требований, установленных нормативными документами, при сварке плавлением приводит к образованию брака. Дефекты сварных соединений ГОСТ 30242-97 разделяет на шесть групп. Их нужно знать так же хорошо, как и то, правильно.

Трещины: разновидности, причины их образования

Трещиной называют несплошность, которая вызывается резким охлаждением или воздействием нагрузок. Разновидность этого дефекта, которую можно обнаружить только оптическими приборами с увеличением, не менее пятидесятикратного, называют микротрещиной.

Продольные трещины располагаются вдоль сварного соединения и могут располагаться:

• в металле шва;
• в основном материале;
• на границе сплавления;
• в области температурного влияния.

Продольная трещина

Трещины в основном металле, причиной которых являются высокие напряжения, называют скрытыми. Внешне они напоминают ступеньки. Этот дефект присущ сварным соединениям значительной толщины. Высокие напряжения вызываются слишком жесткими соединениями или некорректным выбором сварочной технологии. Уменьшение сварочных напряжений снижает вероятность образования скрытых продольных трещин.

Конфигурация продольных трещин определяется линиями сплавления шва и основного металла.

Эти трещины разделяют на:

• горячие, их причиной является высокотемпературная хрупкость сплавов;
• холодные – возникают при медленном разрушении металла.

Поперечные трещины ориентированы перпендикулярно оси сварного шва. Они могут возникать, как в основном материале и металле сварного соединения, так и в зоне температурного влияния.

Радиальные трещины расходятся из одной точки и иначе называются звездообразными. Места их расположения аналогичны локализациям поперечных трещин. Причины образования поперечных и радиальных трещин такие же, как и у продольных.

В месте отрыва дуги на поверхности шва образуется углубление. Дефекты, которые возникают в этом месте, называют трещинами в кратере. Они разделяются на продольные, поперечные, звездоподобные. Конфигурацию этого дефекта определяют: микроструктура зоны сварного соединения, фазовые, термические и механические напряжения.

Если возникает группа не связанных друг с другом трещин, то они называются раздельными. Места и причины их возникновения аналогичны этим характеристикам поперечных и радиальных трещин.

Если из одной трещины образуется группа трещин, то такой брак носит название разветвленных трещин. Места их расположения – основной материал, металл шва, область термического влияния. Причины возникновения такие же, как и у продольных трещин.

Поры: их форма, места расположения и причины появления

Дефекты сварных соединений и соединений в виде полостей в сварном соединении называют порами. Эти полости заполнены газом, который не успел выделиться наружу.

Различают следующие разновидности пор:

• Газовая полость – это образование произвольной формы, не имеющее углов, причиной появления которого явились газы, не успевшие покинуть расплавленный материал.
• Газовой порой называют газовую полость, имеющую сферическую форму.
• Группа газовых пор, которая располагается в металле сварного соединения, называется равномерно распределенной пористостью.
• Скопление пор – это три или более газовых полостей, расположенных кучно на расстоянии между собой, не превышающем тройной диаметр максимальной поры.
• Цепочкой пор называют ряд газовых полостей, которые располагаются линией вдоль сварного соединения с расстоянием между ними, не превышающем трех диаметров наибольшей из пор.
• Если дефектом является несплошность, вытянутая вдоль оси сварного шва и имеющая высоту, которая гораздо меньше длины, то она называется продолговатой полостью.
• Свищом называют трубчатую полость, которая располагается в металле сварного шва. Свищ вызывается выделением газа. Его форма и положение определяются источником газа и режимом твердения. Как правило, свищи образуют скопления в форме елочек.
• Газовая полость, нарушающая целостность поверхности сварного соединения, называется поверхностной порой.
• Если во время затвердевания вследствие усадки образуется полость – она носит название усадочной раковины. А усадочная раковина, расположенная в конце валика и не заваренная при последующих проходах, называется кратером.

Поры – дефекты сварных соединений, фото которых приведено ниже, появляются из-за наличия вредных примесей, как в основном металле, так и в присадочном. Поры могут образовываться из-за ржавчины и прочих загрязнений, которые не были удалены перед проведением сварки с кромок материала, повышенного содержания углерода, высокой скорости сварочного процесса, нарушений защиты сварочной ванны. Самой частой причиной возникновения пор является отсыревшее покрытие плавящегося электрода.

Наличие одиночных пор не представляет опасности, а вот их цепочка может негативно сказаться на прочностных характеристиках сварного соединения. Участок сварочного шва, пораженный этими дефектами, переваривают, предварительно механически его зачистив. Поры и шлаковые включения

Виды твердых включений в сварном шве

Твердые инородные включения, как металлического, так и неметаллического характера, имеющие в своей конфигурации хотя бы один острый угол, являются недопустимым дефектами в сварном соединении, поскольку играют роль концентраторов напряжений. Дополнительная опасность этих дефектов заключается в том, что они не видимы снаружи. Обнаружить их можно только методами неразрушающего контроля.
Шлаковые включения в сварном соединении

Твердые включения разделяются на следующие виды:

• Шлаковые включения – это шлаки, попавшие в сварочный шов. В зависимости от того, в каких условиях они были образованы, они бывают линейными, разобщенными, прочими. Причины их образования – большие скорости сварочного процесса, загрязненные кромки, многослойная сварка, если швы между слоями очищены некачественно. Форма этих бракованных включений очень разнообразна, поэтому они могут быть гораздо опаснее округлых пор.
• Флюсы, служащие для защиты металла от окисления, являются причиной образования флюсовых включений. Также, как и шлаковые, флюсовые включения делят на линейные, разобщенные и прочие.
• Причинами образования оксидных включений могут быть: недостаточно чистая поверхность основного или присадочного металлов, вытаскивание горячего сварочного прутка из области защиты, неправильная подготовка кромок – слишком сильное их затупление.
• Частицы сторонних металлов – вольфрама, меди или других образуют металлические включения. Причиной их образования может стать эрозия вольфрамового электрода или случайное попадание металлических частиц снаружи, а также при использовании для поджига медной стружки.

Несплавление и непровар: причины возникновения

Непровар и несплавление

Дефекты – несплавление и непровар – это отсутствие соединения основного материала и металла сварного соединения.

Несплавление возникает при высоких скоростях сварочного процесса и силе тока более 15000С. Для предотвращения несплавлений необходимо уменьшить скорость сварки, снизить временной разрыв между образованием и заполнением канавки, тщательно очищать сварочную зону от масел и загрязнений. Несплавления могут располагаться:

1. в корне сварного шва;
2. на боковой стороне;
3. между валиками.

Непровар возникает по причине невозможности расплавленного металла достичь корня шва. Причин непровара может быть несколько:

1. недостаточный сварочный ток;
2. слишком высокая скорость перемещения электрода;
3. увеличенная длина дуги;
4. слишком маленький угол скоса кромок;
5. перекос свариваемых кромок;
6. недостаточный зазор между кромками;
7. неправильно выбранный – увеличенный – диаметр электрода.
8. попадание шлака в зазоры между кромками;
9. неадекватный выбор полярности для данного типа электродов.

Непровар – очень опасный и недопустимый сварочный дефект.

Виды отклонений формы наружной поверхности шва от заданных значений

К нарушениям формы сварочного шва относят следующие дефекты:

• Подрезы непрерывные – представляют собой непрерывные углубления, расположенные на наружной части валика шва. Если подрезы располагаются со стороны корня одностороннего шва и образуются по причине усадки вдоль границы, их называют усадочными канавками. Подрезы являются широко распространенными поверхностными дефектами, которые возникают из-за слишком высокого напряжения дуги при сваривании угловых швов или по причине неточного ведения электрода. В этом случае одна из кромок проплавлена более глубоко, что приводит к стеканию металла на находящуюся в горизонтальном положении деталь. Для заполнения канавки металла не хватает. При сварке стыковых швов подрезы образуются редко. При слишком высоких значениях скорости сварки и напряжения дуги, как правило, возникают двухсторонние подрезы. Такого же типа дефект получается и при автоматической сварке в случае повышения угла разделки.

• Превышения выпуклостей стыкового или углового шва представляют собой избыток наплавленного металла с лицевой стороны швов сверх положенного значения.
• Если избыток наплавленного металла сверх установленного значения располагается на обратной стороне стыкового шва, то такой дефект называют превышением проплава. Разновидность – местный избыточный проплав.
• Если избыток наплавляемого металла натекает на основной металл, но не сплавляется с ним, то такой дефект называют наплавом.
• Линейное смещение возникает, если свариваемые поверхности расположены параллельно, но не на одном уровне.
• Угловым называют смещение между двумя поверхностями при их расположении под углом, который отличается от необходимого.
• Натек образуется из металла сварного шва который оседает под воздействием силы тяжести. Натек образуется при горизонтальном, потолочном, нижнем положениях сварки, в угловом соединении и шве нахлесточного соединения.
• При прожоге металл сварочной ванны вытекает, образуя сквозное отверстие. Причинами прожога могут стать загрязненность поверхности основного металла или электрода.
• Неполное заполнение разделки кромок возникает из-за недостаточного количества присадочного материала.
• Если в угловом соединении один катет значительно превышает другой, то возникает дефект чрезмерной асимметрии.
• Неравномерная ширина сварного шва.
• Неровная поверхность – это неравномерность формы усиления шва по его протяженности.
• Вогнутость корня шва представляет собой неглубокую канавку со стороны корня шва, которая образовалась по причине усадки.
• Из-за возникновения пузырьков в период затвердевания металла образуется пористость в корне шва.
• Возобновление. Этот дефект представляет собой местную неровность поверхности в зоне возобновления сварочного процесса.

Наплыв и подрез

Прочие дефекты сварных швов

Все дефекты сварных швов и соединений, которые не были перечислены выше, относятся к категории “прочие”. К ним принадлежат следующие типы дефектов:

• Случайная дуга. В результате возникновения случайного горения дуги возникает местное повреждение поверхностного слоя основного металла, который примыкает к области сварного шва.
• Брызги металла – капли, которые образовались от наплавляемого или присадочного металла во время сварочного процесса. Они прилипают к поверхности остывшего металла сварного шва или основного металла, расположенного в околошовной области.
• Вольфрамовые брызги – создаются частицами вольфрама, выброшенного из расплавленного электрода на основной металл или на сварной шов.
• Поверхностные задиры – это дефекты, которые возникают из-за удаления временно приваренного приспособления.
• Утонение металла образуется при механической обработке. При этом толщина металла имеет значение, которое меньше допустимой величины.

Допустимые дефекты сварных соединений – это отклонения, наличие которых не снижает эксплуатационные свойства сварного соединения и их присутствие разрешено нормативной документацией. Все остальные дефекты, как правило, исправляются с помощью подварки. Исправлять качество сварки более двух раз не разрешается, так как может произойти перегрев или пережог металла.

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.

Ниже приведены основные определения дефектов сварных швов при сварке плавлением.

Непровар – это участок сварного соединения, где отсутствует сплавление между свариваемыми деталями, например, в корне шва, между основным и наплавленным металлом (по кромке) или между смежными слоями наплавленного металла. Непровары уменьшают рабочее сечение сварного шва, что может привести к снижению работоспособности сварного соединения. Являясь концентраторами напряжений, непровары могут вызвать появление трещин, уменьшить коррозионную стойкость сварного соединения, привести к коррозионному растрескиванию. Непровар является очень опасным дефектом сварки.

А, б, в – в корне одностороннего и двустороннего стыкового шва;
г – по кромке между основным и наплавленным металлом;
Рис.1. Непровары

Причина непровара:
1) Малая величина сварочного тока;
2) Большая скорость перемещения электрода;
3) Слишком большая длина дуги;
4) Малый угол скоса кромок или большая величина притупления;
5) Смещение и перекосы свариваемых кромок;
6) Малая величина зазора между кромками;
7) Несоответственно большой диаметр электрода;
8) Затекание шлака в зазоры между свариваемыми кромками;
9) Неправильный выбор полярности для данной марки электродов
Непровар является очень опасным дефектом сварки.

Пористость – газовые пузырьки в металле. Обычно они имеют сферическую или близкую к ней форму. В сварных швах углеродистых сталей поры зачастую имеют трубчатую форму. Первоначально, возникнув в жидком металле шва за счет интенсивного газообразования, не все пузырьки газа успевают подняться на поверхность и выйти в атмосферу. Часть из них остается в металле шва. Размеры таких пор колеблются от микроскопических, до 2…3 мм в диаметре, и за счет диффузии газов могут расти. Кроме одиночных пор, вызванных действием случайных факторов, в сварных швах могут появляться поры, равномерно распределенному по всему сечению шва, расположенные в виде цепочек или отдельных скоплений.

а – выходящие на поверхность шва;
б – не выходящие на поверхность шва;
в – групповое расположение пор;
г – расположение пор при электрошлаковой сварке;
Рис.2. Поры

Причины пористости:
1) Наличие газов в металле, которые не успевают полностью выделиться в процессе кристаллизации металла;
2) Взаимодействие закиси железа с углеродом, в результате чего выделяется окись углерода и углекислый газ;
3) Наличие влаги в покрытии или во флюсе (при автоматической сварке);
4) Наличие ржавчины на свариваемых кромках или проволоке.

Трещины – дефекты сварных швов, представляющие собой макроскопические и макроскопические межкристаллические разрушения, образующие полости с очень малым начальным раскрытием. Под действием остаточных и рабочих напряжений трещины могут распространяться с высокими скоростями. Поэтому вызванные ими хрупкие разрушения происходят почти мгновенно и очень опасны.

Рис.3. Продольная горячая трещина.

а – продольная трещина по шву;
б – поперечная трещина по шву;
в – продольные и поперечные трещины;
Рис.4. Холодные трещины.

Причины трещин:
1) Усадочные напряжения, превышающие предел прочности металла;
2) Жесткое закрепление свариваемых элементов;
3) Структурные напряжения, например, образование мартенсита;
4) Повышенное содержание углерода, серы и фосфора в металле;
5) Сварка при низкой температуре;
6) Дефекты шва (поры, шлаковые включения и т.д.), вызывающие местную концентрацию напряжений в металле шва;
7) Сосредоточение нескольких швов на небольшом участке изделия, вызывающее повышенные местные напряжения (концентрация напряжений).

Шлаковые включения – это полости в металле сварного шва, заполненные шлаками, не успевающими всплыть на поверхность шва. Шлаковые включения образуются при больших скоростях сварки, при сильном загрязнении кромок и при многослойной сварке в случаях плохой очистки от шлака поверхности швов между слоями. Форма шлаковых включений может быть самой разнообразной, вследствие чего они являются более опасными дефектами, чем округлые поры.

а – в корне одностороннего шва;
б – в корне двустороннего шва.
Рис.5. Шлаковые включения

Причины шлаковых включений:
1) Тугоплавкость и повышенная вязкость шлаков электродных покрытий;
2) Высокий удельный вес шлака;
3) Недостаточное раскисление металла шва;
4) Большое поверхностное натяжение шлака;
5) Плохая очистка поверхности валиков от шлака при многослойной сварке;
6) Затекание шлака в зазоры между свариваемыми кромками и в месте подрезов;
7) Неравномерность плавления электродного покрытия.

Пережог – окисление по границам зерен.
Причины пережога:
1) Замедленное движение источников нагрева;
2) Большая сила тока (большой номер наконечника горелки).

Прожог – дефект сварки, заключающийся в вытекании металла сварочной ванны через отверстие в шве с образованием в нем полости.
Причины прожога:
1) Чрезмерная сила тока;
2) Слишком медленное перемещение источника нагрева;
3) Малая толщина металла;
4) Большой зазор между свариваемыми кромками;
5) Малая величина притупления кромок.

Подрез – дефекты сварного соединения, представляющие собой местные уменьшения толщины основного металла в виде канавок, располагающихся вдоль границ сварного шва. Подрезы относятся к наиболее часто встречающимся наружным дефектам, образующимися, как правило, при сварке угловых швов с излишне высоким напряжением дуги и в случае неточного ведения электрода. Одна из кромок проплавляется более глубоко, металл стекает на горизонтально расположенную деталь и его не хватает для заполнения канавки. В стыковых швах подрезы образуются реже. Обычно при повышенном напряжении дуги и большой скорости сварки образуются двусторонние подрезы. Такие же подрезы образуются и в случае увеличения угла разделки при автоматической сварке.

Рис.7. Подрезы

Причины подреза:
1) Большая сила тока;
2) Неправильное положение электрода и направление дуги.

Несплавления – Отсутствие сплавления между основным металлом и металлом сварочной ванны по периметру шва. Дефект образуется при повышенных скоростях и силах тока более 1500А. Для предотвращения появления несплавлений прибегают к уменьшению разрыва по времени между образованием и заполнением канавки, а так же получение благоприятной формы провара и уменьшения скорости сварки. Зона сварки должна быть чательно очищена от грязи а масел.

Рис.8. Несплавления.

При точечной сварке
Непровар – отсутствие или малый диаметр литого ядра.
Причины:
1) Падение напряжения в сети;
2) Ввод в контур машины больших магнитных масс;
3) Шунтирование тока через соседние точки или случайные контакты;
4) Большой диаметр контакта электрода;
5) Большое давление;
6) Увеличение толщины свариваемых деталей;
7) Уменьшение времени сварки.
Выплеск металла.
Причины:
1) Плохая очистка деталей или электродов;
2) Малое давление;
3) Большая сила тока;
4) Большое время сварки.
Прожог.
Причины:
1) Значительное загрязнение поверхности;
2) Загрязнение поверхности электродов;
3) Снижение давления.
Трещины.
Причины:
1) Жесткий режим сварки;
2) Несвободное деформирование деталей в приспособлении;
3) Малое ковочное давление.
Раковины и пористость.
Причины:
1) Малое давление;
2) Загрязнение поверхности металла;
3) Выплеск при перегреве ядра.
Вмятины более 10-20% толщины листа.
Причины:
1) Недостаточные диаметры контактной поверхности электрода;
2) Перегрев точки;
3) Значительный выплеск металла;
4) Плохое охлаждение электродов.

При роликовой сварке
Негерметичность шва вызывается теми же причинам, что и при непроваре точечной сваркой.
Подплавление.
Причина – плохая очистка деталей и роликов.
Прожог.
Причины:
1) Плохая очистка деталей и загрязнение роликов;
2) Большие зазоры между деталями;
3) Снижение давления.

При стыковой сварке
Смещение свариваемых деталей.
Непровар.
Перегрев и пережог.
Подгар поверхности деталей в зажимах.
Черезмерно большое количество выдавленного металла.
Трещины.
Остатки в шве литого металла, шлаков, окислов.

Допустимые и недопустимые дефекты
При сварке плавлением дефекты обычно исправляются подваркой дефектного места. Перед подваркой дефектное место должно быть разделано так, чтобы можно было удобно производить сварку. Одно и то же место исправлять сваркой более двух раз обычно не разрешается во избежание получения перегрева или пережога металла. При точечной сварке исправление дефектов производится постановкой новой точки. В некоторых случаях, например, в случае прожога в дефектном месте ставят заклепки. Характер и количество дефектов, допускаемых без исправления, должны указываться в технических условиях на сварку или узел.