Что такое дефект шва
Виды дефектов сварных швов и причины их образования
Начинающие сварщики, самостоятельно ремонтирующие металлоконструкции и детали, нередко допускают дефекты сварки, снижающие прочность швов. Они растрескиваются, пропускают воду, разрушаются под нагрузкой. Существуют способы выявления и устранения дефектов сварных швов и соединений, снижающих прочность смонтированных конструкций, заваренных деталей.
В обзоре представлены все виды последствий нарушения технологии, способы восстановления поврежденных участков.
Причины образования дефектов
Изъяны при сварке возникают по объективным и субъективным причинам. Каждый вид металлопроката характеризуется свариваемостью. Этот показатель зависит от компонентного состава сплава, способа производства проката. Для плохо свариваемых деталей в технологические карты сразу закладывается большой процент брака.
Основные виды дефектов сварных соединений:
Внешние дефекты не так опасны, как внутренние, невидимые. Они выявляются неразрушающими методами контроля. Самостоятельно делать ответственные сварные швы рискованно. Лучше обратиться к профессионалам.
Основные причины нарушения целостности сварных шовных валиков и зоны термовлияния:
Виды дефектов сварных швов
Полная классификация возможных нарушений наружной и внутренней структуры сварных швов представлена в ГОСТ 30242-97. Возникновение наружных дефектов сварных швов нередко сопровождается глубинными нарушениями структуры сплава. Они возможны при любом способе сварки, делятся на наружные, внутренние и сквозные. О каждом виде изъянов сварных соединений стоит рассказать подробнее.
Наружные
Выявляются при визуальном осмотре. Большинство наружных дефектов сварных швов устраняются в процессе работы.
Причина трещин – несоблюдение температурного режима. Горячие формируются при высоких температурах свыше 1100°С. Холодные при недостаточном разогреве поверхности (до 200°С). При трещинах металл становится менее пластичным, разрушается под нагрузкой.
Подрезы – наиболее встречающиеся дефектные нарушения сварных шовных валиков: между наплавкой и деталью видны углубления. Причины:
При подрезе прочность соединения снижается, сварной шов приходится проходить еще раз.
Прожоги характерны для сварки тонкостенных изделий. Их удается избегать опытным сварщикам. К прожогу нередко приводит неуверенное управление электродом. Слишком высокий ток – еще одна причина.
Свищи – крупные раковины, похожие внешне на воронку. Они ухудшают внешний вид сварного шва, видны сразу. Их устраняют вторичной проходкой.
Кратер характеризуется рыхлостью металла, его усадкой. От них нередко идут трещины по поверхности. Возникают в области непровара при отключении или отрыве электродуги от поверхности заготовки.
Наплыв – вылившийся избыточный металл: наплавка расползается без образования надежного сварного шва, нет прочного диффузного слоя. Электродуга не успевает проплавить заготовку из-за недостаточного напряжения. Другая причина – плохо зачищенные кромки, остатки окалины не расплавляются.
Внутренние
Внешне невидимые, но нарушающие структуру металла изъяны самые коварные. Внутренние дефекты вне зависимости от причин возникновения недопустимы на сосудах высокого давления, трубопроводах, деталях, работающих на излом.
Отпотина или трещина бывает:
Горячие трещины на фазе формирования кристаллической решетки в легированных сплавах:
Природу трещин установить несложно. Горячие появляются сразу, характерны для массива шва, области термовлияния, если допущен перегрев или температура ниже точки плавления. Холодные формируются постепенно, пока идут фазовые превращения жидкой массы в кристаллическую решетку. Возможные причины:
Поры классифицируются по размеру, месту расположения. Они возникают:
Шлак остается в порах, если нарушена технология. Вольфрам попадает при недостаточном экранировании ванны инертным газом. Оксидные пленки остаются при плохой зачистке свариваемых поверхностей.
Непровар – дефект, характерный для начинающих. Стык между деталями недостаточно заполнен, толщина диффузного слоя неравномерная. Чаще выявляется при многослойной проходке глубоких кромок, когда не производится промежуточная проковка и удаление окалины. Другие возможные причины:
Пережог (его еще называют перегревом) характерен при несоблюдении технологии сварки: когда ток больше, чем нужен, а скорость низкая. Нарушается структурная решетка: зерна в шве формируются слишком крупные, металл становится хрупким из-за критической ударной вязкости. Дефект не устраняется термообработкой, влияющей на микроструктуру, необходимо делать глубокую зачистку, а затем заделку области пережога.
Сквозные
Просветы определяются визуально или при проверке герметичности. Главная причина сквозных дефектов – прожоги. Характерны для тонкостенных деталей, электрод насквозь прожигает металл рядом с наплавленным шовным валиком. Причина прожога – несоблюдение технологического процесса:
При образовании отверстия ванна расплава не формируется, металл утекает за ее пределы.
Контроль качества сварных соединений
Сварщик несет индивидуальную ответственность за качество работы. Недопустимые дефекты – такие, при которых изделие или конструкцию нельзя эксплуатировать. Поврежденный сварочный шов может лопнуть под воздействием окружающей среды, силовой нагрузки. Контролеру необходимо выявить тип дефекта, место его расположения, размер. В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации выбирает методы контроля.
ВИК (визуально-измерительный) – самый простой и доступный. Соединение измеряют, осматривают. Для улучшения визуализации используют лупы, реже микроскопы (смотрят зернистость застывшего металла).
Цветная дефектоскопия используется для выявления трещин, несплошностей, наплывов в области сварных швов.
Диагностические методы с использованием приборов (радиационный, ультразвуковой, магнитно-резонансный) определяет внешне невидимые дефекты образованного металлического слоя, зон фазового перехода, где возникают внутренние напряжения. Место сварки покрывают тремя типами химических средств. Сначала очистителем (ацетоном или другими растворителями) подготавливают поверхность. После этого сварной шов из пульверизатора или кисточкой покрывают индикатором-пенетрантом, подходящими к данному виду стали или цветного металла. Затем проявителем. Через несколько секунд несплошности становятся видны. Индикаторную пленку после осмотра сварного соединения снимают сухой тканью и салфеткой, следов на деталях не остается.
Способы устранения дефектов сварных швов
Допускаются только незначительные по размеру изъяны, не влияющие на прочность соединений. Большинство дефектов сварочных швов, выявленных в ходе контроля, необходимо устранить. Они ухудшают эксплуатационные свойства металлоконструкций, могут стать причиной аварии, разгерметизации трубопроводов или сосудов.
Методика исправления недостатков сварки зависит от вида дефектных нарушений:
в сторону увеличения устраняют зачисткой, срубанием излишков металла;
в меньшую – подваркой шва.
Качество соединения зависит не только от профессионализма сварщика. Скачки напряжения в сети гасят не все сварочники, некоторые начинают хуже работать. Появлению пор способствует окисление ванны расплава, насыщение стали водородом, азотом. Какой бы ни была причина прогаров, наплывов или других дефектов, их необходимо после обнаружения обязательно устранить, переварить металл или хорошо зачистить валик. Дефекты ухудшают не только внешний вид соединения, но и снижают сопротивляемость металла к механическим разрушениям под ударной, динамической крутящей или однонаправленной статической нагрузкой.
Дефекты сварных швов и методы их контроля
По мере совершенствования, сварка становится основным способом соединения металлических деталей в большинстве отраслей производства. В том числе: военной, транспортной, строительной и даже космической. Задействование в таких ответственных отраслях потребовало от сварки высоких показателей качества и надежности. Это дало толчок развитию науки о качестве сварных швов и способах его контроля.
Для того, чтобы разработать методы борьбы с дефектами, их нужно тщательно изучить, классифицировать и описать.
Дефекты сварных швов
Все многообразие дефектов уже хорошо изучено и описано. Для удобства рассмотрения вопроса их делят на три группы:
наружные (внешние) – наплывы, подрезы, трещины, кратеры;
внутренние – непровары, пористость, посторонние включения;
сквозные – прожоги, трещины.
При сваривании могут образовываться трещины. Различают горячие и холодные трещины. Причины появления горячих трещин – усадка металла при охлаждении сварочной ванны или изменение состава металла в процессе сваривания. У разных металлов и сплавов существует большая или меньшая склонность к образованию горячих трещин. Во многом она определяется наличием в их составе хрома и углерода. Чем меньше углерода и легирующих добавок в стали – тем лучше ее свариваемость вообще и меньше вероятность возникновения горячих трещин.
Несоблюдение основных параметров сварки приводит к такому явлению, как наплыв. В этом случае, излишний расплавленный металл натекает на холодную кромку, но не соединяется с ней. Этот недостаток не является критичным и допускается на неответственных конструкциях. На ответственных конструкциях его убирают шлифовальным инструментом, добиваясь плавного перехода от шва к основному металлу.
Непрерывные или перемежающиеся углубления вдоль сварного шва называются подрезами. Сильно ослабляют шов, поэтому относятся к недопустимым дефектам.
Причиной возникновения являются высокая скорость кристаллизации и плохая смачиваемость основного металла. Наиболее вероятными причинами возникновения считаются:
завышенное напряжение дуги;
чрезмерная скорость ведения электрода;
неточное ведение электрода;
завышенная сила тока.
Кроме точного соблюдения режима сварки, рекомендуется подогрев основного металла непосредственно перед сваркой, что улучшает смачиваемость.
Следующий наружный дефект – кратер. Различают два основных подвида кратеров. Первый образуется при резком обрыве дуги, чаще всего в конце шва. Это очень частое явление, сварщики хорошо знают его и устраняют кратковременным подвариванием. Второй вид кратеров образуется в произвольном месте в результате усадки металла при остывании. Опасность его состоит в том, что, как правило, его сразу не обнаруживают.
Непровары являются визитной карточкой начинающих сварщиков, это, так называемые, внутренние дефекты сварных соединений, которые могут быть обнаружены только радиационным или ультразвуковым контролем. Опасность непровара проявляется в значительном снижении прочности шва, что делает его недопустимым ни для каких конструкций.
Причиной непровара может стать слабый ток или быстрое ведение электрода. И то и другое не доносит к месту сварки достаточной энергии, необходимой для полного расплавления металла. Сопутствующими факторами непровара может послужить попадание в сварочную ванну окислов или шлака или неправильная разделка кромок. Последствия устраняются удалением дефектного участка и новым завариванием.
Пористость можно назвать самым частым и самым сложным дефектом сварных швов. Физика его не сложна – это образование воздушных пузырьков в зоне сварочной ванны и фиксация их в металле после его остывания и кристаллизации. Причины этого явления очень разнообразны, что усложняет борьбу с ним:
электроды, изготовленные с нарушением технологии;
вредное влияние некоторых шлаков, выраженное в доставке газов в зону сварки;
остановки кристаллизации металла;
наличие сильных раскислителей в обмазке электродов.
Для борьбы с непроварами существует такое же большое количество способов, как и количество причин их возникновения. В первую очередь следят за строжайшим соблюдением технологии, как сварки, так и изготовления электродов. Непосредственно перед началом работ рекомендуется прокалить электроды при температуре 150 – 350 С 0 в зависимости от типа покрытия электродов. Сокращению количества растворенных газов способствует сваривание «на короткой дуге».
Посторонние включения снижают прочность шва. В основном, встречаются включения окислов металла, шлаков и вольфрама (при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом).
Прожог образуется при малой скорости движения электрода или завышенном сварочном токе. В сварочную ванну подается чрезмерное количество энергии. Происходит расплавление большого количества металла на всю глубину, и он просто выливается в образовавшееся отверстие. Увеличенный зазор между свариваемыми деталями послужит дополнительным условием для образования прожога. Способ устранения этого дефекта очевиден – заваривание отверстия.
Методы контроля качества
Сваривание металла сопровождается разнообразными дефектами сварного шва, что в большинстве случаев недопустимо и подлежит устранению. Но для того, чтобы устранить дефект, его нужно сначала обнаружить. Существует множество методов обнаружения дефектов. Вот некоторые из них:
Самый старый и наиболее доступный метод контроля называется визуально-измерительным. Набор инструментов состоит из нескольких десятков элементарных измерительных инструментов (линейки, лупы, микроскопы и т.п.). Метод имеет свои преимущества: простота, дешевизна и возможность перепроверок. К существенным недостаткам можно отнести невысокую достоверность и невозможность обнаруживать внутренние дефекты. В случае необходимости контроля внутренних дефектов прибегают к более точным методам.
Одним из широко распространенных методов контроля внутренних дефектов является радиационная дефектоскопия, основанная на свойствах ионизирующих излучений. Наиболее известные из них рентгеновское и Y-излучение. При помощи специальных излучателей, эти излучения пропускаются через объект исследования (в нашем случае, сварной шов) на детектор, который фиксирует результат. Для контроля швов в качестве детектора используется рентгеновская пленка, на которой очень четко проступает внутренняя структура соединения.
Ультразвуковой контроль основан на прохождении через исследуемый объект звуковых колебаний с частотой выше 20кГц. При наличии у таких объектов внутренних зон с плотностью, отличной от плотности основного материала (непровары, поры, трещины, раковины), происходит отражение ультразвука. Характеристики отраженного сигнала пропускаются через специальные программы и выводятся на монитор в виде наглядной картинки, на которой видны зоны залегания, глубина и размеры дефектов.
Дефекты сварных 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.