Сварочные дефекты и методы их устранения

Виды дефектов сварных швов и причины их образования

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

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

Причины образования дефектов

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

Основные виды дефектов сварных соединений:

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

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

Основные причины нарушения целостности сварных шовных валиков и зоны термовлияния:

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

Виды дефектов сварных швов

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

Наружные

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Внутренние

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

Отпотина или трещина бывает:

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

Горячие трещины на фазе формирования кристаллической решетки в легированных сплавах:

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

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

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

Поры классифицируются по размеру, месту расположения. Они возникают:

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

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

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

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

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

Сквозные

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

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

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

Контроль качества сварных соединений

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

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

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

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

Способы устранения дефектов сварных швов

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

Методика исправления недостатков сварки зависит от вида дефектных нарушений:

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

в сторону увеличения устраняют зачисткой, срубанием излишков металла;

в меньшую – подваркой шва.

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

Дефекты сварных швов, методы контроля и устранения дефектов

Сварка является важнейшей и неотъемлемой частью, любого строительства. Причем работы связанные со сваркой являются наиболее ответственными, так как от них зависит крепость конструкций в целом или несущая способность отдельных узлов и деталей.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей путем применения местного нагрева.

Сварка осуществляется методом применения плавления или методом применения давления . Эти методы в свою очередь делятся на:

кузнечную (горновую) сварку
газопрессовую сварку
контактную сварку
термитную сварку
электрическую дуговую сварку
электрошлаковую сварку
дуговую сварку в среде защитного газа
атомноводородную сварку
газовую сварку.

При производстве сварочных работ осуществляются три основных вида контроля: предварительный контроль, контроль в процессе сварки, контроль готового изделия.

Предварительный контроль — включает в себя проверку марки и состава основного металла, качества присадочной проволоки, кислорода, карбида, ацетилена, флюсов, проверку качества заготовки и сборки деталей под сварку, проверку состояния и работы контрольно-измерительных приборов и инструментов (манометров, редукторов, горелок), а также квалификации сварщиков.

Контроль в процессе сварки — включает систематическую проверку режима сварки, исправности работы сварочной аппаратуры и приспособлений, проверку соблюдения сварщиком установленного технологического процесса сварки, осмотр и обмер шва шаблонами.

Читать еще: Пескоструйное оборудование своими руками

Дефекты сварных швов и методы их устранения

1. Отклонение по ширине и высоте швов, катету, перетяжки швов. Размеры швов не соответствуют требованиям ГОСТа.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр швов и проверка размеров шаблонами. Устраняется срубанием излишков металла, зачисткой швов, подваркой узких мест шва.

3. Пора в сварном шве — дефект сварного шва в виде полости округлой формы, заполненной газом. Цепочка пор — группа пор в сварном шве, расположенных в линию.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, осмотр излома шва; рентгено — и гаммаконтроль, контроль ультразвуком, магнитографический метод контроля и др. Выстрогать скопление пор, зачистить, подварить. Уплотнить проковкой в процессе сварки при температуре светло-красного цвета шва.

4. Свищи — дефекты в виде воронкообразного углубления.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, удалить рубкой или строжкой, зачистить, подварить.

5. Непровар — дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных сваликов сварного шва.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр излома. Внутренний контроль. Полностью удаляют (вырубают или выстрагивают, зачищают и подваривают).

6. Наплыв на сварном соединении — дефект в виде натекания металла шва на поверхности основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, наплыв подрубить, удалить, непровар подварить.

7. Шлаковые включения — дефекты в виде вкрапления шлака.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр излома шва. Рентгено- и гаммаконтроль, контроль ультразвуком, магнитографический контроль. Удаляют, зачищают, подваривают.

8. Трещины — дефекты сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, осмотр излома, рентгено- и гаммаконтроль, контроль ультразвуком и магнитографический метод. Полностью удалить, зачистить, подварить.

9. Прожог — дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве, образовавшийся в результате вытекания части металла сварочной ванны.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, удалить (вырубить или выстрогать), подварить.

10. Кратер — углубление, образующееся под действием давления пламени при внезапном окончании сварки.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, зачистить, подварить.

11. Брызги металла — дефекты в виде затвердевших капель на поверхности сварного соединения.

Способ выявления и устранения: Внешний осмотр. Зачистка поверхности. Применение защитного покрытия марки П1 или П2.

12. Перегрев металла — металл имеет крупнозернистую структуру, металл хрупкий, непрочный, неплотный. Исправляют термообработкой. Причина: сварка пламенем большой мощности.

Способ выявления и устранения: внешний осмотр, устранить перегрев термической обработкой.

13. Пережог металла — наличие в структуре металла окисленных зерен, обладающих малым сцеплением из-за наличия на них пленки оксидов. Возникает при избытке кислорода в пламени (если это не требуется техпроцессом, как при сварке латуни). Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Определить его можно по цветам побежалости (на стали).

Способ выявления и устранения: пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.

Исправление дефектов сварки

Дефекты в сварном шве могут не просто ухудшить внешний вид соединения, но и снизить его эксплуатационные характеристики. Чтобы обнаружить дефекты можно использовать различные методы контроля качества: от простейшего визуального осмотра шва, до применения рентгена или ультразвукового оборудования.

Но что делать, если швы оказались дефектными после проведения контроля качества? Обязательно ли утилизировать детали с дефектными швами? Вовсе нет. В этой ситуации поможет исправление дефектов сварки. Далее мы подробно расскажем, какие существуют дефекты сварных швов и способы их исправления.

Виды дефектов

Существуют наружные и внутренние дефекты сварных соединений. Исходя из названий несложно понять, что наружные дефекты располагаются на поверхности шва и их можно легко обнаружить невооруженным глазом. А внутренние дефекты не видны, поскольку располагаются внутри соединений и их можно обнаружить только с помощью специальных приборов.

Наружные дефекты

Непровары

Непровары появляются из-за того, что сварщик установил слишком маленькое значение силы сварочного тока на своем сварочном аппарате. Проще говоря, силы сварочного тока не хватило для полноценной проварки металла. Иногда непровары образуются из-за большой скорости сварки или из-за неправильной разделки кромок.

Чтобы предотвратить появление непроваров нужно устанавливать оптимальную силу тока и уменьшить длину сварочной дуги.

Подрезы

Подрез — наиболее часто встречающийся дефект при сварке тавровых соединений и соединений внахлест. Реже встречается при сварке стыкового шва. Зачастую подрез образовывается в том случае, когда установлено неправильное напряжение дуги или вы варите слишком быстро.

Устранение дефектов сварки такого вида требует уменьшения напряжения дуги и равномерной скорости сварки. Также рекомендуем уменьшить длину дуги. Ведь при большой длине дуги шов становится широким, тепловложения просто не хватает на все соединение и образовываются подрезы.

Наплывы

Главная причина наплыва — неправильно настроенный режим сварки. Чтобы предотвратить образование наплывов нужно тщательно очистить кромки и правильно настроить сварочный ток, скорость подачи присадочного материала (если вы варите полуавтоматом), и повысить напряжение в сварочной дуге.

Прожоги

Прожог — это, по сути, просто образование сквозного отверстия в сварном соединении. Прожоги — частая ошибка начинающих сварщиков, поскольку такой дефект возникает либо при медленной скорости сварки, когда в одном месте концентрируется слишком большое количество тепла, либо когда установлено большое значение сварочного тока. Такой дефект существенно снижает прочностные характеристики сварного соединения, так что не допускайте его появления.

Чтобы избежать появления прожогов нужно понизить силу сварочного тока, варить немного быстрее и правильно разделывать кромки. Если вы новичок, то поможет только постоянная практика. Особенно, если нужно сварить алюминий, у которого маленькая температура плавления и при этом высокая теплопроводность.

Кратеры

Кратеры образуются на конце сварного соединения в том случае, если вы резко оборвете дугу. Типичный кратер — это небольшая неглубокая воронка, которая тем не менее существенно влияет на качество шва. Чтобы избежать образования кратера не обрывайте дугу и используйте специальные режимы, которые есть у многих современных сварочных аппаратов. Эти режимы автоматически устанавливают пониженное значение тока при окончании сварки.

Внутренние дефекты

Трещины (горячие и холодные)

Горячие трещины образуются при использовании неправильного присадочного материала. Например, присадочная проволока может быть изготовлена из алюминия и содержать в своем составе мало углерода, а свариваемый металл — это высокоуглеродистая нержавеющая сталь. Как вы понимаете, налицо полная несовместимость свариваемого материала и присадочной проволоки.

Также горячие трещины могут появиться, если вы неправильно заварите образовавшийся кратер. Здесь самое главное — не прекращать сварку резко, иначе образование трещины гарантировано.

Есть еще холодные трещины. Они образуются уже после сварки, когда соединение остыло и затвердело. Также холодные трещины образовываются, когда шов банально не выдерживает механической нагрузки. Мы отнесли трещины к внутренним дефектам, но на самом деле они могут образовываться и на поверхности металла.

Поры — это, пожалуй, самый распространенный дефект. Любой сварщик хотя бы раз в жизни сталкивался с пористостью шва. Основные причины образования пор — недостаточная защита сварочной зоны от кислорода, неправильная или недостаточная очистка металла перед сваркой, присутствие следов коррозии или загрязнений на поверхности металла. Мы отнесли поры к внутренним дефектам, но они могут быть и наружными.

Чтобы избежать образования пор нужно проверить исправность горелки, из которой поступает защитный газ, а также избегать сквозняков в цеху и не работать на улице, если дует сильный ветер.

Способы исправления дефектов

Мы вскользь уже упоминали, какие бывают способы устранения дефектов сварных швов. Но давайте разберемся подробнее.

Начнем с исправления трещин. Если трещины крупные, то их нужно банально заварить. А чтобы во время сварки трещина не увеличилась в размерах нужно сделать сквозные отверстия на расстоянии пол сантиметра от концов трещины. Далее трещину нужно разделать V или X-образно. Разделка проводится с помощью пневматического зубила или газового резака. Можно также использовать воздушно-дуговой резак. Далее разделанную трещину нужно зачистить и заварить.

В некоторых случаях концы трещины можно прогреть газовой горелкой перед заваркой. Так шов и нагретые участки будут иметь примерно одинаковую температуру и на концах бывшей трещины не будет остаточного напряжения. Все эти рекомендации подходят только для сварки наружных трещин.

Если у шва есть внутренние небольшие трещины, непровары или шлаковые включения, пережженные места, то эти участки нужно просто вырубить или выплавить и после заново заварить. Чтобы убрать наплавы или натеки нужно их удалить абразивом.

Иногда во время исправления дефектов сварщик по неопытности может деформировать металл. Для решения этой проблемы существуют механические и термические методы устранения дефектов сварных швов. Для механической правки используют домкрат, пресс, молоты и прочие подобные инструменты. Механическая правка используется редко, поскольку она очень трудоемкая и часто приводит к образованию новых дефектов, вроде трещин и сколов.

А вот термический метод правки используется куда чаще. Технология крайне проста: деформируемую часть металла нагревают с помощью газовых горелок до той температуры, пока металл не станет пластичным. Затем металлу дают остыть. В ходе остывания в нагретых участках возникает обратное напряжение, которое выпрямляет металл.

Также есть ряд очевидных способов предотвратить образование дефектов еще перед сваркой. Чтобы дефекты не образовывались нужно четко соблюдать технологию сварки, иметь достаточную квалификацию для выполнения тех или иных работ, выбирать качественные комплектующие, учитывать физико-химические свойства свариваемого металла и правильно настраивать режим сварки. Если вы выполните эти пункты, то вероятность образования дефектов сводится к нулю.

Вместо заключения

Вот и все, то мы хотели рассказать вам о дефектах и способах их устранения. Исправление дефектов сварки — дело несложное, но требующее знаний и опыта. Мы, конечно, рекомендуем отправлять дефектные детали в брак, но если партия небольшая и важно каждое изделие, то можно прибегнуть и к устранению дефектов.

Существуют различные дефекты и способы их устранения, у каждого способа есть свои достоинства и недостатки. В некоторых случаях дефектов настолько много, что нет смысла исправлять деталь. Если вы новичок, то будьте готовы, что сначала у вас будет много дефектов, поскольку сварка требует опыта и навыков. А вы когда-нибудь исправляли дефекты у сварных швов? Расскажите об этом в комментариях ниже. Желаем удачи в работе!

Дефекты сварных швов и способы их устранения

Сварочный процесс, как и любой другой способ металлообработки, сопровождается образованием дефектов. Кристаллизация металла при формировании сварного шва, химическая неоднородность металла, взаимодействие жидкого металла сварочной ванны с твердым металлом детали, с газами и шлаком, больше всего влияют на образование сварочных дефектов.

Читать еще: Сварочный аппарат для сварки проводов своими руками

Сварочные дефекты могут быть вызваны как физико-химическими явлениями: кристаллизационные и холодные трещины, несплавления, неметаллические включения, поры, так и несоблюдением технологии сварки: подрезы, прожоги, непровары, отклонения геометрии шва и т. д. Сварные дефекты приводят к уменьшению прочности конструкций, нарушению их работоспособности и авариям.

Непровары шва можно устранить изменением пространственного положения электрода. Сварка способом «на подъем», позволяет облегчить вытекание жидкого металла в хвостовую зону ванны расплавленного металла. И наоборот, сварка «на спуск», углом вперед, уменьшает глубину проплавления.

Добавление кислорода и углекислого газа в состав защитных газов при аргонной сварке также позволяет улучшить заполнение шва и устраняет подрезы. Увеличения жидкотекучести расплавленного металла и заполнения корня шва можно достичь предварительным нагревом деталей, использованием специальных флюсов и увеличением силы тока. Тщательная зачистка кромок перед проведением сварочных работ, удаление окисных пленок также уменьшают вероятность возникновения этого нежелательного дефекта.

Подрезы чаще всего образуются при автоматической сварке угловых швов, а также при скоростной сварке стыковых швов. Причиной может являться слишком высокое напряжение или увод электрода от оси шва, длинная дуга. Подрез представляет собой более глубокое проплавление одной кромки и образование канавки у второй кромки сварного шва.

Устраняют подрезы путем многоэлектродной сварки (при сварке продольных швов труб большого диаметра), предварительного подогрева деталей (для небольших изделий), сварки короткой дугой, уменьшением скорости сварки, применением тока шунтирования при сварке под флюсом и использованием электродов с высокими показателями смачиваемости расплавленного металла.

Подрезы в сварном шве

Несплавления по своей сути — это подрезы большой величины. Способы ликвидации несплавлений сварного шва такие же, как и подрезов.

Прожоги часто возникают при сварке конструкций небольшой толщины. Они представляют собой сквозные отверстия в теле шва. Для устранения прожогов применяют импульсную дуговую сварку, используют укрепляющие подкладки, уменьшают силу тока и увеличивают скорость сварки.

Прожог в сварном шве

Неметаллические включения в сварном шве чаще всего встречаются в виде сульфидных и оксидных соединений. Это может произойти в результате растворения частиц покрытия электрода, проволоки или флюса в металле шва, оксидов с поверхности кромок деталей, образования оксидов с участием кислорода атмосферы.

Соответственно способы устранения этого дефекта заключаются в применении качественных электродов без окисленного стержня и осыпающейся обмазки, предварительно прокаленных; тщательной зачистке кромок; использовании защитных флюсов, флюсопаст и газов; вакуумировании; перемешивании шлака в процессе сварки. В случае многослойной сварки и наплавки необходимо тщательное удаление корки шлака с каждого предыдущего слоя шва.

Решающую роль в порообразовании определяет влияние водорода, азота и окиси углерода на процесс образования сварного шва. Нежелательные газы могут образоваться в результате плохой прокалки электродов, наличия загрязнений на сварочной проволоке и свариваемых кромках, сварки длинной дугой и использовании электродов с органическими покрытиями.

Для защиты от воздействия вредных газов атмосферы также применяются защитные газы и флюсы. В остальном способы ликвидации пор схожи с предыдущим видом дефектов. Эффективно также проведение сварки на постоянном токе обратной полярности.

Поры в сварном шве

Трещины — самый опасный дефект сварного шва. Особенно нежелательны трещины, возникающие вследствие наводороживания и наличия серы в металле шва. Во время эксплуатации дефектного сварного изделия может произойти их быстрый рост и аварийное разрушение конструкции. В теории сварочных процессов различают холодные, горячие, макро- и микротрещины.

Трещина в сварном шве

Главной причиной их возникновения является наличие больших растягивающих напряжений в околошовной зоне и металле шва при их охлаждении. Сварка легированных, углеродистых сталей и чугунов часто сопровождается образованием трещин.

Для уменьшения растягивающих напряжений применяют термическую обработку до и после проведения сварки, сварку с подогревом матами, оптимизируют схему наложения швов (сварка короткими симметричными швами), применяют сварочные материалы с наименьшей усадкой и содержанием вредных примесей, сварку в защитных газах.

Дефекты сварочных швов и причины их образования

От качества сварки зависит дальнейшая эксплуатация конструкции, поэтому дефекты сварных соединений не допускаются. Возникновению дефектов способствует множество факторов, например:

нарушение технологии работ;
халатность;
невысокая квалификация сварщика;
применение неисправного оборудования;
производство работ без надлежащей подготовки, в неблагоприятных погодных условиях.

Различают допустимые и не допустимые значения дефектов сварных швов от степени снижения технических параметров изделия по прочности. При допустимых нарушениях исправление дефектов сварки не производится, во втором случае их устранение необходимо. Пригодность изделия к эксплуатации, определение соответствия шва нормам производится по ГОСТ 30242-97.

Виды дефектов сварки

Правильный сварочный шов подразумевает однородность состава основного и присадочного материала, образование нужной его формы, отсутствие трещины, непровара, наплыва, наличием чужеродных веществ. Различают следующие виды дефектов сварных соединений:

Что собой представляют наружные дефекты?

Наружные дефекты сварных швов и соединений обнаруживаются визуально. Нарушения режима сварки, не соблюдение точности направления и движения электрода из-за спешки или безответственности сварщика, колебания напряжения электричества при производстве сварочных работ приводят к образованию шва неправильного размера и формы.

Характерными признаками наружного вида брака являются: различие ширины продольных швов и катетов угловых, резкость перехода от основной стали к наплавленной.

При ручном способе сварки нарушения происходят вследствие ошибок в подготовке кромок, пренебрежения режимом и скоростью сварки, отсутствия своевременного контрольного обмера. Дефекты сварных швов и причины их образования при ведении автоматического или полуавтоматического способа сварочных работ кроются в чрезмерных скачках напряжения электричества, ошибках в режиме. Различают следующие наружные виды дефектов сварных швов:

Трещины швов бывают горячие и холодные, продольные, поперечные, радиальные. Первые из них имеют место при применении высоких температур от 1100 до 1300°С, воздействующих на свойства металла в плане снижения пластичности, появления деформаций растяжения. Этот вид дефектов сварных швов сопровождается увеличением в составе стали нежелательных химических элементов. Холодные трещины могут появляться при температуре до 120°С во время остывания, позже – под воздействием нагрузок во время эксплуатации. Причиной данного вида брака может стать снижение прочности стали из-за сварочных напряжений или присутствие растворенных атомов водорода.

Подрез характеризуется наличием углубления между сплавленной и основной сталью. Этот вид дефекта сварочного шва встречается больше других. Увеличение напряжения дуги при быстрой сварке, приводит к утончению толщины стали, снижению прочности. Более глубокая проплавка одной из кромок является причиной стекания жидкой стали на другую поверхность, из-за чего канавка сварки не успевает заполниться. В данном случае, дефекты сварки и способы их устранения определяются визуально. Недостатки в работе устраняются путем зачистки, с последующей переваркой.

Наплыв возникает, когда сплавленный металл натекает на поверхность основной стали без образования однородной массы с ним. Этому виду брака характерно образование очертания шва без обретения достаточной прочности, что сказывается в общей выносливости металла. Причина брака в применении низкого напряжения дуги, наличие окалин на кромках частей, натекание проплавленной стали при сварке горизонтальных швов, когда поверхность свариваемых конструкций вертикальна. Чрезмерно медленная сварка также приводит к образованию наплывов, из-за появления излишек расплавленного металла.

Кратеры появляются из-за резкого отрыва дуги. Они имеют вид углублений, где может образоваться непровар, рыхлость материала с усадочным свойством, приводящим к появлению трещин. Кратеры возникают из-за погрешностей сварщика. Так как кратер обычно является причиной появления трещин, из-за чего не допускается, при его обнаружении следует зачистить, затем заваривать повторно.

Свищи имеют вид воронок с углублением на теле шва. Они образуются из раковин или пор достаточно больших размеров, при недостаточной подготовке поверхности элементов сварки и присадочной проволоки. Данный вид дефекта также можно увидеть при визуальном осмотре и подлежат немедленному устранению.

Внутренние дефекты сварочных швов

Внутренние недостатки сварки визуально обнаружить невозможно. Обычно появляются из-за нарушения технологического процесса сварки и не надлежащего качества материала. При внутренних дефектах также могут появиться трещины, но они не видны или малы, но со временем могут раскрыться. Скрытые трещины опасны тем, что их трудно обнаружить, а напряжение может возрастать постепенно, и может привести к скоротечному разрушению конструкции, поэтому чрезмерно опасны. Причиной брака могут быть огромные напряжения, быстрое охлаждение при использовании углеродистых и легированных сталей. Наиболее распространенные виды данного рода дефектов следующие:

Непровар происходит при недостаточном сплавлении свариваемых частей шва на местах. Причина кроется в ненадлежащей подготовке кромок, связанных с наличием ржавчины, окалины, недостатком зазора и притуплением кромок. Кроме этого, спешка и быстрая скорость ведения сварки, малая сила тока или смещение электрода от оси шва тоже могут привести к непровару шва. Из-за уменьшения сечения сварного шва появляется концентрация напряжений, что отражается в снижении прочности соединений, которая составляет при вибрационных нагрузках до 40%, а большие участки непроваров – до 70%. При превышении допустимых значений требуется зачистка шва и ее переварка.

Поры – это свободные пространства сварного шва, заполненные газом, преимущественно, водородом. Причиной этого вида брака является наличие чужеродных примесей в свариваемых материалах, сырость, недостаточная защита сварочной ванны. При превышении допустимых концентраций пор сварочный шов подлежит переварке.

Кроме этого, можно отметить шлаковые, вольфрамовые, оксидные включения, также возникающие при нарушении технологии сварочного процесса.

Сквозные дефекты

Этот вид брака подразумевают наличие пор, проходящих через всю толщину сварки, также обнаруживаются визуально. Преимущественно возникают при ведении сквозной сварки. При данном виде дефекта возможно появление прожогов и трещин.

Прожог возникает от применения большого тока и медленной сварки. Причина – чрезмерная открытость зазора у кромок, неплотное прилегание подкладок, вследствие чего происходит утечка сварочной ванны. Проверка шва на наличие брака проводится визуально, при его превышении допустимой нормы, требуется зачистка и переварка сварки.

Методы обнаружения, контроля и устранения дефектов

Чтобы обнаружить дефекты сварного шва применяются следующие способы:

визуальный осмотр – проводится с применением увеличительных приборов;
цветная дефектоскопия – основан на изменении цвета специального материала при соприкосновении с текучим материалом, например, с керосином;
магнитный метод – измерение искажения магнитных волн;
ультразвуковой метод – применение ультразвуковых дефектоскопов, измеряющих отражение звуковых волн;
радиационный метод – просвечивание сварных швов рентгеном и получение снимка со всеми деталями дефекта.

Читать еще: Как восстановить литий ионную батарею

Для обеспечения качества сварного шва проводится маркировка и клеймение. Каждый сварщик ставит свое клеймо на своем участке сварки.

При обнаружении брака необходимо провести устранение дефектов сварки. Для этого применяют следующие виды работ:

заварка – используют для ликвидации крупных трещин, предварительно подготовив трещину сверлением и зачисткой при помощи зубила или абразивного инструмента;
внутренние мелкие трещины, непровары и включения подлежат полной зачистке или вырубке с повторной сваркой;
неполные швы и подрезы сварного шва устраняют наплавкой или заваркой тонкими слоями;
удаление наплывов производят механическим путем с помощью абразивного инструмента;
перегрев металла устраняют путем термической обработки.

Виды дефектов сварных швов, их обнаружение и способы устранения

Сварка относится к числу основных процессов большинства машиностроительных производств. Кроме того, сварка часто применяется в быту для соединения металлических конструкций, поскольку имеет преимущества перед другими способами.

К плюсам метода стоит отнести:

Обеспечивает лучшую герметичность при соединении трубопроводов, чем резьбовые соединения.
Снижает материальные затраты на закупку метизов при изготовлении оград, лестниц и прочих металлических конструкций.
Органично смотрится в составе сборных металлических изделий, поскольку качественно выполненный сварной шов всегда аккуратен. За счет этого сварка широко применяется при производстве высокохудожественных металлических конструкций, в том числе для соединения элементов, выполненных с помощью художественной ковки.

Но сварные швы не всегда бывают выполнены качественно. Это становится особенно заметно, если в сварке одного изделия вместе принимали участие мастер с большим производственным опытом и новичок. Профессионально выполненный шов при визуальном осмотре никогда не вызовет вопросов, в отличие от свисающих наплывов или непроваренных участков шва, сделанного новичком. А ведь это только внешняя картина. Важно и то, в каком состоянии находится металл внутри. От этого очень сильно зависит прочность сварного соединения и другие характеристики.

Рассмотрим дефекты, которые могут возникать в сварных швах, причины их возникновения, способы недопущения их появления, а также варианты устранения.

Причины возникновения дефектов

Есть два типа факторов, влияющих на качество сварочных работ:

Объективные — имеющие отношение к свойствам свариваемых материалов, поведению металлов в условиях, диктуемых технологическим процессом. Недаром одной из важных характеристик любого сплава является свариваемость. Иногда возникает необходимость сварить материалы с плохой свариваемостью. Такие задачи иногда ставятся в мелкосерийном или единичном производстве. Даже при полном соблюдении требований технологического процесса может сохраняться определенный процент брака, который приходится официально считать допустимым.
Субъективные — зависящие от исполнителей. Причем к исполнителям следует относить не только рабочих, выполняющих сварку, но и технологов, которые несут ответственность за правильность параметров технологического процесса, верный выбор оборудования и режимов сварки.

Основными субъективными причинами возникновения дефектов сварочных швов являются:

ошибки при подготовке свариваемых поверхностей;
применение инструмента, отличного от указанного технологом;
неисправность сварочного инструмента;
малый опыт работы и низкая квалификация сварщика;
отступление от требуемых режимов сварки.

Виды дефектов сварных швов

Дефекты сварных соединений принято делить на две группы:

Внешние, наличие которых становится очевидным при осмотре шва невооруженным глазом.
Внутренние, выявление которых требует применения специальных приборов контроля.

В некоторых источниках сквозные дефекты выделяют в отдельную группу, однако с научной точки зрения они относятся к внешним, поскольку выявляются при осмотре.

Внешние недостатки

Поскольку внешние дефекты являются видимыми, они связаны с нарушением геометрии шва и прилегающих участков материала. При ручной сварке в подавляющем большинстве случаев брак связан с низкой квалификацией сварщика или небрежностью при выполнении работ. Часто можно наблюдать ошибки в направлении электрода и его перемещении. При автоматической сварке брак может быть вызван работой на неисправном сварочном оборудовании.

Наиболее часто встречаются следующие виды внешних дефектов:

Отклонение по ширине и высоте. В качестве основных причин возникновения обычно выступают плохая подготовка свариваемых кромок и неудовлетворительная их подгонка, неравномерное перемещение электрода, отступление от необходимых режимов. Данный дефект не только портит внешний вид изделия, но и снижает механические характеристики, ведь наплавленный металл остывает неравномерно, что может приводить к возникновению внутреннего напряжения и даже пластическим деформациям.
Наплывы. Являются основной проблемой многих новичков, недавно освоивших профессию сварщика. Возникают в процессе чрезмерного натекания металла электрода на стыкуемые поверхности без сплавления. Возникновению наплывов способствует наличие окалины на свариваемых элементах, что свидетельствует о плохой подготовке поверхностей. При недостаточной скорости перемещения электрода образуются излишки расплавленного металла, который затвердевает без соединения с основным материалом. Низкое напряжение дуги, длинная дуга, завышенный ток также могут стать причиной появления наплывов. Даже смещение электрода относительно оси выполняемого сварного шва может привести к этому распространенному дефекту. Стоит отметить, что наплывы не всегда влияют на механические свойства и герметичность соединения. Поэтому в отдельных случаях допускается эксплуатация сварных соединений с наплывами, если внешний вид изделия не имеет особой важности.
Подрез — дефект, который можно считать противоположным наплыву. Представляет собой канавку по обе стороны от сварного шва. В результате происходит местное снижение толщины, отрицательно сказывающееся на прочностных характеристиках изделия. Подрез может возникать при завышении скорости сварки, большом напряжении. Если при выполнении углового шва между горизонтальной и вертикальной поверхностями сместить электрод выше оси шва, расплавленный металл будет интенсивно стекать вниз, а выше оси возникнет подрез.
Непровар — еще один распространенный вид дефекта, возникающий чаще всего по вине неопытного сварщика. Непровар заключается в отсутствии сплавления между стыкуемыми элементами или между наплавленным металлом и основным материалом. При многослойной сварке возможно возникновение непровара между отдельными слоями. Основными причинами появления этого брака являются плохая подготовка поверхностей, наличие ржавчины или окалины, заниженный зазор между стыкуемыми поверхностями, завышенная скорость сварки, смещение электрода относительно выполняемого шва, заниженная сила тока. Непровар резко снижает прочность сварного соединения, а для герметичности часто является критичным.
Незаплавленные углубления. Их называют кратерами. Представляют собой углубления, образующиеся обычно в местах резкого отрыва дуги. Могут сопровождаться усадочными рыхлостями, которые становятся причиной образования трещин.
Наружные трещины. Могут располагаться как продольно, так и поперечно. Образуются не только в наплавленном, но и в основном металле. В последнем случае они располагаются в зоне термического влияния сварки, то есть близко к шву. Причиной образования трещин могут стать напряжения, возникающие при неравномерном нагреве и охлаждении. Наличие пор и непроваров может спровоцировать возникновение трещин.
Прожог — сквозное проплавление, сопровождающееся вытеканием жидкого металла с изнаночной стороны выполняемого шва. Возникают прожоги обычно ввиду больших значений тока, увеличенного зазора между стыкуемыми кромками или плохой их подгонки, низкой скорости перемещения электрода.

Внутренние дефекты

Наличие в сварном шве внутренних дефектов не всегда является очевидным. Скрытый брак особенно опасен, поэтому все сварные соединения должны подвергаться тщательному контролю.

Рассмотрим основные виды внутренних дефектов:

Поры. Появляются при поглощении расплавленным металлом водорода, окиси углерода и других газов, которые не успели выделиться на поверхность металла при его застывании. Поры представляют собой пузырьки, заполненные газом. Обычно возникают при неправильно подобранных электродах или их хранении во влажной среде, наличии в месте стыковки ржавчины или окалины.
Окислы и включения шлака. Образуются при чрезмерно длинной дуге. Существенно снижают прочностные характеристики шва. В ответственных конструкциях допускаются лишь единичные включения.
Непровар корня или кромки шва. По своей сути сходен с внешним непроваром, но визуально незаметен, так как находится в толще металла.
Внутренние трещины. Механизм появления аналогичен возникновению наружных трещин.
Перегрев. Суть дефекта — в крупнозернистом строении. Крупные зерна имеют меньшую поверхность сцепления между собой, вследствие этого снижаются прочность и пластичность. Иногда этот дефект поддается исправлению термообработкой.
Пережог — появление окисленных зерен, сцепление которых между собой существенно ослабевает, что резко увеличивает хрупкость. Пережог, в отличие от перегрева, является неисправимым браком.

Методы контроля

Для предупреждения появления дефектов должен проводиться систематический контроль на всех этапах производства: до, в процессе сварки, и после окончания.

Перед сваркой проверяется подготовка стыкуемых поверхностей, их геометрия.
В процессе — тщательно контролируется соблюдение всех параметров технологического процесса, в том числе режимов сварки.
После сварки следует контроль готового изделия.

Основные способы выявления дефектов сварных швов:

Визуальный осмотр и проверка геометрии. Предполагается использование лупы для обнаружения мелких поверхностных трещин и пор. Участок металла зачищается наждачной бумагой и протравливается раствором азотной кислоты. Образуется матовая поверхность, на которой трещины более заметны. После осмотра остатки кислоты удаляют.
Испытание механических свойств. Вместе с изделием производят сварку образцов, которые направляют в лабораторию для определения временного сопротивления, относительного удлинения, ударной вязкости.
Контроль макроструктуры. Проводится на образцах, прошедших шлифовку и протравливание.
Контроль микроструктуры. Проводят на образцах с применением микроскопа. Данный метод исследования позволяет обнаружить пережог, окислы границ зерен, изменение структуры металла, микротрещины.
Гидравлические и пневматические испытания. Применяются для контроля сосудов и трубопроводов.
Рентгеновский контроль. Просвечивание рентгеновскими лучами позволяет выявить поры, непровары, трещины, шлаковые включения.
Ультразвуковой контроль. Производится с помощью ультразвукового дефектоскопа. Высокочастотные колебания проникают в металл и отражаются от трещин, пор и других дефектов.
Контроль на наличие межкристаллитной коррозии. Проводят только для изделий, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Способы устранения дефектов

Зачастую выявленные дефекты сварочных швов не подлежат устранению и ведут к браковке изделия. Разумеется, никто не будет выбрасывать секцию ограды с наплывами, но для ответственных деталей контроль всегда необходим жесткий.

Некоторые дефекты вполне можно устранить:

Наплывы удаляют механическим путем с применением абразивного инструмента.
Крупные трещины подлежат заварке. Место появления трещины засверливается и зачищается с помощью абразива.
Мелкие трещины и непровары ликвидировать сложнее. Обычно требуется полное разрушение выполненного шва, новая тщательная зачистка и повторная сварка.
Подрезы устраняют наваркой тонких слоев металла.
Перегрев возможно устранить при определенных режимах термической обработки.

После устранения всех недостатков деталь подлежит повторному, еще более тщательному контролю, который позволит удостовериться, что дефекты отсутствуют. В случае повторного обнаружения недостатков допускается произвести дополнительные исправления. Однако повторять такие процедуры можно не более трех раз, иначе высока вероятность резкого снижения механических свойств материала.

Зачастую трудно выполнить сварку совсем без дефектов. Однако постоянная практика и неукоснительное соблюдение технологии позволят свести их количество к минимуму. А знание теоретической базы поможет правильного организовать технологический процесс с целью получения изделий высокого качества.