Классификация дефектов сварных швов

Дефекты сварных швов

Надежность конструкции зависит от качества выполненных работ. Дефекты сварных креплений не допускаются, иначе изделие может выйти из строя в самый неподходящий момент. Халатность при работе, невысокая квалификация мастера, могут повлечь за собой различные проблемы, технологии работ и оборудование должны применяться в соответствие с ГОСТами. Значения сварных швов могут быть в допуске или напротив, в последнем случае, необходимо заново проделывать работу до достижения требуемого результата.

Классификация дефектов сварных швов

При воздействии различных факторов при работе образуются некоторые недопустимые несоответствия шва. Дефекты сварки подразделяются на несколько групп, допуски которых находят подробное описание в ГОСТе:

1. Наружные дефекты имеют неравномерную форму конструкции, следствием не соблюдения технологии формирования.
2. Согласно ГОСТ-23055, к внутренним бракованным частям принимаются неметаллические либо шлаковые отложения, несплавления и непровары металлических изделий. К выявлению данной категории брака применяются приборы контроля сварочного производства.

Также встречаются сквозные прожоги и трещины, которые недопустимы при эксплуатации материала. Основными недочетами при производстве шва, считаются некачественный металл или оборудование, а также неподготовленный персонал, пренебрегший технологии процесса.

Скачать ГОСТ 23055-78

Трещины

Наиболее опасные дефекты сварного шва являются трещины. Появление данных несоответствий способствует разрушению конструкции, выявляются на линии, рядом располагающихся участках. Дефекты сварных швов образовываются с малым раскрытием после производства соединения, в последующим, в следствии напряжения, размеры увеличиваются.

Классифицируются трещины на:

• Холодные, возникшие после остывания, при температурах ниже 320 °C. Появляются недуги как сразу, так и при эксплуатации устройства. Причиной может являться нарушение технологии сварки, формирования соединения.
• Горячие, формируются при кристаллизации металла на высоких температурах, из-за резкого падения пластических характеристик металла. Способствует дефекту наличие недопустимого количества кремния, водорода, никеля, углерода. Распространение происходит вдоль стыковки либо поперечно, классифицируются на макро и микроскопические трещины.

Продольная трещина на шве

Исправление производится рассверливанием по всей полости, в целях исключения развития, брак удаляется и наваривается новое соединение.

Полости

Произвольная форма, появившееся при результате воздействия газов, называется полостью. Возникает при расплавлении металла, не полном цикле оттеснения излишних газов, не правильного формирования сварочной ванны. Несплошности образовываются к форме продолговатых полостей, к категории относятся кратеры и раковины. Основной разновидностью браковки сварки, являются свищи, появившиеся обстоятельствами:

• пластичность металла не соответствует требованиям;
• закалочные структуры;
• неравномерный нагрев.

Дефекты отличаются по форме, глубине и расположению, которое может находится как на внутри, так и на внешней части шва. Свищи имеют продолговатую трубчатую форму, причиной появления являются газы. Не соблюдение технического регламента, а именно наличие на участке сварки масла, окисления и прочих загрязнений ведут к дефекту конструкции.

Полость в сварном шве

Некачественный инструмент может организовать непоправимые разрушения, так же как и использование вспомогательных материалов в виде флюсов. Повышенная скорость изготовления, нестандартный ход защитных газов неблагоприятно воздействуют на характеристики шва. Поры образуются вследствие применения неисправного инструмента, проволоки, чрезмерно проветриваемого помещения.

При обрыве дуги, либо не верного способа выполнения конечного участка, образуются кратеры. Внешний вид обуславливается видом воронки, которую нужно заварить по обнаружению. Современные агрегаты, изготавливающие сварочный шов, способны устранить несоответсвие путем снижения тока по окончанию соединения.

Твердые включения

Инородные вещества любого происхождения являются серьезной проблемой в процессе сварки. Основные ошибки — большая скорость сварки, ток малой силы, загрязненность кромок. Дефекты сварного шва производятся из-за:

• флюсовых остатков;
• шлаковых либо оксидных включений.

Оксидные, образовываются результатом отсутствия зачистки металла, химического воздействия. Шлак, при соблюдении технологии, всплывает на поверхность, однако при некоторых ситуациях остается внутри шва. Защитными газами создается среда, при которой невозможно включения инородного тела. Металлические включения могут быть опасны, т.к. имеют размеры до нескольких десятков миллиметров.

Различные виды включений в сварные швы

Условия возникновения зависят на тип образования:

• разобщенным;
• линейным;
• прочим образованием.

Участок производимых действий по сварки, на котором превышается содержание шлаковых добавок, переваривается. Зачастую включения проявляются на местах стыковки статичного и добавляемого шва, при исполнении многослойных изделий.

Несплавления и непровары

Отсутствие стыковки основного металла, или между отдельными элементами называется несплавлением. Различаются на поверхностные, состоящие между вилками, расположенные при основании шва. Основными причинами несплавлений определяют:

• увеличенная длина дуги;
• несоответствующая зачистка кромок;
• уменьшенный сварочный ток;
• повышенная скорость сварки.

Наличие дефекта статическими соединениями может быть восполнено дополнительным наплавом. В результате, происходит снижение прочности, возникает концентрация напряжений зоной несплавления.

Непровар на шве

Недостаточное сплавление стыка при зоне сварки именуется непровар. Основными причинами является остатки ржавчины, окисления, окалины, других неблагоприятных воздействий. В следствие уменьшения концентрации, возрастает возможность появления напряжений, отрицательно сказывающихся на конструкции в целом. При отклонениях от допусков, зоны с непроваренным швом зачищаются до основания, операция по сварке происходит заново.

Нарушение формы шва

Отклонение от заданных параметров формы поверхности шва, геометрического состояния соединения, обуславливается нарушением формы.

Существуют различные нарушения, каждый из которых возникает вследствие определенных условий.

1. Подрезы – по краям сварного шва образуется дефект в виде углублений при продольном расположении. Образуется зачастую при повышенной скорости сварки, результатом чего сварочная ванная затвердевает быстрее, чем положено. Увеличенное расстояние дуги способствует распространению ширины шва по металлу, т.к. при такой схеме теплоотдача дуги остается на прежнем уровне, мощности не хватает для расплавления всей полости металла.
2. Избыток наплавленного материала, обнаруженный на внутренней стороне сварного шва – превышение проплава. Дефектами линейного смещения называют состояние, при котором соединяемые детали располагаются на разном уровне, между стыками существует разница в высоте. Существует угловой тип брака, при ситуациях, когда угол асимметричен стыковому элементу.
3. Наплав – избыточное количество материала, образованное при процессе стыковки шва. Дефект образуется вследствие излишне длинной дуги, неверного наклона электрода, повышенного сварочного тока.
4. Прожог – сквозное отверстие, образованное в результате вытекания металлической составляющей сварочной ванны. Брак образуется результатом использования большого тока при малой скорости движения электродом, плохая подкладка или неверный зазор кромок.

Нарушение формы шва

Также существуют прочие неприятности, связанные с формой, к примеру, вогнутые края шва, образованные со стороны корня соединения. К прочим несоответствиям приравниваются задиры поверхностного типа, случайная дуга, брызги металла, и другие.

Методы обнаружения и контроля

Качественный шов имеет соответствующие показатели маркировки. На крупных предприятиях каждый специалист устанавливает определенное клеймо на стыкуемый участок. Для обнаружения дефектов применяются следующие способы:

• визуальный осмотр;
• цветная дефектоскопия;
• ультразвуковой метод определения бракованных участков;
• радиационный;
• магнитный метод.

После того, как обнаружен дефект, сотрудником отдела качества определяется дальнейшая судьба детали, в большинстве случаев они отправляются на доработку. Наплывы удаляются с помощью абразивного инструмента, путем механических воздействий. Заварка применяется при дефектоскопии крупных трещин, с предварительным зачищенным местом остаточной сварки.

ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Классификация дефектов

Дефектами в сварных соединениях называют отклонения от норм, предусмотренных стандартами и техническими условиями.

В сварных соединениях, выполненных сваркой плавлением, различают дефекты в зависимости от причин возникновения и места их расположения.

В зависимости от причин возникновения дефекты 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 около- шовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния.

Вторую группу составляют дефекты формирования швов, т.е. дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, небрежностью и низкой квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К таким дефектам относятся: несоответствие швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др.

Сварочные дефекты классифицируют по форме, величине, массовости и расположению в шве (рис. 20.1).

В зависимости от места нахождения дефекты условно делят на наружные и внутренние.

Рис. 20.1. Классификация дефектов сварных швов

Наружные (внешние) дефекты — это дефекты формы шва, подрезы, прожоги, наплывы, кратеры, а также трещины и поры, выходящие на поверхность металла (рис. 20.2). В большинстве случаев наружные дефекты можно определить при внешнем осмотре.

Неравномерная форма шва (рис. 20.2, а) появляется вследствие неустойчивого режима сварки, неточного направления электрода относительно разделки, неравномерности зазора и угла скоса кромок, а также в местах

Рис. 20.2. Наружные дефекты сварных швов расположения прихваток. Этот дефект обычно возникает в результате недостаточной квалификации сварщика.

Подрезы образуются на поверхности швов и представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие вдоль границы шва (рис. 20.2, б). Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги, так как при этом возрастает ширина шва и сильнее оплавляются кромки.

Основной причиной образования подрезов при выполнении угловых швов является смещение электрода в сторону вертикальной стенки, которая плавится раньше и стекает на горизонтальную полку. В таких случаях на горизонтальной полке образуются наплывы.

Прожоги — это сквозное проплавление основного или наплавленного металла с образованием в нем отверстия (рис. 20.2, в). Причинами их образования могут быть большая сила сварочного тока при небольшой скорости сварки, превышение зазора между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок. Наиболее часто прожоги образуются при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут появляться также в результате плохого поджатия медной подкладки или флюсовой подушки.

Наплывы образуются от натекания расплавленного металла сварочной ванны на кромки нерасплавившегося основного металла (рис. 20.2, г). Чаще всего они возникают при выполнении дуговой сваркой горизонтальных швов на вертикальной плоскости. Причинами образования наплывов являются: большая сила сварочного тока, неправильный наклон электрода, слишком длинная дуга, неудобное пространственное положение соединяемых деталей при сварке.

Кратеры образуются при внезапном прекращении сварки и имеют вид углублений в застывшей сварочной ванне (рис. 20.2, д).

К внутренним дефектам относят поры, шлаковые включения, непровары, трещины, несплавления, перегрев металла, а также неметаллические включения, пережог металл, смещение свариваемых кромок (рис. 20.3). Эти дефекты выявляют методами неразрушающего контроля.

Рис. 20.3. Внутренние дефекты сварных швов

Поры — это газовые пустоты в металле шва (рис. 20.3, а). Газовые поры образуются в результате перенасыщения жидкого металла газами, которые не успевают выйти на поверхность во время его быстрой кристаллизации и остаются в нем в виде пузырьков.

Размер внутренних пор колеблется от нескольких микрометров до 2-3 мм в диаметре. Поры могут быть распределены в шве в виде отдельных включений (одиночные поры), в виде цепочки по продольной оси шва или отдельными группами (скопление пор). При сварке поры могут выходить на поверхность (рис. 20.3, б). Такие поры являются канальными, их называют свищи.

Причины образования газовых пор: загрязненность кромок свариваемого металла (ржавчина, окалина, масло, краска и др.), использование отсыревших электродов, завышенная длина дуги. Поры могут быть вызваны чрезмерно большой скоростью сварки, в результате которой нарушается газовая защита ванны жидкого металла. Образование пор возможно также при повышенном содержании углерода в основном металле и при неправильном выборе электродов.

Шлаковые включения в металле шва — это небольшие объемы (рис. 20.3, в), заполненные неметаллическими веществами (шлаками, оксидами). Они достигают нескольких миллиметров и могут быть различной формы: круглые, продолговатые, плоские или пленки. Встречаются микроскопические включения в виде нитридов, сульфидов, оксида железа. Шлаковые включения располагаются на границе сплавления основного металла с наплавленным, а при многослойной сварке — на поверхности предыдущих слоев.

Шлаковые включения образуются в шве из-за плохой очистки свариваемых кромок от окалины и других загрязнений, а чаще всего от шлака на поверхности первых слоев многослойных швов при заварке последующих слоев. Недостаточный сварочный ток и чрезмерно большая скорость сварки также могут вызывать появление шлаковых включений.

Непровары — дефекты в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва (рис. 20.3, г). Различают непровары по кромке и непровары по сечению. Первые оказывают большее влияние на прочность шва. При этом виде непровара между металлом шва и основным металлом обычно обнаруживаются тонкие прослойки оксидов, а иногда грубые шлаковые прослойки.

Причинами образования непроваров являются: плохая подготовка кромок свариваемых деталей, малое расстояние между кромками деталей, неточное направление электродной проволоки относительно места сварки, недостаточный сварочный ток или чрезмерно большая скорость сварки, неустойчивый режим сварки и т.п.

Трещины — это частичное местное разрушение сварного соединения (рис. 20.3, д). Они могут возникать в результате надрыва нагретого металла в пластическом состоянии или в результате хрупкого разрушения после остывания металла до низких температур. Чаще всего трещины образуются в жестко закрепленных конструкциях, они могут располагаться вдоль и поперек сварного соединения, а также в основном металле в местах пересечения и сосредоточения швов.

Причинами образования трещин могут быть также неправильно выбранная технология или плохая техника сварки.

Несплавления возникают, когда наплавленный металл сварного шва не сплавляется с основным металлом (рис. 20.3, е) или с ранее наплавленным металлом предыдущего слоя того же шва.

Несплавления образуются вследствие плохой зачистки кромок свариваемых деталей от окалины, ржавчины, краски, при чрезмерной длине дуги, недостаточном токе, большой скорости сварки и др.

Неметаллические включения в металле шва — макро- и микроскопические частицы соединений металла с кислородом (оксидов), азотом (нитридов), серой (сульфидов), фосфором (фосфидов), а также шлака, покрытий и т.п. Неметаллические включения образуются в результате протекающих в металле процессов, например химических реакций, а также в результате попадания инородных частиц извне.

Перегрев металла (рис. 20.3, ж) — рост зерна в зоне термического влияния. Причина дефекта- длительное время пребывания металла при высоких температурах.

Пережог металла (рис. 20.3, ж) — окисление границ зерен металла при высоких температурах.

Перегрев металла — дефект устранимый, пережог — неустранимый.

Смещение сваренных кромок — неправильное положение сваренных кромок друг относительно друга. Причиной дефекта является плохая сборка деталей под сварку.

Классификация дефектов сварных швов и соединений

В процессе образования сварного соединения в металле шва и зоне термического влияния могут возникать дефекты, приводящие к снижению прочности, эксплуатационной надежности, точности, а также ухудшающие внешний вид изделия. Дефекты оказывают большое влияние на прочность сварных соединений и могут явиться причиной преждевременного разрушения сварных конструкций. Особенно опасны трещиноподобные дефекты (трещины, непровары), резко снижающие прочность, особенно при циклических нагрузках.

Дефекты сварных соединений по месту их расположения делятся на внутренние и наружные.

К дефектам, связанным с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания металла, относятся: горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения (рис. 36, а).

Рис. 36. Дефекты сварных швов
а — связанные с металлургическими явлениями, 1 — трещины; 2 — шлаковые включения; 3 — поры и свищи; б — связанные с нарушением режима сварки; 1 — непровары; 2 — подрезы; 3 — наплава; 4 — прожоги; 5 — незаверенный кратер

К дефектам, связанным с нарушением режимов сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, небрежностью и низкой квалификацией сварщика, относятся: несоответствие швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др. (рис. 36, б).

Наружные дефекты могут быть выявлены внешним осмотром.

Для обнаружения внутренних дефектов требуются специальные методы неразрушающего контроля и контроля с разрушением всей или части сварной конструкции.

Непровар — это местное отсутствие сплавления между свариваемыми элементами, между металлом шва и основным металлом или между отдельными слоями шва при многослойной сварке. Непровар уменьшает сечение шва и вызывает концентрацию напряжений, что может значительно снизить прочность и надежность конструкции. Величина допустимых непроваров регламентируется СНиП III-18-75. Непровары, величина которых превышает допустимую, подлежат исправлению.

Непровар в корне шва вызывается недостаточной силой тока или неоправданно высокой скоростью сварки на данном режиме. Непровар кромки вызывается смещением электрода с оси стыка, а также блужданием дуги. Непровар между слоями шва получается в результате плохой очистки предыдущих слоев или при натекании расплавленного металла под дугу.

Подрезом называется местное уменьшение толщины основного металла у границы шва. Он приводит к концентрации напряжений, если расположен перпендикулярно действующим рабочим нагрузкам. Глубина допустимых подрезов регламентируется СНиП III-18-75.

Наплывом называется натекание металла шва на поверхность основного металла без сплавления с ним.

Прожогом называется полость в шве, образовавшаяся в результате вытекания сварочной ванны. Прожог является недопустимым дефектом и подлежит обязательному исправлению.

Кратером называется незаваренное углубление, образующееся после обрыва дуги в конце шва. В кратере, как правило, образуются усадочные рыхлости и трещины.

Подрезы, натеки, наплывы, прожоги, незаверенные кратеры, трудно удаляемый после сварки шлак и брызги вызываются преимущественно чрезмерной силой тока и напряжения на дуге, неоправданно большим диаметром электрода, неправильными манипуляциями концом электрода, некачественной сборкой под сварку.

Классификация дефектов сварных соединений

Разновидности дефектов сварных швов представлены стандарте ГОСТ 30242-97. Классификация дефектов сварных соединений может быть проведена по различным признакам, рассмотрим самые распространенные из них.

Внутренние и наружные дефекты

В зависимости от места нахождения различают:

• наружные дефекты
  • подрезы
  • неравномерность сечения шва
• внутренние дефекты
  • поры
  • неметаллические включения
  • трещины
  • непровары по толщине шва
  • непровар вершины шва
  • непровары по кромке

Такое деление условно, так как внешние дефекты чаще всего являются проявлением внутренних.

Виды полей напряженного состояния

Дефекты сварных соединений з зависимости от видов полей напряженного состояния разделяют на два класса:

• Первый — концентраторы, моделируемые осесимметричной задачей, округлые в минимальном сечении и перпендикулярные к разрушающей нагрузке, эллипсоидальные полости (неметаллические включения, сферические и вытянутые поры, трещины округло формы).
• Второй — концентраторы, моделируемые плоской задачей, подрезы, плоские трещины, некоторые конструктивные концентраторы.

Причины образования дефектов сварки

Разделяют две группы причин образования дефектов сварки.

• Первая группа — дефекты, образование которых связано с физико-химическими явлениями, протекающими в процессе, образования, формирования, кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения. Это могут быть поры, неметаллические включения, несплавления, кристаллизационные и холодные трещины.
• Вторая группа — дефекты, обусловленные нарушением технологии сварки. Это непровары, прожоги, подрезы.

В широком смысле причиной возникновения дефектов сварки является недостаточная теоретическая или практическая подготовленность сварщиков, инженеров проектировщиков, технологов. Для оценки качества подготовки технических специалистов можно воспользоваться сервисом для проведения тестирования онлайн, в открывшемся окне выберите категорию «Тесты по категории НАКС для сварщиков». Вам будут доступны тесты для проверки общих знаний по сварке, а также специальные тесты (например для работы с подъемно-транспортным оборудованием).