Сварочные дефекты и методы их устранения

Дефекты сварного шва. В чем может быть причина их появления?

В этой статье мы поговорим о дефектах встречающихся в сварных швах выполненных приемущественно ручной дуговой сваркой.

В прошлой статье (ссылка в конце) были рассмотрены основные методы предупреждения дефектов в сварном шве, следуя которым возможно минимизировать появления некачественных участков.

Однако знание о видах дефектах и способах их устранения вовсе сведёт их появление к необходимому минимуму.

Неравномерность формы сварного шва возникает в результате не постоянного режима сварки, неправильное расположение электрода относительно разделки кромок, неправильная подготовка разделки под сварку. А также из-за низкой квалификации сварщика.

Наплывы — это когда металл шва натекает на основной металл и не сплавляется с ним. Чаще всего возникают при сварке в горизонтальном положении так как жидкий металл натекает на холодные кромки.

Также причинами возникновения наплывов могут быть неправильно выбранные параметры режима сварки:

• Большой сварочный ток;
• Длинная длина дуги;
• Загрязнение кромок и околошовной зоны.

Подрезы представляют собой местное уменьшение толщины основного металла в виде канавок, располагающихся вдоль границ сварного шва.

• Большой сварочный ток;
• Длинная дуга дуги;
• Неточное ведения электрода;
• Высокая скорость сварки;
• Повышенное напряжение дуги.

Чаще всего подрезы образуются при сварки угловых швов в тавровом соединении и при сварки горизонтальных швов.

Прожоги это проплавление основного или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий.

• Большой сварочный ток;
• Увеличенный зазор между кромками;
• Недостаточное притупление кромок;

Наиболее часто прожоги появляются при сварке тонкого металла или первого прохода многослойного шва.

Кратеры — углубления, остающиеся в местах обрыва дуги. В таких углублениях образуются усадочные рыхлоты, которые в свою очередь являются концентраторами напряжений, в следствии чего в этих местах могут развиться трещины.

При ручных способах сварки кратеры следует заваривать. А при автоматической сварке использовать вводные и выводные планки.

Трещины являются наиболее опасными дефектами. Под действием нагрузок, трещины могут распространяться с высокой скоростью. В результате чего происходят хрупкие разрушения изделий.

Трещины могут возникать в процессе кристаллизации металла шва при температуре 1100. 1300 градусов Цельсия. ( горячие трещины ).

Холодные трещины возникают при температуре 100. 300 градусов Цельсия в легированных сталях. А после остывание возникают в углеродистых сталях.

Непровары представляют собой участки, где отсутствует сплавление между свариваемыми деталями. Такой дефект уменьшает рабочее сечение сварного шва, что может привести к разрушению.

• Плохая очистка разделки;
• Малый зазор;
• Большое притупление;
• Большая скорость сварки;
• Недостаточный угол скоса кромки.

Поры представляют собой полости в металле шва, заполненные газом. Газовые включения образуются если в сварочной ванне происходит перенасыщение газами. Основной причиной появления пор при сварке сталей является азот, водород и окись углерода, образующиеся в результате отклонения химического состава металла шва от заданного из-за снижения в нем кремния и марганца. Другими причинами могут служить:

• плохая очистка свариваемых кромок от ржавчины, масел и различных загрязнений,
• повышенное содержание углерода в основном и присадочном металла,
• большая скорость сварки,
• большая влажность обмазки электродов,
• сварка при плохой погоде.

Шлаковые включения — это полости в металле сварного шва, заполненные шлаками, неуспевающими всплыть на поверхность шва.

Шлаковые включения образуются из-за неполного удаления шлака при многослойной сварке, некачественных электродов (кусочки покрытия попадают в сварочную ванну), из-за плохой очистки свариваемых кромок от ржавчины, окалины и других загрязнений. Недостаточный сварочный ток и чрезмерно большая скорость сварки также могут вызвать появление шлаковых включений.

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:

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

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.

Дефекты сварных швов: виды, причины возникновения, как устранить

Все виды дефектов сварных швов регламентированы ГОСТ 30242-97. В этом же документе описаны их характеристики, причины возникновения и классификация. Возникает дефект сварки из-за нарушений нормативов сборки и сваривания деталей. Любое отклонение от нормы является дефектом.

Виды дефектов

Все виды некачественных соединений делят на три основные группы:

1. Наружные – это те виды, которые можно увидеть при осмотре сварного соединения. В этот вид входят: трещины, подрезы, наплывы, кратеры.
2. Внутренние – выявляются только после дефектоскопии, в которую обязательно включается механическая обработка соединения и рентген.
3. Сквозные – подразумевают наличие свищей, прожогов и сквозных трещин. То есть визуализируются и снаружи, и внутри.

Основные способы выявления

Чтобы выявить наличие дефекта сварки, применяются следующие виды обследования:

Способы устранения

Что делать с деталью, в которой обнаружены нарушения сварки, решает сотрудник отдела качества. Чаще всего изделие отправляется на доработку, в результате которой проблема устраняется.

Виды дефектов и способы их устранения:

1. Подрез – представляет собой углубление в той части соединения, где идет переход от основного металла непосредственно на шов. Подрез уменьшает сечение шва и увеличивает напряжение металла, таким образом соединение становится ненадежным. Причиной появления подреза служит превышение значения величины сварочного тока. Устраняется такой дефект путем наплавления тонкого шва по всей линии подреза.
2. Свищ – это дефект соединения в виде полости. Он значительно снижает прочность шва. Также место образования свища может впоследствии привести к появлению трещины сварного шва. Для того чтобы исправить этот недостаток, поврежденное место вырезается и заваривается.
3. Непровар – несплавление металла, который наплавляется на основной, или несплавление слоев шва друг с другом. Сюда же можно отнести нарушение, когда сечение заполнено неполностью. Непровар приводит к ухудшению прочности шва и может стать причиной разрушения соединения. Причинами могут послужить слишком низкий сварочный ток, нарушения в подготовке кромок деталей к свариванию, слишком большая скорость сварки, загрязнение кромок. Для исправления ситуации непроваренный участок вырезается и заваривается.
4. Наплыв – участок соединения, в котором расплавленный металл натекает на основной, но при этом гомогенного соединения с ним не образуется. Причины возникновения различны: недостаточный прогрев основного металла, малый ток, окалина на кромках, слишком много присадочного материала. Устранить нарушение можно, срезав излишки, после чего соединение проверяется на наличие непровара.
5. Перегрев металла – чрезмерно большое значение сварочного тока или слишком медленная сварка могут привести к перегреву основного металла, что снижает прочность соединения. Такой недостаток можно устранить только термической обработкой всей детали.
6. Пережог возникает по тем же причинам, что и перегрев, но таит в себе большую опасность. Металл, который был пережжен, становится хрупким и подвержен коррозии. Соединение будет очень ненадежным. Чтобы устранить подобный дефект, первоначально вырезают весь поврежденный участок соединения, после чего сварку проводят заново.
7. Трещина – самый опасный из всех дефектов. Трещины имеют между собой различия по размерам от микро до макро, по времени образования: от появления в процессе до возникновения после окончания сварных работ. К появлению трещин приводит нарушение технологии сварки, ошибка в выборе материалов, слишком резкое охлаждение после окончания сваривания. Наличие большого количества примесей так же может привести к возникновению трещины. Чтобы полностью решить проблему, трещину высверливают полностью, чтобы избежать распространения, сварное соединение удаляют. После этого работы проводят заново с соблюдением всех нормативов и технологии.
8. Прожог – металл прожигается насквозь и вытекает в образовавшееся отверстие, образуя натек. Причинами образования прожога являются слишком высокий сварочный ток и чрезмерно медленная сварка. Увеличенный зазор между кромками деталей также может привести к прожогу, как и малая толщина подкладки или её неплотное прилегание к основному материалу. Чтобы устранить прожог, поврежденное место тщательно зачищают и заваривают.

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.

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.