Что такое сварочный дефект
Дефекты сварных соединений: виды, способы контроля и устранения
Сварные металлоконструкции активно используются в разных сферах жизнедеятельности. Но в процессе сваривания отдельных элементов в цельные конструкции могут возникать дефекты сварных швов и соединений, которые негативно сказываются на прочности и безопасности эксплуатации готовых металлоизделий.
Что такое дефекты сварных соединений
Размерные параметры сварного соединения четко определены государственными стандартами, при этом свой ГОСТ есть у каждого вида сварки. Любые отклонения от установленных нормативно-техническими документами показателей считаются дефектами. Возникают они как при проведении сварочных работ, так и при нарушении требований в процессе подготовки соединяемых элементов и сборке конструкций в единое целое.
Виды дефектов сварочных швов
В силу разных обстоятельств сварочные стыки могут иметь повреждения, влияющие на их прочностные характеристики. Все виды дефектов сварных соединений разделяются на три основные группы:
Дефекты любого вида не допускаются в сварных соединениях и подлежат устранению, особенно касается это случаев, когда металлоконструкции выступают составляющими элементами несущих конструкций и должны выдерживать интенсивные нагрузки.
Характеристики и причины основных дефектов сварки
Не в каждом случае качество сварки соответствует установленным требованиям. Классификация дефектов сварных соединений в полном составе изложена в ГОСТ 30242-97. Но среди всех обозначенных в документе изъянов выделяют основные, которые чаще обычного выявляются при контроле и обследовании соединительных стыков.
Трещины
Для сварочных швов наибольшую опасность представляют трещины. Они способны спровоцировать мгновенное разрушение металлических конструкций и привести к трагическим последствиям.
Причинами появления трещин могут быть:
По размеру различают микро- и макротрещины, по типу образования – поперечные, продольные и радиальные.
Вне зависимости от видов и причин возникновения трещины – это недопустимые дефекты сварных соединений металла.
Подрезы
Это образующиеся на наружной поверхности шовного валика продольные углубления. Если на шве есть подрез, то в месте его появления уменьшается сечение шва, а также образуется очаг концентрации напряжения.
Превышенная величина сварочного тока – основная причина появления таких дефектов. Довольно часто наблюдаются подрезы в горизонтальных швах.
Наплывы
Это натекший на поверхность избыток металла, который не имеет должного сплавления с соединяемой поверхностью. Часто наплыв возникает при сварке стыковых или угловых швов в горизонтальном положении. Образуется при недостаточном прогреве основного металла, избытка присадочного материала, наличия окалин на соединяемых кромках.
Прожоги
Такие дефекты являют собой сквозное отверстие, возникшее вследствие вытекания из сварочной ванны расплавленного металла. В данном случае с другой стороны отверстия как правило образуется натек.
Прожог может быть вызван слишком медленным передвижением электрода по линии сваривания, повышенным сварочным током, неплотным прилеганием к основному металлу прокладки или же недостаточной ее толщиной, большим зазором между соединяемыми кромками.
Непровары
Если на сварочном шве обнаружены локальные несплавления между основным и наплавленным металлом, то дефект такого типа называют непровар. Он существенно понижает прочностные свойства шва и соответственно всей конструкции.
Причины непроваров состоят в следующем: чрезмерно высокая скорость сваривания, некачественная подготовка кромок к сварному процессу, наличие ржавчины, окалин и других загрязнений на соединяемых поверхностях.
Кратеры
Образующиеся вследствие обрыва сварочной дуги углубления в соединительном валике называют кратерами. Такие изъяны существенно уменьшают сечение стыка, что негативно сказывается на прочности. Кратер опасен тем, что внутри него могут находиться усадочные рыхлости, приводящие к появлению трещин.
Свищи
Поверхностные дефекты в виде полости. Понижают прочность соединительного стыка и провоцируют образование трещин. Свищи имеют произвольную форму, могут возникать как на внешней поверхности, так и внутри шва.
Пористость
Поры – это заполненные газами полости, образующиеся при повышенном газообразовании внутри металла. Возникают при наличии разнообразных загрязнений на свариваемых поверхностях, при повышенной скорости сварки, а также повышенной вместительности углерода в используемом присадочном материале.
Посторонние включения
Качество шва существенно ухудшают сторонние включения – оксидные, шлаковые, вольфрамовые, флюсовые и другие включения. Главная ошибка, приводящая к их наличию – неправильный режим сварки. Любое из присутствующих включений понижает прочность и надежность соединения и подлежит устранению.
Причины появления дефектов
Каждый из всех встречающихся дефектов возникает вследствие конкретных факторов. При этом выделяют причины образования дефектов сварных соединений общего характера:
Чтобы металлоконструкции получались качественными и выносливыми, следует строго соблюдать нормы сваривания и доверять работы профессиональным сварщикам.
Методы выявления дефектов
Выявление дефектов сварных соединений осуществляется следующими способами:
Осмотр сварочного шва осуществляется только после очистки его от шлака, устранения застывших брызг металла и других типов загрязнений. Проверке подлежат размеры и правильность формы соединений, наличие или отсутствие прожогов, кратеров, трещин, свищей и других погрешностей.
Испытание непроницаемости позволяет выявить дефекты сварных соединений трубопроводов, например, поры, трещины, сквозные непровары. Проверяются конструкции несколькими способами:
Если в ходе проверки обнаружен дефект, то деталь возвращается на дополнительную обработку.
Способы устранения дефектов
Любой сварочный процесс сопровождается образованием дефектов, вне зависимости выполняется он инвертором, полуавтоматом, трансформатором или другим оборудованием. При этом выделяют недопустимые и допустимые дефекты сварных соединений, по сложности которых определяется пригодность или непригодность конструкции к дальнейшей эксплуатации.
Способы устранения дефектов сварных соединений выбираются с учетом типа обнаруженного повреждения:
Если в ходе обследования обнаружены технологические дефекты сварных соединений труб, то устранять их следует строго в соответствии нормативных требований одним из методов:
При проверке на прочность и герметичность газораспределительных сетей разрешается исправлять дефекты сварных соединений газопроводов в случае, когда сварочный процесс выполнялся дуговой сваркой и не допускается при сваривании газовой сваркой.
Методы контроля сварных соединений
Тот факт, что влияние дефектов на качество сварной металлоконструкции максимизирует риски разрушения изделий доказывать не нужно. Чтобы в процессе сваривания получать действительно надежные, прочные и выносливые конструкции, после завершения работ должен проводиться контроль качества сварных соединений.
Осуществляется контроль сварочных швов поэтапно:
Все методы контроля сварных соединений разделяются на две группы – разрушающие и неразрушающие. Как правило для выявления дефектов применяются неразрушающие методы, к которым принадлежат:
Методы разрушающего контроля подразумевают испытания отобранных образцов и применяются в основном при необходимости получить параметры сварного шва и зоны термического влияния. Контроль осуществляется химическим анализом, механическими и металлографическими испытаниями.
Заключение
Чтобы сварочный шов по всем параметрам соответствовал стандартам качества и заданным требованиям, то начиная с подготовки подлежащих соединению элементов и до окончания сварочного процесса необходимо осуществлять контроль. Это позволит предотвратить основные дефекты сварных соединений или же оперативно их устранить.
Дефекты сварных соединений
Содержание:
Нормативными материалами предусмотрены виды дефектов сварных соединений, внешний вид, характеристики и качество швов, получаемых при помощи сварки. В них также указаны необходимые допуски от идеального состояния. Отклонения от требований являются дефектами. Классификация дефектов сварных швов определена в ГОСТе-5264.
На существующие виды дефектов сварных швов имеется много методов контроля, в результате которых будет получено заключение о состоянии сварных швов. При многочисленных отклонениях соединение признается браком и подлежит переделке. Иногда может потребоваться изменение не всего шва, а только его части.
Причины возникновения
Дефекты сварочных соединений возникают по следующим причинам:
Существуют рекомендации, определяющие особенности различных видов сварки. Они основаны на практическом опыте применения технологии соединения металлических деталей сваркой. Перед началом процесса необходимо проверять работоспособность применяемого оборудования. Периодически проводится его поверка, дата проведения и результаты которой указываются в техническом паспорте.
Виды дефектов
Все дефекты сварки подразделяют на три крупные группы: находящиеся снаружи соединения, внутри него и сквозные. Наружные дефекты контактной сварки легко обнаружить при визуальном осмотре. Он является обязательным при контроле всех швов, независимо от того, какие требования к ним предъявляются.
Если сплавление деталей недостаточно, то образуется непровар. Это происходит, когда пренебрегают подготовкой к работе кромок деталей и на них остаются ржавчина и окалины. К другим причинам возникновения непровара относятся недостаточно большая величина тока, несовпадение электрода с осью плавления. Если этот дефект имеет большую протяженность, то потребуется переплавка.
Внутри сварного шва могут образовываться поры. Внутри они заполнены газом. Причиной, по которой появляются поры, является наличие посторонних примесей в материалах, подлежащих сварке, излишняя влага. Если допустимые концентрации превышены, то предстоит переделка. При нарушении правил технологии внутри шва могут появиться различные включения: оксидные, вольфрамовые, а также шлаковые.
Под сквозными дефектами понимают поры, которые находятся не внутри, а проходят сквозь всю толщину шва. Этот дефект наблюдают визуально. При незначительной скорости и большом токе появляются прожоги.
Методы контроля
Все сварные соединения обязаны проходить контроль. Особенно это касается конструкций, эксплуатация которых несет повышенную ответственность. Контроль с применением специального оборудования позволяет узнать, насколько серьезные изъяны имеются в сварных соединениях. Большинство дефектов приводит к уменьшению плотности. Последствием может служить наступившая неспособность выдерживать тяжелые нагрузки.
Чтобы обнаружить дефекты сварных швов и соединений применяют различные методы контроля:
Все применяемые способы контроля должны принадлежать к группе неразрушающих. Механические повреждения и разрушения не приемлемы. Допустимо использование не одного метода, а их совокупности.
При обнаружении брака, если имеется возможность, необходимо его исправить. Для этого используются такие способы:
Такими методами убирается практически неизбежное возникновение дефектов.
Группы дефектов
Дефекты и контроль качества сварных соединений строго регламентированы. В ГОСТе 30242 все дефекты сварных соединений разделены на группы. Всего таких групп насчитывается шесть. К первой группе межгосударственный стандарт отнес трещины, ко второй поры, к третьей твердые включения. Четвертую группу несплавление разделяет с непроваром. В пятой находятся все нарушения, которые имеют формы швов. Наконец, в шестой собраны все остальные сварочные дефекты.
Каждому из дефектов присвоено обозначение в виде числа из трех чисел. Добавление еще одной цифры означает уточнение, например, что данный дефект возник при определенном положении шва. Большинство из дефектов имеет еще и буквенное обозначение, которое можно увидеть в справочниках по сварке. Так, например, трещины имеют цифровое обозначение в виде числа 100 и буквенное в виде буквы Е.
Трещины
Цифровое обозначение 100, буквенное Е. Нормативным стандартом дано определение, что называют трещиной в сварке. Они позиционируются как разрывы или несплошности в сварном шве. Причинами возникновения названы охлаждение и нагрузки.
Трещины относятся к недопустимым дефектам. Это обусловлено тем, что они служат центром напряжений и являются очагом возможных разрушений. Трещины в сварных швах признаны наиболее опасным изъяном, встречающимся в соединениях сварным способом, который в перспективе может привести к разрушению.
Борьба с этим видом дефекта целесообразна, потому что маленькая вначале трещинка вследствие действия напряжения быстро увеличивается в размерах. В зоне риска находятся легированная сталь, а также высокоуглеродистая. Чем жестче закреплены между собой детали, тем выше возможность появления трещин. Многое зависит от марки металла и от содержания в нем примесей, таких как никель, фосфор, кремний, водород.
К основным причинам образования трещин относят несоблюдение требований существующих режимов сварки и нарушение технологии. Это вызывает большие напряжения в соединениях, приводящие к появлению трещин. Существует разница между способами ликвидации трещин в зависимости от того, где они расположены. В трещинах, находящихся на поверхности, вначале сверлят их окончания, чтобы предотвратить дальнейшее распространение. Затем происходит удаление механическим способом. Внутренние трещины удаляют механически, а затем заваривают.
Трещины разделяются на холодные и горячие. Холодные появляются сразу после того, как шов застынет. Горячие трещины появляются при высоких температурах. В зависимости от размера трещины делятся на макроскопические, которые хорошо видны визуально или при незначительном увеличении, и микроскопические. Микротрещины имеют обозначение 1001. Чтобы их увидеть потребуется увеличение в 50 крат.
В зависимости от расположения трещины бывают продольными с обозначением 101 и поперечными 102. Их буквенные обозначения соответственно Ea и Eb. Кроме этого они бывают разветвленными, радиальными, раздельными, находящимися в кратере. К радиальным относятся трещины, расходящиеся из точки. Трещины в кратере делятся на поперечные, продольные и с красивым необычным названием звездоподобные. Разветвленные получили свое название за то, что они возникают из одной трещины.
Поры в сварном шве бывают разных размеров, что зависит от размера пузырьков внутри. Помимо отдельных пор бывают целые скопления. Поры могут иметь форму круга или овала.
Причины, почему образуются поры при сварке, бывают следующими:
Наличие пор понижает прочность металла и герметичность соединения. Наряду с порами бывают газовые полости, отличающиеся другой формой. Кроме отдельной поры, встречаются: группа равномерно распределенных пор, цепочки в одну линию, скопления в одном месте, свищи, продолговатые полости.
Следствием усадки при затвердевании металла является усадочная раковина. Если она находится в конце валика, то это будет называться кратер сварного шва. Он, как правило, является результатом неправильных действий исполнителя. Наличие кратера автоматически уменьшает площадь торца шва, что приводит к снижению прочности. Для исправления ситуации приходится вырубать окончания шва с кратером.
Включения твердые
Третья группа с обозначением 300. Сначала надо выяснить, что называют включением в сварке. Это присутствие внутри затвердевшего после сварки металла частичек другого материала. Такие зоны становятся центрами напряжений, что понижает прочность соединения сваркой. Методом борьбы с дефектом является вырубка пораженного участка шва и последующее заваривание. Включению с острым углом присваивают название остроугольного. В зависимости от того, каким образом они образовались, инородные включения разделяются на линейные, разобщенные и другие.
Металлический оксид, попавший внутрь, вызывает оксидное включение. При загрязнении поверхностей и недостаточной защите ванны образуются пленки, являющиеся труднорастворимыми. Внутри шва они станут прослойкой, которая снижает прочность соединения и способна привести к разрушению.
Электрод может замкнуться при нарушениях, вызванных неудобной позой сварщика, например, при потолочной сварке. Кусочек вольфрама внутрь затягивает жидкий металл. Наиболее часто такие дефекты появляются при сварке алюминия, а также сплавов с его содержанием, поскольку вольфрам в них не растворяется. Наличие включений из вольфрама можно узнать по треску и вспышкам сварочной дуги.
Несплавление
Непровар
Также входит в четвертую группу с обозначением 401. Непровары в сварных швах, по сути, тоже являются несплавлениями. Определением, что такое непровар в сварном соединении, является следующее: отсутствие сплавления металла, которое возникло из-за неспособности проникновения его в корень. Возникает по всей длине шва или на его отдельных участках, а также между слоями при многопроходном способе.
Нарушение формы
Дефекты сварные включают в себя большую группу нарушений внешней формы соединений сварным способом, включенных в группу под номером 5 и имеющих обозначение 501. К ним относятся отклонения от принятого значения наружной формы шва и его геометрических параметров. Несоответствие формы и размеров принятым параметрам приводит к снижению прочности. Внешний вид соединений становится хуже, что тоже является немаловажным обстоятельством.
Наружные дефекты сварных швов имеют многочисленные причины:
Указанный список можно дополнить многими другими причинами. Косвенно наружные дефекты сварных швов указывают на вероятное наличие внутренних.
Подрезы
Объяснение, что такое подрез в сварке, заключается в следующем определении: это изъян, представляющий собой углубление, находящееся около шва. Уменьшение толщины шва приводит к снижению надежности соединения. Внешне подрез смотрится как усадочная канавка. Они могут располагаться на отдельном участке или по всему протяжению шва.
Начинающие сварщики должны хорошо понимать, что называют подрезом в сварке, поскольку этот изъян происходит часто по их вине при неправильно выбранном значении тока. Другие основные причины появления этого изъяна:
Ошибочно выбранный угол электрода при сварке часто вызывает такой дефект. Иногда бывает, что угол выбран правильно, но при напряженном положении сварщика у него может устать рука и в положении угла произойдет изменение. При неправильном угле происходит неправильное распределение тепла. Большая его часть достается краям, что ведет к появлению усадочных канавок. Чтобы этого не произошло, более значительная часть тепла должна быть направлена на компоненты соединения, имеющих большую толщину, чем края.
Скорость сварки должна быть умеренной. При повышенном значении часть металла вдавливается в сварочную ванну и, быстро остывая, оставляет углубления. Слишком медленная скорость принесет свои недостатки, поэтому следует выбирать среднее значение.
К способам предотвращения появления подрезов при сварке относятся:
Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в расплавленном металле, а также кремния, никеля и особенно вредных примесей серы, фосфора и водорода.
Причинами образования трещин чаще всего является несоблюдение технологии и режимов сварки. Это может проявляться, например, в неправильном расположении швов в сварной конструкции, что приводит к высокой концентрации напряжений. Большие напряжения в сварных конструкциях могут возникнуть также при несоблюдении заданного порядка наложения сварных швов.
Подрез сварного шва устраняют путем очищения от загрязнений и шлаков, а затем завариванием тонким швом. После контроля устранения соединение может быть направлено на доработку. Исправлять участок допустимо ограниченное количество раз. Если размеры подрезов не превышают пределы, указанные в нормативных документах, то изделие может быть введено в эксплуатацию.
Превышение выпуклости
Дефект представляет собой чересчур большое количество наплавки. На ответственных конструкциях дефект недопустим. Причинами появления служат: низкая скорость, неправильно выбранный режим, недостаточная предварительная подготовка, неудобное расположение шва. Превышающую нормы выпуклость удаляют методом шлифования.
Превышение проплава
К внешнему признаку при визуальном контроле относится чересчур большая выпуклость на корне шва.
Наплыв
Несмотря на вроде бы знакомое слово, необходимо разъяснение, что такое наплыв в сварке.
Линейное смещение
Применение на конструкциях ответственного значения линейное смещение недопустимо.
Угловое смещение
Дефект является отклонением от нужного угла межу двумя свариваемыми элементами.
Натек
Название этого сварочного дефекта достаточно красноречиво и в особых объяснениях не нуждается. Существует градация в зависимости от пространственного положения: горизонтальном, вертикальном, нижнем, потолочном. А также натек, находящий в углу шва и в соединении нахлестом.
Наиболее часто ему подвержены горизонтальные швы на вертикальной поверхности.
Прожог
В местах, где имеется прожог сварного шва, окислившийся металл приобретает рыхлость, а плотность его понижается, что не идет на пользу сварному соединению. Такой дефект характерен для тонких стенок и первого слоя в многопроходных соединениях.
Причинами возникновения прожога являются:
Выявить прожег можно визуальным осмотром. Исправление прожогов происходит путем их вырубки, зачистки и заваривания.
Отсутствие симметрии углового шва
Такой вариант признается дефектом, если разница между катетами имеет значительную величину. Характерен для сварки металлов, обладающих разной теплопроводностью. Неудобное положение при сварке также может спровоцировать появление асимметрии. Допускается для неответственных конструкций. Чтобы выровнять катеты на меньшем из них делают подварку.
Неравномерность шва
Заметна при внешнем контроле. Может возникнуть при колебании напряжения, длинной дуге, изменении направления электрода. Чтобы ликвидировать этот дефект более узкие места подваривают, а широкие шлифуют.
К остальным дефектам этой группы относятся: неровная поверхность шва, вогнутость корня, наличие пор в корне, неровность в месте, где сварка была прекращена, а потом продолжилась.
Прочие дефекты
Случайная дуга
Является местным повреждением поверхности металла, которая прилегает к сварному шву. Случайной названа потому, что вызывается непреднамеренным и непредусмотренном горении дуги.
На ответственных конструкциях является недопустимой, поскольку в дальнейшем при эксплуатации изделия может возникнуть коррозия. Для устранения место ожога зачищают методом шлифования.
Брызги металла
Во время сварки на поверхность материала попадают брызги расплавленного металла и застывают там. Они портят внешний вид соединения. Особенно это важно, когда сваривают такие изделия, как металлическую мебель. Появление брызг возможно при высоком значении тока, длинной дуги. В качестве предупреждения появления этого дефекта производят нанесение на поверхность материала защитного покрытия. Исправляется с помощью шлифовального инструмента. Частным случаем являются брызги вольфрама.
Поверхностные задиры
Появляются при удалении приспособлений, временно закрепленных на металле.
Задир может стать причиной возникновения трещины, особенно, если материал обладает низкой пластичностью. На неответственных конструкциях допустимы. Исправляется зачисткой с помощью шлифовки.
Утонение металла
Дефектом является изменение толщины металла в сторону уменьшения.
Является недопустимым, поскольку при его наличие происходит уменьшение прочности. Изъян хорошо виден, но для уточнения размеров делают измерения. Для ликвидации выполняют наплавку и производят зачистку.
Критичность дефектов
Помимо того, что надо знать дефекты сварных соединений и причины их возникновения, необходимо быть в курсе того, какое влияние они оказывают в дальнейшем на всю конструкцию при ее эксплуатации. Полная классификация дефектов сварных соединений содержит сведения об их критичности. Под этим словом понимается, допустимо ли применение конструкции с обнаруженным дефектом для эксплуатации, необходимо ли предварительное исправление или эксплуатация невозможна в принципе.
Многое зависит от условий, в которых будет использоваться конструкция. Так, например, один и тот же дефект не окажет особого влияния, если изделие будет находиться в помещение, и приведет к разрушению при эксплуатации на улице во время неблагоприятных погодных условиях. Поэтому вопрос, заданный в форме «допускаются ли подрезы сварных швов», будет некорректным. Необходимо точно указать, где планируется использовать конструкцию с таким дефектом.
Допустимые дефекты сварных соединений, как правило, предполагают их исправление. Разработаны многочисленные способы их устранения. Недопустимые дефекты сварных соединений исправлению не подлежат. Часто в требованиях упоминается «ответственность». Это означает, что конкретный дефект не может применяться только в ответственных конструкциях, в других его использование возможно.
По значимости виды дефектов сварных разделяются на:
Это разделение, в частности, оказывает влияние на выбор метода контроля. Для малозначительных дефектов применять дорогое оборудование нецелесообразно. Зато затраты на критические будет экономически оправданы. Имеет значение и квалификация контролера. Начинающим следует поручить исследование незначительных изъянов.
Дефекты при сварке будут влиять на работоспособность всей конструкции. Поэтому при решении вопроса о годности сварного шва необходимо учесть все факторы, влияющие на допустимость его применения. Во внимание принимаются напряжения, которые возникнут в конструкции, физические характеристики материалов, условия эксплуатации, функции изделия. Основные дефекты сварных швов, признанные допустимыми, подлежат измерению, чтобы правильно выбрать оборудование и режимы на нем.