Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Дефекты сварных швов — это, прежде всего, различные несплошности
в металле шва, ухудшающие его качество. При оценке
свариваемости стали исходят, главным образом, из того, что металл сварного
шва должен быть сплошным. И все образования, которые делают сварной шов неоднородным,
принято считать дефектами. Различают следующие виды дефектов сварного шва:
микро- и макротрещины (горячие и холодные), непровары, поры, различные включения.

Внутренние и наружные дефекты сварных швов

Самый распространённый метод классификации дефектов сварки — по их месту расположения.
Согласно этой классификации, различают внутренние и наружные сварные дефекты.
Наружные выходят на поверхность шва и околошовной зоны, а внутренние располагаются
внутри соединения, не выходя на поверхность. Из этого следует, что один и тот
же вид дефектов (например, трещины или поры) может быть как внутренним (если
располагается внутри), так и наружным (если выходит на поверхность).

Наружные сварные дефекты

К наружным дефектам сварных соединений относят неравномерность формы сварного
шва из-за неправильного его формирования, подрезы шва, прожоги свариваемого
металла, наплывы, трещины, поры и другие дефекты, которые располагаются на поверхности
металла. Все они выявляются при внешнем визуальном осмотре сварного соединения.
Ниже по тексту перечислены и показаны распространённые виды наружных дефектов.

Внутренние сварные дефекты

К внутренним дефектам сварных соединений, согласно ГОСТ23055, относятся неметаллические,
шлаковые и оксидные включения, непровары и несплавления металла, а также поры
и трещины, не выходящие на поверхность металла. Для того, чтобы выявить подобные
дефекты, на практике применяются методы неразрушающего контроля сварки. Ниже
по тексту рассказывается о часто встречающихся видах внутренних дефектов.

Дефекты формирования шва

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Дефекты
формирования сварных швов проявляются в неравномерности их формы (см. рисунок
справа). Формируются они из-за непостоянных режимов сварки, непостоянного зазора
между свариваемыми кромками и неравномерного угла скоса кромок. Несоответствие
фактической формы шва требуемой может проявится вследствие неверной техники
ручной дуговой сварки, из-за неправильного расположения электрода относительно
сварных кромок.

Подобный дефект может проявиться и при других видах
сварки. Например, при автоматической сварке причиной появления такого дефекта
могут стать проскальзывание сварочной проволоки в подающем механизме, перепад
напряжения в сети, попадание расплавленного металла в зазоры и др.

Непровар сварного шва

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Чаще
всего, непровары в сварных швах происходят в тех случаях, когда между сварными
кромками небольшие зазоры, при большом притуплении кромок, а также при наличии
на них загрязнений, при неправильном положении электрода или сварочной проволоки
относительно свариваемых кромок, при недостаточной силе сварочного тока и при
завышенной скорости сварки.

Очень часто непровары образуются в корне шва (схема а) и б) ни рисунке слева
и схемы в) и г) на рисунке). При автоматической сварке под флюсом непровары,
в большинстве случаев, формируются в начале сварного шва. Чтобы предотвратить
их появление, сварку рекомендуется производить на специальных подкладках. Непровары
— одни из самых опасных дефектов для сварного соединения.

Подрезы сварных швов

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Подрезы
сварных швов формируются на поверхности соединения. Подрезы — это углубления
в основном металле, расположенные по краям сварного шва. Они появляются из-за
излишне большой силы сварочного тока и из-за большой длины электрической дуги,
т.к. в этом случае ширина сварного увеличивается и края сварных кромок оплавляются
сильнее.

При сварке
угловых швов подрезы, чаще всего, получаются при смещении электрода очень
близко к горизонтальной стенке. При этом вертикальная стенка оплавляется быстрее,
чем плавится горизонтальная и расплавленный металл стекает по горизонтальной
кромке вниз. В этом случае, на вертикальной стенке образуются подрезы, а на
горизонтальной — наплывы (схема б) на рисунке справа).

Прожоги сварных швов

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

К прожогам сварного шва относятся сквозное проплавление основного или наплавленного
металла (см. рисунок слева). Прожоги образуются при излишне большой силе сварочного
тока и при малых скоростях сварки. Причинами прожогов могут также стать большой
зазор между свариваемыми кромками или недостаточное их притупление.

В большинстве случаев, прожоги получаются при
сварке тонкого металла, а также при наплавке первого слоя многослойного
шва. Причинами прожогов может быть недостаточное поджатие металлической подкладки
или флюсовой подушки.

Наплывы сварных швов

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Наплывы в сварных швах формируются при натекании расплавленного металла из
жидкой металлической ванны на холодный основной металл (см. рисунок справа).
Наиболее часто наплывы случаются в процессе дуговой сварки в защитных газах
при
сварке горизонтальных швов на вертикальной поверхности. Причинами наплывов
является большая сила сварочного тока, неправильное положение электрода при
сварке, излишняя длина электрической дуги.

Кратеры сварных швов и усадочные раковины

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Кратеры в сварных швах образуются при обрыве электрической дуги. Кратеры в
сварных швах имеют вид углублений в застывшем металле. При автоматизированных
способах сварки выполнение сварного шва завершают на выводной планке, и кратер
образуется на ней. При случайном обрыве электрической дуги в процессе сварки,
получившийся кратер необходимо заплавить.

Усадочными раковинами называют полости, которые появляются в результате усадки
сварочной ванны при её затвердевании. Появляются усадочные раковины из-за того,
что при охлаждении объём металла уменьшается и он "проседает".

Поры в сварных швах

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Поры
в сварных швах образуются при быстром остывании расплавленного металла из-за
того, что газы, присутствующие в сварочной ванне, не успевают выйти из неё наружу
и остаются в застывшем металле в виде пузырьков. Поры могут быть как внутренними
сварными дефектами (схемы б) на рисунке справа), так и и наружными (схема а)
на рисунке), выходящими на поверхность. Наружные поры называются свищами.

Величина пор может быть различной, от нескольких микрометров до нескольких
миллиметров. Чаще всего они имеют сферическую форму. Причинами образования газовых
пор в сварных швах могут стать присутствие ржавчины, окалины, масляных плёнок
и другие загрязнений на сварных кромках, на сварочной проволоке или на присадочных
материалах.

Причинами образования пор могут служить, также, применение влажных, не прокаленных
электродов и флюсов, недостаточная чистота защитных газов и присутствие в ней
вредных примесей. Также поры возникают при очень большой скорости сварки, из-за
чего газовая защита зоны сварки может стать менее неэффективной. Поры в сварных
швах появляются и при повышенном содержании углерода в составе свариваемого
металла и при неверно подобранной марки сварочной проволоки. В особенности,
если сварка производится в среде углекислого газа.

Несплавления сварных швов

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Несплавления
в сварных швах появляются в том случае, если нет их проплавления с основным,
или ранее наплавленным металлом.

Причиной несплавлений могут стать плохая подготовка металла под сварку (отсутствие,
или плохая зачистка), большая длина сварочной дуги, недостаточная сила сварочного
тока и большая скорость выполнения сварочных работ.

Шлаковые включения в сварных швах

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Шлаковыми,
неметаллическими или оксидными включениями в сварном шве принято называть небольшие
пространства в металле, в которых находятся неметаллические вещества. Величина
включений может быть довольно значительной и составлять несколько миллиметров.

Обычно шлаковые включения обладают объёмной вытянутой формой, но, в некоторых
случаях они могут быть и круглыми, и плоскими. Часто шлаковые включения находятся
по границам между основным металлом и наплавленным. При выполнении многослойных
швов, формирование шлаковых включений часто происходит по границам между отдельными
слоями.

Причиной образования шлаковых включений могут стать наличие загрязнений на
сварочных кромках (ржавчины, шлака и др.), слишком маленькая сила сварочного
тока, и излишне большая скорость сварки.

Трещины в сварных швах, их виды

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

Трещины
в сварных швах представляют наибольшую опасность для сварного соединения. Трещины
могут относиться как к внутренним дефектам (схема б) на рисунке слева), так
и к наружным (схема а) на рисунке). Трещины очень часто образуются при сварке
высокоуглеродистых сталей, а также при сварке
высоколегированных сталей.

Различают несколько видов сварных трещин:

1. Горячие
трещины при сварке. К ним относятся микротрещины и макротрещины, которые
образуются в металле шва или зоне
термического влияния во время охлаждения при высоких температурах, порядка
800-900°C.

2. Холодные
трещины при сварке. Холодные трещины (можно встретить название замедленные)
вызываются водородом и появляются, как правило, после сварки, при температурах,
не превышающих 200-300°C.

3. Отпускные
трещины. Трещины такого вида образуются после окончания сварки, во время
последующей термообработки сварного соединения.

4. Ламелярные
трещины. Особенность такого типа трещин в том, что зарождаются они при высоких
температурах, но развиваются уже в холодном состоянии металла. Ламелярные трещины
могут развиться, например, из горячих микротрещин.

Классифицировать такие дефекты сварных соединений, как трещины, достаточно
сложно из-за того, что очень часто выявленные трещины не являются трещинами
какого-либо одного типа. К примеру, может возникнуть горячая микротрещина, но
развиваться она будет как холодная, при низких температурах и под воздействием
водорода. То же самое относится к отпускным трещинам и к ламелярным.

Виды дефектов сварных соединений, в зависимости от их формы

Существующие дефекты сварных швов по их форме можно разделить на два вида.
Это плоскостные дефекты и пространственные дефекты. К плоскостным дефектам относятся
горячие и холодные трещины, непровары сварного шва.

К пространственным относятся различные шлаковые включения, поры, пузырьки от
газов и все виды неправильно выполненного сварного шва (подрезы, прожоги, неверная
конфигурация, смещение и др.).

Плоскостные дефекты сварного шва представляют наибольшую опасность для соединения,
в целом. И существующие типы трещин, в зависимости от температуры, при которой
они появляются, можно разделить ещё на несколько видов, о которых сказано выше
по тексту.

Виды сварных дефектов, в зависимости от причин их возникновения

При сварке плавлением, возникающие дефекты сварных соединений, в зависимости
от причин их возникновения, можно разделить на два вида. Первый вид дефектов
связан с металлургическими процессами при сварке и с тепловыми явлениями, которые
протекают в результате образования и кристаллизации сварочной ванны и остывания
сварного соединения. К этим дефектам относятся горячие и холодные трещины в
металле и зоне термического влияния, поры в металле, неметаллические включения,
а также несоответствие свойств наплавленного металла и околошовной зоны заданным
параметрам.

Второй вид дефектов включает в себя их виды, причиной которых является нарушение
выбранных режимов сварки, нарушения при подготовке сварных элементов и при их
сборке, неисправности сварочного оборудования, недостаточный профессионализм
сварщика, а также другие нарушения технологии сварки. К дефектам такого типа
относятся несоответствие фактических размеров швов требуемым. Это такие дефекты,
как непровары, подрезы, незаплавленные кратеры, прожоги свариваемого металла.

Допустимые и недопустимые дефекты в сварных швах

Дефекты, появившиеся при сварке,
в той или иной степени, влияют на работоспособность сварного соединения. И принимая
решение о пригодности, или непригодности данного сварного соединения, учитывают
все факторы, которые могут повлиять на допустимость или недопустимость дефекта
в сварном шве. При этом принимают во внимание такие обстоятельства, как:

  1. Геометрия и габариты сварной конструкции, в целом, и дефектного сварного
    соединения, в частности.

  2. Напряжения, возникающие в конструкции. При этом, учитывают не только действие
    максимальных распределённых нагрузок, но и действие остаточных напряжений
    при сварке.

  3. Вид сварного дефекта. А также его величина и место его возникновения.

  4. Механические свойства сварного соединения. Это предел прочности, текучесть,
    ударная вязкость, пластичность, сопротивляемость коррозии, сопротивление усталостному
    разрушению и т.д.

  5. Условия, при которых изделие эксплуатируется. В основном, это характер
    окружающей среды.

  6. Функции, которые должно выполнять изделие. Существует даже такой термин:
    "пригодность для данной цели". Т.е. один и тот же дефект в сварном
    шве может быть допустим для выполнения одной задачи, и недопустим для выполнения
    другой.

Для принятия решения о допустимости дефектов того, или иного типа и величины,
необходимо, чтобы измерительная способность прибора для контроля дефектов была
выше, чем допустимая величина дефекта. Т.е., если в сварном шве допускаются
дефекты, величиной не более 2мм, то нельзя использовать для контроля этого шва
прибор, с измерительной способностью 5мм.

Для того, чтобы определить максимальную величину допустимого дефекта, необходимо
иметь ввиду, что дефекты сварных швов увеличивают, главным образом, способность
стали к усталостному и хрупкому разрушению.

Для разрушений такого вида, наибольшую опасность представляют плоскостные дефекты
(микротрещины, макротрещины, непровары). В случае их выявления, нужно обратить
внимание не только на максимальные размеры отдельно взятых дефектов, но и на
их взаимное расположение и на их количество.

Опасность плоскостных дефектов заключается в том, что они являются концентраторами
высоких напряжений из-за отсутствия радиуса закругления у трещин. Пространственные
дефекты, такие, как поры, газовые пузыри или какие-либо включения имеют какой-либо
радиус закругления, поэтому, представляют собой меньшую опасность, даже при
большем количестве.

При маленьком закруглении у основания трещины, для того, чтобы оценить действующие
в ней напряжения, применяют коэффициент интенсивности напряжений К1, позволяющий
оценить механику разрушения. Коэффициент интенсивности напряжений возможно определить
в том случае, если напряжение, необходимое для разрушения, меньше предела текучести
материала. Определяется он по формуле:

Дефекты сварных швов. Виды дефектов сварных швов

где а — величина (высота) наружного дефекта, или половина величины внутреннего
дефекта;
бm — напряжение при растяжении;
бв — напряжение при изгибе;
Мm и Мв — коэффициенты, величина которых определяется отношением величины дефекта
к толщине детали и расположением дефекта;
Q — коэффициент, зависящий от формы дефекта.

Для сварных соединений, не подвергаемых отжигу после сварки, с целью уменьшения
внутренних напряжений, для оценки допустимости сварных дефектов необходимо использовать
расчёт критического раскрытия трещины (COD). Вычисление коэффициента К1, или
нахождение величины критического раскрытия, даёт возможность с высокой точностью
определить величину возможного допустимого дефекта сварного шва.


Источник

Author: serj