Технология сварки - один из наиболее эффективных и экономичных методов соединения деталей из металла, который применяется в строительстве, приборо- и машиностроении, энергетике, транспортной отрасли и других областях народного хозяйства. Дефекты сварных швов могут стать серьезной проблемой, снижающей качество производства и срок эксплуатации металлоконструкций . Они ослабляют соединение, приводят к потерю конструкцией прочности и сокращают эксплуатационный ресурс изделий. Чтобы делать выводы о качестве сварки, следует учитывать, что:
- дефекты сварных швов могут поставить под угрозу целостность конструкции и их нужно избегать;
- существует различные разновидности дефектов сварного шва, каждый из которых имеет свои особенности и причины;
- чтобы получить высококачественный шов, необходимо уметь классифицировать, контролировать и предотвращать появление основных дефектов сварочных соединений.
Мы рассмотрим наиболее распространенные типы дефектов сварных швов, основные причины их возникновения, а также методы, с помощью которых можно определить появление областей некачественного соединения металла.
Что такое дефекты сварки – определение по ГОСТ
Дефекты сварных швов и соединений - это недостатки, образовавшиеся в контактной зоне, которые ставят под угрозу структурную целостность изделия, его функциональность или эстетическую привлекательность. Неровности, нарушающие сварной шов, классифицируются как дефекты сварного шва в соответствии с ГОСТ 30242-97. С другой стороны, дефекты, не нарушающие структуру сварного шва, классифицируются как допустимые. Их пределы соответствуют стандартам ГОСТ Р 54792-2011.
Дефекты сварных швов и соединений - это недостатки, образовавшиеся в контактной зоне, которые ставят под угрозу структурную целостность изделия, его функциональность или эстетическую привлекательность. Неровности, нарушающие сварной шов, классифицируются как дефекты сварного шва в соответствии с ГОСТ 30242-97. С другой стороны, дефекты, не нарушающие структуру сварного шва, классифицируются как допустимые. Их пределы соответствуют стандартам ГОСТ Р 54792-2011.
Классификация дефектов сварочных швов
Сварка - сложный процесс, требующий тщательного соблюдения технологии для обеспечения успешного результата. Но даже самые опытные сварщики могут столкнуться в работе с образованием дефектов, ставят под угрозу прочность и целостность сварного шва. Устранение недостатков соединения ведет дорогостоящему ремонту, быстрому выходу со строя и отказам оборудования. Рассмотрим несколько самых распространенных видов дефектов сварных швов:
Пористость
Это распространенный дефект шва, который возникает, когда пузырьки газа попадают в свариваемый металл. Пузырьки могут ослабить сварной шов, сделать его более подверженным растрескиванию и коррозии. Образование пор может быть вызвана множеством факторов, в том числе:
- недостаточное покрытие защитным газом;
- плохая техника сварки;
- наличие примесей в основном материале или присадочном металле;
- неполное сплавление расплавленного и основного металла;
- неправильно выбранный режим - слишком высокая скорость, сила тока или напряжения сварки;
- плохое качество электродов.
Чтобы предотвратить возникновение пористости сварного шва, следует предпринять несколько важных шагов. Для этого необходимо:
- обеспечить надлежащее покрытие свариваемых кромок защитным газом, чтобы избежать воздействия воздуха и влаги;
- использовать сухой присадочный материал - влага может вызвать пористость;
- очистить основной металл в зоне плавления и убедиться, что его поверхность не содержит загрязнений, которые могут спровоцировать образование пор;
- использовать правильный метод сварки, чтобы обеспечить прочный и стабильный сварной шов.
Несоблюдение мер предосторожности вызовет в зоне шва появление сферических, трубчатых полостей и червоточин, которые способны разрывать структуру металла и образовывать отверстия по всей поверхности припоя.
Трещины
Одним из самых основных и нежелательных дефектов сварного шва являются трещины. Их геометрия создает высокую концентрацию напряжений в вершине поэтому сварной шов склонен к разрушению. Сварные трещины могут иметь разные размеры, формы и типы – продольные, поперечные, кратеры, лучеобразные и др.
В зависимости от температуры, при которой они возникают, трещины могут быть:
- горячими - возникают при затвердевании и кристаллизации сварных соединений;
- холодными - развиваются в процессе затвердевания металла шва.
К основным причинам, вызывающим растрескивание сварных швов, относится низкая пластичность или наличие загрязняющих примесей в основном металле. Также их могут вызвать сочетание высокой скорости сварки с низким током, затвердевание металла при значительных остаточных напряжениях из-за усадки. Если ведется сварка цветных металлов, к растрескиванию могут привести высокое содержание серы и углерода. При соединении черных металлов могут появиться трещины, если для сварки в качестве защитного газа был использован водород.
Чтобы избежать растрескивания швов в процессе сварки, следует:
- использовать в работе материалы с соответствующими рабочими характеристиками и очищенной поверхностью;
- применять правильные режимы сварки и термообработки, не превышать допустимую температуру плавления металла;
- осуществлять предварительный прогрев металла и снижать скорость остывания шва;
- уменьшать зазор между свариваемыми кромками.
Понимая причины появления трещин и принимая необходимые меры предосторожности, можно предотвратить появление дефекта и обеспечить прочный сварной шов.
Кратер
Является одним из видов трещин сварного шва, возникающих перед и после окончания процесса сварки из-за неправильного заполнения края соединения припоем. Дефект вызывает усиленную усадку металла, в результате чего в начале или конце сварочного шва образуется трещина-кратер.
Исправить ситуацию поможет соблюдение технологии сварки – выбор правильного угла расположения электрода, чтобы уменьшить нагрузку на металл. Угол горелки должен составлять:
- при сварке проволокой - от 10 до 15 градусов в направлении сварного шва;
- при сварке стержневым электродом 20-30 градусов в направлении движения;
- при угловом соединении сварной электрод или проволока размещаются под углом 45 градусов между кромками.
Во время работы следует использовать электрод небольших размеров и применять соответствующие режимы сварки.
Отсутствие соединения
Непровары происходят, когда расплав не может должным образом сцепиться с основным металлом. Это может быть вызвано множеством факторов, в том числе неправильным подводом тепла, некачественной сваркой, плохое покрытие рабочей зоны защитным газом или загрязнением основного металла. Недостаточное проваривание может поставить под угрозу прочность и целостность сварного шва.
Чтобы избежать непроваров, следует:
- перед сваркой убедиться, что металлические кромки в рабочей зоне правильно очищены и подготовлены;
- использовать правильные параметры сварки - ток, напряжение и скорость перемещения электрода;
- контролировать подачу тепла, чтобы избежать пере- или недогрева сварного соединения;
- использовать соответствующий условиям сварки присадочный материал, убедиться, что он совместим с основным металлом.
Чрезмерное проникновение (прогар), как и непровар, также может стать причиной появления нарушений, ведущих к ухудшению соединений. Оно может ослабить основной металл и сделать его более уязвимым к растрескиванию и коррозии.
Подрез
Распространенный дефект, который возникает, когда металл сварного шва не полностью заполняет соединение, оставляя канавку или углубление в прилегающем основном металле. Он возникает вследствие плавления металлической основы вдали от зоны сварного шва и характеризуются длиной, глубиной и остротой. Подрез может ослабить соединение и сделать его более уязвимым для растрескивания и разрушения.
Существует несколько причин подрезов при сварке, в том числе:
- некачественная подготовка шва - плохая очистка кромок или неправильный угол скоса;
- неверная техника сварки - несоответствующая скорость движения или угол размещения электрода;
- некорректные настройки режима сварки - чрезмерное напряжение или сила тока;
- плохая посадка соединений, например, зазоры или несоосность кромок;
- недостаточное покрытие защитным газом, что может привести к окислению и подрезанию.
Дефекты подрезов во время сварки проходят параллельно сварному изделию, вызывая потерю толщины. В результате сварное соединение становится более подверженным усталости. Чтобы устранить подрезы, следует:
- уменьшить скорость передвижения и энергопотребление;
- снизить напряжение дуги или уменьшить ее длину. Обычно напряжение должно составлять от 15 до 30 вольт. Длина сварочной дуги не должна быть больше диаметра сердечника электрода.
- поддерживать угол электрода в пределах от 30 до 45 градусов;
- использовать соответствующую газовую смесь, в зависимости от типа и толщины свариваемого металла.
Подрез относится к категории наружных дефектов сварных швов и хорошо заметен при визуальном осмотре.
Нахлест
Если металл сварного шва осаждается на основной, но не сплавляется с ним, возникает дефект, который называется нахлестом. Его результатом является слабое и ненадежное соединение. Нахлест может быть вызван различными факторами - неправильная техника сварки, несоответствующие режимы работы, плохая подготовка основного металла.
Исправить ситуацию и избежать дефекта поможет:
- проведение надлежащей подготовки основного металла, очистка и удаление всех видов загрязнений (масло, жир);
- использование подходящей техники и параметров сварки, скорости, соответствующей характеристикам металла;
- соблюдение правильного расстояния между электродом и основным металлом.
По завершении рабочего процесса следует осмотреть сварной шов, убедиться в отсутствии дефектов на его поверхности, в том числе нахлеста
Прожог
Дефект сварки возникает, когда сварочная ванна проникает сквозь основной металл, что приводит к образованию в нем сквозного отверстия или полости. Этот дефект может ослабить сварное соединение и ставит под угрозу его структурную целостность.
Прожоги могут возникнуть по разным причинам, в том числе из-за чрезмерного нагрева, неправильной техники сварки и недостаточной подготовки швов. Чаще всего это происходит при соединении тонких металлов, а также при сварке в вертикальном положении или когда соединение деталей ведется над головой.
Устранение дефектов сварных швов в виде прожога ведется при:
- отрегулированных параметрах сварки (ток, напряжение, скорость перемещения), чтобы обеспечить попадание тепла в допустимый диапазон;
- использовании соответствующих методов сварки, чтобы равномерно распределить тепло и избежать перегрева рабочей зоны;
- проведении тщательной подготовки поверхности и срезов кромки для обеспечения хорошего проваривания металла;
- применение низкой силы тока или меньшего размера электрода при соединении тонких материалов.
Для выявления дефектов необходимо осмотреть сварной шов визуально или использовать способы неразрушающего контроля. Визуальный осмотр включает проверку на наличие неровностей поверхности, трещин и пористости. Методы неразрушающего контроля (рентгенографию, ультразвуковой контроль, дефектоскопия) позволяют выявить дефекты металла внутри сварного шва.
