Виды брака при сварке

Обновлено: 29.04.2024

Начинающие сварщики, самостоятельно ремонтирующие металлоконструкции и детали, нередко допускают дефекты сварки, снижающие прочность швов. Они растрескиваются, пропускают воду, разрушаются под нагрузкой. Существуют способы выявления и устранения дефектов сварных швов и соединений, снижающих прочность смонтированных конструкций, заваренных деталей.

В обзоре представлены все виды последствий нарушения технологии, способы восстановления поврежденных участков.

Причины образования дефектов

Изъяны при сварке возникают по объективным и субъективным причинам. Каждый вид металлопроката характеризуется свариваемостью. Этот показатель зависит от компонентного состава сплава, способа производства проката. Для плохо свариваемых деталей в технологические карты сразу закладывается большой процент брака.

Основные виды дефектов сварных соединений:

нарушение целостности металла;
деформация конструкций или деталей из-за возникновения внутренних напряжений;
нарушение формы сварного шовного валика;
несоблюдение геометрических параметров наплавочного валика;
структурные изменения металла (размера зерна в области фазового перехода сварного соединения).

Внешние дефекты не так опасны, как внутренние, невидимые. Они выявляются неразрушающими методами контроля. Самостоятельно делать ответственные сварные швы рискованно. Лучше обратиться к профессионалам.

Основные причины нарушения целостности сварных шовных валиков и зоны термовлияния:

некачественная обработка стыков: плохо зачищенная окалина, ржавчина, остатки оксидной пленки, жирные пятна, загрязнения;
применение наплавочной проволоки или электродов, не соответствующих основному металлу;
неисправность сварочного аппарата;
неправильная установка рабочих параметров: силы тока, напряжения на регуляторах сварочника;
неправильная укладка деталей, не учитывается коэффициент линейного расширения;
несоблюдение интервала между электродом и деталью, не поддерживается определенная длина дуги.

Виды дефектов сварных швов

Полная классификация возможных нарушений наружной и внутренней структуры сварных швов представлена в ГОСТ 30242-97. Возникновение наружных дефектов сварных швов нередко сопровождается глубинными нарушениями структуры сплава. Они возможны при любом способе сварки, делятся на наружные, внутренние и сквозные. О каждом виде изъянов сварных соединений стоит рассказать подробнее.

Наружные

Выявляются при визуальном осмотре. Большинство наружных дефектов сварных швов устраняются в процессе работы.

Причина трещин – несоблюдение температурного режима. Горячие формируются при высоких температурах свыше 1100°С. Холодные при недостаточном разогреве поверхности (до 200°С). При трещинах металл становится менее пластичным, разрушается под нагрузкой.

Подрезы – наиболее встречающиеся дефектные нарушения сварных шовных валиков: между наплавкой и деталью видны углубления. Причины:

слишком высокое напряжение электродуги, сварные заготовки истончаются;
одна деталь проваривается сильнее, ванна расплава смещается от центра зазора.

При подрезе прочность соединения снижается, сварной шов приходится проходить еще раз.

Прожоги характерны для сварки тонкостенных изделий. Их удается избегать опытным сварщикам. К прожогу нередко приводит неуверенное управление электродом. Слишком высокий ток – еще одна причина.

Свищи – крупные раковины, похожие внешне на воронку. Они ухудшают внешний вид сварного шва, видны сразу. Их устраняют вторичной проходкой.

Кратер характеризуется рыхлостью металла, его усадкой. От них нередко идут трещины по поверхности. Возникают в области непровара при отключении или отрыве электродуги от поверхности заготовки.

Наплыв – вылившийся избыточный металл: наплавка расползается без образования надежного сварного шва, нет прочного диффузного слоя. Электродуга не успевает проплавить заготовку из-за недостаточного напряжения. Другая причина – плохо зачищенные кромки, остатки окалины не расплавляются.

Внутренние

Внешне невидимые, но нарушающие структуру металла изъяны самые коварные. Внутренние дефекты вне зависимости от причин возникновения недопустимы на сосудах высокого давления, трубопроводах, деталях, работающих на излом.

Отпотина или трещина бывает:

холодная – появляются после остывания наплавки и диффузного слоя вследствие остаточных напряжений в области разогрева;
горячая – продольные или поперечные растрескивания, возникающие в металле на границе формирующегося зерна.

Горячие трещины на фазе формирования кристаллической решетки в легированных сплавах:

из-за нарушения технологического процесса (не те электроды, рабочий ток);
при непредвиденном отключении сварочного аппарата во время замыкания по падающей капле.

Природу трещин установить несложно. Горячие появляются сразу, характерны для массива шва, области термовлияния, если допущен перегрев или температура ниже точки плавления. Холодные формируются постепенно, пока идут фазовые превращения жидкой массы в кристаллическую решетку. Возможные причины:

не успевшие выделиться молекулы водорода (недостаточный разогрев);
высокая влажность воздуха на рабочем месте;
плохая экранизация расплава защитной атмосферой.

Поры классифицируются по размеру, месту расположения. Они возникают:

из-за инородных тел, попадающих в сварочную ванну (окислы и шлаковые включения, чешуйчатость ржавчины, влага, вольфрамовые частички от неплавящегося электрода могут стать причиной образования газовых пузырей);
если расплав недостаточно хорошо защищен (с обмазки выделяется мало шлака, тонкий слой флюса, сдувает защитное облако газа);
когда нарушается технологический процесс (не выдержана температура предварительного нагрева заготовок, не подготовлены электроды, неправильно выставлен сварочный ток).

Шлак остается в порах, если нарушена технология. Вольфрам попадает при недостаточном экранировании ванны инертным газом. Оксидные пленки остаются при плохой зачистке свариваемых поверхностей.

Непровар – дефект, характерный для начинающих. Стык между деталями недостаточно заполнен, толщина диффузного слоя неравномерная. Чаще выявляется при многослойной проходке глубоких кромок, когда не производится промежуточная проковка и удаление окалины. Другие возможные причины:

плохая подготовка заготовок;
слишком плотная установка деталей, маленький зазор;
высокая скорость сварки (наплавка не успевает заполнить пустоты);
отклонение электрода (расплав образуется рядом со стыком, а не над ним);
неправильно установленный рабочий ток (электроду для расплавления не хватает ампеража).

Пережог (его еще называют перегревом) характерен при несоблюдении технологии сварки: когда ток больше, чем нужен, а скорость низкая. Нарушается структурная решетка: зерна в шве формируются слишком крупные, металл становится хрупким из-за критической ударной вязкости. Дефект не устраняется термообработкой, влияющей на микроструктуру, необходимо делать глубокую зачистку, а затем заделку области пережога.

Сквозные

Просветы определяются визуально или при проверке герметичности. Главная причина сквозных дефектов – прожоги. Характерны для тонкостенных деталей, электрод насквозь прожигает металл рядом с наплавленным шовным валиком. Причина прожога – несоблюдение технологического процесса:

большой зазор между свариваемыми заготовками;
повышенный ток;
низкая скорость перемещения электрода;
прекращение подачи защитного газа.

При образовании отверстия ванна расплава не формируется, металл утекает за ее пределы.

Контроль качества сварных соединений

Сварщик несет индивидуальную ответственность за качество работы. Недопустимые дефекты – такие, при которых изделие или конструкцию нельзя эксплуатировать. Поврежденный сварочный шов может лопнуть под воздействием окружающей среды, силовой нагрузки. Контролеру необходимо выявить тип дефекта, место его расположения, размер. В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации выбирает методы контроля.

ВИК (визуально-измерительный) – самый простой и доступный. Соединение измеряют, осматривают. Для улучшения визуализации используют лупы, реже микроскопы (смотрят зернистость застывшего металла).

Цветная дефектоскопия используется для выявления трещин, несплошностей, наплывов в области сварных швов.

Диагностические методы с использованием приборов (радиационный, ультразвуковой, магнитно-резонансный) определяет внешне невидимые дефекты образованного металлического слоя, зон фазового перехода, где возникают внутренние напряжения. Место сварки покрывают тремя типами химических средств. Сначала очистителем (ацетоном или другими растворителями) подготавливают поверхность. После этого сварной шов из пульверизатора или кисточкой покрывают индикатором-пенетрантом, подходящими к данному виду стали или цветного металла. Затем проявителем. Через несколько секунд несплошности становятся видны. Индикаторную пленку после осмотра сварного соединения снимают сухой тканью и салфеткой, следов на деталях не остается.

Способы устранения дефектов сварных швов

Допускаются только незначительные по размеру изъяны, не влияющие на прочность соединений. Большинство дефектов сварочных швов, выявленных в ходе контроля, необходимо устранить. Они ухудшают эксплуатационные свойства металлоконструкций, могут стать причиной аварии, разгерметизации трубопроводов или сосудов.

Методика исправления недостатков сварки зависит от вида дефектных нарушений:

Пористость, выявленную визуально или методом неразрушающего контроля, вырубают. Швы проваривают заново с соблюдением технологии, снижающей риск образования газовых полостей на поверхности и внутри металла.
Свищи по природе схожи с глубокой пористостью, отличаются образованием воронок различной глубины. Неустранимые подваркой нарушения шва вырубают. Делают обрубку и зачистку дефектного участка, если массивный валик позволяет такую корректировку.
Подрезы по линии диффузного слоя обычно бывают на сверхнормативно направленных валиках. Их убирают зачисткой или дополнительной наплавкой металла.
Непровары случаются, когда кромки плохо разогреваются при образовании ванны расплава. Дефект, обнаруженный во время приемки изделия, корректируют новой проходкой. Участок шва с дефектом удаляют болгаркой или механически вырубают, после этого заполняют расплавом.
Наплывы или подтеки снимают шкуркой, как регламентировано в стандарте. Объемные дефекты предварительно срубают, затем проводят зачистку шкуркой допустимого размера или напильником. После подготовки кромок снова наплавляют валик.
Шлаковые вкрапления, снижающие прочность на разрыв, видимые или выявленные аппаратурой, удаляют механически, образовавшийся зазор тщательно проваривают, после этого доводят валик до нужных параметров.
Отклонения валика от допустимых геометрических размеров:

в сторону увеличения устраняют зачисткой, срубанием излишков металла;

в меньшую – подваркой шва.

Качество соединения зависит не только от профессионализма сварщика. Скачки напряжения в сети гасят не все сварочники, некоторые начинают хуже работать. Появлению пор способствует окисление ванны расплава, насыщение стали водородом, азотом. Какой бы ни была причина прогаров, наплывов или других дефектов, их необходимо после обнаружения обязательно устранить, переварить металл или хорошо зачистить валик. Дефекты ухудшают не только внешний вид соединения, но и снижают сопротивляемость металла к механическим разрушениям под ударной, динамической крутящей или однонаправленной статической нагрузкой.

Типичные сварочные дефекты и виды брака

Сварочное соединение металлов позволяет получать конструкции высокой прочности со структурно объединенной зоной неразъемного контакта. Процесс, связанный с локальным плавлением, имеет свои особенности, поэтому [сварка] выполняется по технологии, не допускающей отклонений от режима. Любое нарушение по длительности, температуре, чистоте металла приводит к возникновению дефектов.

Причины возникновения, описания и методы устранения сварочных дефектов описаны в специальной литературе и регламентированы в ГОСТ 30242-97. Классификация брака предусматривает разделение на три группы — наружные (поверхностные), внутренние (структурные) и сквозные, проходящие через всю толщину шва или части соединяемых фрагментов.

По мере углубления все виды брака при сварке разделяют на основные группы по внешним признакам и характерным особенностям:

полости, пузыри и поры в металле;

наличие твердых посторонних включений в металл;

несплавление металла в области контакта;

кратеры, неровности, рубцы и прочие неклассифицированные отступления от стандартов.

Любая неоднородность в шве и прилегающих к нему участках металла вызывает перераспределение сил, при котором прочность соединения и стойкость шва значительно снижаются. В ответственных конструкциях и нагруженных деталях это приводит к полной утрате свойств.

Наружные сварные дефекты и брак шва

Основные виды дефектов сварного соединения (шва) имеют общую особенность происхождения — они связаны с человеческим фактором. Причина их возникновения кроется в нарушении температурного режима, использовании неисправной техники, неправильном обращении с металлом, небрежности при подготовке к сварке. Часто к возникновению дефекта приводит неверный выбор сварочной технологии.

Трещины после сварки

Различают их по возникновению в зависимости температурных изменения и направления — холодные и горячие, продольные, поперечные и радиальные по направлению. В зависимости от сварочной технологии, трещина может иметь разную глубину. Горячие возникают при нагреве металла до 1100 — 1300 С. Их появление связано с неравномерным распределением температуры и вызванным им натяжением металла. Холодные появляются при остывании металла примерно при 120 С. Еще одна причина — присутствие посторонних веществ, атомов водорода в исходной стали. Возможно появление трещин при электрической и [газовой (ацетиленовой) сварке].

Сварочный подрез

Брак появляется при неравномерном прогреве заготовок, когда часть расплавленного металла оттекает на другую сторону. Внешне подрез выглядит как канавка между основным телом детали и сварочным наплывом. При неравномерной проплавке шва подрез появляется быстро, что приводит к снижению прочности соединения. Металл в зоне подреза имеет измененную пластичность. Устраняют сварочный подрез зачисткой шва и переваркой. Проблема типична при использовании дуговой и [аргоннодуговой сварки] с недостаточным контролем за напряжением дуги.

Сварочный наплыв

Дефект связан с излишне медленной сваркой и недостаточным контролем температуры. При слабом прогреве металла часть расплавленной массы натекает на одну сторону, не создавая с ней достаточно сцепления. Наплыв может быть плохо заметным при осмотре, но в большинстве случаев это место, где не произошло соединения расплавленных масс, несплавление металла. Шов может развалиться при минимальных нагрузках. При выявлении наплыва его удаляют механически, шов переваривают.

Сварочный кратер

Дефект может возникнуть при резком обрыве дуги или прекращении подачи [плазменной струи]. Небольшое углубление в конце шва как правило связано с другим дефектом — внутренним непроваром на локальном участке. При усадке и остывании металла в зоне кратера могут появиться трещины напряжения, что делает шов полностью непригодным. Кратер зачищают до полного выравнивания, участок переваривают. Часто он располагается на концах коротких швов, когда сварщик с недостаточной квалификацией резко обрывает дугу.

Внутренний сварочный брак — свищ, непровар шва, поры

Дефекты сварочного соединения внутреннего расположения — это свищи, непровары и поры. Для их выявления может быть недостаточно внешних признаков. Особенно опасно при изготовлении нагруженных конструкций перерождения пор в свищи. Этот вид брака может сочетаться с непроваром, когда специалист имеет дело с деталями большого сечения или отклонением электрода от оси шва. Непровар обычно дает эффект значительного снижения прочности.

Поры и свищи вдоль шва образуются при подадании в зону нагрева частиц шлака и возникновении газовых пузырей. По линии свищей в дальнейшем пойдет трещина. Последствия непровара зависят от глубины дефекта.

Устраняют брак зачисткой, перевариванием. В зоне непровара следует тщательно обработать кромки и контактные поверхности.

Сквозной прожог при сварке

Поры и свищи, прошедшие через всю толщину металла относят к сквозным дефектам. Не менее серьезен по последствиям сварочный прожог металла, возникающий при превышении температуры, передержке дуги, неправильной оценке толщины стали. Причиной прожога может быть значительное окисление металла.

Основные способы устранения сварочных дефектов и брака.

Основные способы устранения сварочного брака и дефектов соединений хорошо известны и указаны в ГОСТах и ТУ.

Метод заварки пригоден для больших трещин, которые предварительно высверливают по концам и зачищают.

Внутренние дефекты в виде трещин и непровара, в том числе и обнаруженные посторонние частицы удаляют вырубкой и перевариванием.

Для устранения подреза допускается наваривание тонких слоев металла или наплавка.

Наплывы срубают, счищают, срезают в зависимости от твердости и размеров. Несплавления в зоне наплыва переваривают полностью или послойно.

Появление внешних признаков сварочного дефекта говорит о том, что структура металла в месте контакта нарушена. Не устраняя дефект, вы получаете реальный брак в детали и непрочную конструкцию, которая не будет служить долго.

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:

наружные дефекты. К данной группе относят неравномерность формы стыкового соединения, наплывы, трещины, прожоги металла, подрезы шва, кратеры и другие изъяны, возникающие на поверхности. Обнаружить их можно при визуальном осмотре;
внутренние дефекты. Это может быть некачественное сплавление металла, пористость и трещины, сторонние включения (оксидные, шлаковые и неметаллические) и другие, находящиеся внутри шовного соединения;
сквозные дефекты. Сюда относят трещины, подрезы, прожоги и другие повреждения, которые изнутри проходят на внешнюю поверхность сквозь шовное соединение.

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:

неправильное расположение стыков;
резкое охлаждение места сварки;
неправильный выбор материалов;
кристаллизация металла вследствие чрезмерно высоких температур.

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:

использование некачественных расходных материалов для сваривания элементов;
несоблюдение сварочных технологий;
низкое качество металла, из которого создаются конструкции;
некачественное или неисправное оборудование;
неправильный режим сварки;
технологические ошибки, вызванные низкой квалификацией сварщика.

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:

визуальный осмотр и обмер стыковочных швов;
испытания стыков на непроницаемость;
определение дефекта сварного соединения специальными приборами;
испытания образцов на прочность в лабораторных условиях.

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:

обдуванием или заполнением швов воздухом;
поливом струей воды или наполнение отсеков водой под давлением;
смазыванием швов керосином.

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:

прожоги исправляют тщательной зачисткой стыка с последующей его заваркой;
для устранения подрезов выполняется наплавка тонкого соединения по всей линии дефекта;
исправление трещины осуществляется методом ее полного рассверливания, вырубкой шва на проблемном участке, очисткой поверхностей и повторным завариванием с соблюдением сварочной технологии и действующих нормативов;
непровары удаляются путем их вырезания и повторного сваривания;
свищи и кратеры вырезаются до достижения основного металла, после чего по-новому завариваются;
наплывы аккуратно срезаются, но при этом обязательно следует проверить срез на предмет наличия непровара;
деформация при сварке устраняется термическим или термомеханическим способом;
все типы дефектов с посторонними включениями устраняют вырезкой и завариванием.

Если в ходе обследования обнаружены технологические дефекты сварных соединений труб, то устранять их следует строго в соответствии нормативных требований одним из методов:

механическим без последующей заварки;
механическим с завариванием места выборки;
вырезкой участка трубы, на котором присутствует дефект;
полным удалением шовного соединения и выполнением нового.

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:

предварительный. Включает проверку марки металла, качества заготовок, кислорода, присадочной проволоки и других расходных материалов;
контроль в ходе сварочных работ. Подразумевает постоянные проверки режима сварки, исправности оборудования, осмотр швов и измерение их специальными шаблонами. При выявлении отклонений от установленных стандартов сразу же можно провести удаление дефектов сварных соединений;
контроль готовой конструкции. Внешние дефекты можно увидеть при обычном осмотре. При необходимости стыки проверяются на плотность, а также подвергаются другим испытаниям.

Все методы контроля сварных соединений разделяются на две группы – разрушающие и неразрушающие. Как правило для выявления дефектов применяются неразрушающие методы, к которым принадлежат:

внешний осмотр: ;
магнитный контроль;
цветная дефектоскопия;
радиационная дефектоскопия;
капиллярная дефектоскопия;
контроль стыков на проницаемость и другие методы обнаружения дефектов сварных соединений.

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.

Напряжения и деформации в сварочных соединениях

Прочность конструкции и качество сварочного шва находятся в прямой связи. Любая [сварка] связана с нагреванием и остыванием металла, а это означает, что материал будет подвергаться структурным и объемным изменениям с вероятными остаточными напряжениями.

Отчего возникают сварочные деформации напряжения

Причина напряжения в металле при сварке — это прежде всего вызванные нагревом изменения. По мере нарастания температуры происходит размягчение и плавление, а в момент достижения предела температуры текучести нарастают структурные факторы. Особенно ярко проявляются деформирующие эффекты при сваривании сталей разного сорта. Это объясняется:

различиями в температуре плавления;

разницей в крупности кристаллического зерна, особенностях структурных связей;

наличием в стали углерода — эти сорта имеют крайне низкие способности к свариванию;

перестройкой структуры металла по мере нагрева и остывания.

Специалистам известно, что наилучшие показатели сваривания присущи нелегированным сортам стали с низким и средним содержанием углерода. В процессе сварки в них формируются новые структуры, со своими особенностями взаимодействия и разной подвижностью. Именно эти особенности и приводят к временному и остаточному напряжению в сварочном шве.

Элементы структуры стали и внутренние напряжения

Под воздействием высокой температуры в стали происходят структурные изменения. Взаимодействующие компоненты состава металла образуют свои кристаллические формации.

Аустенит — растворенный в железе твердый углерод, который начинает возникать при температуре от 723 С. В зависимости от концентрации, аустенит может сохраняться в металле до температур от 1100 до 1350 С, поддерживая высокую подвижность металлического зерна. Такая сталь при постепенном охлаждении сохраняет пластичность, потому напряжения в ней оказываются незначительными. Часть аустенита остается в металле после остывания.

Цементит, он же карбид железа обладает высокой твердостью поверхности, потому ограничивает подвижность зерна в ромбовидной решетке.

Феррит формируется при сварке в присутствии флюса и обеспечивает хорошую пластичность металла за счет округлости зерен. Образуется при остывании стали и поддерживает ее пластичность.

При смешивании феррита и цементита образуется пластинчатый или зернистый перлит с вытянутыми или округлыми зернами. Быстрое охлаждение металла приводит к замене перлита трооститом.

Зерна мартенсита относятся к неравновесным структурным элементам стали, существующим только в определенном температурном диапазоне (от 750 до 900 С). Закалка стали с быстрым охлаждением приводит к фиксации мартенсита в структуре, что придает металлу повышенную прочность, но ограничивает пластичность.

Если речь идет о легированной стали, то при изменении температур в ее структуре появляются нитридные и карбидные элементы перечисленных структурных компонентов. Разные размеры, время и условия существования кристаллических зерен и определяют возникновение напряжений.

Диагностика сварочного напряжения

[Методы выявления сварочного брака] рассчитаны обнаружение [дефектов сварных швов], часть из которых связана с возникшими в процессе напряжениями. Их принято классифицировать как остаточные (внутренние) и поверхностные. Условия для первых формируются при остывании стали.

Внутренние деформирующие напряжения

Усадка металла после сварки, угловая деформация, внутренний разрыв возникают при внутреннем напряжении, которое может быть не выявлено методами визуального осмотра. Серьезные проблемы возникают, если напряжение нарастает по мере использовании сварной детали. Сокращается срок эксплуатации конструкции, растет риск разрушения шва, потери прочности и разрушения.

Поверхностные дефекты

Поверхностные напряжения выявляются по видимому короблению деталей, расхождению швов, появлению трещин при превышении предела прочности металла. В отдельных случаях, в зависимости от степени ответственности детали, допускается переваривание шва, закрытие трещин.

Объемное напряжение

Наиболее опасно с точки зрения целостности и предсказуемости детали объемное напряжение с признаками внутренней и внешней деформации. Практически невозможно определить силу, направление и развитие деформации, если напряжение связано с разницей в структурной сетке металла с разнонаправленными внутренними линиями растяжения и сжатия.

Последствия напряжения сварного шва

Последствия напряжения различают и по характеру деформации — упругая поверхностная может быть устранена или постепенно сойдет сама в процессе остывания. Пластическая деформация шва необратима, устранить ее без переваривания практически невозможно, при этом изменяется структура металла и его прочностные свойства.

Равномерность распределения

При оценке деформации используется коэффициент неравномерности, который позволяет учесть направление сил напряжения и заранее принять профилактические меры. Например, неравномерность будет выраженной, если часть заготовки контактирует с массивными холодными тисками, фиксируется ими, а при остывании именно в этой зоне формируется зона наибольшего напряжения. Имеет значение и разница в габаритах деталей — больший размер связан с изменением динамики нагрева и остывания, при соединении с фрагментом меньшего размера возникает неравномерно распределенное усилие.

Профилактика и снятие напряжений металла при сварке

Основным способом предотвращения напряжений в сварочном шве можно назвать правильный выбор стали для соединения. Чем ближе по составу и структуре соединяемые фрагменты, тем меньше вероятность напряжения и последующей деформации. Особое внимание уделяют качеству и [технике сварки тонких металлов инвертором], так как небольшая толщина металла — это условие для разрыва и активного коробления.

Способы уменьшения сварочной деформации

Помогает избежать коробления и внутренних напряжений использование коротких швов, не пересекающихся соединений. Тщательная зачистка кромок позволяет плотно смыкать детали при стыковой сварке.

Опытный сварщик уравновешивает напряжения, используя подготовку кромок в виде параболических треугольников с взаимно совпадающей встречной кривизной — поверхности с изгибом распределяют нагрузку при деформации навстречу, компенсируя ее. Применяется методика сварки по оси симметрии деталей разной толщины, чтобы уравновесить деформирующие силу при остывании.

Для компенсации используются вставки из мягких и плавких металлов, тиски с подогревом и охлаждением губок. В практике сварки больших по размеру конструкций предусмотрено использование механических зажимов. При неизбежности нарастания напряжения может использован последующий отжиг металла. Методы борьбы с угловыми деформациями построены на предварительном напряжении зоны шва и отклонении заготовок.

Сварочные напряжения и деформации

Образование напряжений и деформаций при сварке обычно связано с несоблюдением технологических требований. Такие соединения ненадежны, так как на швах могут появиться трещины, снижающие прочность. После деформации при сварке геометрические параметры могут измениться настолько, что конструкция будет непригодна для эксплуатации.

Определение сварочных напряжений и деформаций

Сварочные напряжения ― это воздействия, приложенные к поперечному сечению. По направленности они могут быть:

растягивающего действия;
изгибающего;
крутящего;
сжимающего;
срезающего.

Сварочные деформации ― это искажение формы под действием прилагаемых сил. Нарушения могут проявиться не сразу после завершения сварочных работ, а во время эксплуатации из-за увеличения нагрузки. В лучшем случае снизится антикоррозийная устойчивость, в худшем ― разрушится конструкция.

Сварочные напряжения ― это воздействия, приложенные к поперечному сечению.

Сварочные деформации ― это искажение формы под действием прилагаемых сил.

Причины возникновения

Причины образования деформаций и напряжений при сварке подразделяются на основные и побочные категории. К первым относят те, которые возникают во время сварки, поэтому неизбежны. Вторые нужно предотвращать.

Основные причины возникают как следствие:

Неравномерного нагрева сварочной зоны и прилегающих участков. Более горячий металл расширяется больше чем холодный, поэтому между слоями с разной температурой начинает концентрироваться напряженность. Ее величина определяется степенью нагревания и коэффициентом теплового расширения. Чем больше эти значения, тем выше вероятность нарушения геометрии конструкций.
Усадки. Когда при охлаждении после сварки металл переходит из жидкой фазы в твердое состояние, объем уменьшается. Этот процесс сопровождается растягиванием прилегающих участков с образованием напряжений, направленных вдоль или поперек шва. Продольное воздействие изменяет длину соединения, а поперечное способствует образованию угловой деформации.
Структурных изменений. При сварке высокоуглеродистой или легированной стали с большим нагревом происходит процесс закаливания с изменением объема и коэффициента теплового расширения. Это явление создает напряжения, приводящие к образованию трещин внутри и на поверхности швов. У сталей, в составе которых углерода меньше 0,35%, структурные изменения настолько малы, что не оказывают существенного влияния на качество сварных соединений.

К побочным причинам причисляют:

неправильный выбор электродов или режимов сварки, некачественная подготовка деталей перед сваркой, другие нарушения технологии;
неверный выбор вида швов или малое расстояние между ними, большое количество точек пересечения соединений и прочие конструктивные ошибки;
неопытность сварщиков.

Классификация напряжений и деформаций

В зависимости от причины образования напряжения называются тепловыми и структурными. Первые возникают во время нагрева/остывания, вторые возникают при структурной перестройке металла. При сварке легированных или высокоуглеродистых сортов стали они проявляются совместно.

По месту действия напряжения присутствуют в границах конструкции, зернах, кристаллической решетке металла. По виду напряженного состояния их называют:

линейными, с односторонним действием;
плоскостными, действующими по двум направлениям;
объемными, распространяющиеся по трем осям.

По направленности продольные напряжения действуют вдоль сварного соединения, а поперечные перпендикулярно.

Деформацию конструкции, которая происходит в процессе сварки, называют общей, а если изменяются размеры и форма только одной или нескольких деталей ― местной. По продолжительности существования действие временных сварочных деформаций проявляется только в процессе соединения деталей. После охлаждения геометрические параметры восстанавливаются. Остаточной называют сварочную деформацию, которая остается неизменной после устранения причины появления. Если геометрические параметры восстанавливаются после завершения сварки, деформации называются упругими, если нет ― пластичными.

Как предотвратить возникновение

Для снижения величины сварочных напряжений и деформаций при подготовке к работе специалисты рекомендуют:

при проектировании выполнять расчет деформаций для правильного формирования сечения сварочных швов, припусков для усадки;
располагать швы симметрично по отношению к осям узлов;
не проектировать соединения так, чтобы больше трех швов пересекались в одной точке;
прежде чем приступить к сварке, проверить, нет ли отклонений величины зазоров на стыках от расчетных величин;
не проводить швы через места концентрации напряжений.

Для уменьшения деформаций и напряжений во время работы применяют следующие приемы:

создавать на соединениях очаги дополнительной деформации с действием, противоположным сварке;
швы длиной больше 1 м разбивать на отрезки длиной 10 — 15 см и сваривать обратноступенчатым методом;
подкладывать под стыки медные или графитовые прокладки для снижения температуры сварочной зоны;
соседние швы сваривать так, чтобы деформации компенсировали друг друга;
для сварки деталей из вязкого металла применять технологии, которые обеспечивают снижение величины остаточных явлений;
делать размер швов меньше, если это допускается условиями эксплуатации;
по возможности выполнять соединения с меньшим числом проходов;
при наложении двухсторонних швов слои наплавлять попеременно с каждой стороны;
предварительно выгибать края заготовок в направлении, противоположном действию деформации, когда сварка завершится, они вернутся в исходное положение;
не делать много прихваток;
для ускорения сборки и снижения величины деформаций небольшие узлы сваривать в кондукторах.

Методы устранения напряжений

Для снятия напряжений пользуются отжигом и механической обработкой. Первый способ применяют в случаях, когда требуется обеспечить высокую точность размеров. Местный или общий отжиг проводят при нагреве до 550 — 680⁰C в три стадии: нагревание, выдержка, охлаждение.

Для механического снятия напряжений используют обработку проковкой, прокаткой, вибрацией, взрывом, чтобы создать нагрузку с противоположным знаком. Для горячей и холодной проковки используют пневматический молот. Обработку вибрацией проводят устройством, которое генерирует колебания с частотой в диапазоне 10 — 120 Гц.

Способы снятия напряжений, минимизации деформаций и правки выбирают в зависимости от размеров и формы деталей, сложности конструкции.

Методы устранения деформаций

Дефекты устраняют термическим с местным или общим нагревом, холодным механическим, термомеханическим способами. Для правки термическим методом с полным отжигом конструкцию закрепляют в устройстве, которое создает давление на искривленный участок, затем нагревают в печи.

Способ локального нагрева основан на сжимании металла при остывании. Для исправления дефектов искривленное место греют горелкой или сварочной дугой. Так как прилегающие участки остаются холодными, зона нагрева не может значительно расшириться. После охлаждения растянутый участок выпрямляется.

Термическим способом выправляют любые виды деформаций, однако при работе с тонкостенным металлом следует учитывать его особенности:

тепло при местном нагреве тонких стальных листов быстро распространяется по всей площади, поэтому величина усилия сжатия оказывается недостаточной для исправления дефекта;
температура локального нагрева тонкостенного металла не должна превышать 600 — 650⁰C, поскольку при увеличении температуры начнется образование пластических деформаций даже при отсутствии напряжения.

При механической правке растянутые участки деформируются внешними нагрузками в обратном направлении. Дефекты устраняют применением изгибания, вальцовки, растяжения, ковкой, прокаткой роликами.

Термомеханическую правку проводят с подогревом растянутого участка до 700 — 800⁰C и внешнего воздействия. Для выправления участков с большим растяжением сначала из избытков металла холодной рихтовкой формируют выступы в форме куполов. Затем по отдельности нагревают и резко охлаждают.

Способы снятия напряжений, минимизации деформаций и правки выбирают в зависимости от размеров и формы деталей, сложности конструкции. При этом учитывают эффективность метода, трудоемкость, величину финансовых затрат.

Читайте также: