Сегодня сварка используется повсеместно для соединения различных металлических деталей. Она успешно используется как в промышленности, так и в частных бытовых условиях. называется неразъемное соединение деталей посредством сварки. В результате этого формируются различные участки, которые характеризуются определенным набором свойств. Все зависит от степени нагрева. Они могут различаться по физическим, химическим и механическим свойствам. Основные дефекты сварных соединений известны достаточно давно. Их следует избегать в процессе выполнения работы.
Сварка используется для соединения металлических деталей в промышленности и бытовых условиях.
Характеристика и виды сварных соединений
Перед тем как начать разговор о дефектах сварных соединений, стоит подробнее поговорить об их основных видах и характеристиках. Принцип сварки достаточно прост. Расплавленный металл образует шов, который кристаллизуется. Тот материал, который частично оплавляется, составляет зону сплавления. Рядом с этой зоной образуется та, в которой нагретый металл испытывает дополнительные напряжения. Ее называют зоной термического влияния. После этого идет основной металл. Его структура и свойства в процессе проведения работ никак не изменяются.
Классификация сварных швов по положению в пространстве.
Существует несколько основных видов сварных соединений. Наиболее распространенными среди них являются встык, внахлест, тавровые и угловые. Все они различаются между собой установкой основных материалов, расположением шва. На качества шва напрямую влияет множество самых разнообразных факторов. Могут образовываться и внутренние дефекты, и наружные. На качество швов напрямую влияет степень загрязненности металлов, которые подлежат соединению.
Здесь могут присутствовать самые разнообразные окислы, жировые пленки и так далее. Именно поэтому свариваемые поверхности обязательно нужно очищать перед проведением работ. Кстати, в процессе их проведения нужно бороться с окислами, образующимися на поверхности. В любом случае прочность конечного соединения напрямую зависит от отсутствия дефектов. Шов иногда может иметь точно такую же прочность, что и основной материал, но этого достаточно сложно достичь.
О дефектах сварных соединений
Как уже отмечалось ранее, дефекты сварных соединений могут носить самый разнообразный характер. О них обязательно нужно помнить в процессе проведения работ. Если человек имеет багаж знаний по ним, то он сможет сваривать детали, у которых будут идеальные швы. Именно к этому и нужно стремиться.
Таблица основных видов сварных соединений.
- Подрез. Это один из видов дефектов сварных соединений. Представляет собой канавку, которая образуется в месте сплавления основного металла и шва. Чаще всего такие дефекты появляются тогда, когда есть большие сварочные ванны. Имеется в виду, что расплавляется большое количество металла вследствие использования больших показателей тока.
- Наплав. Этот дефект характеризуется тем, что происходит натекание материала шва на основной металл. Очень неприятный недостаток.
- Непровар. Такой дефект сварных соединений может иметь место в тех случаях, когда образуется недостаточная расплавленность основного металла в местах соединений конструктивных элементов. Это место чаще всего заполняется шлаком, который, ввиду своей структуры, образует пористости и пустоты во швах. Это недопустимо. Конструкция сразу теряет свои свойства. Когда используется дуговая сварка, то непровар может образоваться из-за использования недостаточной силы тока. Это один из самых опасных дефектов. Связано это прежде всего с тем что в этом месте начинают образовываться дополнительные напряжения в ходе последующей эксплуатации конструкции. Это очень часто приводит к скорому ее разрушению. От этого дефекта можно избавиться. Для этого непровар выявляют, а затем производят наплавку в сложных участках.
- Трещины. Это частичное разрушение материала на шве или в зоне, которая расположена около него. Они могут образовываться по нескольким причинам. Если говорить о процессе, когда металл еще горячий, то трещины появляются в результате кристаллизации металла. В твердом состоянии с ним могут также происходить самые разнообразные структурные превращения. Это вторая причина появления подобных дефектов.
Дефекты сварных швов: несплавления, неравномерная форма, наплыв, трещины, свищи, перегрев.
Механизм образования горячих трещин достаточно прост. В ходе выполнения сварочных работ происходит нагрев металла. После того как источник тепла устраняется, он начинает постепенно охлаждаться. Разумеется, начинают образовываться и зоны кристаллизации. Они начинают плавать среди еще расплавленного металла. Если бы не было микрозон, которые позволяют осуществлять взаимодействие горячего и холодного материала, то все сварные соединения содержали бы дефекты. Однако этого не происходит. Таким образом, можно считать, что чем выше интервал кристаллизации, тем более возможно появление горячих трещин. Углерод напрямую влияет на этот показатель. Здесь прямая зависимость. Чем больше в стали углерода, тем шире становится интервал кристаллизации.
Холодные трещины могут образовываться в месте шва. Они появляются при охлаждении материала до температуры приблизительно в 200-300 градусов по Цельсию. Они могут появляться не сразу, что делает их более опасными. Связано появление холодных трещин с тем, что в материале начинают возникать различные структурные превращения вследствие тех или иных химических превращений. Здесь существует прямая зависимость от количества в материале углерода. Чем его больше, тем больше вероятность того, что появятся холодные трещины. Эта склонность к образованию холодных и горячих трещин определяет такой параметр, как свариваемость металлов. Этот параметр характеризует способность получения свариваемого соединения, ничем не отличающегося от основных материалов.
Поры и неметаллические включения
Дефекты сварных швов: кратеры, подрезы, поры, непровар, шлак, прожог.
Поры. Эти дефекты сварных соединений встречаются достаточно часто. Поры представляют собой пустоты, которые заполняются газом. Они могут иметь микроскопические размеры, а могут образовывать в структуре дефекты размером в несколько миллиметров. При этом образуются они чаще всего в местах соединения шва с основным материалом. На этот дефект оказывает влияние множество самых разнообразных параметров.
Самым главным из них является концентрация газа в варочной ванне. Газ выделяется из металла в процессе его плавления. Этот процесс никак нельзя предотвратить. Угарный газ не способен растворяться в железе, соответственно, он выделяется в виде пузырьков.
Неметаллические включения. Эти дефекты самих сварных соединений связаны с попаданием инородных включений в структуру шва в результате проведения работ.
Трещины в сварном соединении.
Существует огромное разнообразие таких включений. Шлаковые, к примеру, могут образовываться в результате недостаточной очистки материалов, которые подлежат соединению.
Их причиной может стать недостаточно полное удаление шлака при многослойной сварке. При работе, которая производится за счет плавления, образуется во шве материал, который по физическим и химическим свойствам отличается от основного металла. В связи с этим также могут образовываться подобные дефекты. Инородные включения могут носить самый разнообразный характер.
Изучение дефектов
Дефект сварки – поры, это заполнение пустот газами.
Разумеется, если есть дефекты различных сварных соединений, то их обязательно нужно изучать. Для этого достаточно часто используется макроанализ. Он заключается в том, что структура металла изучается с помощью невооруженного глаза или лупы. В отличие от микроскопического анализа, макроанализ не позволяет в должной мере изучить структуру материала. Его основная задача – это контроль качества соединяемых деталей в процессе сварки. Он позволяет определить тип излома, волокнистое строение, нарушения сплошной структуры и так далее. Для того чтобы провести такой анализ, необходимо изучаемую часть подвергнуть травлению специальными элементами и обработке на шлифовальных машинах. Этот образец носит название макрошлифа. На его поверхности не должно быть никаких неровностей или инородных включений, в том числе и масляных.
Все те дефекты, которые были описаны выше, вполне могут изучаться и выявляться с помощью макроанализа.
Чтобы выявить структуру материала, чаще всего используются методы поверхностного травления.
Виды наплывов в швах.
Такой подход самым лучшим образом подходит для низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей. Макрошлиф, который подготовлен заранее, нужно погрузить в реактив той частью, которая подвергается анализу. При этом его поверхность обязательно должна быть зачищена с помощью спирта. В результате взаимодействия элементов происходит химическая реакция. Она позволяет вытеснять медь из раствора. Происходит замещение материалов. Медь в результате осаждается на поверхности пробника. Те места, где на основной материал медь легла не полностью, подвергаются травлению. Эти места и содержат какие-либо дефекты. После этого образец изымается из водного раствора, сушится и очищается. Все эти действия нужно проделывать максимально быстро, чтобы не произошло реакции окисления. В результате этого можно выявить те участки, где присутствует большое количество углерода, серы и других материалов.
Травление участков, которые содержат эти материалы происходит не одинаково. Там, где присутствует большая концентрация углерода и фосфора, медь на поверхности выделяется неинтенсивно. Здесь минимальная степень защиты металла. Вследствие этого данные места подвергаются самому большому травлению. В результате проведения реакции эти участки окрашиваются в более темный цвет. Лучше использовать этот метод для сталей, которые содержат минимальное количество углерода. Если его будет очень много, то медь с поверхности образца будет весьма проблематично удалить.
Виды подрезов в швах.
Есть и другие методы макроанализа структуры материалов при сварном соединении. К примеру, часто для определения количества серы используется метод фотоотпечатков. Фотобумагу при этом смачивают и держат на свету какое-то время. После этого она просушивается между листами фольгированной бумаги. Раствор, в который она изначально помещается, содержит определенное количество серной кислоты. Затем, разумеется, эта бумага ровным слоем укладывается на макрошлиф.
Она должна разглаживаться с помощью валика, чтобы полностью были исключены все ее деформации. Все пузырьки воздуха, которые могут оставаться между фотобумагой и металлом, должны быть полностью удалены. Только в этом случае исследование будет носить объективный характер. Ее нужно удерживать в таком положении приблизительно 3-10 минут. Время зависит от того, какова изначальная толщина пробника, а также от других факторов.
Виды непроваров.
Включения серы, которые располагаются в наплавленном металле, обязательно вступят в реакцию с кислотой, которая была нанесена на поверхность фотобумаги. В очагах выделения сероводорода будет образовываться такое вещество, которое носит название фотоэмульсия. Участки сернистого серебра, которые будут образовываться в результате реакции, наглядно показывают распределение серы в металле.
Разумеется, эти участки будут наблюдаться на бумаге. Фотобумага, которая была использована для проведения опыта, подлежит мытью, а затем выдерживанию в растворе гипосульфита. После этого ее еще раз промывают в жидкости и сушат. В том случае если в сварном шве будут присутствовать фтористые включения, они обязательно выделятся наружу в виде участков темного цвета.
Подведение итогов
Таким образом, в настоящее время существует множество методов выявления дефектов сварных соединений. Все они имеют определенную цель. Каждый способ позволяет выяснить, сколько в структуре шва содержится того или иного материала, который может пагубно влиять на его структуру.
Помимо методов макроанализа, в последнее время достаточно часто внедряются методы микроанализа. Они имеют то же самое предназначение, что и предыдущие. Однако дополнительно позволяют изучить структуру материала. Здесь работа ведется на молекулярном уровне строения кристаллической решетки.
Сварка - один из наиболее важных производственных процессов. С ее помощью выполняется соединение стальных деталей в самых разнообразных конструкциях. Как и в случае прочих производственных процессов, иногда встречается брак. Под ним подразумеваются дефекты сварного шва, которые могут резко снизить качество готового изделия, а то и вовсе сделать его эксплуатацию смертельно опасной.
Классификация
Кстати, а как их можно разделить? Все дефекты сварного шва делятся на три большие группы:
- Наружные.
- Внутренние.
- Сквозные.
Наружные дефекты сварного шва зачастую являются наиболее многочисленной категорией. В нее входят: излишне малые размеры, а также смещение линии шва, различные наплывы, «надрезы», раковины усадки и не заделанные в процессе сварки кратеры, пористость или трещины. Неравномерная ширина шва также относится к этой разновидности. Считается, что внешние дефекты относятся к наименее опасной категории.
Соответственно, к внутренним относятся: поры, многочисленные включения шлака, не полностью проваренные места, а также трещины в толще сваренного металла. Что касается сквозных дефектов, то это свищи, проходящие через всю толщину детали трещины, а также пережог.
Основные причины возникновения сварочных дефектов
- Практически всегда они появляются в случае, когда стараются использовать исключительно дешевые и низкосортные материалы.
- То же самое можно сказать в отношении низкокачественного сварочного оборудования. Кроме того, частота возникновения дефектов нередко возрастает после некачественного ремонта используемых специалистами приборов.
- Разумеется, подобное сплошь и рядом происходит при нарушениях технологии работы.
- Серьезные дефекты сварного шва нередко встречаются у неопытных специалистов с низкой квалификацией.
Несложно понять, что наиболее качественные изделия получаются в случае использование полностью автоматизированного оборудования. Не стоит забывать и об удобстве рабочего пространства. Так, крупная чешуйчатость шва и нарушения его ширины очень часто встречаются в тех случаях, когда сварщик (пусть даже опытный) работает в неудобном положении.
Собственно, не случайно в требованиях к выполнению имеются пункты, которые особо оговаривают полноценное оснащение рабочего места, предусматривающее его качественную эргономику.
Немаловажное замечание
Даже начинающим сварщикам прекрасно известно, что для обеспечения максимальной прочности шов должен иметь небольшое усиление высотой порядка 1-2 мм. В то же время те же сварщики нередко допускают грубую ошибку, когда делают усиление высотой 3-4 мм. В принципе, в простых случаях ничего страшного в этом нет, но не тогда, когда дело касается изделий, постоянно находящихся в состоянии динамической нагрузки. Все это приводит к концентрации напряжений и резкому повышению вероятности поломки.
Подрезы
Как мы уже и говорили, дефекты сварных швов и соединений крайне опасны. Нетрудно представить себе, что произойдет в случае, если они будут иметься в детали, предназначенной для установки, к примеру, в опорную конструкцию железнодорожного моста. Особенно они опасны в случае сварки деталей из которые будут эксплуатироваться в условиях постоянных перепадов температур.
Наиболее опасными являются подрезы, так как они являются естественным «аккумулятором» напряжений, которые будут концентрироваться в наиболее слабом месте шва. Кроме того, они значительно уменьшают его рабочее сечение, что также крайне отрицательно сказывается на прочности всего соединения.
Как правило, эти наружные дефекты сварных швов в большинстве случаев не исправляются. Связано это с тем, что металл (чаще всего) все равно будет иметь малозаметный брак, который может привести к весьма существенным последствиям.
Как возникают подрезы?
Основной причиной является выставление слишком большой силы тока. В сочетании с длинной дугой этот фактор дает практически стопроцентную вероятность их появления. Кроме того, в некоторых случаях подрезы возникают при излишне быстром перемещении источника нагрева над поверхностью металла.
Если конструкция хоть сколь-нибудь важная, даже мельчайшие дефекты сварных швов и соединений этого типа совершенно недопустимы. Исправляют их при помощи аккуратной наварки тонкого шва. В случае наличия таковой возможности деталь все же лучше полностью заменить (заметим, что последнее замечание относится ко всем дефектам).
Участки непроваренного металла
Если таковой участок располагается прямо в толще шва, это крайне опасно. Во-первых, отыскать такой дефект можно только при помощи дефектоскопа. Во-вторых, они опять-таки являются аккумулирующими местами естественных напряжений в металле. В сочетании с нарушением сварной структуры все это приводит к риску преждевременной поломки детали. Особенно часто такие внутренние дефекты сварных швов возникают в случае использования легированной стали и плохого сварочного оборудования.
Пористость (вне зависимости от ее локализации) резко снижает прочностные характеристики до недопустимых величин, приводит к «расслоению» металла, то есть к нарушению его естественной структуры. Детали даже с незначительной пористостью в несколько раз чаще разрушаются под нагрузкой даже в начале эксплуатации. Возникают поры по вине газов, которые попросту не успевают выйти из слоя расплавленного металла.
Как и все виды дефектов сварных швов, они чрезвычайно часто возникают в случае использования некачественных сырых электродов. Нередко бывает так, что пористость возникает по причине каких-то посторонних примесей в защитных газах. Как и в прошлом случае, этот тип дефектов также может наблюдаться при излишне высокой скорости сварки, когда банально нарушается целостность газовой защитной «ванны».
Включения шлака
Включения шлака в значительной степени портят однородность металлической структуры. Классическая причина образования - небрежная зачистка поверхности шва от остатков ржавчины и окалины. Вероятность их возникновения стремится к нулю при условии сварки в слое защитных газов. Редкие включения округлой формы опасности не представляют, изделия с ними могут пройти ОТК.
Заметим, что если при сварке использовался то в деталях могут быть обнаружены частицы этого металла. Степень их опасности - как и в предыдущем случае (т. е. это допустимые дефекты сварных швов).
Трещины
Бывают поперечными и продольными, идущими как по самому шву, так и по металлу вдоль или около него. Они крайне опасны тем, что в некоторых случаях снижают механическую и вибрационную прочность изделия практически до нуля. В зависимости от свойств свариваемого материала, трещина может как сохранять свою изначальную локализацию, так и распространиться на всю длину обрабатываемой детали за очень короткое время.
Неудивительно, что это наиболее опасные дефекты сварных швов. ГОСТ в большинстве случаев требует немедленной отбраковки таких деталей вне зависимости от ее предназначения (за исключением совсем уж маловажных изделий).
Неравномерность швов
Так называется грубое несоответствие геометрических параметров соединений требуемым в нормативных документах характеристикам. Проще говоря, если сварка идет «змейкой», наискосок и т. п., речь как раз идет о подобном типе дефектов.
Чаще всего они появляются при работе неопытных сварщиков, а также при значительных скачках напряжения, некачественном оборудовании и банальной спешке. Опасен тем, что зачастую комбинируется с недоваром, который уже куда опаснее. Если отклонение от осевой линии соединения незначительно и не вызывает снижения прочности изделия, деталь может быть допущена к эксплуатации.
В этом случае всегда следует помнить одну простую вещь: чем меньше угол перехода от основного металла к слою наплавления, тем хуже становится механическая прочность свариваемого изделия. Конечно же, при изготовлении каких-то бытовых конструкций (каркас теплицы, к примеру) в условиях недостаточного напряжения обойтись без неравномерности швов просто нереально. Впрочем, в таком случае они и не представляют особой опасности.
Основные способы устранения, исправления дефектов
Сразу скажем следующее: в большинстве случаев способы устранения дефектов сварных швов обсуждать не имеет смысла, так как в условиях более-менее строгого ОТК все изделия с какими-то изъянами попросту бракуются. Но порой действительно бывает так, что дефект не слишком серьезный, а потому его можно устранить. Как это делать?
В случае со стальными конструкциями испорченную поверхность срезают тщательно зачищают место неудачного соединения, а затем повторяют попытку. Если имеются незначительные внешние дефекты сварных швов (неравномерность соединения, неглубокие оспины), то их можно попросту зашлифовать. Конечно же, при этом не стоит увлекаться и снимать слишком большой слой металла.
Важное замечание
Если речь идет об изделиях из легированной стали, которые должны пройти обязательную термическую обработку, то исправление дефектов сварных швов должно производиться только (!) после отпуска в температурном диапазоне от 450 до 650 °С.
Исправление прочих разновидностей
Проще всего исправлять наплывы и механическую неравномерность шва. В таком случае место соединения просто зачищают (о чем мы уже писали). Об исправлениях подрезов мы уже говорили выше, но еще раз заметим - с такими дефектами деталь более целесообразно сразу выбраковать, так как ее эксплуатация может быть опасна!
Если имеется прожог (что встречается не так часто), то устранение дефектов сварных швов провести довольно просто: сперва поверхность как следует зачищается, а затем ее повторно проваривают. Приблизительно так же поступают и с кратерами.
Основные условия «косметического ремонта»
При устранении дефектов нужно соблюдать определенные технологические условия. Во-первых, нужно следовать простому правилу: длина дефектного участка должна соответствовать его ширине, плюс 10-20 мм стоит оставить «на всякий случай».
Важно! Ширина сварочного шва после его повторной проварки не должна превышать двукратного его размера до начала работ. Не ленитесь перед исправлением огрехов хорошо подготовить поверхность. Во-первых, это предотвратит попадание в металл кусочков шлака. Кроме того, данная нехитрая мера поможет ускорить работу и повысить качество ее результатов.
Очень важно подготовить выборку под вновь заделываемый участок. Если вы используете УШМ («болгарку»), то лучше взять диск самого маленького диаметра. Боковые грани выборки нужно делать как можно более ровными, без заусениц и прочих выступающих частей, которые в процессе сварки могут превратиться во все тот же шлак.
Если речь идет о соединениях алюминия, титана, а также сплавах этих металлов, то к делу стоит подойти еще более ответственно. Во-первых, при устранении дефектов в этом случае допускается использовать только (!) механические методы, применение же дуговой сварки недопустимо. Предпочтительнее всего вырубать испорченный участок, зачищать и заново заваривать шов.
Замечание по исправленным дефектам
Места с исправленными - повторно заваренными соединениями, должны вновь пройти процедуру ОТК. Если дефект в той или иной степени сохранился, его можно попробовать устранить опять. Важно! Количество исправлений зависит от марки стали и характеристик самого изделия, но в нормальных условиях переделывать работу можно не более двух-трех раз, так как в противном случае наблюдается резкое снижение прочностных качеств детали.
Вот мы и обсудили основные виды дефектов сварных швов.
В ходе сварных работ, как и при любых других способах обработки металлов не исключены дефекты сварочных швов, образующихся по целому ряду причин.
Перечень факторов, влияющих на качество сварного соединения очень обширен, однако основной причиной дефектов являются неуправляемые химические процессы, происходящие в пограничных областях зоны сварки.
Причиной деффектов может быть кристаллизация металла, его химическая неоднородность, а также взаимодействие расплавленной массы с твердым материалом заготовок или с окружающими газами и шлаками. Ещё одной нуждающейся в учёте причиной появления дефектов (трещин, в частности) являются нежелательные напряжения в зоне сварки.
Характер отклонений сварных соединений от нормы (дефектов) зависит от . Это объясняется технологическими особенностями того или иного процесса.
Различие достаточно отчётливо проявляется во всех основных её видах, а именно – при электродуговой обработке металлов, контактном сваривании листовых заготовок и, наконец, в газовой сварке.
Электродуговой метод
К основным причинам образования дефектов при можно отнести два основных фактора. Это химические реакции, приводящие к нарушению структуры швов, а также серьёзные отклонения от существующих технологий.
Сварочные дефекты, возникающие во втором случае, чаще всего проявляются в виде прожогов, непроваров и нарушений геометрических размеров шва или трещин, возникающих после остывания материала.
Процесс образования холодных трещин при сварке объясняется недопустимыми механическими нагрузками на шовное соединение. Такие отклонения от нормальной структуры шва чаще всего наблюдаются при сваривании углеродистых (легированных) сталей, а также большинства чугунных изделий.
Вообще же в теории электродуговой сварки рассматриваются самые различные нарушения структуры сварного соединения. Помимо так называемого «холодного» растрескивания к таким дефектам причисляют «горячие», макроскопические и микротрещины.
Все перечисленные отклонения от нормы со временем приводят к расширению зоны действия дефекта и аварийным разрушениям некачественно проваренной конструкции. По этой причине исследованию качества образующихся при дуговой сварке швов уделяется повышенное внимание.
Газосварка
Основные причины дефектов, проявляющихся при газовой сварке, чаще всего те же, что и в перечисленных ранее случаях, касающихся других категорий сварочных работ.
Это те же нарушения в технологии подготовки заготовок перед сплавлением и ошибки, допущенные во время формирования шва (по причине использования нестандартных расходных материалов, например).
Вот почему с целью предупреждения дефектов газосварки особое внимание уделяется грамотному выбору правильного режима сваривания, а также уровню квалификации самого исполнителя работ.
По доступности выявления нарушений при газосварке все известные дефекты делятся на поверхностные и скрытые. К первой категории относятся типовые непровары, значительные по размеру наплывы, а также вогнутости, прорезы, кратеры, образующиеся на основании (в корне шва).
Сюда же следует отнести недопустимое смещение линии стыка (неправильная их разделка), резкие перепады по толщине и поверхностные трещины.
К скрытым и, как правило, трудно выявляемым дефектам газовой сварки относятся внутренние пористые образования, микроскопические газовые каналы, а также шлаковые и оксидные вкрапления.
Этот список может быть продолжен такими нередко возникающими нарушениями структуры свариваемых заготовок, как малозаметные непровары между слоями и внутренние микротрещины.
Точечный контактный метод
К дефектам контактного сваривания принято относить следующие визуально различимые (наружные) нарушения в структуре соединений:
- наблюдаемые невооружённым глазом трещины;
- точечные прожоги;
- наружные выплески;
- разрывы металла с поверхностным проявлением структуры;
- нарушения формы контакта и многие другие.
Основными причинами появления таких отклонений в структуре контакта являются неправильное выставление параметров (амплитуды или длительности) импульсного тока, недостаточное усилие при сжатии электродов.
К дефектам приводит некачественная подготовка обрабатываемых поверхностей перед сваркой, близкое расположение контактной точки к краю точечного соединения.
Среди других причин – недостаточная величина нахлеста заготовок, недопустимый перекос сочленяемых деталей, износ электродов и многое другое.
Основным скрытым дефектом при сварке контактными методами является «слипание» листовых заготовок, при котором между ними образуется лишь кажущийся, чисто внешний контакт. Данный дефект может проявляться не только при сварке под давлением, но и при других известных видах точечного сваривания.
Обнаружить визуально этот вид дефектного образования обычными методами физического контроля практически невозможно . Предупредить его удаётся только путём строгого соблюдения технологии и поддержания в норме основных параметров сварочного процесса (амплитуды и длительности импульсного тока, а также необходимого усилия сжатия).
Исправление и предотвращение
Наличие дефектов при любом типе сварки не всегда приводит к непоправимому результату и выбраковке заготовки. Существует определённый набор нарушений техпроцесса или отклонений от нормы, которые могут быть исправлены сразу же по завершении процесса.
Простейшим и кардинальным способом исправления любого огреха при сварке является вырубка забракованного участка и повторное его заваривание (с учётом обнаруженной неисправности, конечно). Для исключения или исправления ряда дефектов вполне достаточно скорректировать положение рабочего инструмента с электродом.
При использовании этого приёма следует помнить о том, что сварка методом «на подъём» способствует перераспределению расплавленного металла в зоне ванны, а работа по способу «углом вперед» позволяет снизить глубину проплавления.
Поскольку на исправление брака потребуются дополнительные расходы – желательно так организовать сварочный процесс, чтобы исключить необходимость повторных работ.
Один из наиболее эффективных способов предотвращения дефектов – это добавление одного из компонентов при сварке в защитной среде, что позволяет увеличить коэффициент заполняемости шва и предотвращает возможные подрезы.
Для повышения текучести жидкого металла, обеспечивающей заполнение корневой части шва, достаточно нагреть предварительно место сварки до определённой температуры посредством специальных добавок (флюсов).
Достичь требуемого эффекта нередко удаётся и за счёт увеличением силы тока. При этом тщательная зачистка сварных кромок и удаление с их поверхности окисных плёнок также снижают вероятность нарушения режима сварки.
Разделка трещин
Для устранения холодных трещин применяется способ их повторной сварки с ограничением расширения области дефекта по обе стороны (подготовку специальных «уловителей»).
Такие уловители выполняются в виде небольших отверстий, просверленных на удалении порядка 1,5 см от краёв образования, способных замедлить или полностью прекратить его рост.
Ремонт трещин предполагает определенный порядок операций, учитывающий необходимость тщательной подготовки к повторному свариванию. На этом этапе подготавливаемые к восстановлению кромки сначала разделываются под углом 60 °.
Для проведения этой операции используется либо обычное зубило, либо специальный разделочный электрод, посредством которого края реза полностью очищают от всех мешающих сплавлению образований и неровностей.
Просверленные ранее ограничивающие отверстия-ловушки удалять совсем необязательно.
Наличие дефектов сварки, как правило, приводит к снижению прочностных показателей подготавливаемого соединения, и, как следствие – к нарушению работоспособности конструкции (её повышенной аварийности). Именно поэтому вопросу обнаружения и исправления дефектов всегда уделяется особое внимание.
Непровар корня шва
Рис. 149. Непровар корня (18)
Непроваром называется местное несплавление основного металла с наплавленным, а также несплавление между собой слоев шва при многослойной сварке.
Причины непровара:
- слишком маленькая величина зазора;
- слишком маленький наконечник горелки;
- слишком мягкое пламя;
- отсутствует грушеобразное отверстие при сварке (сварочное ушко);
- неправильное ведение прутка;
- слишком большая скорость сварки;
- плохая зачистка кромок пред сваркой от окалины, ржавчины, грязи
Непровары, особенно по кромкам и между слоями являются наиболее опасными, так как влияют на прочность сварного шва. Обнаруженные участки с непроваром вырубают до основного металла, зачищают и заваривают вновь.
Непровар кромок
Рис. 150. Непровар кромок (18)
Причины непровара:
- недостаточное расплавление;
- односторонне положение горелки;
- опережающая сварочная ванна;
- слишком большое расстояние между ядром пламени и поверхностью металла;
- слишком маленький наконечник
Подрез
Рис. 151. Подрез (18)
Подрезом называют углубление, расположенное на границе металла шва и основного металла. Глубина подреза по В категории может быть мах. 0,5 мм.
Причины подреза:
- неправильное ведение прутка;
- неправильное положение горелки;
- слишком жесткое пламя
Подрезы приводят к ослаблению сечения основного металла и могут явиться причиной разрушения сварного соединения, а также вызвать местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок. Подрезы исправляют подваркой ниточного шва. Во избежания подрезов следует правильно выбирать режимы сварки.
Трещина
Рис. 152. Трещина (18)
Трещины являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Трещины могут возникать в сварном шве и в околошовной зоне. Трещины по происхождению делятся на холодные и горячие, по расположению - на поперечные и продольные, по размерам - на макро- и микроскопические. Трещины в сварных швах образуются во время и после сварки. Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в наплавленном металле, а также серы, фосфора и водорода. Холодные трещины возникают при температурах 100-300°С в легированных сталях и при нормальных температурах в углеродистых сталях.
Причины образования трещин:
- неправильный режим сварки;
- неправильное расположение швов в сварной конструкции;
- плохо подходящий для сварки металл
Поверхностные трещины в сварных швах вырубают полностью и заваривают вновь. Чтобы в процессе вырубки трещина не распространялась дальше по шву, необходимо перед вырубкой засверлить трещины по концам.
Наплыв
Рис. 153. Наплыв (18)
Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на кромки непрогретого основного металла. Наплывы чаще всего образуются при сварке горизонтальных швов. Они могут быть в отдельных местах и иметь значительную протяженность.
Причины наплыва:
- недостаточно прогретый основной металл;
- неправильный угол наклона мундштука горелки к поверхности металла;
- неправильное ведение прутка
Наплывы срубают и проверяют, нет ли в этом месте непровара.
Протекания корня шва
Рис. 154. Протекания корня шва (18)
Причины дефекта:
- слишком большая величина зазора;
- неправильное ведение прутка;
- слишком жесткое пламя;
- слишком маленькая скорость сварки
Кратер
Рис. 155. Кратер в конце шва (18)
Кратер это углубление в конце шва.
- резкий обрыв пламени в конце шва
Нужно медленно поднимать пламя. Кратеры уменьшают рабочее сечение шва, снижают прочность шва и могут явиться причинами образования трещин. Кратеры исправляют заваркой с предварительной вырубкой.
Прожог
Рис. 156. Прожог (18)
Прожог это проплавление основного металла с образованием сквозныз отверстий и натеками с обратной стороны свариваемого металла.
Причины прожога:
- большой зазор между свариваемыми кромками;
- недостаточное притупление кромок;
- слишком жесткое пламя;
- маленькая скорость сварки
Прожоги исправляют вырубкой дефектных мест с последующей заваркой.
Перегрев металла
Причины перегрева:
- слишком жесткое пламя;
- маленькая скорость сварки
Перегрев металла характеризуется увеличением размера зерен в металле шва и околошовной зоне, что снижает механические свойства сварного соединения, в особенности ударную вязкость. Поэтому перегретый металл шва обладает повышенной хрупкостью и низким сопротивлением ударным нагрузкам. перегрев исправляют последующей термической обработкой.
Пережог металла
Пережог очень опасный дефект. Он характеризуется наличием в структуре металла шва окисленных зерен, которые из-за наличия на них пленки оксидов обладают малым взаимным сцеплением. Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению.
Причины пережога:
- применение при сварке окислительного сварочного пламени;
- плохая защита расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха
К наружным дефектам относятся:
наплывы;
подрезы;
незаваренные кратеры;
поры, выходящие на поверхность сварного шва;
прожоги;
наружные трещины и др.
Наплывы образуются в результате стекания расплавленного металла электрода на нерасплавленный основной металл или ранее выполненный валик без сплавления с ним (рис. 4).
Наплывы могут быть местными, в виде отдельных зон, а также значительными по длине.
Рис. 4. Наплывы в швах: a - горизонтальном; б - нaхлесточном; в - тавровом; г – стыковом или при наплавке валиков.
Наплывы возникают из-за: чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки; увеличенного наклона плоскости, на которую накладывают сварной шов; неправильного ведения электрода или неверного смещения электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом; неудобного пространственного положения (вертикальное, потолочное), а также недостаточного опыта сварщика.
Подрезы представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие по краям шва (рис. 5). Глубина подреза может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Причинами, по которым образуются эти дефекты сварных соединений являются: значительной силы ток и повышенное напряжение дуги; неудобное пространственное положение при сварке; небрежность сварщика.
Рис. 5. Подрезы: a - в стыковом шве; б - в горизонтальном шве, расположенном на вертикальной плоскости; в - в угловом шве таврового соединения.
Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть причиной разрушения швов в процессе эксплуатации. Подрезы в стыковых и угловых швах, расположенные поперек действующих на них сил, приводят к резкому снижению вибрационной прочности; даже достаточно крупные подрезы, проходящие вдоль действующей силы, отражаются на прочности в значительно меньшей степени, чем подрезы, расположенные поперек.
Кратер - углубление, образующееся в случае резкого обрыва дуги в конце сварки (рис. 6). Особенно часто кратеры возникают при выполнении коротких швов. Размеры кратера зависят от величины сварочного тока. При ручной сварке его диаметр колеблется от 3 до 20 мм, при автоматической он имеет удлиненную форму в виде канавки. Незаваренные кратеры снижают прочность сварного соединения, так как концентрируют напряжения. Кроме того, они уменьшают сечение шва и могут явиться очагами образования трещин.
Рис. 6. Кратеры: a, б – вид сверху; в - в продольном разрезе сварного шва.
При наличии кратера в сварном шве снижение прочности соединения при вибрационной нагрузке для изделий из малоуглеродистой стали достигает 25 %, а для изделий из низколегированных сталей - 50 %.
Прожог - дефект в виде проплавления основного или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий (рис. 7). Прожоги возникают вследствие недостаточного притупления кромок, большого зазора между ними, завышенного сварочного тока или мощности горелки при невысоких скоростях сварки. Особенно часто прожоги наблюдаются в процессе сварки тонкого металла и при выполнении первого прохода многослойного шва. Кроме того, прожоги могут иметь место в результате плохого поджатия флюсовой подушки или медной подкладки (автоматическая сварка), а также при увеличении продолжительности сварки, малом усилии сжатия и наличии загрязнений на поверхностях свариваемых деталей или электродах (точечная и шовная контактные сварки). Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, хотя и заваривается, однако шов в этом месте получается неудовлетворительный по внешнему виду и качеству.