При проведении сварочных работ необходимо предпринимать все меры по увеличению качества сформированного шва. От степени качества зависит длительность эксплуатации изделия. Дефекты сварочных швов могут проявляться под действием ряда факторов, среди которых такие, как несоблюдение технологии, отсутствие необходимой квалификации сварщика, халатность, некорректная работа оборудования. В зависимости от степени отклонения параметров от нормы выделяют допустимые и недопустимые дефекты. Все нормы определены ГОСТ 30242-97.
Указанный документ носит название «Дефекты соединений при сварке металлов». В нем, прежде всего, определено понятие дефекта. Под этим термином подразумевается отклонение от показателей, определенных ГОСТом, техническими условиями и чертежами проектов.
Дефекты сварочных швов разделены по группам.
- Первую группу составляют трещины. Это дефект, вызванный разрывом шва. Трещина может возникнуть при резкой смене температур или при воздействии механической нагрузки.
- Полости или поры имеют произвольную форму. Образуются в расплавленном металле при наличии в нем задержавшихся газов.
- Твердые включения представлены инородными телами, попавшими в расплавленный металл при формировании шва.
- Непровары и несплавления определяются, как ненадежное соединение между металлом шва и основным материалом или полное отсутствие такового.
- Под нарушениями формы шва подразумевают отклонения от принятой геометрии, которая определена для наружных поверхностей шва.
- Дефекты сварки, не попавшие в перечисленные группы.
Согласно указанному стандарту каждый дефект обозначается трехзначным кодом или четырехзначным числом, показывающим его разновидность.
К примеру, если натек маркируется числом 509, то натек в горизонтальной плоскости, как его разновидность – 5091.
Некоторые дефекты имеют буквенное обозначение. Порядок их использования согласована с международным институтом сварки. В такой стандартизации трещина обозначается литерой «Е», а полость – «А».
Группа 1. Трещины
Дефекты типа 100 или «Е» считаются недопустимыми. В зоне образования трещины непременно произойдет разрушение конструкции. Разрыв происходит в самом шве или в зоне непосредственной близости. При возникновении трещины раскрытие может быть минимальным, однако действие нагрузок приводит к стремительному разрушению. По статистике данный вид дефектов проявляется при сварке легированных и углеродистых сталей. Повышается риск возникновения трещины при быстром охлаждении шва.
Причиной образования трещин является наличие в металле углерода, кремния, серы, никеля или водорода. При несоблюдении технологии в области шва возникают излишние напряжения. Чтобы устранить уже образовавшиеся трещины следует сначала засверлить их концы. Затем трещина удаляется строжкой, а место ее локализации зачищается и заваривается заново.
Трещины можно классифицировать по происхождению, они делятся на холодные и горячие.
- Холодные трещины образуются после остывания шва, когда температура составляет 300°C градусов. Такие дефекты могут проявить себя и спустя достаточно продолжительное время. Фазовые превращения, происходящие при кристаллизации металла, резко снижают показатели прочности. Атомарный водород не полностью улетучивается и провоцирует появление трещин. Избежать этого можно лишь, обеспечив защиту сварочной ванны.
- Горячие трещины возникают при высоких температурах (1100-1300°C градусов). При кристаллизации происходит процесс, обратный линейному расширению. Стягивание металла приводит к разрыву. Такого вида трещины направлены не только вдоль шва, но и поперек него. Образуются разрывы на границе зерен кристаллов.
Трещины можно разделить по размерам. Макроскопические трещины (100; Е) оцениваются визуально. Микротрещины (1001) проявляются только при использовании увеличительных приборов. Зачастую приходится применять пятидесятикратное увеличение для наблюдения дефекта.
Группа 2. Поры
Поры в металле представляют собой полости, которые заполнены газом. Они начинают образовываться, когда металл находится в жидком состоянии. В это время наблюдается процесс газообразования, но только часть пузырьков выходят наружу. Размер полости варьируется от микрометров до нескольких миллиметров. Иногда наблюдаются целые скопления пор, образующие раковины. Обычно полость имеет округлую форму.
Поры могут появляться по ряду причин. Первая из них – низкое качество очистки поверхностей от загрязнений. На кромках могут оставаться частички ржавчины, окалины, масла. При большой скорости сварки газ просто не успевает выйти из жидкой субстанции, оставаясь в ней в виде пузырьков. Как было уже отмечено, тенденция к образованию пор особенно выражена при работе с углеродистыми сталями.
Нарушение технологии сварки приведет к негативным последствиям. Особое внимание следует обратить на климатические условия. Повышенная влажность влияет на состояние флюса. Возникновение пор приводит к тому, что после предварительной строжки поверхности приходится зачищать и сварку повторять.
Полость (200; А) может быть произвольной формы со скругленными углами. Внутри пузырька содержится водород, азот или окись углерода. Постепенно металл застывает и образуется пора. Зачастую разделяют эти два понятия, так как пора имеет сферическую форму, а полость – неправильную. Но в данной классификации эти дефекты идентичны. Серия пор, распределенных равномерно (2012) – дефект, наблюдаемый при работе с цветными металлами. Его разновидностью является цепочка (2014) и скопление пор (2013).
Частным случаем поры выступает свищ (2016; Ab). По индексу видно, что это дефект того же типа, однако свищ представлен трубчатой полостью, пронизывающей шов насквозь. Причина его возникновения заключается в повышенной влажности. Форма свища зависит от выделившегося газа. Иногда свищ возникает при перегреве металла или случайном КЗ, вызванном соприкосновением вольфрамового электрода с поверхностью. Исправлять такой дефект приходится полным удалением металла с последующей переваркой.
Кратер, маркирующийся, как дефект 2024 или «К», образует раковину с одного края валика шва. Обычно появляется в результате резкого отрыва электрода. Если с виду кратер не имеет трещин, то при детальном рассмотрении они чаще всего проявляются, поэтому такой дефект приходится устранять.
Группа 3. Твердые включения
Инородные частицы снижают показатели прочности шва и выступают местами локализации чрезмерных напряжений. При обнаружении твердых включений проводят строжку до тех пор, пока не появится здоровый металл, а затем повторяют процесс сварки. Дефект 300, заключающийся в попадании металлических частиц в зону шва, при наличии хотя бы одного острого угла называется остроугольным включением. Примером такого дефекта выступает шлаковое включение (301; Ba), флюсовое включение (302; G), оксидное включение (303; J) и металлическое включение (304 H).
Шлаковое включение разделяется на линейное (3011), разобщенное (3012) и прочие (3013). Шлак, который образуется в результате плавления присадки или флюса, всегда всплывает вверх. Но при нарушении технологии ведения электрода или при высокой скорости сварки он зачастую остается внутри расплавленного металла. Для работы в среде защитного газа явление шлаковых включений встречается редко. Существуют установленные нормы размеров частиц, при которых допускается эксплуатация детали. Если эта норма превышена, то шов вырубается и переваривается.
Флюсовые включения подразделяются на те же самые типы (3021, 3022 и 3023 соответственно). Они возникают из остатков флюса, который не успел прореагировать с металлом. Обычно он всплывает на поверхность, но могут оставаться части внутри, образуя дефект.
Подобная ситуация возникает при неправильном подборе флюса. Например, если он представлен в виде крупных гранул. Провоцировать возникновение включений может также и завышенная скорость сварки.
Оксидное включение – это попавший в металл шва оксид. Он образуется в результате реакции металла с кислородом. Оксидная пленка тугоплавкая и труднорастворимая, поэтому при ее появлении обязательно образуется дефект. Чтобы избежать возникновения пленки, нужно обеспечить защиту сварной зоны активными или инертными газами. Следует также особое внимание уделить подготовке поверхностей. Оксидные включения обычно располагаются в виде прослойки в массиве, что приводит к разрушению шва.
Металлические включения вольфрама (3041), меди (3042) и других элементов (3043) могут возникнуть при недостаточной защите сварочной ванны. В большинстве случаев подобные дефекты можно наблюдать при случайном КЗ вольфрамового электрода. Распознать ситуацию можно по характерному треску и резким вспышкам дуги. Вольфрам имеет высокую температуру плавления, поэтому не растворяется в жидком металле.
Группа 4. Несплавление и непровар
Для несплавления характерным признаком является плохое соединение между элементами шва и металлом заготовки. Разновидностями дефекта являются несплавления по боковой стороне (4011), между валиками (4012) и на окончании шва (4013). Такие дефекты, как несплавления, характерны для дуговой сварки. Суть его заключается в том, что металл кромки не расплавился полностью, поэтому стык получился некачественным.
Нередко тому предшествует неправильная разделка кромок или ошибки в выборе положения электрода. Усугубляет ситуацию химическая неоднородность металлов. Сварщик обязан точно установить все параметры сварки (силу тока, скорость формирования шва).
Дефект 402 или «D» — неполный провар. Непровар технически похож на несплавление. Отличием является то, что в данном виде нарушения технологии наблюдаются участки, где металл не смог проникнуть в корень соединения. Непровар может наблюдаться между основным материалом и металлом шва, а также между слоями шва при многослойной сварке. Наблюдается непровар при двусторонней сварке в середине сечения. Заметить дефект можно визуально, ведь в окончании зоны наблюдается трещина.
Непровар может привести к снижению прочности конструкций. Особенно чувствительны швы с непроваром при вибрационных нагрузках. Даже мелкие участки с дефектом снижают показатели на 40%. Непровар корня ухудшает прочность соединения на 70%. Как и при несплавлении, в данном случае причина кроется в неправильном выборе режима сварки. Дефект между слоями возникает при плохой обработке поверхностей. Дефект исправляется путем удаления шва и повторного сваривания.
Группа 5. Нарушение формы шва
Перед выполнением сварочных работ происходит предварительное проектирование, в результате которого устанавливается геометрия будущего шва. Отклонение формы от установленных норм квалифицируется, как дефект 500. Нарушение формы шва не только негативно влияет на его прочность, но и ухудшает эстетический вид. К причинам относят возможные скачки напряжения сети, неравномерная подача проволоки или неверный угол наклона электрода.
К наиболее часто встречающимся дефектам данного вида относят различные подрезы. Они ослабляют устойчивость конструкции к нагрузкам. Подрез возникает при превышении силы тока или при увеличении пламени газовой горелки.
Современные полуавтоматы позволяют контролировать режим сварки, поэтому в последнее время подрезы стали значительно реже встречаться, однако при недостаточной квалификации сварщика данный дефект имеет место быть.
Исправляются подрезы повторным наложением ниточного шва. Если при этом эстетика теряется, то прочность соединения приходит в норму. В работе с тонкими листами металлов возникают прожоги. Наличие прожога (510). Он визуально определяется в виде сквозных отверстий и свидетельствует о том, что на инверторе установлена слишком большая сила сварочного тока. Устранение прожогов связано с зачисткой мест их локализации и повторным провариванием.
Группа 6
Все остальные дефекты, не попавшие в предыдущие группы, позиционируются, как дефекты 600. К ним относится случайная дуга, разбрызгивание, задиры и уменьшение толщины металла. Несмотря на большое разнообразие дефектов сварочных швов, разработаны вполне определенные рекомендации по их недопущению.
Начинающему сварщику трудно будет соблюдать все требования, однако профессиональные мастера без проблем могут избежать некачественного результата. Необходимо изначально выработать методику ведения сварки. Для этого предстоит решить такие вопросы, как выбор оборудования, выбор расходных материалов, правильная обработка поверхностей, техника ведения сварки.
