Дефекти зварювальних швів і причини їх утворення, будівельний довідник, матеріали - конструкції

Всі відхилення від технологічних параметрів, викликані недбалістю в роботі, порушенням режимів і зовнішніми причинами, часто не залежать від зварника, можуть привести до виникнення дефектів в зварювальному шві і околшовной зоні, що потрапляє в область термічного впливу. До дефектів призводить і порушення технологічних прийомів як самого процесу зварювання, так і неякісна підготовка, несправність обладнання, відхилення від норм якості зварювальних матеріалів, вплив погодних умов, низька кваліфікація зварника.

Виникнення дефектів часто пов'язано з металургійними і тепловими явищами, що виникають в процесі утворення зварювальної ванни і її кристалізації (гарячі і холодні тріщини, пори, шлакові включення і т.д .; Ці дефекти знижують міцність і надійність зварного з'єднання, його герметичність і корозійну стійкість. все це може мати значний вплив на експлуатаційні можливості всієї конструкції і навіть викликати її руйнування.

Дефекти зварювальних швів можуть бути зовнішніми і внутрішніми.

Зовнішні дефекти зварювальних швів

До зовнішніх дефектів зварних швів (рис.1) відносять порушення розмірів і форми шва, підрізи і інші відхилення, які можуть бути виявлені при зовнішньому огляді зварного з'єднання.

Порушення форми і розмірів зварного шва найчастіше викликані коливаннями напруги в електричній мережі, недбалістю в роботі або низькою кваліфікацією зварника, що виявляється в неправильному виборі режимів, неточному напрямку електрода і методикою його переміщення. Дефекти виявляються не однаковою ширині зварювального шва по його довжині, в нерівномірності катета кутових швів, надмірної опуклості і різких переходах від основного металу до наплавленого. Відхилення від розмірів і форми зварного з'єднання, які проявляються в кутових швах, пов'язані з неправильною підготовкою крайок, нерівномірною швидкістю зварювання, а також з несвоєчасним контрольним обміром шва. При автоматичного і напівавтоматичного зварювання ці дефекти найчастіше пов'язані з коливаннями напруги, проскальзиваніем дроту в роликах, що подають, порушеннями режимів зварювання.

Непровар - місцеве відсутність сплавлення між зварюються елементами, між основним і наплавлений металом або окремими шарами шва при багатошаровому зварюванні. Причинами непровару є неякісна підготовка зварювальних кромок (окалина, іржа, малий зазор, зайве притуплення і т.д.), велика швидкість зварювання, зміщення електрода з осі стику, недостатня сила струму. В результаті непровару знижується перетин шва і виникає місцева концентрація напружень, що в кінцевому підсумку знижує міцність зварного з'єднання. При вібраційних навантаженнях навіть дрібні непровари можуть знижувати міцність з'єднання до 40%. Великі непровари кореня шва можуть знизити міцність до 70%. Тому якщо непровар перевищує допустиму величину, ділянку шва підлягає видаленню з подальшою переварінням.

Підріз - дефект, найбільш часто зустрічається при зварюванні. Він виражений у вигляді поглиблення по лінії сплавлення зварного шва з основним металом. В результаті підрізу відбувається місцеве зменшення товщини основного металу, що призводить до зниження міцності. Особливо небезпечний підріз у випадках, коли він розташований перпендикулярно діючим робочим напруженням. Підріз виникає зазвичай при підвищеній напрузі дуги із завищеною швидкістю зварювання, коли одна з кромок проплавляется глибше, рідкий метал стікає на горизонтальну площину і його не вистачає для заповнення канавки. При зварюванні кутових швів підрізи виникають в основному через зсув електрода в сторону вертикальної стінки, що викликає значний розігрів, плавлення і стікання металу на горизонтальну полицю. У стикових швах підрізи утворюються при зварюванні на великих токах і при неправильному положенні присадочного матеріалу. До підрізу можуть привести збільшені кути оброблення крайок. Цей дефект виявляється візуально і при відхиленнях вище встановленої норми полежить переварінням з попередньої зачисткою. Підрізи невеликої довжини, що ослабляють перетин шва не більше ніж на 5% в конструкціях, що працюють під дією статичних навантажень можна вважати допустимими. У конструкціях, що працюють на витривалість, підрізи неприпустимі.

Наплив - проявляється у вигляді натекания металу шва на поверхню основного металу без сплаву з ним. Напливи різко змінюють обриси швів і тим самим знижують витривалість констукции. Причиною цього дефекту може стати знижена напруга дуги, наявність окалини на зварюваних кромках, повільна зварювання, коли з'являються надлишки розплавленого присадочного металу. Найчастіше напливи виникають при зварюванні горизонтальних швів на вертикальній площині. При зварюванні кільцевих поворотних стиків напливи можуть виникати при неправильному розташуванні електрода щодо осі шва. Напливи великої протяжності неприпустимі.

Пропал - наскрізне проплавлення зазвичай виникає через велику струму при малій швидкості зварювання. Виявляється він у вигляді наскрізного отвору в зварювальному шві, яке виникає в результаті витоку зварювальної ванни. При багатошаровому зварюванні пропал виникає в процесі виконання першого проходу шва. Причинами прожога можуть стати - завищений зазор між зварюються крайками, недостатня товщина підкладки або нещільне її прилягання до основного металу, що створює передумову для витоку зварювальної ванни. Пропал може утворитися при раптовій зупинці подачі захисного газу. При зварюванні поворотних кільцевих стиків пропали викликаються неправильним розташуванням електрода щодо зеніту. Дефект виявляється візуально і перетравлюється після попередньої зачистки. Опіки викликаються попаданням рідкого металу на дільниці, які виходять за межі зварного шва.

Незаварених кратер - дефект зварного шва, який утворюється у вигляді заглиблень у місцях різкого відриву дуги в кінці зварювання. У поглибленнях кратера можуть з'являтися усадочні пухкості, часто переходять у тріщини. Кратери зазвичай з'являються в результаті неправильних дій зварника. При автоматичному зварюванні кратер може з'являтися в місцях вивідних планок, де обривається зварювальний шов. Кратери часто є причиною початку розвитку тріщин і тому неприпустимі. Їх зачищають і заварюють.

Поверхневе окислення - окалина або плівка оксидів на поверхні зварного з'єднання. Поверхневе окислення залежить від поганої захисту зварювальної ванни, якості підготовки крайок, що зварюються, неправильного регулювання подачі захисного газу, його складом, великим вильотом електрода.

Свищ - воронкообразноепоглиблення в зварювальному шві, що розвивається з раковини або великий пори. Причиною розвитку свища найчастіше є неякісна підготовка поверхні і присадного дроту для зварювання. Дефект виявляється візуально і підлягає переварінням.

Мал. 1 Зовнішні дефекти зварних швів, які виявляються зовнішнім оглядом. А - підріз; Б - наплив; В - пропал; Г - незаварених кратер; Д -свіщ.

Мал. 2. Тріщини в звареному шві і біля шовної зони. А - поздовжня гаряча тріщина; Б - холодна тріщина в околошовной зоні.

Внутрішні дефекти зварювальних швів

Тріщини бувають холодні і гарячі (рис. 2). Тріщини можуть бути як зовнішніми, так і внутрішніми. Це найнебезпечніші дефекти зварного з'єднання, часто призводять до його руйнування. Виявляються вони у вигляді розриву в звареному шві або в прилеглих до нього зонах. Спочатку тріщини утворюються з дуже малим розкриттям, але під дією напруг їх поширення може бути порівнянна зі швидкістю звуку, в результаті чого відбувається руйнування конструкції. Причинами утворення тріщин є великі напруги, що виникають при зварюванні. Найчастіше тріщини проявляються при зварюванні високовуглецевих і легованих сталей в результаті швидкого охолодження зварювальної ванни. Імовірність появи тріщин збільшується при жорсткому закріпленні деталей, що зварюються.

Холодні тріщини - виникають при температурах нижче 120 ° С, тобто відразу після охолодження зварювального шва. Крім того, холодні тріщини можуть виникнути і через тривалий проміжок часу. Причиною появи холодних тріщин є зварювальні напруги, що виникають під час фазових перетворень, що призводять до зниження міцності властивостей металу. Причиною появи холодних тріщин може стати розчинений атомарний водень, який не встиг виділитися під час зварювання. Причинами попадання водню можуть служити непросушені шви або зварювальні матеріали, ставлячи під загрозу безпеку зварювальної ванни.

Шлакові включення - це дефекти зварного шва, виражені в наявності порожнин, заповнених не встигли спливти шлаком. Освіта шлакових включень відбувається при неякісної підготовки крайок, що зварюються і присадочного матеріалу, завищеній швидкості зварювання або поганий захист ванни. При зварюванні в захисних газах шлакові включення зустрічаються рідко. Шлакові включення можуть мати розмір до декількох десятків міліметрів і тому є дуже небезпечними. Ділянка шва, на якому шлакові включення перевищують допустимі норми, підлягає вирубці переварінням.

Вольфрамові включення - виникають при порушенні захисту зварювальної ванни при зварюванні неплавким вольфрамовим електродом. Крім цього вольфрамові включення виникають при коротких замиканнях або завищеною щільності струму. Особливо часто зустрічаються вольфрамові включення при зварюванні алюмінію і його сплавів, в яких вольфрам не розчиняється.

Оксидні включення - утворюються в результаті утворення важкорозчинних тугоплавких плівок. Найчастіше вони виникають внаслідок значних поверхневих забруднень або при порушеннях захисту зварювальної ванни. Будучи прошарком в масиві шва, оксидні включення різко знижують міцність зварного з'єднання можуть призвести до його руйнування під прикладеної в процесі експлуатації навантаженням.