Дефекти зварних швів

Дефекти зварних швів - це, перш за все, різні несплошності в металі шва, що погіршують його якість. При оцінці зварюваність сталі виходять, головним чином, з того, що метал зварного шва повинен бути суцільним. І все освіти, які роблять зварений шов неоднорідним, прийнято вважати дефектами. Розрізняють такі види дефектів зварного шва. мікро- і макротріщини (гарячі і холодні), непровари, пори, різні включення.

Внутрішні і зовнішні дефекти зварних швів

Найпоширеніший метод класифікації дефектів зварювання - за їхнім місцем розташування. Відповідно до цієї класифікації, розрізняють внутрішні і зовнішні зварні дефекти. Зовнішні виходять на поверхню шва і околошовной зони, а внутрішні розташовуються усередині з'єднання, не виходячи на поверхню. З цього випливає, що один і той же вид дефектів (наприклад, тріщини або пори) може бути як внутрішнім (якщо розташовується всередині), так і зовнішнім (якщо виходить на поверхню).

Зовнішні зварні дефекти

До зовнішніх дефектів зварних з'єднань відносять нерівномірність форми зварного шва через неправильне його формування, підрізи шва, пропали зварюється, напливи, тріщини, пори та інші дефекти, які розташовуються на поверхні металу. Всі вони виявляються при зовнішньому візуальному огляді зварного з'єднання. Нижче по тексту перераховані і показані поширені види зовнішніх дефектів.

Внутрішні зварні дефекти

До внутрішніх дефектів зварних з'єднань, згідно ГОСТ23055, відносяться неметалеві, шлакові і оксидні включення, непровари і несплавлення металу, а також пори і тріщини, що не виходять на поверхню металу. Для того, щоб виявити подібні дефекти, на практиці застосовуються методи неруйнівного контролю зварювання. Нижче по тексту розповідається про часто зустрічаються видах внутрішніх дефектів.

Дефекти формування шва

Дефекти формування зварних швів проявляються в нерівномірності їх форми (див. Малюнок справа). Формуються вони з-за непостійних режимів зварювання, непостійного зазору між зварюються крайками і нерівномірного кута скосу кромок. Невідповідність фактичної форми шва необхідної може проявиться внаслідок невірної техніки ручного дугового зварювання. через неправильне розташування електрода щодо зварних кромок.

Подібний дефект може проявитися і при інших видах зварювання. Наприклад, при автоматичному зварюванні причиною появи такого дефекту можуть стати прослизання зварювального дроту в подає механізмі, перепад напруги в мережі, потрапляння розплавленого металу в зазори і ін.

Непровар зварного шва

Найчастіше, непровари в зварних швах відбуваються в тих випадках, коли між зварними кромками невеликі зазори, при великому притупленні крайок, а також при наявності на них забруднень, при неправильному положенні електрода або зварювального дроту щодо зварювальних кромок, при недостатній силі зварювального струму і при завищеній швидкості зварювання.

Дуже часто непровари утворюються в корені шва (схема а) і б) ні малюнку зліва і схеми в) і г) на малюнку). При автоматичному зварюванні під флюсом непровари, в більшості випадків, формуються на початку зварного шва. Щоб запобігти їх появі, зварювання рекомендується проводити на спеціальних підкладках. Непровари - одні з найнебезпечніших дефектів для зварного з'єднання.

Підрізи зварних швів

Підрізи зварних швів формуються на поверхні з'єднання. Підрізи - це поглиблення в основному металі, розташовані по краях зварного шва. Вони з'являються з-за надмірно великої сили зварювального струму і через велику довжину електричної дуги, тому що в цьому випадку ширина зварного збільшується і краю зварних кромок плавляться сильніше.

При зварюванні кутових швів підрізи, найчастіше, виходять при зміщенні електрода дуже близько до горизонтальної стінки. При цьому вертикальна стінка оплавляется швидше, ніж плавиться горизонтальна і розплавлений метал стікає по горизонтальній кромці вниз. У цьому випадку, на вертикальній стінці утворюються підрізи, а на горизонтальній - напливи (схема б) на малюнку справа).

Пропали зварних швів

До прожогам зварного шва відносяться наскрізне проплавлення основного або наплавленого металу (див. Рисунок ліворуч). Пропали утворюються при надмірно великій силі зварювального струму і при малих швидкостях зварювання. Причинами прожогов можуть також стати великий зазор між зварюються крайками або недостатнє їх притуплення.

У більшості випадків, пропали виходять при зварюванні тонкого металу. а також при наплавленні першого шару багатошарового шва. Причинами прожогов може бути недостатнє поджатие металевої підкладки або флюсового подушки.

Напливи зварних швів

Напливи в зварних швах формуються при натекания розплавленого металу з рідкої металевої ванни на холодний основний метал (див. Малюнок справа). Найбільш часто напливи трапляються в процесі дугового зварювання в захисних газах при зварюванні горизонтальних швів на вертикальній поверхні. Причинами напливів є велика сила зварювального струму, неправильне положення електрода під час зварювання, зайва довжина електричної дуги.

Кратери зварних швів і усадочні раковини

Кратери в зварних швах утворюються при обриві електричної дуги. Кратери в зварних швах мають вигляд заглиблень в застиглому металі. При автоматизованих способах зварювання виконання зварного шва завершують на вивідний планці, і кратер утворюється на ній. При випадковому обриві електричної дуги в процесі зварювання, вийшов кратер необхідно заплавах.

Усадочні раковини називають порожнини, які з'являються в результаті усадки зварювальної ванни при її затвердінні. З'являються усадочні раковини через те, що при охолодженні об'єм металу зменшується і він "просідає".

Пори в зварних швах

Пори в зварних швах утворюються при швидкому охолодженні розплавленого металу через те, що гази, присутні в зварювальної ванні, не встигають вийти з неї назовні і залишаються в застиглому металі у вигляді бульбашок. Пори можуть бути як внутрішніми звареними дефектами (схеми б) на малюнку праворуч), так і і зовнішніми (схема а) на малюнку), що виходять на поверхню. Зовнішні пори називаються свищами.

Величина пір може бути різною, від декількох мікрометрів до декількох міліметрів. Найчастіше вони мають сферичну форму. Причинами утворення газових пір в зварних швах можуть стати присутність іржі, окалини, масляних плівок і інші забруднень на зварних крайках, на зварювальному дроті або на присадні матеріали.

Причинами утворення пір можуть служити, також, застосування вологих, що не пропечений електродів і флюсів, недостатня чистота захисних газів і присутність в ній шкідливих домішок. Також пори виникають при дуже великій швидкості зварювання, через що газовий захист зони зварювання може стати менш неефективною. Пори в зварних швах з'являються і при підвищеному вмісті вуглецю в складі зварюється і при невірно підібраної марки зварювального дроту. Особливо, якщо зварка проводиться в середовищі вуглекислого газу.

Несплавлення зварних швів

Несплавлення в зварних швах з'являються в тому випадку, якщо немає їх проплавлення з основним, або раніше наплавлений металом.

Причиною несплавлення можуть стати погана підготовка металу під зварювання (відсутність, або погана зачистка), велика довжина зварювальної дуги, недостатня сила зварювального струму і велика швидкість виконання зварювальних робіт.

Шлакові включення в зварних швах

Жужільними, неметаллическими або оксидними включеннями в звареному шві прийнято називати невеликі простору в металі, в яких знаходяться неметалеві речовини. Величина включень може бути досить значною і складати кілька міліметрів.

Зазвичай шлакові включення мають об'ємної витягнутою формою, але, в деяких випадках вони можуть бути і круглими, і плоскими. Часто шлакові включення знаходяться на межі між основним металом і наплавленим. При виконанні багатошарових швів, формування шлакових включень часто відбувається по межах між окремими шарами.

Причиною утворення шлакових включень можуть стати наявність забруднень на зварювальних крайках (іржі, шлаку та ін.), Занадто маленька сила зварювального струму, і надмірно велика швидкість зварювання.

Тріщини в зварних швах, їх види

Тріщини в зварних швах становлять найбільшу небезпеку для зварного з'єднання. Тріщини можуть ставитися як до внутрішніх дефектів (схема б) на малюнку зліва), так і до зовнішніх (схема а) на малюнку). Тріщини дуже часто утворюються при зварюванні високовуглецевих сталей, а також при зварюванні високолегованих сталей.

Розрізняють декілька видів зварних тріщин:

1. Гарячі тріщини при зварюванні. До них відносяться мікротріщини і макротріщини, які утворюються в металі шва або зоні термічного впливу під час охолодження при високих температурах, порядку 800-900 ° C.

2. Холодні тріщини при зварюванні. Холодні тріщини (можна зустріти назву уповільнені) викликаються воднем і з'являються, як правило, після зварювання, при температурах, що не перевищують 200-300 ° C.

3. Відпускні тріщини. Тріщини такого виду утворюються після закінчення зварювання, під час наступної термообробки зварного з'єднання.

4. ламелярного тріщини. Особливість такого типу тріщин в тому, що зароджуються вони при високих температурах, але розвиваються вже в холодному стані металу. Ламелярного тріщини можуть розвинутися, наприклад, з гарячих мікротріщин.

Класифікувати такі дефекти зварних з'єднань, як тріщини, досить складно через те, що дуже часто виявлені тріщини не є тріщинами будь-якого одного типу. Наприклад, може виникнути гаряча мікротріщина, але розвиватися вона буде як холодна, при низьких температурах і під впливом водню. Те ж саме відноситься до відпускних тріщин і до ламелярного.

Види дефектів зварних з'єднань, в залежності від їх форми

Існуючі дефекти зварних швів по їх формі можна розділити на два види. Це площинні дефекти і просторові дефекти. До площинним дефектів відносяться гарячі і холодні тріщини, непровари зварного шва.

До просторовим відносяться різні шлакові включення, пори, бульбашки від газів і всі види неправильно виконаного зварного шва (підрізи, пропали, невірна конфігурація, зміщення і ін.).

Площинні дефекти зварного шва становлять найбільшу небезпеку для з'єднання, в цілому. І існуючі типи тріщин, в залежності від температури, при якій вони з'являються, можна розділити ще на кілька видів, про які сказано вище по тексту.

Види зварних дефектів, в залежності від причин їх виникнення

При зварюванні плавленням, що виникають дефекти зварних з'єднань, в залежності від причин їх виникнення, можна розділити на два види. Перший вид дефектів пов'язаний з металургійними процесами при зварюванні і з тепловими явищами, які протікають в результаті освіти і кристалізації зварювальної ванни і охолодження зварного з'єднання. До цих дефектів відносяться гарячі і холодні тріщини в металі і зоні термічного впливу, пори в металі, неметалеві включення, а також невідповідність властивостей наплавленого металу і околошовной зони заданих параметрах.

Другий вид дефектів включає в себе їх види, причиною яких є порушення обраних режимів зварювання, порушення при підготовці зварних елементів і при їх складанні, несправності зварювального обладнання, недостатній професіоналізм зварника, а також інші порушення технології зварювання. До дефектів такого типу відносяться невідповідність фактичних розмірів швів необхідним. Це такі дефекти, як непровари, підрізи, незаплавлених кратери, пропали зварюється.

Допустимі і недопустимі дефекти в зварних швах

Дефекти, що з'явилися під час зварювання. в тій чи іншій мірі, впливають на працездатність зварного з'єднання. І приймаючи рішення про придатність, або непридатності даного зварного з'єднання, враховують всі фактори, які можуть вплинути на допустимість або неприпустимість дефекту в звареному шві. При цьому беруть до уваги такі обставини, як:

Геометрія і габарити звареної конструкції, в цілому, і дефектного зварного з'єднання, зокрема.

Напруження, що виникають в конструкції. При цьому, враховують не тільки дію максимальних розподілених навантажень, але і дія залишкових напруг при зварюванні.

Вид зварного дефекту. А також його величина і місце його виникнення.

Механічні властивості зварного з'єднання. Це межа міцності, плинність, ударна в'язкість, пластичність, опірність корозії, опір втомного руйнування і т.д.

Умови, при яких виріб експлуатується. В основному, це характер навколишнього середовища.

Функції, які повинен виконувати виріб. Існує навіть такий термін: "придатність для цієї мети". Тобто один і той же дефект в звареному шві може бути допустимо для виконання одного завдання, і неприпустимий для виконання іншої.

Для прийняття рішення про допустимість дефектів того, чи іншого типу і величини, необхідно, щоб вимірювальна здатність приладу для контролю дефектів була вище, ніж допустима величина дефекту. Тобто якщо в звареному шві допускаються дефекти, величиною не більше 2 мм, то можна використовувати для контролю цього шва прилад, з вимірювальною здатністю 5мм.

Для того, щоб визначити максимальну величину допустимого дефекту, необхідно мати на увазі, що дефекти зварних швів збільшують, головним чином, здатність стали до усталостному і крихкому руйнуванню.

Для руйнувань такого виду, найбільшу небезпеку становлять площинні дефекти (мікротріщини, макротріщини, непровари). У разі їх виявлення, потрібно звернути увагу не тільки на максимальні розміри окремо взятих дефектів, але і на їх взаємне розташування і на їх кількість.

Небезпека площинних дефектів полягає в тому, що вони є концентраторами високих напруг через відсутність радіуса заокруглення у тріщин. Просторові дефекти, такі, як пори, газові бульбашки або будь-які включення мають будь-якої радіус заокруглення, тому, представляють собою меншу небезпеку, навіть при більшій кількості.

При маленькому заокругленні біля основи тріщини, для того, щоб оцінити діючі в ній напруги, застосовують коефіцієнт інтенсивності напружень К1, що дозволяє оцінити механіку руйнування. Коефіцієнт інтенсивності напружень можливо визначити в тому випадку, якщо напруга, необхідне для руйнування, менше межі текучості матеріалу. Визначається він за формулою:

де а - величина (висота) зовнішнього дефекту, або половина величини внутрішнього дефекту;
б m - напруга при розтягуванні;
б в - напруга при згині;
Мm і Мв - коефіцієнти, величина яких визначається відношенням величини дефекту до товщини деталі і розташуванням дефекту;
Q - коефіцієнт, що залежить від форми дефекту.

Для зварних з'єднань, що не піддаються відпалу після зварювання, з метою зменшення внутрішньої напруги, для оцінки допустимості зварних дефектів необхідно використовувати розрахунок критичного розкриття тріщини (COD). Обчислення коефіцієнта К1, або знаходження величини критичного розкриття, дає можливість з високою точністю визначити величину можливого допустимого дефекту зварного шва.

Додаткові матеріали по темі: