Види дефектів зварних з’єднань

При виробництві зварних деталей і конструкцій утворюються дефекти різного виду, які умовно можна класифікувати на:

• - дефекти підготовки та складання;
• - дефекти форми шва;
• - зовнішні і внутрішні дефекти.

Дефекти підготовки та складання. Характерними видами дефектів при зварюванні плавленням є:

• неправильний кут скосу кромок шва з V-, X- і U-подібною обробленням;
• занадто велике чи мале притуплення по довжині кромок;
• мінливість зазору між кромками по довжині елементів, що стикуються;
• розбіжність стикуються площин;
• занадто великий зазор між крайками деталей, що зварюються;
• розшарування і забруднення крайок.

Зазначені дефекти можуть виникнути через:

• несправності верстатного обладнання, на якому обробляли заготовки;
• недоброякісності вихідних матеріалів;
• помилок у кресленнях;
• низької кваліфікації слюсарів і збирачів.

Дефекти форми шва. Форма і розміри зварних швів зазвичай задаються технічними умовами, вказуються на кресленнях і регламентуються стандартами. Конструктивними елементами стикових швів (рис. 1) є їх ширина e. висота опуклості q і подварки q1. кутових швів таврових і з'єднань внапуск без скосу кромок (рис. 2) - катет К і товщина а. Розміри швів залежать від товщини s зварюється і умов експлуатації конструкцій.

Мал. 1. Основні конструктивні елементи зварних швів: а - без підготовки кромок малої товщини (b - ширина зазору); б - з V-подібною обробленням

Мал. 2. Основні конструктивні елементи валиків: а - нормального; б - опуклого; в - вогнутог про

При виконанні зварних з'єднань будь-якими методами зварювання плавленням шви можуть мати нерівномірну ширину і висоту, горби, сідловини, нерівномірну висоту катетів в кутових швах рис. 3.

Мал. 3. Дефекти форми швів: а - нерівномірна ширина шва при ручному зварюванні; б - те ж, при автоматичному зварюванні; в - нерівномірна опуклість - горби і сідловини

Нерівномірне ширина швів утворюється при неправильному русі електрода, що залежить від візуально-рухової координації (ЗДК) зварника, а також в результаті виниклих відхилень від заданого зазору кромок при складанні. При автоматичному зварюванні причиною утворення цього дефекту є порушення швидкості подачі дроту, швидкості зварювання і т. Д.

Нерівномірність опуклості по довжині шва, місцеві горби і сідловини виходять при ручному зварюванні через недостатню кваліфікацію зварника і в першу чергу пояснюються особливістю ЗДК зварника; неправильними прийомами заварки прихваток; незадовільною якістю електродів.

При автоматичному зварюванні ці дефекти зустрічаються рідко і є наслідком неполадок в механізмі автомата, що регулює швидкість зварювання.

Перераховані дефекти форми шва знижують міцність з'єднання і побічно кажуть на можливість утворення внутрішніх дефектів.

Зовнішні дефекти. До них відносять

Напливи утворюються в результаті стікання розплавленого металу електрода на нерозплавлений основний метал або раніше виконаний валик без сплаву з ним (рис. 4). Напливи можуть бути місцевими, у вигляді окремих зон, а також значними по довжині.

Напливи виникають через:

• надмірної сили струму при довгій дузі і великій швидкості зварювання;
• незручного просторового положення (вертикальне, стельове);
• збільшеного нахилу площини, на яку накладають зварні шви;
• неправильного ведення електрода або невірного зміщення електродного дроту при зварюванні кільцевих швів під флюсом;
• виконання вертикальних швів вгору і недостатнього досвіду зварника.

Мал. 4. Напливи в швах: а - горизонтальному; б - нахлесточного з'єднання; в - таврового з'єднання; г - стикового з'єднання або при наплавленні валиків

Підрізи є поглиблення (канавки) в основному металі, що йдуть по краях шва (рис. 5). Глибина підрізу може коливатися від десятих часток міліметра до декількох міліметрів. Причинами утворення цього дефекту є:

• значно сили струм і підвищена напруга дуги;
• не зручне просторове положення при зварюванні;
• недбалість зварника.

Мал. 5. Підрізи: а - в стиковому шві; б - в горизонтальному шві, розташованому на вертикальній площині; в - в кутовому шві таврового з'єднання

Підрізи в шві зменшують робочу товщину металу, викликають місцеву концентрацію напружень від робочих навантажень і можуть бути причиною руйнування швів в процес експлуатації. Підрізи в стикових і кутових швах, розташовані поперек чинних на них сил, призводять до різкого зниження вібраційного міцності; навіть досить великі підрізи, що проходять уздовж действующе сили, відображаються на міцності в значно меншій мірі, ніж підрізи, розташовані поперек.

Кратер - поглиблення, що утворюється кінці шва при раптовому припиненні зварювання Особливо часто кратери виникають при виконанні коротких швів. Розміри кратер залежать від величини зварювального струму. У разі ручного зварювання його діаметр коливається від 3 до 20 мм, при автоматичній він має подовжену форму у вигляді канавки. Иезакладені кратери знижують міцність зварного з'єднання так як концентрують напруги. При вібраційному навантаженні зниження міцності з'єднання з маловуглецевої стали досягає 25%, а з низьколегованих - 50% при наявності в шві кратера.

Пропали - дефекти у вигляді наскрізного отвору в звареному шві, що утворюються при витіканні зварювальної ванни; зварюванні метал невеликої товщини і кореня шва в багатошарових швах, а також при зварюванні від низу до верху вертикальних швів (рис. 6). Причинами прожогов є: надмірно висока погонне енергія дуги, нерівномірна швидкість зварювання, зупинка джерела живлення, збільшений зазор між крайками зварювальних елементів. У всіх випадках отвір, що виникає при пропали, хоча і закладається, проте шов в тому місці виходить незадовільний за зовнішнім виглядом і якістю.

Підпали виникають в результаті порушення дуги ( «чирканья електродом») на краю кромки. Цей дефект служить джерелом концентрації напружень, його обов'язково видаляють механічним способом.

Внутрішні дефекти. До них відносять пори, шлакові включення, непровари, несплавенія і тріщини.

Пори (рис. 7) у вигляді порожнини округлої форми, заповненої газом, утворюються внаслідок: забрудненості кромок зварюється, використання вологого флюсу або відвологлих електродів, недостатньою захисту шва при зварюванні у вуглекислому газі, збільшеної швидкості і завищеною довжини дуги. При зварюванні у вуглекислому газі, а в деяких випадках і під флюсом на великих токах, утворюються наскрізні пори - так звані свищі.

Мал. 7. Характер пористості в наплавленого металу шва: а - рівномірна пористість; б - скупчення пор; в - ланцюжки пір

Розміри внутрішніх пір коливаються від 0,1 до 2. 3 мм в діаметрі, а іноді і більше. Пори, що виходять на поверхню шва, можуть бути і більше. Свищі при зварюванні під флюсом і в вуглекислому газі на великих токах можу мати діаметр до 6. 8 мм. Довжина так званих «червоподібний» пор - до декількох сантиметрів.

Рівномірна пористість (рис. А) зазвичай виникає при постійно діючих факторах: забрудненості основного металу по зварюються поверхнях (іржа, масло і т.п.), непостійній товщині покриття електродів і т.д. Скупчення пір (рис. 7, б) спостерігається при місцевих забрудненнях або відхилення від встановленого режиму зварювання, також при порушенні суцільності покриття електрода, зварюванні на початку шва, обриві дуги або випадкових змінах її довжини.

Ланцюжки пір (рис. 7, в) утворюються в умовах, коли газоподібні продукти проникають в метал по осі шва на всій його довжині (при зварюванні по іржі, підсмоктування повітря через зазор між крайками, підварюванні кореня шва неякісними електродами). Поодинокі пори виникають за рахунок дії випадкових чинників (коливання напруги мережі і т.д.). Найбільш ймовірно виникнення пір при зварюванні алюмінієвих і титанових сплавів, в меншій мірі - при зварюванні сталей.

Шлакові включення в металі зварного шва - це невеликі обсяги, заповнені неметалевими речовинами (шлаками, оксидами). Ймовірність утворення жужільні включень в значній мірі визначається маркою зварювального електрода. При зварюванні електродами з тонким покриттям ймовірність утворення шлакових включень дуже велика. При зварюванні високоякісними електродами, що дають багато шлаку, розплавлений метал довше знаходиться в рідкому стані і неметалеві включення встигаю спливти на його поверхню, в результаті чого шов засмічується жужільними включеннями не суттєво.

Шлакові включення можна розділить на макро- і мікроскопічні. Макроскопічні включення мають сферичну і довгасту форми у вигляді витягнутих «хвостів» Ці включення утворюються в шві через погану очищення зварювальних кромок від окалини та інших забруднень і найчастіше внаслідок внутрішніх підрізів і поганий зачистки від шлак поверхні перших шарів багатошарових швів перед заваркою наступних ( рис. 8).

Мікроскопічні шлакові включення з'являються в результаті утворення в процесі плавлення деяких хімічних сполук, які залишаються в шві при кристалізації.

Мал. 8. Шлакові включення по підрізу кромки в багатошаровому шві

Оксидні плівки можуть виникати при всіх видах зварювання. Причини їх утворення такі ж, як і шлакових включень: забрудненість поверхонь зварюваних елементів; погана зачистка від шлаку поверхні шарів шва при багатошаровому зварюванні; низька якість електродного покриття або флюсу; недостатньо хороша кваліфікація зварника і т.п.

Непровари - це дефект у вигляді місцевого несплавлення в зварному з'єднанні внаслідок неповного розплавлення кромок або поверхонь раніше виконаних валиків. Непровари (рис. 9, а) у вигляді несплавлення основного металу з наплавленим представляють собою тонкий прошарок оксидів, а в деяких випадках - грубу шлакову прошарок між основним і наплавлений металом. Причинами утворення таких непроварів є:

• - погана зачистка кромок зварювальних деталей від окалини, іржі, фарби, шлаку, масла та інших забруднень;
• - блукання або відхилення дуги під впливом магнітних полів, особливо при варінні на постійному струмі;
• - електроди з легкоплавкого матеріалу (при виконанні шва такими електродами рідкий метал натекает на неоплавленние зварюються кромки);
• - надмірна швидкість зварювання, при якій зварюються кромки не встигають розплавитися;
• - значний зсув електрода в сторону однієї з крайок, що зварюються, при тому розплавлений метал натекает на другу нерозплавлений кромку, прикриваючи непровар;
• - незадовільна якість основного металу, зварювального дроту, електродів, флюсів і т.д .;
• - погана робота зварювального обладнання - коливання сили зварювального струму і напруги дуги в процесі зварювання;
• - низька кваліфікація зварника.

Мал. 9. Непровари: а - по кромці з основним металом; б - в корені шва; в - між окремими шарами; г - між валиками

Причинами утворення непроварів в корені шва (рис. 9, б) крім вказані вище можуть бути: недостатній кут скосу кромок; велика величина їх притуплення; маленький зазор між крайками деталей, що зварюються; велике перетин електрода або присадочного дроту, що укладається в оброблення шва, що значно ускладнює розплавлення основного металу. Непровари між окремими шарами (рис. 9, в, г) виникають з наступних причин: через не повністю віддаленого шлаку, що утворився при накладенні попереднього валика, що можливо через труднощі його видалення або недбалості зварника; недостатньої теплової потужності (малий струм, надмірно довга або коротка дуга).

Тріщини - часткове місцеве руйнування зварного з'єднання у вигляді розрив (рис. 10). Утворення тріщин сприяють такі чинники:

• - зварювання легованих сталей в жорстко закріплених конструкціях;
• - висока швидкість охолодження при зварюванні вуглецевих сталей, схильних до загартування на повітрі;
• - застосування високовуглецевого електродного дроту при автоматичного зварювання конструкційної легованої сталі;
• - використання підвищених щільності зварювального струму при накладенні першого шару багатошарового шва товстостінних посудин і виробів;
• - недостатній зазор між крайками деталей при електрошлакового зварювання;
• - занадто глибокі і вузькі шви при автоматичному зварюванні під флюсом;
• - виконання зварювальних робіт при низькій температурі;
• - надмірне нагромадження швів для посилення конструкції (застосування накладок і т.п.), в результаті чого зростають зварювальні напруги, що сприяють утворенню тріщин в зварному з'єднанні;
• - наявність в зварних з'єднаннях інших дефектів, що є концентраторами напружень, під дією яких у області дефектів починають розвиватися тріщини.

Мал. 10. Тріщини в зварних швах і з'єднаннях: а - в наплавленого металу; б - в зонах оплавлення і термічного впливу

Для електронно-променевої (ЕЛС) і лазерного зварювання (ЛЗ) найбільш характерні: несплавлення за рахунок зміщення променя внаслідок намагнічування (ЕЛС) або мінливості зазору по довжині (ЛЗ); газові порожнини, що виникають із-за неповного закриття газодинамічного каналу; дефекти формування шва через викид металу; пористість.

Металеві включення. В практик найбільш поширені вольфрамові включення при зварюванні алюмінієвих сплавів. Вони зазвичай виникають при аргонодугового зварюванні вольфрамовим електродом При цьому можуть спостерігатися миттєва нестабільність дуги і поява одночасно вольфрамовими включеннями оксидних включень. Вольфрамові включення можуть розташовуватися всередині шва і на поверхні з'єднань у вигляді бризок. При попаданні вольфраму рідку ванну він зазвичай занурюється на дно ванни. Вольфрам в алюмінії не розчиняється має велику щільність. На рентгенівському знімку він дає характерні ясні зображення довільної форми. Вольфрамові включення, як правило утворюються в місцях обриву дуги, при цьому вольфрам накопичується в вершині кратерів, де часто утворюються тріщини.

Вольфрамові включення підрозділяю на дві основні групи: ізольовані і групові. Розмір діаметра ізольовані включень 0,4. 3.2 мм. Групові включення описуються (по рентгенограмі) розміром групи, кількістю і розміром окремих (ізольованих) включень в групі, при цьому розмір групи характеризується розміром мінімальної окружності, в яку вписується група включень. Якщо зображення декількох включень зливається, то їх приймають за одне включення.