Соединение металлических деталей сваркой - сложный физико-химический процесс, где при высоких температурах взаимодействует сам металл, газы атмосферы, продукты горения электрода. Каждый из компонентов вносит свой вклад в общий итог процесса сваривания. Некоторые из воздействий приводят к некачественному свариванию, образуются так называемые дефекты сварных швов.

Они могут образоваться в результате различных ситуаций, например, при излишне большом или слишком слабом сварочном токе, повышенной влажности, наличии загрязнений в зоне сваривания. Существует определенная классификация дефектов и причин их появления, общий обзор которых будет приведен в этой статье. Также вы узнаете, каким образом можно устранить дефекты и в каких случаях это возможно.

Большинство дефектов сварного шва возникают при нарушении технологии сваривания. Только в некоторых случаях дефекты вызваны непредвиденными ситуациями. При сварке плавлением большое значение имеют:

• предварительная подготовка и сборка соединения;
• режим термической обработки;
• правильный подбор свариваемых материалов;
• качество аппарата и расходных материалов.

Классифицируются дефекты по различным признакам - размеру, форме, расположению в линии шва, степени опасности относительно возможности разрушения соединения. Нормативно дефекты классифицируются согласно международного документа - «Классификация, обозначения и определения. Дефекты соединения металлов при сварке плавлением». Все требования сборника собраны в ГОСТ 30242-97.

По этому документу все дефекты сварных соединений подразделяются на 6 основных групп:

• трещины;
• нарушение формы шва;
• полости, кратеры и раковины;
• несплавленные кромки и непроваренные участки;
• наличие твердых вкраплений и включений;
• остальные дефекты, не вошедшие в первые 5 групп.

Каждый из дефектов имеет свое цифровое обозначение, которое проставляется в зоне сварного шва при осмотре. По международной классификации дефекты сварных швов могут обозначаться еще и буквами. Но, в любом случае, определение дефектов по российской и международной классификации совпадают по основным характеристикам.

Такие нарушения возникают как на самом шве, так и в близлежащей зоне. Причиной их может быть неравномерное охлаждение металла или действие нагрузок до момента полного остывания. Трещины бывают поперечными, радиальными и продольными, обозначаются, соответственно, 102, Eb, 103, E и 101 Ea. Существует еще несколько видов трещин, в том числе и те, которые обнаруживаются только при микроскопическом исследовании (микротрещины 1001).

Полости

Образуются скоплением газов в расплавленном металле. Полости могут быть как сферическими, так и бесформенными. Но, в любом случае, они приводят к снижению прочности соединения. Полости располагаются хаотично, цепочкой, скоплением, равномерно. Маркируются цифрами 2012, 2013 и т д. Открытые полости, образованные расширяющимся газом, который покинул пределы шва и ушел в атмосферу, называются свищами.

Раковины и кратеры образуются в зоне полостей и свищей, когда металл еще не остыл, а внутреннее давление газов снизилось ниже критического. Остывая, металл сжимается и как бы проваливается внутрь шва.

Твердые вкрапления

Общий индекс твердых включений - 300. Такие дефекты сварных соединений представляют собой частицы шлака, металлов или неметаллов, оставшиеся в зоне шва и вплавленные в металл, но не составляющие с ним одного целого. Такими включениями могут быть флюсы, частицы вольфрама, меди, оксидов по той или иной причине оказавшиеся в шве.

Несплавления

Участки сварного шва, в которых между металлом и швом, внутри шва или по боковой и корневой части наблюдаются зоны, где металл недостаточно расплавился и не соединился в целостную структуру. Это явление возникает в результате слишком быстрого перемещения электрода или недостаточной силе сварного тока. Маркируются дефекты индексом 400.

Разновидностью несплавления являются непровары - участки шва, где металл недостаточно расплавился, чтобы проникнуть в корневую часть шва и заполнить весь зазор между деталями.

Нарушения формы шва

• подрезы;
• линейные и угловые смещения;
• натеки;
• прожоги;
• неравная ширина;
• нарушение профиля.

В дефектоскопии такие нарушения маркируются цифрами от 500.

Устранение дефектов

Во многих случаях выявленные при дефектоскопии нарушения целостности шва можно устранить. Наружные дефекты, то есть те, которые можно увидеть визуально, без применения специального оборудования. Внутренние - видимые при использовании рентгеноскопического аппарата или механической обработки, при которой снимается часть наплавленного металла. Также дефекты проявляются при ультразвуковом исследовании.

Устранение дефектов возможно в большинстве случаев, кроме пережога, когда нарушается структура металла. Часто, с целью ликвидации последствий неудачного процесса сварки, часть шва удаляется механическим путем, и сваривание производится снова.

Устранить можно практически все дефекты, если это технически можно решить и процесс оправдан экономически. В некоторых случаях деталь лучше отбраковать и пустить на переплавку, чем тратить время на исправление сварного шва.

Дефекты сварки на легированных сталях устраняются только после отпуска деталей - специального процесса термообработки при температурах 450-650 °С. Без этого этапа подготовки устранение дефектов может привести к еще большим нарушениям целостности соединения и возникновению внутренних напряжений в металле.

Дефектоскопия

Таким термином определяется последовательность действий, направленная на обнаружение дефектов сварных соединений, которые могут привести к нарушению герметичности, разрушению конструкций или частичным их деформациям. Дефектоскопия сварных швов производится различными методами, которые ни в коем случае не нарушают целостности шва и самого металла.

Начальный этап - визуальный и измерительный контроль. При нем выявляются практически все внешние и ряд внутренних дефектов - нарушение геометрии, непровары, пережоги, трещины, наплывы. Часто для детализации визуального контроля необходимо обработать поверхность шва реактивами - спиртом или азотной кислотой (становятся видимыми мелкие трещины и поры).

К внешнему визуальному осмотру относится и применение оптических средств - луп, микроскопов, ламп прямого и бокового освещения. Также в этом процессе применяются измерительные инструменты - штангенциркули, линейки, щупы, шаблоны. С их помощью определяются геометрические размеры дефектов и возможность их классификации на допустимые и недопустимые (в зависимости от требований к конкретному изделию).

Капиллярный контроль производится с помощью специальных жидкостей, пенетрантов. Проникая в поры и трещины, жидкость окрашивает их и делает хорошо видимыми. Поверхностные дефекты окрашиваются и заметить их намного легче. Цветная дефектоскопия, как правило, позволяет увидеть большинство внешних дефектов, но внутренние проявить таким образом невозможно.

Для глубинного исследования применяется магнитная дефектоскопия, ультразвуковая и рентгенографическая. Эти исследования требуют применения сложных приборов, но в большинстве случаев это оправдано, особенно на сложных и ответственных объектах.

Как правило, в самом начале производится визуальный и измерительный контроль. Все остальные способы диагностики применяются только после того, как исправление дефектов сварки, обнаруженных при осмотре, выполнено, и этот метод не приносит больше результатов.

Каждый сварщик имеет в своем арсенале собственные методы определения дефектов и знает способы их устранения. Если у вас есть собственный опыт в этой области - поделитесь им на страницах нашего сайта. Практические методы работы со сваркой - одна из наиболее интересных тем для наших читателей.

Время чтения: ≈12 минут

Не важно, какую технологию вы выбрали для выполнения сварочных работ. Дефекты могут возникнуть в любом случае, что при , что при сварке . Появление дефектов связано либо с неопытностью сварщика, либо с неправильно выбранным режимом сварки, либо с недостаточно тщательным контролем качества.

Поэтому важно предотвращать дефекты и контроль качества сварных соединений должен проводится после выполнения каждой сварочной операции. В этой статье мы подробно расскажем, какие существуют распространенные дефекты сварных швов. И какие методы контроля можно использовать, чтобы обнаружить их.

Любой опытный сварщик скажет вам, что существуют многочисленные виды дефектов сварных швов. Их можно разделить на две категории - наружные и внутренние. Наружные дефекты сварных швов можно обнаружить прямо на поверхности шва с помощью специального инструмента (например, лупы) или хорошего зрения. Внутренние дефекты сварных швов визуально не видны и для их обнаружения нужно использовать особые методики контроля качества. О них мы расскажем ближе к концу. А пока дефекты.

В рамках этой статьи мы не будем перечислять все возможные дефекты, а расскажем только о самых распространенных. Итак, ниже наша краткая классификация дефектов сварных швов.

Непровар

Непровар в сварном шве - один из самых часто встречающихся дефектов у новичков. Представляет собой небольшой участок с недостаточно проваренным металлом. Основные причины образования непроваров - слишком длинная сварочная дуга, недостаточная сила тока или обе ошибки одновременно.

У новичков непровары образуются в том случае, если была выполнена неправильная или если сварка велась слишком быстро. Как не трудно догадаться, чтобы предотвратить непровар сварного шва нужно подобрать оптимальный режим сварки, варить не слишком быстро и на короткой дуге.

Подрез

Если вы когда-либо варили тавровый или нахлесточный шов, то наверняка могли заметить небольшие углубления вдоль сторон сварного валика. Это и есть подрезы. Частая причина образования подрезов - слишком быстрая сварка или неправильно подобранное напряжение сварочной дуги. Также подрезы порой возникают из-за слишком длинной дуги.

Некоторые новички спрашивают: «Допускаются ли подрезы сварных швов?». Да, но только в очень сложных конструкциях, где подрезов не избежать. В подобных ситуациях подрезы называют просто «допустимые дефекты сварных швов». В остальных случаях это недопустимые дефекты.

Наплыв

Наплыв в сварном шве в 95% случаев свидетельствует о том, что вы неправильно настроили или недостаточно тщательно зачистили кромки. Очевидно, что для предотвращения образования дефекта нужно правильно настроить силу сварочного тока и немного повысить напряжение дуги.

Прожог

Прожог сварного шва - это сквозное отверстие в сварном соединении, которое вы можете обнаружить невооруженным глазом. Прожоги образуются из-за медленной сварки. В одном месте концентрируется слишком большая температура и металл плавится больше, чем должен. Главная опасность прожогов - существенное снижение прочности шва.

Понизьте сварочный ток и ускорьте формирование шва. Только так вы сможете предотвратить появление прожогов. Уделите особое внимание, если варите алюминий. У него очень высокая теплопроводность, при этом низкая температура плавления. Так что получить прожог на алюминиевой заготовке проще простого.

Кратер

Кратер - это воронка небольшого размера, расположенная прямо на валике шва. Чаще всего в самом его конце. Образуется из-за резкого обрыва дуги. Ведите дугу плавно и оканчивайте сварку постепенно. Если на вашем сварочном аппарате есть специальный режим предотвращения образования кратеров, то включите его.

Горячая или холодная трещина

Трещины в сварных швах - также один из самых часто встречающихся дефектов. Трещины бывают холодными и горячими. Горячие образуются во время сварки, а холодные - после. Горячие трещины образовываются при несовместимости электрода/присадочной проволоки и свариваемого металла. Иногда трещины могут образоваться при попытке заварить кратер, о котором мы говорили выше. Проверяйте, чтобы состав присадочного материала и металла был идентичен.

С холодными трещинами все проще. Они образовываются только в том случае, если шов слишком хрупкий и не выдерживает механической нагрузки. Единственный способ предотвратить появление холодных трещин - соблюдать технологию сварки и работать профессионально. Горячие и холодные трещины могут быть как внутренними (скрытыми от глаз), так и наружными.

Поры

Что такое пора в сварке? Пора (а чаще всего поры) - это небольшие углубления в структуре шва. Могут быть поверхностными или внутренними. Представьте муравейник, который пронизывают множественные ходы. Вот то же самое происходит и со швом. Поры без сомнения можно назвать самым частым дефектом из всех возможных.

Если в ходе процесса образовались поры в сварном шве, значит вы с самого начала все делали неправильно. Скорее всего, вы недостаточно тщательно зачистили кромки и не защитили шов от попадания кислорода. А подобные ошибки совершают только те, кто только-только начал свое знакомство со сваркой. На работайте на сквозняке и проверяйте качество электродов/исправность горелки/исправность системы подачи газа.

Методы контроля качества

Что ж, теперь вы знаете самые распространенные дефекты сварных соединений и причины их возникновения. Теперь давайте поговорим о . Мы расскажем вам о самых часто применяемых и эффективных. Это визуально-измерительный контроль, радиационный и ультразвуковой контроль.

Визуально-измерительный контроль

(ВИК) - это самый простой и самый старый способ оценки качества сварного соединения. Из названия понятно, что в ходе этого контроля используется визуальное наблюдение и измерительные приборы. Под визуальным наблюдением подразумевается простой осмотр шва невооруженным глазом или с помощью лупы. В отдельных случаях используют микроскопы. А в качестве измерительных инструментов чаще всего применяют обычные линейки. Это самый доступный и недорогой метод контроля, поскольку инструменты стоят недорого и такому контролю можно обучить самого сварщика, выполняющего работу. Предприятию даже не нужно нанимать отдельных специалистов для проведения этого контроля.

Сейчас в магазинах продаются специальные наборы со всеми необходимыми инструментами и даже подробно инструкцией, как проводить контроль. Вам достаточно один раз прочесть брошюру, все запомнить и вы уже можете провести такой контроль самостоятельно. Но, несмотря на все плюсы, есть у ВИК большой недостаток - значительное влияние человеческого фактора на результат контроля. Вся ответственность ложится на плечи человека. И если он в силу объективных или субъективных причин не сможет выполнить контроль качественно, то есть вероятность брака.

Радиационный контроль

(его также называют радиографическим) - очень интересный метод контроля, который основан на применение рентгеновских лучей. Да, как при рентген-диагностике в поликлинике. Деталь повещается в специальный аппарат (или аппарат устанавливается на деталь), затем сквозь металл пропускают рентгеновское излучение и на выходе получают снимок, на котором видны все дефекты сварки. Эта технология наверняка известна вам давно.

Нетрудно догадаться, что подобная диагностика крайне эффективна. На снимке видны малейшие дефекты, которые невозможно обнаружить любым другим способом. Особенно, если снимок выполняется с применением компьютера, на котором потом можно детально рассмотреть все изъяны сварки. Но при работе с рентгенографом необходимо соблюдать повышенную технику безопасности. Частицы радиации могут заражать воздух, из-за чего он становится токопроводимым. А о возможном вреде для здоровья и говорить не приходится. Так что к выполнению радиационного контроля должны быть допущены только хорошо обученные сотрудники.

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов (он же ультразвуковой контроль качества или просто УЗК сварных швов) - метод контроля, который во многом схож с выше описанным радиационным. Только вот вместо рентгеновских лучей здесь используются ультразвуковые волны. Для фиксации результата используется ультразвуковой дефектоскоп для контроля сварных соединений.

Суть его работы проста. На поверхность шва посылаются ультразвуковые волны, которые проходят сквозь металл. Проходят не полностью, часть лучей отражается и возвращается обратно. Если у шва есть какой-либо дефект, то отразившиеся и вернувшиеся назад волны будут ослаблены и искажены. Проще говоря, они будут отличаться от тех, что были пущены вначале проведения контроля. Все эти изменения как раз и фиксирует дефектоскоп.

Ультразвуковой контроль используется очень часто. Для его проведения можно установить большой стационарный дефектоскоп в отдельном кабинете, а можно приобрести компактную модель для выездной диагностики. И эта компактная модель сможет дать вполне объективный результата. С помощью дефектоскопа можно не только узнать местонахождение дефекта, но и его размеры. Но нужно учитывать, что дефектоскопы стоят дорого и для работы с ними нужно дополнительно обучать персонал. Или искать специалиста «на стороне».

Вместо заключения

Дефекты сварных швов и соединений бывают разными, но суть всегда одна - они так или иначе нарушают эксплуатационные характеристики готового изделия. Чтобы их избежать необходимо как можно больше практиковаться, правильно настраивать режим сварки и не забывать о контроле качества. Проведение ультразвукового контроля занимает считанные минуты, а в результате вы получаете объективную картину и можете трезво оценить качество своей работы.

Нарушение требований, установленных нормативными документами, при сварке плавлением приводит к образованию брака. Дефекты сварных соединений ГОСТ 30242-97 разделяет на шесть групп. Их нужно знать так же хорошо, как и то, правильно.

Трещины: разновидности, причины их образования

Трещиной называют несплошность, которая вызывается резким охлаждением или воздействием нагрузок. Разновидность этого дефекта, которую можно обнаружить только оптическими приборами с увеличением, не менее пятидесятикратного, называют микротрещиной.

Продольные трещины располагаются вдоль сварного соединения и могут располагаться:

• в металле шва;
• в основном материале;
• на границе сплавления;
• в области температурного влияния.

Трещины в основном металле, причиной которых являются высокие напряжения, называют скрытыми. Внешне они напоминают ступеньки. Этот дефект присущ сварным соединениям значительной толщины. Высокие напряжения вызываются слишком жесткими соединениями или некорректным выбором сварочной технологии. Уменьшение сварочных напряжений снижает вероятность образования скрытых продольных трещин.

Конфигурация продольных трещин определяется линиями сплавления шва и основного металла.

Эти трещины разделяют на:

• горячие, их причиной является высокотемпературная хрупкость сплавов;
• холодные – возникают при медленном разрушении металла.

Поперечные трещины ориентированы перпендикулярно оси сварного шва. Они могут возникать, как в основном материале и металле сварного соединения, так и в зоне температурного влияния.

Радиальные трещины расходятся из одной точки и иначе называются звездообразными. Места их расположения аналогичны локализациям поперечных трещин. Причины образования поперечных и радиальных трещин такие же, как и у продольных.

В месте отрыва дуги на поверхности шва образуется углубление. Дефекты, которые возникают в этом месте, называют трещинами в кратере. Они разделяются на продольные, поперечные, звездоподобные. Конфигурацию этого дефекта определяют: микроструктура зоны сварного соединения, фазовые, термические и механические напряжения.

Если возникает группа не связанных друг с другом трещин, то они называются раздельными. Места и причины их возникновения аналогичны этим характеристикам поперечных и радиальных трещин.

Если из одной трещины образуется группа трещин, то такой брак носит название разветвленных трещин. Места их расположения – основной материал, металл шва, область термического влияния. Причины возникновения такие же, как и у продольных трещин.

Поры: их форма, места расположения и причины появления

Дефекты сварных соединений и соединений в виде полостей в сварном соединении называют порами. Эти полости заполнены газом, который не успел выделиться наружу.

Различают следующие разновидности пор:

• Газовая полость – это образование произвольной формы, не имеющее углов, причиной появления которого явились газы, не успевшие покинуть расплавленный материал.
• Газовой порой называют газовую полость, имеющую сферическую форму.
• Группа газовых пор, которая располагается в металле сварного соединения, называется равномерно распределенной пористостью.
• Скопление пор – это три или более газовых полостей, расположенных кучно на расстоянии между собой, не превышающем тройной диаметр максимальной поры.
• Цепочкой пор называют ряд газовых полостей, которые располагаются линией вдоль сварного соединения с расстоянием между ними, не превышающем трех диаметров наибольшей из пор.
• Если дефектом является несплошность, вытянутая вдоль оси сварного шва и имеющая высоту, которая гораздо меньше длины, то она называется продолговатой полостью.
• Свищом называют трубчатую полость, которая располагается в металле сварного шва. Свищ вызывается выделением газа. Его форма и положение определяются источником газа и режимом твердения. Как правило, свищи образуют скопления в форме елочек.
• Газовая полость, нарушающая целостность поверхности сварного соединения, называется поверхностной порой.
• Если во время затвердевания вследствие усадки образуется полость – она носит название усадочной раковины. А усадочная раковина, расположенная в конце валика и не заваренная при последующих проходах, называется кратером.

Поры – дефекты сварных соединений, фото которых приведено ниже, появляются из-за наличия вредных примесей, как в основном металле, так и в присадочном. Поры могут образовываться из-за ржавчины и прочих загрязнений, которые не были удалены перед проведением сварки с кромок материала, повышенного содержания углерода, высокой скорости сварочного процесса, нарушений защиты сварочной ванны. Самой частой причиной возникновения пор является отсыревшее покрытие плавящегося электрода.

Наличие одиночных пор не представляет опасности, а вот их цепочка может негативно сказаться на прочностных характеристиках сварного соединения. Участок сварочного шва, пораженный этими дефектами, переваривают, предварительно механически его зачистив. Поры и шлаковые включения

Виды твердых включений в сварном шве

Твердые инородные включения, как металлического, так и неметаллического характера, имеющие в своей конфигурации хотя бы один острый угол, являются недопустимым дефектами в сварном соединении, поскольку играют роль концентраторов напряжений. Дополнительная опасность этих дефектов заключается в том, что они не видимы снаружи. Обнаружить их можно только методами неразрушающего контроля.
Шлаковые включения в сварном соединении

Твердые включения разделяются на следующие виды:

• Шлаковые включения – это шлаки, попавшие в сварочный шов. В зависимости от того, в каких условиях они были образованы, они бывают линейными, разобщенными, прочими. Причины их образования – большие скорости сварочного процесса, загрязненные кромки, многослойная сварка, если швы между слоями очищены некачественно. Форма этих бракованных включений очень разнообразна, поэтому они могут быть гораздо опаснее округлых пор.
• Флюсы, служащие для защиты металла от окисления, являются причиной образования флюсовых включений. Также, как и шлаковые, флюсовые включения делят на линейные, разобщенные и прочие.
• Причинами образования оксидных включений могут быть: недостаточно чистая поверхность основного или присадочного металлов, вытаскивание горячего сварочного прутка из области защиты, неправильная подготовка кромок – слишком сильное их затупление.
• Частицы сторонних металлов – вольфрама, меди или других образуют металлические включения. Причиной их образования может стать эрозия вольфрамового электрода или случайное попадание металлических частиц снаружи, а также при использовании для поджига медной стружки.

Несплавление и непровар: причины возникновения

Дефекты – несплавление и непровар – это отсутствие соединения основного материала и металла сварного соединения.

Несплавление возникает при высоких скоростях сварочного процесса и силе тока более 15000С. Для предотвращения несплавлений необходимо уменьшить скорость сварки, снизить временной разрыв между образованием и заполнением канавки, тщательно очищать сварочную зону от масел и загрязнений. Несплавления могут располагаться:

1. в корне сварного шва;
2. на боковой стороне;
3. между валиками.

Непровар возникает по причине невозможности расплавленного металла достичь корня шва. Причин непровара может быть несколько:

1. недостаточный сварочный ток;
2. слишком высокая скорость перемещения электрода;
3. увеличенная длина дуги;
4. слишком маленький угол скоса кромок;
5. перекос свариваемых кромок;
6. недостаточный зазор между кромками;
7. неправильно выбранный – увеличенный – диаметр электрода.
8. попадание шлака в зазоры между кромками;
9. неадекватный выбор полярности для данного типа электродов.

Непровар – очень опасный и недопустимый сварочный дефект.

Виды отклонений формы наружной поверхности шва от заданных значений

К нарушениям формы сварочного шва относят следующие дефекты:

• Подрезы непрерывные – представляют собой непрерывные углубления, расположенные на наружной части валика шва. Если подрезы располагаются со стороны корня одностороннего шва и образуются по причине усадки вдоль границы, их называют усадочными канавками. Подрезы являются широко распространенными поверхностными дефектами, которые возникают из-за слишком высокого напряжения дуги при сваривании угловых швов или по причине неточного ведения электрода. В этом случае одна из кромок проплавлена более глубоко, что приводит к стеканию металла на находящуюся в горизонтальном положении деталь. Для заполнения канавки металла не хватает. При сварке стыковых швов подрезы образуются редко. При слишком высоких значениях скорости сварки и напряжения дуги, как правило, возникают двухсторонние подрезы. Такого же типа дефект получается и при автоматической сварке в случае повышения угла разделки.

• Превышения выпуклостей стыкового или углового шва представляют собой избыток наплавленного металла с лицевой стороны швов сверх положенного значения.
• Если избыток наплавленного металла сверх установленного значения располагается на обратной стороне стыкового шва, то такой дефект называют превышением проплава. Разновидность – местный избыточный проплав.
• Если избыток наплавляемого металла натекает на основной металл, но не сплавляется с ним, то такой дефект называют наплавом.
• Линейное смещение возникает, если свариваемые поверхности расположены параллельно, но не на одном уровне.
• Угловым называют смещение между двумя поверхностями при их расположении под углом, который отличается от необходимого.
• Натек образуется из металла сварного шва который оседает под воздействием силы тяжести. Натек образуется при горизонтальном, потолочном, нижнем положениях сварки, в угловом соединении и шве нахлесточного соединения.
• При прожоге металл сварочной ванны вытекает, образуя сквозное отверстие. Причинами прожога могут стать загрязненность поверхности основного металла или электрода.
• Неполное заполнение разделки кромок возникает из-за недостаточного количества присадочного материала.
• Если в угловом соединении один катет значительно превышает другой, то возникает дефект чрезмерной асимметрии.
• Неравномерная ширина сварного шва.
• Неровная поверхность – это неравномерность формы усиления шва по его протяженности.
• Вогнутость корня шва представляет собой неглубокую канавку со стороны корня шва, которая образовалась по причине усадки.
• Из-за возникновения пузырьков в период затвердевания металла образуется пористость в корне шва.
• Возобновление. Этот дефект представляет собой местную неровность поверхности в зоне возобновления сварочного процесса.

Прочие дефекты сварных швов

Все дефекты сварных швов и соединений, которые не были перечислены выше, относятся к категории “прочие”. К ним принадлежат следующие типы дефектов:

• Случайная дуга. В результате возникновения случайного горения дуги возникает местное повреждение поверхностного слоя основного металла, который примыкает к области сварного шва.
• Брызги металла – капли, которые образовались от наплавляемого или присадочного металла во время сварочного процесса. Они прилипают к поверхности остывшего металла сварного шва или основного металла, расположенного в околошовной области.
• Вольфрамовые брызги – создаются частицами вольфрама, выброшенного из расплавленного электрода на основной металл или на сварной шов.
• Поверхностные задиры – это дефекты, которые возникают из-за удаления временно приваренного приспособления.
• Утонение металла образуется при механической обработке. При этом толщина металла имеет значение, которое меньше допустимой величины.

Допустимые дефекты сварных соединений – это отклонения, наличие которых не снижает эксплуатационные свойства сварного соединения и их присутствие разрешено нормативной документацией. Все остальные дефекты, как правило, исправляются с помощью подварки. Исправлять качество сварки более двух раз не разрешается, так как может произойти перегрев или пережог металла.

Общие сведения и организация контроля

По ГОСТ 15467-79 качество продукции есть совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетво­рять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Качество сварных изделий зависит от соответствия материала тех­ническим условиям, состояния оборудования и оснастки, правиль­ности и уровня отработки технологической документации, соблюдения технологической дисциплины, а также квалификации работающих. Обеспечить высокие технические и эксплуатацион­ные свойства изделий можно только при условии точного выпол­нения технологических процессов и их стабильности. Особую роль здесь играют различные способы объективного контроля как про­изводственных процессов, так и готовых изделий. При правильной организации технологического процесса контроль должен быть его неотъемлемой частью. Обнаружение дефектов служит сигналом не только к отбраковке продукции, но и оперативной корректировке технологии.

Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготов­ления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются про­верке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям.

После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т.е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т.п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаб­лонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тща­тельно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку плавлением, проверяют спе­циальными шаблонами, а качество подготовки поверхности - с помощью оптических приборов или специальными микрометрами.

Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т.д. Качество сборки и прихватки определяют главным образом наружным осмотром и обмером.

Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия.

Контроль процессов позволяет предотвратить появление систе­матических дефектов и особенно эффективен при автоматизиро­ванной сварке (автоматическая и механизированная дуговая, электрошлаковая и др.). Существуют следующие способы контроля сварочных процессов.

Контроль по образцам технологических проб. В этом случае периодически изготовляют образцы соединений из материала той же марки и толщины, что и свариваемое изделие, и подвергают их всесторонней проверке: внешнему осмотру, испытаниям на проч­ность соединений, просвечиванию рентгеновскими лучами, метал­лографическому исследованию и т.д. К недостаткам такого способа контроля следует отнести некоторое различие между образцом и изделием, а также возможность изменения сварочных условий с момента изготовления одного образца до момента изготовления следующего.

Контроль с использованием обобщающих параметров, имеющих прямую связь с качеством сварки, например использование дила­тометрического эффекта в условиях точечной контактной сварки. Однако в большинстве случаев сварки плавлением трудно или не всегда удается выявить наличие обобщающего параметра, позволя­ющего достаточно надежно контролировать качество соединений.

Контроль параметров режима сварки. Так как в большинстве случаев определенных обобщающих параметров для процессов сварки плавлением нет, то на практике контролируют параметры, непосредственно определяющие режим сварки. При дуговой сварке такими параметрами в первую очередь являются сила тока, дуговое напряжение, скорость сварки, скорость подачи проволоки и др. Недостаток такого подхода заключается в необходимости контро­лирования многих параметров, каждый из которых в отдельности не может характеризовать непосредственно уровень качества полу­чаемых соединений.

Контроль изделий производят пооперационно или после окон­чания изготовления. Последним способом обычно контролируют несложные изделия. Качество выполнения сварки на изделии оце­нивают по наличию наружных или внутренних дефектов. Развитие физики открыло большие возможности для создания высокоэффек­тивных методов дефектоскопии с высокой разрешающей способ­ностью, позволяющих проверять без разрушения качество сварных соединений в ответственных конструкциях.

В зависимости от того, нарушается или не нарушается це­лостность сварного соединения при контроле, различают неразрушающие и разрушающие методы контроля.

Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида из­делия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения (горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния).

Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами фор­мирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготов­кой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др. Виды дефектов приведены на рис. 1. Дефектами формы и размеров сварных швов являются их неполномерность, неравномерные ши­рина и высота, бугристость, седловины, перетяжки и т.п.

Рисунок 1 - Виды дефектов сварных швов:

а - ослабление шва. б - неравномерность ширины, в - наплыв, г - подрез, с - непровар, с - трещины и поры, ж - внутренние трещины и поры, з - внутренний непровар, и - шлаковые включения

Эти дефекты снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. При­чины их возникновения при механизированных способах сварки - колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в пода­ющих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве.

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными - в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплы­вов - большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправиль­ный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск. При выполнении кольцевых швов наплывы образуют­ся при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться непровары, трещины и др.

Подрезы представляют собой продолговатые углубления (канав­ки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов яв­ляется смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концент­рации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения.

Прожоги - это сквозные отверстия в шве, образованные в результате вытекания части металла ванны. Причинами их образо­вания могут быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуют­ся при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут также образовываться в резуль­тате недостаточно плотного поджатая сварочной подкладки или флюсовой подушки.

Непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Непровары уменьшают сечение шва и вызы­вают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования непроваров - плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязне­ний, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка. Непровары выше допустимой величины подлежат удалению и последующей заварке.

Трещины , также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопиче­скими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора.

Шлаковые включения , представляющие собой вкрапления шла­ка в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке - недостаточной зачистке шлаков с предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность.

Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор - повышенное содержание углерода при сварке сталей, загряз­нения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами, в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя так называемые свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.

Микроструктура шва и зоны термического влияния в значитель­ной степени определяет свойства сварных соединений и характе­ризует их качество.

К дефектам микроструктуры относят следующие: повышенное содержание оксидов и различных неметаллических включений, микропоры и микротрещины, крупнозернистость, перегрев, пе­режог металла и др. Перегрев характеризуется чрезмерным укрупнением зерна и огрублением структуры металла. Более опасен пережог - наличие в структуре металла зерен с окисленными границами. Такой металл имеет повышенную хрупкость и не поддаетсяисправлению. Причиной пережога является плохая защита сварочной ванны при сварке, а также сварка на чрезмерно большой силе тока.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений

К неразрушающим методам контроля качества сварных сое­динений относят внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения де­фектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов - наиболее простые и широко распространенные способы контроля их качества. Они являются первыми контрольными операциями по приемке готового сварного узла или изделия. Этим видам контроля подвергают все сварные швы независимо от того, как они будут испытаны в дальнейшем.

Внешним осмотром сварных швов выявляют наружные дефек­ты: непровары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.п. Визуальный осмотр производят как невооруженным глазом, так и с применением лупы с увеличением до 10 раз.

Обмеры сварных швов позволяют судить о качестве сварного соединения: недостаточное сечение шва уменьшает его прочность, слишком большое - увеличивает внутренние напряжения и дефор­мации. Размеры сечения готового шва проверяют по его параметрам в зависимости от типа соединения. У стыкового шва проверяют его ширину, высоту, размер выпуклости со стороны корня шва, в угловом - измеряют катет. Замеренные параметры должны соот­ветствовать ТУ или ГОСТам. Размеры сварных швов контролируют обычно измерительными инструментами или специальными шаб­лонами.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов не дают возможности окончательно судить о качестве сварки. Они устанавливают только внешние дефекты шва и позволяют определить их сомнительные участки, которые могут быть проверены более точными способами.

Контроль непроницаемости сварных швов и соединений. Сварные швы и соединения ряда изделий и сооружений должны отвечать требованиям непроницаемости (герметичности) для различных жидкостей и газов. Учитывая это, во многих сварных конструкциях (емкости, трубопроводы, химическая аппаратура и" т.д.) сварные швы подвергают контролю на непроницаемость. Этот вид контроля производится после окончания монтажа или изготовления конст­рукции. Дефекты, выявленные внешним осмотром, устраняются до начала испытаний. Непроницаемость сварных швов контролируют следующими методами: капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воздушным или гидравлическим давле­нием), вакуумированием или газоэлектрическими течеискателями.

Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам - сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раство­ром мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Неплот­ности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос - сквозных трещин и непроваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнару­живаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.

Контроль аммиаком основан на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак. При испытании на одну сторону шва укладывают бумажную ленту, смоченную 5%-ным раствором индикатора, а с другой стороны шов обрабатывают смесью аммиака с воздухом. Аммиак, проникая через неплотности сварного шва, окрашивает индикатор в местах залегания дефектов.

Контроль гидравлическим давлением при­меняют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газопроводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением. Перед испытанием свар­ное изделие полностью герметизируют водонепроницаемыми за­глушками. Сварные швы с наружной поверхности тщательно просушивают обдувом воздухом. Затем изделие заполняют водой под избыточным давлением, в 1,5 - 2 раза превышающим рабочее, и выдерживают в течение заданного времени. Дефектные места определяют по проявлению течи, капель или увлажнению поверх­ности швов.

Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резерву­аров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущ­ность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и реги­страции на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся неплотно­сти. Контроль ведется с по­мощью переносной вакуум-камеры, которую устанавли­вают на наиболее доступную сторону сварного соедине­ния, предварительно смо­ченную мыльным раствором (рис. 2).

Рисунок 2 - Вакуумный контроль шва: 1 – вакуумметр, 2 - резиновое уплотнение, 3 - мыльный раствор, 4 - камера.

В зависимости от формы контролируемого изделия и типа соединения могут приме­няться плоские, угловые и сферические вакуум-камеры. Для созда­ния вакуума в них применяют специальные вакуум-насосы.

Люминесцентный контроль и контроль методом красок , называемый также капиллярной дефек­тоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты - трещины, поры, непровары. Люминесцентный контроль основан на свойстве некоторых веществ светиться под действием ультрафиолетового облучения. Перед контролем поверхности шва и околошовной зоны очищают от шлака и загрязнений, на них наносят слой проникающей жид­кости, которая затем удаляется, а изделие просушивается. Для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением - в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению.

Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачи­вающая жидкость, которая под действием капиллярных сил прони­кает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов.

Контроль газоэлектрическими течеискателям и применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий. Обладая высокой проникающей способностью, он способен про­ходить через мельчайшие несплошности в металле и регистрируется течеискателем. В процессе контроля сварной шов обдувают или внутренний объем изделия заполняют смесью газа-индикатора с воздухом. Проникающий через неплотности газ улавливается щу­пом и анализируется в течеискателе.

Для обнаружения скрытых внутренних дефектов применяют следующие методы контроля.

Магнитные методы контроля основаны на об­наружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или поме­щая внутрь соленоида. Требуемый магнитный поток можно создать и пропусканием тока по виткам (3 - 6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от спо­соба обнаружения потоков рассеяния различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. При методе магнитного порошка на повер­хность намагниченного соединения наносят магнитный порошок (окалина, железные опилки) в сухом виде (сухой способ) или суспензию магнитного порошка в жидкости (керосин, мыльный раствор, вода - мокрый способ). Над местом расположения дефек­та создадутся скопления порошка в виде правильно ориентирован­ного магнитного спектра. Для облегчения подвижности порошка изделие слегка обстукивают. С помощью магнитного порошка выявляют трещины, невидимые невооруженным глазом, внутрен­ние трещины на глубине не более 15 мм, расслоение металла, а также крупные поры, раковины и шлаковые включения на глубине не более 3 - 5 мм. При индукционном методе маг­нитный поток в изделии наводят электромагнитом переменного то­ка. Дефекты обнаруживают с по­мощью искателя, в катушке кото­рого под воздействием поля рассе­яния индуцируется ЭДС, вызы­вающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом мето­де (рис. 3) поле рассеяния фик­сируется на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверх­ности соединения. Запись воспроизводится на магнитографическом дефектоскопе. В результате срав­нения контролируемого соединения с эталоном делается вывод о качестве соединения.

Рисунок 3 - Магнитная запись дефек­тов на ленту: 1 - подвижный электромагнит, 2 - де­фект шва, 3 - магнитная лента.

Радиационные методы контроля являются на­дежным и широко распространенными методами контроля, осно­ванными на способности рентгеновского и гамма-излучения про­никать через металл. Выявление дефектов при радиационных ме­тодах основано на разном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором расстоянии от него помещают источник излучения, с противоположной стороны плотно прижимают кассету с чувствительной фотопленкой (рис. 4). При просвечивании лучи проходят через сварное соединение и облучают пленку. В местах, где имеются поры, шлаковые включения, непровары, крупные трещины, на пленке образуются темные пятна. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками. Источниками рентгеновского излучения служат специальные аппа­раты (РУП-150-1, РУП-120-5-1 и др.).

Рисунок 4 - Схема радиационного просвечивания швов: а - рентгеновское, б - гамма-излучением: 1 - источник излу­чения, 2 - изделие, 3 - чувствительная пленка

Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгенографированием (экспозицией на пленку) приме­няют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуоресцирующим покрытием. Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой способ можно сочетать с телеви­зионными устройствами и конт­роль вести на расстоянии.

При просвечивании сварных соединений гамма-излучением источником излучения служат ра­диоактивные изотопы: кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ам­пула с радиоактивным изотопом помещается в свинцовый контей­нер. Технология выполнения просвечивания подобна рентгеновско­му просвечиванию. Гамма-излучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл на большую глубину. Оно позволяет просвечи­вать металл толщиной до 300 мм. Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются мень­шая чувствительность при просвечивании тонкого металла (менее 50 мм), невозможность регулирования интенсивности излучения, большая опасность гамма-излучения при неосторожном обращении с гамма-аппаратами.

Ультразвуковой контроль основан на способно­сти ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пла­стинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов. При встрече с дефектным участком ультразвуковая волна отража­ется от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал (рис. 5).

Рисунок 5 - Ультразвуковой контроль швов: 1 - генератор УЗК, 2 - щуп, 3 - усилитель, 4 - экран.

Эти колебания после их усиления подаются на экран электронно-лучевой трубки дефектоскопа, которые свидетельству­ют о наличии дефектов. По характеру импульсов судят о протяжен­ности дефектов и глубине их залегания. Ультразвуковой контроль можно проводить при одностороннем доступе к сварному шву без снятия усиления и предварительной обработки поверхности шва.

Ультразвуковой контроль имеет следующие преимущества: высокая чувствительность (1 - 2%), позволяющая обнаруживать, измерять и определять местонахождение дефектов площадью 1 - 2 мм 2 ; большая проникающая способность ультразвуковых волн, позволяющая контролировать детали большой толщины; возможность контроля сварных соединений с односторонним под­ходом; высокая производительность и отсутствие громоздкого обо­рудования. Существенным недостатком ультразвукового контроля является сложность установления вида дефекта. Этот метод приме­няют и как основной вид контроля, и как предварительный с последующим просвечиванием сварных соединений рентгеновским или гамма-излучением.

Методы контроля с разрушением сварных соединений

К этим методам контроля качества сварных соединений отно­сятся механические испытания, металлографические исследования, специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений. Эти испытания проводят на сварных образцах, выре­заемых из изделия или из специально сваренных контрольных соединений - технологических проб, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке изделия.

Целью испытаний является: оценка прочности и надежности сварных соединений и конструкций; оценка качества основного и присадочного металла; оценка правильности выбранной техноло­гии; оценка квалификации сварщиков.

Свойства сварного соединения сопоставляют со свойствами основного металла. Результаты считаются неудовлетворительными, если они не соответствуют заданному уровню.

Механические испытания проводятся по ГОСТ 6996-66, предус­матривающему следующие виды испытаний сварных соединений и металла шва: испытание сварного соединения в целом и металла разных его участков (наплавленного металла, зоны термического влияния, основного металла) на статическое растяжение, статисти­ческий изгиб, ударный изгиб, стойкость против старения, измере­ние твердости.

Контрольные образцы для механических испытаний выполняют определенных размеров и формы.

Испытаниями на статическое.растяжение определяют проч­ность сварных соединений. Испытаниями на статический изгиб определяют пластичность соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и попереч­ными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом. Испытаниями на ударный изгиб, а также разрыв опре­деляют ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени подкалки металла при охлаждении после сварки.

Основной задачей металлографических исследований являются установление структуры металла и качества сварного соединения, выявление наличия и характера дефектов. Металлографические исследования включают в себя макро- и микроструктурный методы анализа металлов.

При макроструктурном методе изучают макрошли­фы и изломы металла невооруженным глазом или с помощью лупы. Макроисследование позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений.

Применяют также и методы контроля с разрушением изделия. В ходе таких испытаний устанавливают способность конструкций выдерживать заданные расчетные нагрузки и определяют разруша­ющие нагружения, т.е. фактический запас прочности. При испыта­ниях изделий с разрушением схема нагружения их должна соответ­ствовать условиям работы изделия при эксплуатации. Число изде­лий, подвергающихся испытаниям с разрушением, устанавливается техническими условиями и зависит от степени их ответственности, системы организации производства и технологической отработан­ности конструкции.

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.