Глава 17. Дефекты сварных швов и их контроль

Как подразделяются дефекты сварных соединений и причины их образования?

Дефектами в сварных швах принято называть отклонения от норм, предусмотренных ГОСТами и техническими условиями на сварные соединения. Дефекты уменьшают прочность сварных швов и могут привести к разрушению сварных соединений.

Основными причинами образования дефектов являются нарушения технологии сборки и сварки, неправильный выбор сварочных материалов и режима сварки, низкая квалификация сварщика. Дефекты могут быть наружные и внутренние. К наружным относятся дефекты формы и размеров сварных швов, к внутренним – дефекты макро- и микроструктуры. Формы и размеры сварных швов устанавливаются техническими условиями или стандартами (ГОСТ 30242-97) и обычно указываются в рабочих чертежах.

Наиболее частые дефекты сварных швов следующие: неполномерность шва, неравномерность ширины и высоты шва, крупная бугристость, наличие седловиц. Нарушение формы и размеров швов часто сопровождается такими дефектами, как наплывы, подрезы, непровары и др. (рис. 52).

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на кромки недостаточно прогретого основного металла (рис. 52, а), чаще всего при сварке горизонтальных швов. Они могут образоваться в отдельных местах и иметь значительную протяженность. Наплывы срубают и проверяют, нет ли в этом месте непровара.

Подрезом (рис. 52, б) называют уменьшение толщины основного металла в месте его перехода к усилению шва. При газовой сварке подрезы образуются в результате повышенной мощности сварочного пламени, а при электродуговой сварке – при повышенном токе и напряжении дуги. Подрезы приводят к ослаблению сечения основного металла и могут стать причиной разрушения сварного соединения, а также вызвать местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок. Подрезы исправляют подваркой ниточного шва. Правильный выбор режимов сварки предотвратит образование подрезов.

Рис. 52. Виды дефектов при сварке

Прожоги (рис. 52, в) – это сквозное проплавление основного металла с натеками с обратной стороны свариваемого металла. Они возникают при большом зазоре между свариваемыми кромками, недостаточном притуплении кромок, завышенной мощности сварочного пламени, недостаточной скорости сварки. Прожоги исправляют вырубкой дефектных мест с последующей их заваркой.

Незаваренные кратеры образуются в результате резкого обрыва пламени в конце сварки. Кратеры уменьшают рабочее сечение шва, снижают его прочность и могут стать причиной образования трещин. Кратеры исправляют заваркой с предварительной вырубкой до основного металла.

Непроваром (рис. 52, г) называется местное несплавление основного металла с наплавленным, а также несплавление между собой слоев шва при многослойной сварке. Непровар образуется из-за неправильной подготовки кромок под сварку, недостаточной мощности сварочного пламени, большой скорости сварки, плохой зачистки кромок перед сваркой от окалины, шлака, ржавчины и других загрязнений. Непровары, особенно по кромкам и между слоями, самые опасные, так как влияют на прочность сварочного шва. Участки с непроваром вырубают до основного металла, зачищают и заваривают.

Шлаковые включения в сварном шве образуются при плохой зачистке свариваемого металла и присадочной проволоки, а также при неправильном выборе режимов сварки. Шлаковые включения ослабляют сечения шва, снижают прочность и являются зонами концентрации напряжений. Места швов со шлаковыми включениями вырубают и заваривают.

Трещины (рис. 52, д) – наиболее опасные дефекты сварных швов. Они могут возникать в сварном шве и в околошовной зоне. По происхождению делятся на холодные и горячие, по расположению - на поперечные и продольные, по размерам – на макро- и микроскопические. Трещины в сварных швах образуются во время и после сварки. Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в наплавленном металле, а также серы, фосфора и водорода. Холодные трещины возникают при температурах 100 – 300 ⁰С в легированных сталях и при нормальных температурах в углеродистых сталях.

Причины образования трещин следующие: несоблюдение технологии и режимов сварки, неправильное расположение швов в сварной конструкции, что вызывает высокую концентрацию напряжений, приводящих к полному разрушению изделия. Большие напряжения в сварных конструкциях возникают при несоблюдении заданного порядка наложения швов. Поверхностные трещины в сварных швах вырубают полностью и заваривают. Чтобы во время вырубки трещина не распространялась дальше по шву, концы ее засверливают.

Пористость в сварных швах появляется потому, что газы, растворенные в жидком металле, не успевают выйти наружу до затвердевания поверхности шва. Поры уменьшают механическую прочность шва. Они образуются при плохой зачистке свариваемых кромок и присадочной проволоки от грязи, ржавчины, масла, при повышенном содержании углерода в основном металле, большой скорости сварки, неправильном выборе сварочного пламени и марки проволоки.

Газовые поры располагаются цепочкой на некотором расстоянии друг от друга или в виде скоплений размером от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Иногда поры выходят на поверхность, образуя свищи. Поры могут быть внутренние, наружные и сквозные. Участки сварных швов с порами вырубают до основного металла и заваривают.

Перегрев металла возникает при большой мощности сварочного пламени и малой скорости сварки. При этом увеличиваются размеры зерен в металле шва и в околошовной зоне, что снижает механические свойства сварного соединения, в особенности ударную вязкость. Перегрев металла исправляют последующей термической обработкой.

Наиболее опасный дефект – пережог металла. При пережоге в металле шва образуются окисленные зерна, обладающие малым взаимным сцеплением из-за наличия на них пленки окислов. Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Пережог возможен при сварке окислительным сварочным пламенем и плохой защите расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха. Участки с пережженным металлом вырубают до основного металла и заваривают.