PROFILPELAJAR.COM

Дефе́кты сварны́х соедине́ний — любые отклонения от заданных нормативными документами параметров соединений при сварке, образовавшиеся вследствие нарушения требований к сварочным материалам, подготовке, сборке и сварке соединяемых элементов, термической и механической обработке сварных соединений и конструкции в целом.

Основные причины

По данным американского общества инженеров-механиков (ASME) причины дефектов сварки распределены следующим образом: 45 % — ошибки выбора технологии сварки, 32 % — ошибки сварщика, 12 % — сбои в работе сварочного оборудования, 10 % — неподходящие сварочные материалы, 1 % — прочее^[1].

Классификация по геометрии

Классификация дефектов изложена в ГОСТ 30242-97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения»^[2], а также в ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012 «Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 1. Сварка плавлением»^[3], которые соответствуют стандарту ISO 6520^[4].

Дефекты соединений при сварке разделяются на шесть групп:

Трещины — несплошности, вызванная местным разрывом шва, который может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок.
Полости и поры — несплошность произвольной формы, образованная газами, задержанными в расплавленном металле, которая не имеет углов.
Твёрдые включения — твёрдые инородные вещества металлического или неметаллического происхождения в металле сварного шва.
Несплавления и непровары — отсутствие соединения между металлом сварного шва и основным металлом или между отдельными валиками сварного шва.
Нарушение формы шва — отклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометрии соединения от установленного значения.
Прочие дефекты — все дефекты, которые не могут быть включены в перечисленные выше группы.

Трещины

Трещины возникающие в соединениях при сварке могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле.

В зависимости от ориентации трещины делятся на:

продольные (ориентированные параллельно оси сварного шва). Преимущественно обуславливаются высокими усадочными напряжениями^[5].
поперечные (ориентированные поперек оси сварного шва). Как правило, образуются в результате продольной усадки металла с низкой пластичностью и, обычно, неглубоки.
радиальные (радиально расходящиеся из одной точки)

Кроме того, отдельно выделяют следующие виды трещин:

размещённые в кратере сварного шва
групповые и раздельные
групповые разветвлённые
микротрещины, обнаруживаемые физическими методами при не менее чем 50-кратном увеличении.

Методами снижения трещинообразования при сварке являются:

прокаливание флюсов перед сваркой;
предварительный подогрев заготовок от 250 до 450 °С;
сваривание в режиме с оптимальными параметрами;
медленное охлаждение металла после сварки;
проведение после сварки мягкого отжига для снятия остаточных напряжений.

Полости и поры

Возникновение этих дефектов преимущественно обуславливается газами, задержанными в расплавленном металле. По расположению они подразделяться на:

равномерно распределённые по сварному шву;
расположенные скоплением;
расположенные цепочкой.

К полостям также относятся свищи — продолговатые трубчатые полости, вызванные выделением газа, и усадочные раковины — полости, которые образуются вследствие усадки при затвердевании. Частным случаем усадочной раковины является кратер — не заваренная усадочная раковина в конце валика сварного шва.

Твёрдые включения

Выделяют следующие виды твёрдых включений:

шлаковые включения — линейные, разобщённые, прочие;
флюсовые включения — линейные, разобщённые, прочие;
оксидные включения;
металлические включения — вольфрамовые, медные, из другого металла.

Несплавления и непровары

Выделяют следующие типы несплавлений или отсутствий соединения между металлом шва и основным металлом либо между отдельными валиками сварного шва^[6]:

по боковой поверхности;
между валиками;
в корне сварного шва.

Термином непровар или неполный провар, называют несплавление основного металла на участке или по всей длине шва, появляющееся из-за неспособности расплавленного металла проникнуть в корень соединения, заполняя зазор между деталями.

Нарушение формы шва

К нарушениям формы шва по ГОСТ 30242-97 относятся:

подрезы — продольные углубления на наружной поверхности валика шва.
усадочные канавки — подрезы со стороны корня одностороннего шва из-за усадки вдоль его границы.
превышения выпуклости стыкового и углового швов.
превышение проплава — избыток наплавленного металла на обратной стороне стыкового сварного шва.
неправильный профиль шва — угол между поверхностью основного металла и плоскостью, касательной к поверхности шва, меньше нормального значения.
наплав — избыток наплавленного металла шва, натёкший на поверхность основного металла.
линейное и угловое смещения свариваемых элементов — смещение между свариваемыми элементами при их параллельном расположении на разном уровне (линейное) или расположение кромок элементов под углом (угловое).
натёк — металл шва, не имеющий сплавления с соединяемой поверхностью и образовавшийся в результате перераспределения наплавленного металла шва под действием силы тяжести. Натёки часто возникают при сварке угловых швов или стыковых швов в горизонтальном положении.
прожог — вытекание металла сварочной ванны, приводящее к образованию в шве сквозного отверстия.
не полностью заполненная разделка кромок.
чрезмерная асимметрия углового шва — значительное превышение размеров одного катета над другим.
неравномерная ширина шва.
неровная поверхность.
вогнутость корня сварного шва — неглубокая канавка со стороны корня шва, возникшая из-за усадки.

Поперечная усадка
Продольная усадка
Угловое смещение
Угловое смещение
Искажение формы

Прочие дефекты

К прочим, в соответствии с ГОСТ 30242-97, относятся все дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы. Например:

местное повреждение металла из-за случайного зажигания дуги
брызги металла
поверхностные задиры — повреждения поверхности из-за удаления временно приваренного приспособления
утонение металла

Классификация по механизму образования

Холодные трещины

Остаточные напряжения могут уменьшить прочность основного металла и привести к его разрыву с образованием холодных трещин. Для снижения появления подобных дефектов используют различные технологические приёмы, например, сварка прерывистым швом, многопроходная сварка^[7].

К основным причинам склонности к холодным трещинам относят следующее:

естественная склонность структуры металла, например, мартенситной
присутствие в структуре металла водорода (водородное охрупчивание)
значительный (−100 до +100 °С) диапазон рабочих температур
высокая жёсткость конструкции соединений
ошибки в выборе технологии сварки

Горячие трещины

Горячие трещины представляют собой хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны. Они возникают в твердо-жидком состоянии в процессе кристаллизации и при высоких температурах в твёрдом состоянии. Располагаются по границам зёрен.

Горячие трещины в основном обусловлены действием двух факторов: наличием жидких прослоек между зёрнами металла в процессе кристаллизации и усадочными деформациями. В процессе затвердевания происходит перемещение примесей и шлаков в межзёренные пространства, что снижает деформационную способность шва и околошовной зоны. Неравномерность усадки шва и основного металла при охлаждении вызывает внутренние напряжения и, как следствие, появление микро- и макроскопических трещин.

К снижению образования горячих трещин приводят следующие технологические приёмы:

снижение объёма провоцирующих примесей (сера, фосфор и др.) в металле свариваемых заготовок.
снижение в металле шва элементов, образующих химические соединения с низкой температурой затвердевания (хром, молибден, ванадий, вольфрам, титан), нарушающих связь между зёрнами.
снижение жёсткости закрепления свариваемых заготовок и конструктивной жёсткости сварного узла, препятствующих деформации элементов при остывании^[7]^[8].

См. также

Неразрушающий контроль

Примечания

↑ Matthews, Clifford (2001), ASME engineer's data book, ASME Press, p. 211, ISBN 978-0-7918-0155-0. Источник (неопр.). Дата обращения: 2 октября 2017. Архивировано 23 января 2022 года.
↑ ГОСТ 30242-97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения» (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2017. Архивировано 29 апреля 2017 года.
↑ ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012 Сварка и родственные процессы. Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 1. Сварка плавлением (неопр.). Дата обращения: 9 июля 2017. Архивировано 5 августа 2017 года.
↑ BS EN ISO 6520-1: «Welding and allied processes — Classification of geometric imperfections in metallic materials — Part 1: Fusion welding»(2007)
↑ Raj, Jayakumar & Thavasimuthu, 2002, p. 128.
↑ Rampaul, 2003, p. 216.
↑ ¹ ² Cary & Helzer, 2005, pp. 404–405
↑ Bull, Steve (2000-03-16), Factors promoting hot cracking, University of Newcastle upon Tyne, Архивировано 6 декабря 2009, Дата обращения: 6 декабря 2009. Источник (неопр.). Дата обращения: 23 июня 2016. Архивировано 16 апреля 2009 года.

Библиография

Cary, Howard B.; Helzer, Scott C. (2005), Modern Welding Technology, Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, ISBN 0-13-113029-3.
Raj, Baldev; Jayakumar, T.; Thavasimuthu, M. (2002), Practical non-destructive testing (2nd ed.), Woodhead Publishing, ISBN 978-1-85573-600-9.
Rampaul, Hoobasar (2003), Pipe welding procedures (2nd ed.), Industrial Press, ISBN 978-0-8311-3141-8.
Moreno, Preto (2013), Welding Defects (1st ed.), Aracne, ISBN 978-88-548-5854-1.
Weman, Klas (2003), Welding processes handbook, New York, NY: CRC Press, ISBN 0-8493-1773-8.