Дефекты сварочных швов, их виды, способы их устранения

Дефекты в сварных соединениях снижают прочность сварных конструкций и при неблагоприятных условиях могут привести к разрушению отдельных швов или всей конструкции.

В сварочном производстве выделяют дефекты следующих ти­пов: подготовки и сборки изделий под сварку; формы шва; на­ружные и внутренние.

Различают дефекты допускаемые, на которые установлены нор­мы по величине и количеству, и недопускаемые, подлежащие обя­зательному исправлению.

Нормативы дефектности сварных соединений устанавливают в зависимости от условий работы сварной конструкции.

Основные виды дефектов сварных соединений и методы их исправления приведены в табл. 23.1.

Дефекты подготовки и сборки.Характерные дефекты при свар­ке плавлением: неправильный угол скоса кромок в швах с V-, X-и U-образной разделкой; слишком большое или малое при­тупление по длине стыкуемых кромок; непостоянство зазора между кромками по длине стыкуемых элементов; несовпадение стыкуе­мых плоскостей, слишком большой зазор между кромками сва­риваемых деталей, расслоения и загрязнения кромок.

Указанные дефекты могут возникнуть из-за неисправности ста­ночного оборудования, на котором обрабатывали заготовки; не­качественного выполнения работ по разделке кромок, несовер­шенства приспособлений для сборки и сварки.

Дефекты формы шва.Форма и размеры сварных швов обычно задаются техническими условиями, указываются на чертежах и регламентируются стандартами.

При выполнении сварных соединений любыми методами сварки плавлением швы могут иметь неравномерную ширину и высоту, бугры, седловины, неравномерную высоту катетов в угловых швах.

Швы неравномерной ширины — результат отклонений от задан­ного зазора кромок при сборке или неправильных движений элек­трода при ручной сварке. При автоматической сварке причиной образования этого дефекта служит нарушение скорости подачи проволоки, скорости сварки, стабильности горения дуги и т.д.

Неравномерность усиления по длине шва, местные бугры и сед­ловины получаются при ручной сварке из-за недостаточной ква­лификации сварщика, неправильных приемов переварки прихва­ток и неудовлетворительного качества электродов. При автомати­ческой сварке эти дефекты встречаются редко и являются след­ствием неполадок в механизме автомата, регулирующем скорость сварки.

Наплывы, подрезы, незаделанные кратеры, прожоги относят к наружным дефектам.

Наплывы образуются в результате влияния пространственного положения шва (вертикального, потолочного) или неправильно­го смещения электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом; чаще всего наплывы возникают из-за чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки.

Подрезы представляют собой углубления (канавки) по краям шва. Глубина подреза может колебаться от десятых долей до не­скольких миллиметров. Причины появления этого дефекта — зна­чительная сила тока и повышенная скорость сварки. Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть при­чиной разрушения соединений в процессе эксплуатации.

Кратер — углубление, образующееся в конце шва при внезап­ном прекращении сварки. Размеры кратера зависят от силы сварочного тока. Кратеры снижают прочность сварного соедине­ния, так как являются концентраторами напряжений.

Прожоги — дефекты в виде сквозного отверстия в сварном шве, образующиеся в результате вытекания металла сварочной ванны при сварке листов небольшой толщины и первого слоя в многослойных швах. Причинами прожогов служат чрезмерно высо­кая погонная энергия дуги, малая скорость сварки, увеличенный зазор между кромками свариваемых элементов. Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, заделывают.

Внутренние дефекты. К ним относят поры, шлаковые включе­ния, непровары, несплавления и трещины. Поры в виде полостей округлой формы образуются вследствие загрязненности кромок свариваемого металла, использования влажного флюса или отсыревших электродов, недостаточной за­щиты шва при сварке в среде защитного газа и завышенной дли­ны дуги. При сварке в среде углекислого газа, а в некоторых слу­чаях и под флюсом на больших токах образуются сквозные поры — так называемые свищи.

Размеры внутренних пор могут достигать 2...3 мм в диаметре. Поры, выходящие на поверхность шва, могут иметь и большие размеры. Свищи, образующиеся при сварке под флюсом и в угле­кислом газе на больших токах, могут иметь диаметр до 6...8 мм. Так называемые червеобразные поры имеют длину до нескольких сантиметров.

Равномерная пористость обычно возникает при постоянно дей­ствующих факторах, например при загрязненности основного металла по свариваемым поверхностям (ржавчина, масло и т.п.). Скопления пор образуются при местных загрязнениях или при отклонениях от установленного режима сварки, а также при нарушении сплошности обмазки электрода, в начале шва, при обрыве дуги или при случайных изменениях ее длины.

Шлаковые включения в металле сварного шва — это небольшие объемы, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, оксидами). Шлаковые включения можно разделить на макро- и микроскопические. Макроскопические включения образуются в шве из-за плохой очистки свариваемых кромок от окалины или от остатков шлака на поверхности первых слоев многослойных швов перед заваркой последующих, низкого качества электрод­ного покрытия или флюса. Микроскопические шлаковые вклю­чения возникают в результате образования в процессе плавления некоторых химических соединений, остающихся в шве при кри­сталлизации.

Непровар — дефект в виде местного несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или по­верхностей ранее выполненных валиков. Непровары могут представлять собой прослойки оксидов или шлаков между основным и наплавленным металлом. Причины образования непроваров: пло­хая зачистка кромок; блуждание или отклонение дуги под влияни­ем магнитных полей, особенно при сварке на постоянном токе; чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавиться; значительное смещение электрода в сто­рону одной из свариваемых кромок, неудовлетворительное каче­ство электродов, флюсов и т.д.; неустойчивость режима — колеба­ния силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки. Непровары между отдельными слоями возникают, если не полно­стью удален шлак, образовавшийся при выполнении предыдущего валика. Причинами образования непроваров в корне шва могут быть недостаточный угол скоса кромок; большая величина их притуп­ления; недостаточный зазор между кромками свариваемых дета­лей; большое сечение электрода или присадочной проволоки, что значительно затрудняет расплавление основного металла.

Трещины — частичное местное разрушение сварного соедине­ния в виде разрыва. Различают трещины холодные и горячие. Об­разованию холодных трещин способствуют следующие факторы: высокая скорость охлаждения при сварке углеродистых и легиро­ванных сталей, склонных к закалке на воздухе; повышенное со­держание водорода в основном металле и сварочных материалах; выполнение сварочных работ при низкой температуре; чрезмер­ное нагромождение швов для «усиления» конструкции (примене­ние накладок и т.п.), увеличивающее сварочные напряжения; на­личие в сварных соединениях других дефектов, являющихся кон­центратами напряжений, вблизи которых зарождаются трещины.

Горячие трещины образуются под действием напряжений усад­ки при кристаллизации последних порций жидкой фазы. Их появ­ление обусловлено содержанием в свариваемом металле легирую­щих добавок и примесей, расширяющих эффективный интервал кристаллизации и снижающих температуру реального солидуса. Склонность к образованию горячих трещин зависит от способов и режимов сварки, формы сварного шва, определяющих степень развития ликвации легкоплавких примесей, а также от жесткости свариваемых деталей.

Трещины относят к числу наиболее опасных дефектов и по всем действующим нормативно-техническим документам недо­пустимы.

Дефекты можно исправить путем местной подварки предвари­тельно удаленного дефектного металла либо удалением всего шва с его последующей сваркой. Например, из трубных конструкций вырезают участок трубы с забракованным сварным швом, а на его место вваривают вставку, изготовленную из трубы того же диаметра и той же марки стали. Такие дефекты, как чрезмерные усиления швов, бугристость, наплывы, исправляют удалением лишнего металла механическим путем.

Наиболее трудоемкая операция — исправление дефектов, рас­положенных в корне шва сварных стыков труб, — непроваров и недопустимых утяжек. Для их исправления приходится удалять металл шва на всю толщину стенки. Сложным считают ремонт сварных швов с трещиной. Порядок технологических операций здесь следующий: точно определяют границы трещины и засвер-ливают их сверлом диаметром 3...4 мм; полностью удаляют де­фектный металл (форма выборки во всех случаях должна быть чашеобразной); проводят травление участка шва для определения полноты удаления трещины; выполняют подварку шва. При ре­монте сварного соединения из закаливающихся сталей проводят предварительный