Дефекты сварных соединений

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:

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

Трещины

Зоны сварного соединения:
Основной металл — светло серый
Зона термического влияния — серый
Металл сварного шва — тёмно серый

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
    Поперечная усадка
  • Продольная усадка
    Продольная усадка
  • Угловое смещение
    Угловое смещение
  • Угловое смещение
    Угловое смещение
  • Искажение формы
    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

Основная статья: 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

Основная статья: 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

Примечания

  1. ↑ Matthews, Clifford (2001), ASME engineer's data book, ASME Press, p. 211, ISBN 978-0-7918-0155-0. Источник. Дата обращения: 2 октября 2017. Архивировано 23 января 2022 года.
  2. ↑ ГОСТ 30242-97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения». Дата обращения: 8 июля 2017. Архивировано 29 апреля 2017 года.
  3. ↑ ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012 Сварка и родственные процессы. Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 1. Сварка плавлением. Дата обращения: 9 июля 2017. Архивировано 5 августа 2017 года.
  4. ↑ BS EN ISO 6520-1: «Welding and allied processes — Classification of geometric imperfections in metallic materials — Part 1: Fusion welding»(2007)
  5. ↑ Raj, Jayakumar & Thavasimuthu, 2002, p. 128.
  6. ↑ Rampaul, 2003, p. 216.
  7. ↑ 1 2 Cary & Helzer, 2005, pp. 404–405
  8. ↑ Bull, Steve (16 марта 2000), Factors promoting hot cracking, University of Newcastle upon Tyne, Архивировано 6 декабря 2009, Дата обращения: 6 декабря 2009. Источник. Дата обращения: 23 июня 2016. Архивировано 16 апреля 2009 года.

Библиография

Ссылки