Дефекты сварных соединений

Под понятием «дефект» сварного шва понимается наличие в нем трещин, газовых включений (пор), шлаковых включений, сквозных прожогов, несквозных прожогов (подрезов), отклонений шва от геометрической формы (наплывы, усадочные раковины) и др., которые, снижают прочность соединения, создают в нем проницаемость для газов или жидкостей.

Дефекты, которые часто встречаются в сварных соединениях, различают по конфигурации и расположению, при этом рассматривают причины их возникновения.

По расположению дефекты могут быть внутренними или внешними. Внутренние дефекты могут иметь конфигурацию шаровидную, эллипсообразную, в виде хлопьев, в виде плоской или криволинейной трещины. Внешние дефекты могут быть в виде воронкообразных или криволинейных углублений, наплывов или брызг металла шва неправильной формы. По причинам возникновения различают дефекты, связанные с особенностями формирования или кристаллизации сварных швов или с нарушением режимов и условий сварки. Дефекты могут быть значительными или малозначительными, исправимыми или неисправимыми. По ГОСТ 30242-97 дефекты сварных швов классифицируют так:

2.3.1. Трещина сварного соединения – это разрыв в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах. Разновидности трещин: ориентированная вдоль или поперек оси сварного шва; имеющая ответвления, обнаруженная при 50-тикратном и более увеличении. Трещины бывают микроскопические и макроскопические. Зарождаются в процессе первичной кристаллизации металла или в остывшем металле вследствие структурных или термических внутренних напряжений. Горячие трещины в околошовной зоне образуются по границам зерен. В них скапливаются легкоплавкие включения и прослойки, такие как, сернистое железо при содержании в сталях серы более 0, 045%. Трещины увеличивают концентрацию напряжений, тем самым, снижают прочность соединения, придают соединению проницаемость.

Причины трещинообразования: повышенное содержание в сталях углерода (более 0, 25%), серы (более 0, 045%), фосфора (более 0, 04%), таких легирующих элементов, как хром, молибден, кремний, марганец. Другие причины образования трещин – быстрое охлаждение горячего шва водой, сварка на морозе.

Способ контроля качества сварки, с целью выявления вероятных дефектов назначается в зависимости от ответственности конструкции, ее геометрической формы и условий эксплуатации. Такие ответственные конструкции, как магистральные нефтегазопроводы, котлы высокого давления, тяжелонагруженные несущие металлоконструкции подвергаются рентгеновскому контролю или контролю гамма-лучами, ультразвуковой дефектоскопии или металлографическому исследованию. Используют также пневматические и гидравлические испытания, керосиновую пробу.

2.3.2. Прожог сварного шва – дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве или околошовной зоне, образовавшегося при вытекании части металла этого шва. Он ослабляет шов и создает проницаемость соединения.

Причины образования: при использовании электрода, диаметр которого больше толщины свариваемого металла; при очень мощном газовом пламени, при медленном перемещении (или остановке) электрической дуги или газового пламени, при сварке тонкого металла (толщина менее 3 мм) электрической дугой, а не газовым пламенем.

Способ выявления: внешний осмотр.

2.3.3. Непровар сварного шва – дефект в стыковом соединении заготовок в виде неполного их проплавления на всю толщину металла и при этом незаполненность зазора между заготовками расплавленным металлом, образующим шов.

Причины возникновения: сварка малым током или слабым газовым пламенем, быстрое перемещение электрической дуги или газового пламени. При сварке металла толщиной более 7 мм необходима разделка кромок, а она выполнена не на полную требуемую глубину и по своей конфигурации не соответствует требованиям стандарта

Способы выявления: внешний осмотр, просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами, магнитография, ултразвукавая дефектоскопия.

2.3.4. Подрез зоны сплавления – дефект в виде углубления по лини сплавления сварного шва с основным металлом обнаруживается в околошоной зоне. Уменьшение толщины основного металла в местах его перехода к наплавленному металлу шва ослабляет сечение основного металла и соединение элементов конструкции, вызывает концентрацию напряжений, особенно при вибрационной нагрузке, может привести к разрушению конструкции.

Причины: длинная сварочная дуга, неравномерная подача присадочного материала, смещенное расположение электрической дуги или горелки, расплавляющих металл при формировании шва.

Способы выявления: внешний осмотр, металлографическое исследование разреза.

2.3.5. Поры (газовые включения) в сварном шве – дефект в виде внутренней полости округлой продолговатой формы, заполненной газом. Иногда поры располагаются в виде групп, скоплений или цепочек в сварном шве. Снижают прочность и в ряде случаев нарушают герметичность сварного соединения.

Причины возникновения – выделение водорода, азота или окиси углерода при сварке влажными электродами влажного металла, при газах в металле, ржавчине на кромках заготовок, а также при сварке длинной дугой, при большом зазоре между свариваемыми деталями.

Способы выявления: просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами, ультразвуковая дефектоскопия, магнитография.

2.3.6. Свищ в сварном шве – дефект в виде наружного воронкообразного углубления в металле шва.

Причины возникновения: свищ образуется по тем же причинам, что и поры (газовые включения) в сварном шве, но отличаются от них тем, что в расплавленном металле шва некоторые газовые включения всплывают на поверхность этого шва, образуя воронкообразный кратер, через который газ выходит в атмосферу.

Способы выявления: внешний осмотр шва. Свищ в сварном шве является сигналом того, что в этом шве могут быть поры (газовые включения), наличие которых необходимо проверить рентгеновским или ультразвуковым контролем.

2.3.7. Шлаковые включения – дефект в виде включений частичек шлака в металл сварного шва. Такие включения вызывают концентрацию напряжений и снижают прочность сварных швов, создают вероятность проницаемости сварного соединения. Включения в виде нитридов, сульфидов, фосфидов вызывают кристаллизационные трещины, а включения окиси железа снижают пластические свойства сварных швов. Разновидностью шлаковых включений являются флокены – неоднородные образования, имеющие крупнокристаллическое строение. В ряде случаев – это полости, частично заполненные шлаками. Флокены образуются при попадании в металл водорода.

Причины: Образование сульфидных включений в виде соединений серы (содержащие более 0, 045%) с железом или марганцем. Фосфидные включения образуются при содержании в металле фосфора от 0, 04 до 0, 06%. Нитридные - при содержании в стали азота в пределах 0.01…0, 1%, они встречаются реже, чем оксидные и сульфидные включения.

Способы выявления: просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами, ультразвуковая дефектоскопия, магнитные методы контроля, осмотр излома, металлография разреза.

2.3.8. Усадочная раковина сварного шва – полость или впадины при усадке металла шва в условиях отсутствия питания жидким расплавленным металлом шва. Ослабляет шов.

Причины возникновения: длинная дуга, большой зазор между заготовками.

Способы выявления: внешний осмотр.

2.3.9. Вогнутость корня шва – углубление поверхности обратной стороны шва, ослабляет шов.

Причины возникновения: длинная дуга, колебания напряжения в сети, неправильное движение электродом.

Способы выявления: внешний осмотр, рентгеновское или гамма просвечивание.

2.3.10. Наплыв на сварном соединении – дефект в виде натекания расплавленного металла на поверхность соединяемых заготовок. Такое натекание металла может быть со сплавлением с металлом заготовки или частично без сплавления с ним. Недостатками образующихся наплывов являются повышенные сварочные напряжения в зоне шва, перерасход электродов, присадочной проволоки при газовой сварке, повышенные затраты электроэнергии или горючих газов, повышеные трудозатраты сварщиков, а также плохой внешний вид изделия и снижение его конкурентоспособности на рынке.

Причины образования: смещение относительно зоны соединения сварочной дуги или присадочной проволоки при газовой сварке. Кроме того, большой сварочный ток или мощное газовое пламя при замедленном перемещении источника тепла, низкая квалификация сварщика.

Способы выявления: визуальный контроль.

2.3.11. Брызги металла – дефект в виде затвердевших капель на поверхности сварного соединения. Брызги создают помехи для стыковки соединяемых деталей, ухудшают внешний вид изделия.

Причины образования: большой сварочный ток, влажные электроды, влажный основной металл, длинная сварочная дуга низкая квалификация сварщика.

Способы выявления: визуальный контроль.

2.3.12. Поверхностное окисление сварного соединения – дефект в виде окалины или пленки окислов на поверхности сварного соединения – пережог металла, наличие в структуре металла окисленных кристаллов. Придает соединению хрупкость, снижая его прочность.

Причины образования: сварка длинной дугой, замедленное перемещение дуги или газового пламени, большой сварочный ток или слишком мощное газовое пламя. Окислительная среда при недостаточной защите зоны сварки образующимся газом сгорающего электродного покрытия или при малом поступлении защитного газа (углекислого или аргона).

Способы выявления: визуальный контроль, металлографический осмотр места разреза под микроскопом.

2.3.13. Неодинаковые поперечные сечения шва в разных его местах. Поперечные сечения в разных местах шва должны быть одинаковыми и соответствовать установленным стандартам. Образующиеся дефекты могут быть в виде местного сужения, расширения шва или неодинаковой его высоты. Это придает шву неравномерную прочность, а на участках швов большого поперечного сечения возникают значительные сварочные напряжения.

Причины образования: неравномерная скорость перемещения электрода или подачи присадочного материала при газовой сварке; не выдерживается постоянной длина дуги; колебания напряжения в сети; низкая квалификация сварщика.

Способы выявления: визуальный контроль, измерение шва шаблонами, мерительным инструментом.

2.3.14. Смещение сварных кром ок – дефект в виде неправильного расположения кромок свариваемых заготовок одной относительно другой.

Причины образования: не выполнены прихваточные швы или они на очень большом расстоянии друг от друга; узкие длинные заготовки. Сварка длинных заготовок должны выполняться короткими участками вместо непрерывного наложения шва от начала к концу заготовки, т.е. не сваривают короткими швами, не используют сварочные приспособления, фиксирующие заготовки в нужном взаимном расположении.

Способы выявления: визуальный контроль, измерение мерительным инструментом.