Внутрішні дефекти.

Утворення внутрішніх дефектів при зварюванні пов'язано з металургійними, термічними та гідродинамічними явищами, які проходять при формуванні зварного шва.До внутрішніх дефектів відносяться тріщини (гарячі й холодні), непровари, пори, шлакові, вольфрамові та оксидні включення.

Тріщини - дефекти зварних швів, макроскопічні й мікро­скопічні руйнування, порожнини, які утворилися з дуже малим початковим розкриттям. Під дією залишкових і робочих напружень тріщини можуть поширюватись з дуже великими швидкостями. Тому викликані ними крихкі руйнування проходять майже миттєво й дуже небезпечні. Залежно від температури, при якій вони виникають, розріз­няють гарячі та холодні тріщини.

Гарячі тріщини - це руйнування металу, який кристалізується і прохо­дить по рідких прошарках під дією напружень розтягу. Ці на­пруження проявляються внаслідок примусової усадки металу шва і нерів­номірного нагрівання ділянок основ­ного металу, який прилягає до нього.Утворення гарячих тріщин пов'язане із спільною дією двох фак­торів. По мірі кристалізації скорочується кількість рідкої фази, що призводить до зменшення деформаційної властивості сплаву. Крім того в температурному інтервалі крихкості пластичні властивості сплаву найнижчі.Кристалізаційні тріщини утворюються, якщо пластична дефор­мація за час перебування металу в температурному інтервалі крих­кості пройде в ньому пластичність сплаву. Для гарячих тріщин ха­рактерним є мікрокристалізаційний вид руйнування, який розви­вається по межах зерен при наявності між ними рідкого прошарку, або ж за рахунок проковзування між зернами, яке проходить при підвищених температурах після закінчення процесу кристалізації.

Рис. Горяча тріщина.

Гарячі тріщини можуть виникнути як в основному, так і в металі зони термічного впливу. Вони бувають поздовжніми, поперечними, поздовжні з поперечними розгалуженнями, можуть виходити на по­верхню або залишатися схованими. Можливість утворення гарячих тріщин залежить від хімічного складу металу шва, швидкості нарос­тання та величини напруження розтягу, форми зварювальної ванни й шва, розміру первинних кристалітів. Вона збільшується з підвищен­ням у металі шва вуглецю, кремнію, нікелю, шкідливих домішок сірки та фосфору, Стійкість зварних швів проти утворення гарячих тріщин підвищують марганець, хром, частково кисень, а також зниження ве­личини і швидкості наростання розтягуючих зусиль, Останнє досяга­ється зменшенням жорсткості вузлів, застосуванням способу зварювання з порошкоподібним присаджувальним матеріалом, використанням спеціаль­них технологічних прийомів (поперед­ній підігрів тощо). Вплив коефіцієнта форми шва на вірогідність утворення тріщин не однозначне. При значенні коефіцієнта форми шва менше 1, 8 і більше 10 опірність виникнення гарячих тріщин знижується навіть при відносно невеликому вмісті вуглецю,

Холодні тріщини найчастіше утворюються в зоні термічного впливу, рідше в металі шва зварних з'єднань середньо- і високолегованих сталей перлітного і мартенситного класів.

Поява холодних тріщин поясню­ється дією комплексу причин. Одна з них - це вплив високих внутрішніх напружень. Вони виникають у зв'язку з об'ємним ефектом, який сприяє мартенситному перетворенню, що прохо­дить в умовах зниження пластичності металу.

Рис. Холодна тріщина.

Тому холодні тріщини виника­ють як при температурах розпаду залишкового аустеніту (120⁰С і нижче), так і при кімнатній температурі через декілька хвилин, а ча­сом і через більш тривалий термін після закінчення зварювання, Високі внутрішні напруги можуть також розвиватися внаслідок ад­сорбції розчиненого в металі водню на поверхнях внутрішніх дефек­тів і накопичення його в мікронещільностях. Вважають також, що холодні тріщини виникають при сповільненому руйнуванні металу під дією напружень, які накопичуються на межах зерен. Ці напру­ження є перпендикулярними напрямку дії нормальних напружень.

Непровари - це ділянки зварного з'єд­нання, де відсутнє сплавлення між зварними деталями, наприклад, у корені шва, між основ­ним і наплавленим металом (по кромці), або між суміжними шарами наплавленого металу.

Поверхні непровару покриті тонкими ок­сидними плівками та іншими забрудненнями. Дуже часто пустоти, утворені непроварами заповнюються шлаком, Закінчення непроварів у металі шва або на межі сплавлення, як пра­вило, мають дуже мале розкриття. Непровари зменшують робочий переріз зварного шва, що може призвести до зниження працездатності зварного з'єднання. Будучи концентраторами напружень, непровари можуть викликати появу тріщин, зменшити корозійну стійкість зварного з'єднання та призвести до корозій­ного розтріскування.

Непровари можуть бути викликані бага­тьма причинами: малим кутом розкриття кро­мок, малим зазором, великим притупленням при недостатній силі струму, великою силою струму зварювання, зміщенням електрода від осі шва, особливо при зварюванні двобічних швів, недостатнім очищанням шлаку перед накладанням наступних шарів, порошкоподібним матеріалом при зменшеній силі струму і великій швидкості зварювання, низькій кваліфікації зварника.

Пори - це порожнини в металі шва, заповнені газами. Вони мають сферичну або близьку до неї форму. В зварних швах вугле­цевих сталей пори часто мають трубчасту форму. Почергово, вини­каючи в рідкому металі за рахунок інтенсивного газоутворення, деякі бульбашки газу встигають підійнятись на поверхню і вийти в атмосферу. Частина з них залишається в металі шва. Розміри таких пор коливаються від мікроскопічних до 2-3 мм у діаметрі і за раху­нок дифузії газів (у першу чергу водню) можуть рости.

Утворюються раковини (порожнини неправильної форми і більших, чим пори розмірів), а також свищі, що виходять на поверхню. Крім поодино­ких пор, викликаних дією випадкових факторів, у зварних швах можуть появлятися пори, які рівномірно розподіляються по всьому перерізу шва, розташовуються у вигляді ланцюжків або окремих скупчень.

До основних причин, які вик­ликають появу пор відносяться: погане очищання зварних кромок від іржі, масел та інших забруд­нень, підвищений вміст вуглецю в основному або присадковому ма­теріалі, велика швидкість зварювання, при якій не встигає пройти газовиділення і пори залишаються в металі шва, велика вологість електродних покрить, флюсу, зварювання при несприятливих погодних умовах.

Рис. Пори в зварювальному шві.

Шлакові включення - це порожнини в металі зварного шва, заповнені шлаками, які не встигли виплисти на поверхню шва.Шлакові включення утворю­ються при великій швидкості зва­рювання, при сильних забруднен­нях кромок і при багатошаровому зварюванні у випадку поганого очи­щання від шлаку поверхні швів між шарами.

Розміри шлакових включень можуть досягати декількох міліметрів у поперечному перерізі, десяти і більше міліметрів за до­вжиною. Форма шлакових включень може бути дуже різно­манітною, внаслідок чого вони є небезпечнішими дефектами, ніж круглі пори.

Рис. Різноманітні включення(домішки).

а-шлакові включення, б-вольфрамові включення; в-оксидні включення.

Вольфрамові включення можуть появлятися в металі зварного шва при аргонодуговому зварюванні неплавким електродом (напри­клад, алюмінієвих сплавів), у яких вольфрам не розчиняється.

Частинки вольфраму, які потрапляють внаслідок нестабільності режиму в розплавлену зварювальну ванну, звичайно занурюються в неї через велику щільність. На рентгенівських знімках вольфрамові включення виглядають як ізольовані або групові видимі світлі плями неправильної форми.

Оксидні включення можуть виникати в металі зварних швів при наявності труднорозчинних оксидів, наприклад АІ₂О₃ при великих швидкостях кристалізації шва. Розташовуючись у вигляді плівок, вони утворюють у металі шва нещільності з малим розкриттям і їх незадовільний вплив на механічні властивості зварних швів може бути сильнішим, ніж пори шлакових включень.