Дефекты сварных соединений: виды и способы устранения

При сварке металлоконструкций из-за сильного нагрева возникают значительные напряжения в металлах и сплавах, что может привести к появлению дефектов сварных соединений. Причинами появления трещин или пор также могут стать неправильно настроенный сварочный аппарат, плохо очищенные кромки деталей или сырые электроды.

Для предотвращения брака на производстве, конструкции проверяют инженеры ОТК. Дефекты бывают:

• видимыми – наблюдаются невооруженным взглядом;
• невидимыми – расположены внутри шва или в околошовной зоне. Для их обнаружения потребуется применить методы неразрушающего контроля: просвет материала рентгеновскими лучами, УЗК и другие.

Виды дефектов сварных соединений

В зависимости от влияния на качество сварного шва изъяны делятся на две группы: некритичные и недопустимые. Виды дефектов:

• брызги – микроскопические капли металла, расположенные на поверхности швов и в околошовной зоне. Брызги чаще всего образуются, когда во время работы используют покрытые сварочные электроды или проволоку для полуавтомата;
• подрезы – канавки в местах переходов от сварного шва к основному металлу;
• свищи – трубчатые полости в материале, которые вызваны выходом газов в процессе сварки:
• трещины – разрывы внутри детали, в сварном шве или на их границах;
• твердые включения – фрагменты шлака, присадки, других посторонних частиц;
• поры внутри шва – небольшие полости в материале, часто появляется одновременно несколько пор;
• несплавления и непровары – кромки деталей расплавлены не полностью;
• нарушение формы – геометрия сварного шва не соответствует нормативам ГОСТ.

Для сварных швов значительную опасность представляют трещины. Они могут спровоцировать быстрое разрушение металлических конструкций или деталей, что приведет к авариям на производстве: обрушению зданий, разгерметизации трубопроводов, взрыву сосудов, в которых хранятся опасные вещества. Причинами появления трещин является нарушение технологии сборки конструкций, быстрое охлаждение зоны сварки, неправильный выбор присадки или электродов, кристаллизация металла из-за перегрева деталей при сварке.

По размеру трещины делятся на: микротрещины, макротрещины. По типу образования – поперечные, продольные, радиальные. Вне зависимости от видов и причин их возникновения, трещины считаются недопустимыми дефектами сварных соединений деталей.

Подрезы, свищи, поры, несплавления, непровары также являются серьезными изъянами и должны быть полностью устранены. Такие дефекты уменьшают прочность сварных швов, со временем могут привести к деформации или разрушению металлоконструкций.

Брызги на поверхности деталей и нарушение формы швов чаще всего могут быть устранены, они не приводят к изменению их характеристик. Удаление посторонних частиц, сглаживание неровностей выполняется вручную или с помощью зачистного электроинструмента.

Как обнаружить и устранить дефекты сварных соединений

Визуальный и измерительный контроль – первый этап проверки результатов сварочных работ. В процессе осмотра инженер ОТК использует эталоны, шаблоны, оптические приборы, линейки и другие инструменты, позволяющие обнаружить дефекты до 0,1 мм. Перед изучением сварных швов и прилегающих к ним поверхностей следует очистить их от шлака, окиси или брызг.

УЗК проводится для проверки ответственных металлоконструкций, которые будут использоваться в экстремальных условиях: при критически высоких и низких температурах, при значительных механических нагрузках, в контакте с агрессивными жидкостями или газами.

Метод УЗК основан на просвечивании материалов высокочастотными звуковыми волнами с помощью переносного или стационарного излучателя. Прибор с датчиками определяет скорость отраженных волн при их прохождении через металлические конструкции, за счет этого вычисляется плотность материала по всей толщине детали. Результаты исследований выводятся на экран дефектоскопа. Инженер ОТК, изучив изображения, определяет, в каких зонах расположены изъяны, каковы их размеры и характер.

Преимущество УЗК – метод позволяет обнаружить все виды дефектов в сплавах, включая угловые соединения деталей. Минус ультразвуковой дефектоскопии – для работы требуется привлекать высококвалифицированного инженера-оператор.

Рентгенографический контроль (РК) – способ определения дефектов на основании просвечивания материалов гамма-лучами. Инженер ОТК получает для анализа рентгеновские снимки, на которых видны все виды дефектов. Преимущества рентгенографии – быстрая проверка качества деталей. Недостатки: во время проверки требуется обеспечить защиту сотрудников от радиационного излучения.

Примеры использования УЗК и РК:

• проверка ферм несущих мостовых конструкций;
• анализ стыков газовых, нефтяных трубопроводов;
• поиск дефектов в ответственных металлоконструкциях, предназначенных для военного применения или для использования в космосе.

Метод проверки емкостей на герметичность с помощью керосина основан на высокой текучести жидкости. Швы покрывают меловым раствором, после высыхания внутреннюю часть резервуара смазывают керосином. При наличии сквозных дефектов (трещин, пор) меловой слой будет темнеть. Способ применяют для проверки емкостей, собранных из тонколистовых материалов: топливные баки, котлы мини-котельных.

Устранение дефектов

Для удаления пор, трещин, свищей или непроваров участки с дефектами полностью удаляют. Для этого используют электроинструмент (шлифовальные машинки), станки (токарные, фрезерные, карусельные). На массивных конструкциях выборку дефектных участков выполняют при помощи газовых резаков. Затем кромки деталей тщательно зачищают от шлака и снова заваривают.

Как предотвратить дефекты в сварных соединениях

Для предотвращения дефектов необходимо соблюдать правила подготовки к работе деталей и присадочных материалов, а также не нарушать технологию выполнения сварочных работ. К сборке ответственных металлоконструкций следует допускать квалифицированных сварщиков и слесарей-сборщиков – не ниже 4-го разряда.

Методы предотвращения дефектов в сварных швах:

1. Применение качественной присадки, флюсов, защитных газовых смесей (аргона, углекислого газа, гелия) – если при изготовлении электродов, сварочной проволоки нарушена технология, например, в присадочном прутке отсутствуют нужные химические элементы в определенных пропорциях, то в процессе сварки могут появляться поры или трещины.
2. Прокалка электродов перед работой – производители рекомендуют удалять излишнюю влагу из обмазки, чтобы обеспечить надежную защиту сварочной ванны, предотвратить появление трещин, пор, свищей. Пример: электроды «Континент» следует прокаливать при температуре 140-150 градусов в течение 40-50 минут.
3. Настройка аппарата – при работе электродуговой сваркой необходимо правильно выставлять значение тока электродуги. Величина тока зависит от толщины электродов. Рекомендуемые значения указаны на упаковках с присадкой.
4. Правильное ведение электрода вдоль кромок – необходимо выдерживать минимальный зазор между кончиком электрода и деталью, слишком большой зазор приведет к повышенному разбрызгиванию присадки, непроварам, подрезам.

Необходимо подбирать материал присадки так, чтобы он был максимально близок по составу материалу свариваемых деталей. При сильном несоответствии высока вероятность появления горячих или холодных трещин.