СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Несоответствие сварного соединения техническим тре­бованиям, изложенным в нормативной документации, на­зывается дефектом. ГОСТы регламентируют все необходи­мые параметры (конструктивные размеры, форму сварного шва, его прочность, пластичность, геометричность и др.), ко­торые должны быть выдержаны при выполнении сварочных работ.

Однако соединения могут отклоняться от заданных в нормативно-технической документации параметров, что нередко приводит к разрушению как самого сварного шва, так и всей конструкции, что, разумеется, нельзя считать по­ложительным моментом. Чтобы не допускать такого развития событий, необходимо точно знать, какими дефектами могут сопровождаться сварочные работы, каковы их причины и способы предупреждения или устранения.

В сварных соединениях могут возникать различные де­фекты. В соответствии с расположением они подразделяются на две большие группы — наружные и внутренние.

К наружным относятся следующие дефекты:

1. Дефекты формы шва (рис. 47), процесс формирования которых непосредственным образом связан с выбранным режимом сварки (прежде всего с величиной, родом и поляр­ностью тока, напряжением дуги и скоростью сварки) и про­странственным положением сварного соединения.

Рис. 47. Дефекты формы шва: а — неравномерная ширина; б — бугры и седловины

Имеют значение также квалификация сварщика (отсут­ствие или недостаточность которой приводят к наложению неравномерных по ширине швов, образованию бугров и сед­ловин вследствие неравномерности приложенных усилий), неправильное манипулирование электродом и нарушение величины зазора кромок. Все это заканчивается ухудшением прочностных характеристик сварного соединения и образо­ванием внутренних дефектов.

2. Подрезы (углубления) в основном металле, появля­ющиеся по краям сварного шва (рис. 48).

Их глубина может доходить до нескольких миллиметров. Причины подрезов различны. Например, это могут быть боль-

Рис. 48. Подрез сварного шва: а — в стыковом соединении; б — в горизонтальном шве на вертикальной поверхности; в - в угловом шве таврового соединения; 1 — подрез

шая сила тока, высокое напряжение, смещение электрода по отношению к оси шва, проблемное пространственное по­ложение, затрудняющее сварку, или низкая квалификация исполнителя работ.

В результате подрезов рабочая толщина металла умень­шается, они становятся очагами концентрации внутренних напряжений, развивающихся при нагрузке, и в процессе эксплуатации изделия или конструкции могут привести к раз­рушению соединения. Наибольшую опасность представляют подрезы, направленные поперек усилий, которые воздей­ствуют на них в угловых и стыковых швах.

Возникновение подреза зависит от соотношения между скоростью затвердевания (кристаллизации) сварного шва и скоростью заполнения углубления расплавленным метал­
лом. Отсюда следует, что для недопущения или устранения данного дефекта необходимо либо снизить скорость кристал­лизации, либо повысить скорость заполнения углубления. Как правило, прибегают к первому варианту, для чего проводят предварительный подогрев свариваемых частей (этот способ работает благодаря улучшению смачиваемости твердого ме­талла жидким за счет имеющейся между ними разности тем­ператур) или осуществляют многоэлектродную сварку.

3. Прожоги (рис. 49), т. е. сквозные отверстия в сварном шве, причины появления которых весьма различны.

Повышение погонной энергии сварочной дуги приводит к увеличению объема жидкого металла. Если это произошло в результате повышения силы сварочного тока, то одновре­менно возрастет и давление дуги. Совокупность описанных процессов может привести к тому, что силы гидростатическо­го давления и давления сварочной дуги превысят силу по­верхностного натяжения расплавленного металла, который вытечет, образовав прожог.

Причинами прожога могут стать неравномерная ско­рость сварки, большой зазор между свариваемыми частями, соединение элементов из тонкого металла (это особенно ча­стая причина прожога, так как ширина сварочной ванны ста­новится такой, что превосходит толщину металла), некачест­венный первый слой в многослойном шве или выполнение вертикального шва в направлении снизу вверх.

4. Поджоги, которые возникают при возбуждении свароч­ной дуги в непосредственной близости от разделки кромок. Такие дефекты подлежат обязательному удалению, поскольку они превращаются в центры концентрации внутренних нап­ряжений.

5. Наплывы (рис. 50), ставшие следствием ряд таких при­чин, как увеличенная сила тока в сочетании с длинной свароч­ной дугой и большой скоростью сварки, чрезмерный наклон сварного шва, выполнение шва в трудном пространственном положении и вертикального шва снизу вверх, ошибки при манипулировании электродом и неопытность сварщика. Они бывают локальными и значительными по длине.

6. Незаверенный кратер. Если при окончании свар­ки дуга неожиданно обрывается, то на металле появляется углубление — кратер. Его размеры определяются силой сва­рочного тока. Оставленный незаверенным кратер — это ис­точник концентрации внутренних напряжений, которые сни­жают прочность соединения. Если сварка осуществляется без выводных планок, то кратер надо заварить и оборвать дугу на заваренном участке шва. Нельзя выводить кратер в зону основного металла, поскольку это чревато образованием подреза.

7. Поры (рис. 51), вышедшие на поверхность.

Их появление объясняется содержанием газов в рас­плавленном металле. В этот момент их еще можно удалить из сварочной ванны, но если они появились в момент крис­таллизации металла шва, то останутся в виде газовых пор. Причинами возникновения пористости являются использова­ние отсыревших электродов, повышенная скорость сварки, длинная дуга, загрязненные кромки разделки и некачествен­ная защита шва при сварке в среде защитных газов.

Равномерные поры — это результат действия постоянных факторов, таких как загрязненность кромок, влажные элек­троды и неравномерная толщина их покрытия. Одиночные поры — это последствие случайных факторов, в частности

скачков напряжения в сети, локальных дефектов в электрод­ном покрытии, случайного увеличения длины дуги.

Очаги (скопления) пор формируются при нарушении ре­жима сварки, применении электродов с некачественным по­крытием или загрязненности кромок.

Меры предотвращения пористости содержатся в уже на­званных причинах, хотя есть и другие. Например, использо­вание обратной полярности при работе на постоянном токе, снижение температуры расплавленного металла сварочной ванны, устранение неметаллических включений в металле и др.

8. Трещины (рис. 52), которые представляют собой наи­более опасные дефекты швов. Они могут быть продольны­ми или поперечными и возникать как в наплавленном, так и в основном металле.

Трещины образуются, когда в металле формируются нап­ряжения в результате неравномерного нагревания и охлаж­дения, когда происходят усадка и изменения величины зерен металла и их расположения; когда сварка ведется при низкой температуре; когда соединяются в жестко зафиксированных изделиях или конструкциях конструкционные и легированные стали и пр. Трещины подлежат обязательному устранению: их вырубают и повторно заваривают.

К группе внутренних дефектов относятся следующие:

1. Трещины. Причины их появления и способы ликвида­ции такие же, что и при образовании и устранении наружных трещин.

2. Непровары корня шва и кромки (рис. 53). Это серьез­ный дефект, который выглядит как несплавление электродно­го металла с основным.

Помимо того, что в зоне непровара прочность шва резко ухудшается, здесь образуются очаги напряжения, снижающие сопротивляемость шва внешним нагрузкам при эксплуатации изделия или конструкции.

Причины непровара различны, среди них могут быть недостаточный ток, низкая мощность горелки, несоответству­ющий прогрев металла при ускоренном манипулировании электродом или горелкой, проникновение в шов шлака или пленки окислов, малый угол скоса кромок, некачественная подготовка кромок к сварке.

Как и в предыдущем случае, непровар аккуратно выру­бают, после чего снова заваривают дефектный участок, пред­варительно выяснив причину непровара;

3. Поры, возникающие при поглощении жидким метал­лом газов, которые не успели полностью выделиться в про­цессе работы.

Другая причина порообразования — выкрашивание ка­плевидных включений металла и шлака, поскольку мельчай­шие капли металла, покрытые пленкой окислов, попав в сва­рочную ванну, не сплавляются с металлом шва.

Наличие пор приводит к тому, что шов становится прони­цаемым и разрушается под воздействием газов и жидкостей. Поры подлежат вырубанию и повторному завариванию, а при газовой сварке — проковке.

4. Шлаковые включения, проникающие в металл при ве­дении сварки длинной дугой и окислительным пламенем. Как и поры, они негативно отражаются на сечении шва, снижая его прочность.