Дефекты дуговой сварки: причины их образования и способы устранения

Сварка, наравне с другими способами обработки металлов, не исключает появления дефектов. На самом деле существует немало причин, которые могут привести к их образованию. Но ключевой из них принято считать химические процессы, протекающие в пограничных областях зоны обработки без контроля со стороны сварщика. Далее разберем основные дефекты дуговой сварки и их особенности.

Дефекты дуговой сварки по ГОСТу

В ГОСТе 30242-97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение, определения» перечислены все изъяны, которые могут возникнуть на подобных соединениях. Однако этой информации недостаточно, чтобы понять причины их появления.

Дефектом называется отклонение от норм, установленных ГОСТами, техническими условиями, чертежами проектов.

В п. 2.1. ГОСТа 30242 говорится следующее: «Дефекты при сварке плавлением образуются вследствие нарушения требований нормативных документов к сварочным материалам, подготовке, сборке и сварке соединяемых элементов, термической, механической обработке сварных соединений и конструкции в целом». Иными словами, проблемы возникают, когда в процессе работы не соблюдается технология.

ГОСТ 30242 предполагает шесть основных разновидностей дефектов:

1. трещины;
2. полости, поры;
3. твердые включения;
4. несплавления и непровары;
5. нарушение формы шва;
6. иные дефекты, не относящиеся к пяти первым группам.

ГОСТ 30242 устанавливает:

1. Трехзначное цифровое обозначение каждого дефекта либо цифровое обозначение его разновидностей, состоящее из четырех знаков.

Например: натек обозначается шифром 509, а натек при работе в горизонтальном положении – 5091.

2. Буквенное обозначение для большинства дефектов, которое используется в сборниках справочных радиограмм Международного института сварки (МИС).

Например: трещина – Е, газовая полость – А.

Основные дефекты ручной дуговой сварки

Существует насколько видов дефектов ручной дуговой сварки:

1. Проблемы с нормальным зажиганием дуги.

Некачественное зажигание при дуговом методе обработки представляет собой залипание электрода, сильное увеличение длины дуги. В результате чего наблюдается непровар начала шва, зашлаковка, образование пор.

Если производитель электродов подошел халатно к своему делу и допустил слишком сильное оголение торца в зоне зажигания, в начале работы формируется пучок пор или «стартовые поры». В этом случае важно успеть остановиться, зачистить, произвести выборку либо вырубить зубилом некачественное начало электрода. Только устранив проблему, можно снова приступать к зажиганию дуги.

2. Слишком «выпуклые» валики.

Данный дефект возникает при работе с угловыми и стыковыми соединениями. При дуговой сварке последующих валиков может возникнуть зашлаковка, непровар между кромкой разделки и швом или между глубокими западаниями, образовавшимися между валиками.

Такой дефект дуговой сварки имеет несколько причин образования и ряд способов устранения:

• При недостаточной скорости работы и без манипулирования придется увеличить поступательное движение электрода.
• Если осуществляется манипулирование «дугой назад» при наложении вертикальных, потолочных швов, лучше выбрать метод «лестница» либо «дугой вперед».
• При работе с потолочными швами «углом назад» рекомендуется отдать предпочтение способу «углом вперед» либо действовать под прямым углом к направлению работы.
• Если чувствуется, что установлен малый сварочный ток для нижнего положения, его увеличивают.
• При избыточном сварочном токе во время работы с вертикальными и потолочными швами рекомендуется уменьшить этот показатель до минимального.

Чтобы не допустить появления дефектов дуговой сварки, в процессе работы важно следить за полнотой и геометрией шва, жидкой ванной и управлять всеми показателями за счет изменения скорости и угла наклона электрода. Обязательно нужно делать задержку на кромках, ведь чем сильнее кромка прогрета, тем лучше собирается на ней жидкий металл шва при уходе электрода по направлению другой кромке. Этот прием не позволяет металлу собираться в середине шва.

3. Подрезы.

Они ведут к зашлаковке и непровару и очень опасны подрезы в теле сечения шва, особенно, когда речь идет о работе с нержавеющими сталями. Есть несколько причин, по которым могут образовываться подрезы. В первую очередь, когда допущен ранний уход электрода от кромки, что приводит к незаполнению кратера электродным металлом. Также проблема может крыться в слишком короткой дуге, специалисты называют это «сварка опиранием». В таком случае кристаллизующийся металл шва подрезается «козырьком» обмазки.

Еще одна причина – это резкий уход от кромки, в результате чего жидкотекучий шлак заполняет подрез. При проплавлении другой кромки шлак застывает в подрезе и потом не всегда получается выплавить его.

Можно значительно упростить себе работу, если задерживаться на кромке до тех пор, пока весь кратер не заполнится электродным металлом. К другой кромке переходят плавно, не допуская резких колебаний.

4. Наплывы.

Слишком долгая задержка на кромке тоже приводит к образованию дефектов дуговой сварки – на изделии появляется подтек жидкого металла. Либо такой же результат возможен при сильном сварочном токе, когда сварщик просто не может справиться с жидким металлом шва. Чтобы решить проблемы, наплыв срубают и зачищают пострадавшую зону.

5. Непровары.

Чертежи, техпроцессы и справочники по дуговой сварке устанавливают зазор при сборке в пределах от 0 до 2-3 мм.

Если речь идет о дуговой сварке V-образной разделки (без подварки корня шва с обратной стороны), то сборка с недостаточным зазором или вовсе без него станет причиной непровара и зашлаковки корня шва. Если же допустить подобную ошибку во время двухсторонней дуговой сварки Х-образной и V-образной разделки (с подваркой с обратной стороны), придется потратить время на более глубокую выборку обратной стороны корня шва, частичный скос кромок. Кроме того, не избежать финансовых затрат, так как потребуется дополнительный расход электродов на заполнение глубокой выборки.

6. Свищи.

Свищи в кратере шва возникают после завершения работы, если использовался слишком сильный сварочный ток. Либо причина данного дефекта дуговой сварки может скрываться в отрыве дуги за счет ее удлинения.

7. Усадочная раковина.

Эта проблема обычно появляется, когда производится дуговая сварка корневого валика, металла большой толщины, при наличии большого зазора и во время работы с аустенитными сталями. Кроме того, усадочная раковина может образоваться при использовании слишком сильного тока и чрезмерной величине сварочной ванны.

Усадка в кратере валика иногда приводит к появлению трещины. Этот факт значительно снижает производительность труда, так как после окончания каждого электрода требуется механическая зачистка. Когда производится дуговая сварка сталей перлитного класса с жестким креплением деталей, обычно образуется раковина с трещиной. Тогда как при работе с аустенитными сталями раковины с трещинами появляются в результате низкой теплоотдачи и высокого линейного расширения. Это приводит к тому, что требуется выводить кратер обратно на шов либо на кромку разделки.

Чтобы избежать подобного дефекта дуговой сварки, необходимо выбрать среди таких способов работы, как:

• обратно-ступенчатый метод;
• непрерывный, осуществляемый двумя сварщиками, с перехватом дуги;
• метод «дуга в дугу».

8. Поры.

Поры могут появиться в сварном шве сразу по ряду причин:

• Некачественная подготовка кромок. В результате на них остаются грязь, окалина, ржавчина – кромки необходимо зачистить.
• Высокое содержание влаги. Требуется сделать предварительный подогрев свариваемых кромок и прокалку электродов.
• Сквозняки в зоне работы.
• Некачественные электроды. Ржавый металлический стержень, эксцентричное покрытие вызывает появление «козырька» и увеличение длины дуги.
• Сильное магнитное дутье. В данном случае длина дуги сильно увеличивается из-за большого отклонения дуги.
• Несовпадение химического состава основного и присадочного материала.

Существует и ряд других причин, требующих отдельной подготовки заготовок.

Поры могут образовываться по вине сварщика, а точнее – из-за его недостаточной квалификации. В этом случае возможны две причины:

• нечеткое зажигание дуги (залипание, подъем электрода после зажигания на очень высокую длину дуги) и попытка переплавить такое зажигание;
• работа длинной дугой.

Чтобы повысить качество сварочных операций при дуговой обработке, сварщики должны детально изучать практические рекомендации, отрабатывать приемы и использовать их на практике. Дело в том, что нередко им приходится изготавливать и осуществлять монтаж продукции на АЭС, ТЭЦ, химическом и других видах оборудования. Во всех перечисленных случаях к соединениям предъявляются особенно высокие требования.

Дефекты дуговой сварки изделий из чугуна

Главными показателями качества сварного соединения чугунных изделий, полученных дуговым способом, считаются структура, механические свойства и сплошность. Структуру оценивают, исходя из количества твердых структурных составляющих. Так, если в сварном соединении присутствует большая доля карбидов, это говорит о низком качестве дуговой сварки. Одним из основных показателей качества считается равнопрочность сварного соединения чугуна.

В равной степени оцениваются механические свойства металла шва и ЗТВ (зона термического влияния). Если в сварном соединении присутствуют трещины, его качество считается неудовлетворительным. Поры в шве и зоне сплавления приводят к ослаблению соединения, а значит, оно не может использоваться под давлением.

Все названные показатели качества сварного соединения зависят от свариваемости чугуна, особенностей сварочного материала, режимов и конкретной техники дуговой сварки. Если специалист учитывает сразу все факторы, в результате удается получить надежное сварное соединение.

Рассмотрим основные дефекты дуговой сварки изделий из чугуна. При несоблюдении технологии в процессе работы с чугуном и однотипным металлом первые трещины появляются на шве или наплавке, откуда расходятся по основному металлу. Если дуговая сварка ведется разнородным материалом, то трещины образуются на самой детали в непосредственной близости от шва. Отметим, что они располагаются поперек или вдоль швов. Нередко происходит отрыв стальной наплавки в месте сплавления с чугуном.

При использовании электродов на базе никеля при дуговой сварке чугуна в швах могут появляться горячие трещины. Кроме того, в соединениях чугуна можно обнаружить поры, несплавления, спель.

В некоторых отливках повышение твердости материала шва и ЗТВ по сравнению с основным металлом приравнивается к дефектам, поскольку осложняет обработку поверхностей и даже не позволяет эксплуатировать изделие. Например, это актуально, когда речь идет о направляющих и необходимости скольжения по плоскости сопряженных деталей.

Оценка качества соединения и допустимость выявленного дефекта производятся в соответствии с назначением изделия и требованиями к нему.

Исправление дефектов шва, выполненного дуговой сваркой

Вне зависимости от типа сварки, дефекты не во всех случаях приводят к выбраковке продукции. Ряд нарушений технологии либо отклонений от нормы может быть исправлен сразу после завершения работы.

Проще и эффективнее всего можно устранить сварочный дефект, вырубив забракованный участок и еще раз его заварив. При этом обязательно нужно учитывать возможные дефекты дуговой сварки стальных изделий и пользоваться известными способами их предупреждения и устранения. На самом деле, чтобы убрать некоторые дефекты либо вовсе избежать их появления, нужно только сменить положение рабочего инструмента с электродом.

Не стоит забывать, что дуговая сварка методом «на подъем» вызывает перераспределение жидкого металла в зоне ванны, а за счет принципа «углом вперед» сокращается глубина проплавления.

Нужно понимать, что на исправление брака расходуются лишние средства. Поэтому рекомендуется организовать сварочный процесс так, чтобы не пришлось сталкиваться с такими работами.

Легче всего избежать дефектов при дуговой сварке, добавив один из компонентов при работе в защитной среде. В результате повышается коэффициент заполняемости шва, предотвращаются возможные подрезы.

Чтобы сделать расплавленный металл, заполняющий корневую часть шва, более жидким, предварительно нагревают место обработки до определенной температуры при помощи специальных добавок, то есть флюсов.

Кроме того, добиться желаемого эффекта позволяет повышение силы тока. Снизить вероятность нарушения режима можно за счет тщательной зачистки сварных кромок и удаления с их поверхности окисных пленок.