Дефекты сварных швов: разбираемся в причинах, устраняем последствия

Дефекты сварных швов – нередкое явление, приводящее к снижению качественных характеристик изделия вплоть до полного несоответствия заявленным нормам. Допустить ошибки могут как опытные, так и начинающие сварщики, поэтому необходимо понимать природу возникновения отклонений.

Не все дефекты можно считать фатальными: часть легко исправляется, некоторые вообще могут не требовать доработки. В нашей статье мы расскажем, что считается дефектом сварного шва, каким он бывает, а также поговорим про способы выявления и устранения разных видов изъянов.

Причины появления дефектов швов после сварки

Сварными дефектами называются такие поверхностные или внутренние изъяны, которые возникли в результате соединения деталей при помощи сварочного оборудования.

По степени выраженности они различаются по форме, размерам, и практически всегда негативно отражаются на сроке эксплуатации металлоконструкции, поэтому при выполнении сварочных работ следует избегать их возникновения.

Наиболее частыми причинами дефектов сварных швов могут быть следующие:

• Низкое качество соединения может быть причиной невысокого уровня опыта сварщика: при нарушении технологии лучевой, аргоновой, электродуговой сварки, пренебрежении к подготовительной операции техпроцесса, термической обработки узлов, а также в случаях, когда выбирается неверная схема соединения заготовок или применяются неправильные технологические режимы сварочного лазерного оборудования и т. п.
• Плохое качество сварного соединения может стать следствием использования неисправного или кустарно изготовленного оборудования при электродуговой или ручной сварке, применения дешевых расходных материалов или металла низкого качества.

Виды дефектов сварных швов

С полным перечнем возможных скрытых и наружных дефектов сварных швов можно ознакомиться в ГОСТ 30242-97. Видимые наружные изъяны обычно становятся причиной глубинных нарушений структуры сплава. Они могут возникнуть при любой технологии сварки и подразделяются на сквозные, внутренние (скрытые) и наружные (видимые). Рассмотрим их более подробно.

Наружные дефекты сварных швов.

Легко обнаруживаются при помощи визуального осмотра, и в большинстве случаев устраняются в процессе выполнения работы.

Главной причиной появления трещин является нарушение температурного режима. Холодные дефекты формируются из-за недостаточно разогретой поверхности (до +200 °С). Горячие же возникают при использовании температуры свыше +1100 °С. Трещины приводят к снижению пластичности металла, что ведет к разрушению под действием нагрузки.

Наиболее часто встречающимся дефектом сварных швов являются подрезы: между деталью и наплавленной частью можно обнаружить углубления. Причинами их появления могут быть:

• использование электрической дуги со слишком высоким напряжением, что приводит к истончению сварных заготовок;
• если одна деталь проваривается сильнее другой, то происходит смещение ванны расплава от середины зазора.

Подрезы оказывают отрицательное влияние на прочность соединения, поэтому такой дефект необходимо устранить методом повторного нанесения сварного шва.

Появление прожогов чаще всего можно обнаружить при сваривании тонкостенных заготовок или при неуверенном управлении электродом. Только опытный сварщик-специалист может избежать появления изъянов такого рода. Еще одной причиной может стать использование слишком высокого тока.

Металлическая структура кратера характеризуется усадкой и рыхлостью. От свищей чаще всего расходятся по поверхности трещины. Появляются в зоне непровара в случаях отрыва электродуги от поверхности детали или ее отключении.

Еще одним наружным дефектом сварных швов является наплыв, по сути, представляющий собой вылившийся лишний металл: происходит наполнение сварной ванны наплавкой без образования прочного диффузного слоя, что снижает надежность сварного соединения. Из-за недостаточного напряжения электродуга не успевает проплавить соединяемые поверхности заготовок. Еще одной причиной может быть плохая зачистка кромочных поверхностей, в результате остаточная окалина не может расплавиться.

Внутренние дефекты сварных швов.

Считаются самыми коварными, так как визуально их не определить, а структура металла нарушена. Не допускается использование сборных конструкций с любой формой скрытых дефектов в трубопроводах, деталях, работающих на излом, и в сосудах, предназначенных для эксплуатации с высоким давлением.

Растрескивания или отпотины могут быть двух видов:

• горячие – поперечные или продольные трещины, образующиеся в металле на границе формирующегося зерна;
• холодные – появляющиеся после остывания диффузного слоя и наплавки из-за остаточных напряжений в зоне разогревания.

На этапе зарождения кристаллической решетки в легированных сплавах горячие трещины могут возникнуть:

• при нарушении технологии сварочного процесса (выбран не тот вид электродов или неправильно выставлены параметры рабочего тока);
• когда падающая расплавленная капля становится причиной замыкания и внезапного отключения сварочного оборудования.

Характер таких трещин можно легко определить. Горячие отпотины возникают сразу же, они характерны для области термовлияния, массива шва, при перегревании или же, наоборот, при более низких точках плавления. Формирование холодных происходит не сразу, а по мере фазовых превращений расплавленной массы в кристаллическую решетку. Существуют следующие вероятные причины их появления:

• используется недостаточная экранизация расплава защитной атмосферой;
• повышенная влажность воздуха в пределах рабочего места;
• при недостаточном разогревании молекулы водорода не успевают отделиться.

Поры классифицируются по месту расположения и их размеру. Причины возникновения:

• газовые пузыри – могут возникнуть из-за попадания в сварочную ванну инородных тел, вольфрамовых частиц от неплавящегося электрода, влаги, чешуйчатости ржавчины, шлаковых включений и окислов;
• недостаточная защита расплавленной ванны (обмазка выделяет немного шлака, тонкий флюсовый слой флюса сдувает защитное газовое облако);
• нарушение технологического процесса (неправильно выставлен сварочный ток, нарушение температурного режима при предварительном прогревании заготовок, некачественная подготовка электродов).

Непровар – такой вид дефекта сварных швов чаще всего характерен для новичков из-за недостаточного заполнения стыка между заготовками, неравномерности толщины диффузного слоя. Преимущественно возникает при многослойной проварке глубоких кромок в тех случаях, когда не выполняется удаление окалины и промежуточная проковка.

Пережоги, которые также называют перегревами, появляются при несоблюдении технологии сварки: при завышенном токе и низкой скорости. Такие режимы приводят к нарушению структурной решетки: в соединении происходит формирование слишком крупного зерна, что приводит к хрупкости металла по причине критического уровня ударной вязкости. Такой дефект нельзя устранить при помощи термообработки, оказывающей влияние на микроструктуру, в таких случаях требуется глубокая зачистка, а после этого заделка области пережога.

Сквозной вид дефектов сварных швов.

Просветы обнаруживаются при визуальном осмотре или методом проверки изделия на герметичность. Основной причиной появления дефектов сквозного характера являются прожоги. Чаще всего происходят при обработке деталей с тонкими стенками, электродом насквозь прожигается металл рядом с наплавленным швом. Причина кроется в нарушении технологического процесса:

• между свариваемыми заготовками устанавливается завышенный зазор;
• сварка проводится на повышенном токе;
• перемещение электрода производится на низкой скорости;
• прерывается подача защитного газа.

При появлении сквозного отверстия отсутствует формирование ванны расплава – расплавленный металл протекает сквозь него.

Методы выявления дефектов сварных швов

На этапе предварительного контроля основного и сварочных материалов определяют соответствие сертификатных данных заводов-поставщиков тем требованиям, которые должны предъявляться к материалам согласно их назначению для выполнения ответственных сварных конструкций и узлов. Перед сборкой и сваркой деталей их габаритные размеры и формы проверяют на соответствие чертежам, а также контролируют качество подготовки кромочных свариваемых поверхностей.

Текущий контроль предусматривает проверку исправности работы сварочного оборудования и точности установки сварщиками требуемых режимов сварки. Для обнаружения внешних дефектов сварных швов производят визуальный осмотр и замеры геометрических параметров. Все обнаруженные погрешности устраняются непосредственно при изготовлении изделия.

В зависимости от уровня ответственности и назначения конструкции все готовые сварные изделия должны пройти следующие этапы приемочного контроля:

• визуальный осмотр для обнаружения наружных дефектов сварных швов;
• замер геометрических параметров соединений;
• магнитный контроль;
• испытания на плотность;
• просвечивание гамма- или рентгеновским излучением, ультразвуковое воздействие с целью выявления внутренних дефектов.

Существуют следующие способы обнаружения дефектов сварных швов:

• Визуальный осмотр. Используется увеличительный прибор, благодаря чему можно увидеть довольно маленькие изъяны точечной сварки.
• Дефектоскопия. Является методом диагностики качества сварного соединения, в основе которого лежит способность специальных реагентов изменять свой цвет при взаимодействии с материалом повышенной текучести, например, с керосином.
• Магнитный способ обнаружения дефектов сварных швов. Основан на определении искажений магнитных волн.
• Метод УЗК. Проверка соединений при помощи ультразвука проводится на специальных ультразвуковых дефектоскопах, измеряющих уровень отражения звуковых колебаний.
• Радиационный метод. В основе такого способа заложено просвечивание сварного шва при помощи рентгеновского излучения с последующим получением фотоснимка, который полностью описывает все дефекты проблемного соединения.

Методика ультразвукового контроля и цветная дефектоскопия являются самыми эффективными способами обнаружения дефектов сварных швов, но их применяемость в бытовых условиях практически невозможна.

Оценка критичности дефектов шва

Кроме информации о видах дефектов сварных швов и причинах их появления, следует знать о том, какое они оказывают влияние на всю конструкцию при дальнейшей ее эксплуатации. Наибольшая часть всей классификации изъянов состоит из сведений, отражающих уровень их критичности. Это слово подразумевает, насколько безопасна эксплуатация конструкции с таким видом дефекта, допускается ли предварительное исправление изъяна или пускать в эксплуатацию категорически нельзя.

Многое будет зависеть от тех условий, в которых планируется использование конструкции. К примеру, один и тот же вид дефекта не окажет существенного влияния на все изделие при его эксплуатации в помещении, но приведет к серьезному разрушению при применении на улице, где неблагоприятное воздействие будут оказывать погодные условия. По этой причине ответ на вопрос о том, можно ли допускать подрезы на сварных соединениях, будет не совсем корректным. Следует всегда учитывать место и условия эксплуатации конструкции с таким дефектом сварного шва.

Допустимые виды дефектов сварных соединений в большинстве случаев означают возможность их устранения. Есть масса способов их исправления. А под недопустимыми изъянами рассматриваются такие, которые исправить уже нельзя. В требованиях довольно часто можно встретит термин «ответственность». Он означает, что определенный вид дефекта не может использоваться только в ответственных конструкциях, в то время как в остальных случаях его применение вполне допустимо.

По степени важности все виды дефектов сварных швов подразделяются на:

• малозначительные;
• значительные;
• критические.

Такое разделение в данном случае будет влиять на определение метода контроля. Для выявления дефектов, попадающих в категорию малозначительных, использовать дорогостоящее оборудование экономически нецелесообразно. А материальные затраты на обнаружение критических окупятся довольно быстро. Большое значение имеет и уровень квалификации контролера. Недавно начавшим работать в этой сфере целесообразно доверять выявление только малозначительных изъянов.

Дефекты сварных швов скажутся на работоспособности всей конструкции. По этой причине, рассматривая вопрос о важности сварного соединения, необходимо учитывать все факторы, которые связаны с допустимостью его применения. Следует принять во внимание функциональность изделия, условия его эксплуатации, физические характеристики материалов и общие напряжения всей конструкции. Основные виды дефектов сварных швов, относящиеся к допустимым, следует измерить, чтобы правильно выбрать оборудование и установить соответствующие режимы.

Устранение дефектов сварных швов

Выбор метода устранения дефектов сварных швов производится с учетом характера выявленного повреждения:

• любые дефекты, включающие в себя посторонние примеси, устраняются методом вырезки и заваривания;
• для устранения сварочных деформаций применяют термический или термомеханический способы;
• наплывы необходимо срезать аккуратно, обязательно проверив при этом срез на отсутствие непроваров;
• глубина вырезки свищей и кратеров производится до основного металла, после этого их надо заново переварить;
• непровары следует удалять методом повторного сваривания, предварительно их вырезав;
• исправление трещин производится следующими действиями: сначала их необходимо полностью рассверлить, затем вырубить шов проблемного участка, после этого зачистить поверхности и заварить их повторно, соблюдая технологию сварки и действующие технические требования;
• подрезы устраняются с помощью наплавки тонкого слоя вдоль линии дефекта;
• при исправлении прожогов стык тщательно зачищают, затем обваривают.

Если при обследовании обнаруживаются технологические дефекты сварных швов труб, то их устранение производится в строгом в соответствии с нормативными требованиями с помощью одного из следующих способов:

• полного удаления шва и выполнения нового;
• выреза участка трубы с дефектом;
• механического с завариванием зоны выборки;
• механическим воздействием без последующей заварки.

Во время проверки на герметичность и прочность газораспределительных сетей допускается устранять дефекты сварных швов газопроводов только с помощью дуговой сварки, а не газовой.

Итак, любые дефекты сварочных швов могут возникнуть только при несоблюдении технологического процесса сварки, отражаются на прочности сварного соединения и общей функциональности металлоконструкции. Именно поэтому уважающий себя мастер должен знать обо всех основных изъянах такого рода и причинах их появления ‒ порах, наплывах, прогарах и т. п. Обладая такими знаниями, мастер сможет максимально эффективно определить способ их устранения при использовании аргона, электрической дуги, лазера, точечной сварки и т. п.