Наружные дефекты сварных соединений. К ним относят наплывы, подрезы, незаделанные кратеры, прожоги.

Наплывы образуются в результате стекания расплавленного металла электрода на нерасплавленный основной металл или ранее выполненный валик без сплавления с ним (рис. 4). Наплывы могут быть местными, в виде отдельных зон, а также значительными по длине.

Наплывы возникают из-за: чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки; неудобного пространственного положения (вертикальное, потолочное); увеличенного наклона плоскости, на которую накладывают сварной шов; неправильного ведения электрода или неверного смещения электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом; выполнения вертикальных швов вверх и недостаточного опыта сварщика.

Рисунок 7 - Подрезы: а - в стыковом шве; б - в горизонтальном шве, расположенном на вертикальной плоскости; в - в угловом шве таврового соединения

Подрезы представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие по краям шва (рис. 5). Глубина подреза может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Причинами, по которым образуются эти дефекты сварных соединений являются: значительной силы ток и повышенное напряжение дуги; неудобное пространственное положение при сварке; небрежность сварщика.

Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть причиной разрушения швов в процессе эксплуатации. Подрезы в стыковых и угловых швах, расположенные поперек действующих на них сил, приводят к резкому снижению вибрационной прочности; даже достаточно крупные подрезы, проходящие вдоль действующей силы, отражаются на прочности в значительно меньшей степени, чем подрезы, расположенные поперек.

Кратер - углубление, образующееся в конце шва при внезапном прекращении сварки. Особенно часто кратеры возникают при выполнении коротких швов. Размеры кратера зависят от величины сварочного тока. При ручной сварке его диаметр колеблется от 3 до 20 мм, при автоматической он имеет удлиненную форму в виде канавки. Незаделанные кратеры снижают прочность сварного соединения, так как концентрируют напряжения. При вибрационной нагрузке снижение прочности соединения из малоуглеродистой стали достигает 25 %, а из низколегированных - 50 % при наличии в шве кратера.

Рисунок 8 - Прожоги

Прожоги - дефекты в виде сквозного отверстия в сварном шве, образующиеся при вытекании сварочной ванны; сварке металла небольшой толщины и корня шва в многослойных швах, а также при сварке снизу-вверх вертикальных швов (рис. 8). Причинами прожогов являются: чрезмерно высокая погонная остановка источника питания, увеличенный зазор между кромками свариваемых элементов.

Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, хотя и заделывается, однако шов в этом месте получается неудовлетворительный по внешнему виду и качеству. Прожоги возникают в результате возбуждения дуги ("чирканья электродом") на краю кромки. Этот дефект служит источником концентрации напряжений, его обязательно удаляют механическим способом.

Внутренние дефекты. К ним относят поры, шлаковые включения, непровары, несплавления и трещины.

Поры (рис. 8) в виде полости округлой формы, заполненной газом, образуются вследствие: загрязненности кромок свариваемого металла, использования влажного флюса, отсыревших электродов, недостаточной защиты шва при сварке в углекислом газе, увеличенной скорости, завышенной длины дуги. При сварке в углекислом газе, а в некоторых случаях и под флюсом на больших токах, образуются сквозные поры - так называемые свищи.

Рисунок 9 - Характер пористости в наплавленном металле шва: а - равномерная пористость; б - скопления пор; в - цепочки пор

Размеры внутренних пор колеблются от 0,1 до 2... 3 мм в диаметре, а иногда и большее. Поры, выходящие на поверхность шва, могут быть и больше. Свищи при сварке под флюсом или в углекислом газе на больших токах могут иметь диаметр до 6... 8 мм. Длина так называемых "червеобразных" пор - до нескольких сантиметров.

Равномерная пористость (см. рис. 9, а) обычно возникает при постоянно действующих факторах: загрязненности основного металла по свариваемым поверхностям (ржавчина, масло и т.п.), непостоянной толщине покрытия электродов и т.д. Скопление пор (см. рис. 9, б) наблюдается при местных загрязнениях или электро-, а также при нарушении сплошности покрытия электрода, сварке в начале шва, обрыве дуги или случайных изменениях ее длины.

Цепочки пор (см. рис. 9, в) образуются в условиях, когда газообразные продукты проникают в металл по оси шва на всем его протяжении (при сварке по ржавчине, подсосе воздуха через зазор между кромками, подварке корня шва некачественными электродами). Одиночные поры возникают за счет действия случайных факторов (колебания напряжения в сети и т.д.). Наиболее вероятно возникновение пор при сварке алюминиевых и титановых сплавов, в меньшей степени - при сварке сталей.

Шлаковые включения в металле сварного шва - это небольшие объемы, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, оксидами). Вероятность образования шлаковых включений в значительной мере определяется маркой сварочного электрода. При сварке электродами c тонким покрытием вероятность образования шлаковых включений очень велика. При сварке высококачественными электродами, дающими много шлака, расплавленный металл дольше находится в жидком состоянии и неметаллические включения успевают всплыть на его поверхность, в результате чего шов засоряется шлаковыми включениями незначительно.

Шлаковые включения можно разделить на макроскопические и микроскопические. Макроскопические имеют сферическую и продолговатую формы в виде вытянутых "хвостов".

Рисунок 10 - Шлаковые включения по подрезу кромки в многослойном шве

Эти включения образуются в шве из-за плохой очистки свариваемых кромок от окалины и других загрязнений и чаще всего вследствие внутренних подрезов и плохой зачистки от шлака поверхности первых слоев многослойных швов перед заваркой последующих (рис. 8).

Микроскопические шлаковые включения появляются в результате образования в процессе плавления некоторых химических соединений, остающихся в шве при кристаллизации.

Оксидные пленки могут возникать при всех видах сварки. Причины их образования такие же, как и шлаковых включений: это загрязненность поверхностей свариваемых элементов; плохая зачистка от шлака поверхности слоев шва при многослойной сварке; низкое качество электродного покрытия, флюса; недостаточная квалификация сварщика и т. п.

Рисунок 11 - Непровары: а - по кромке c основным металлом; б - в корне шва; в - между отдельными слоями; г - между валиками

Непровары - это дефект в виде местного несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления поверхностей или кромок ранее выполненных валиков. Непровары (рис. 11, а) в виде несплавления основного металла с наплавленным представляют собой тонкую прослойку оксидов, а в некоторых случаях - грубую шлаковую прослойку между основным и наплавленным металлом.

Причинами образования таких непроваров являются:

1. Плохая зачистка кромок свариваемых деталей от окалины, ржавчины, краски, шлака, масла и других загрязнений;

2. Блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных полей, особенно при сварке на постоянном токе;

3. Электроды из легкоплавкого материала (при выполнении шва такими электродами жидкий металл натекает на неоплавленные свариваемые кромки);

4. Чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавиться;

5. Значительное смещение электрода в сторону одной из свариваемых кромок, при этом расплавленный металл натекает на вторую нерасплавленную кромку, прикрывая непровар;

6. Неудовлетворительное качество основного металла, сварочной проволоки, флюсов, электродов и т.д.;

7. Плохая работа сварочного оборудования - колебания силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки;

8. Низкая квалификация сварщика.

Причинами образования непроваров в корне шва (cм. риc. 11, б) кроме указанных выше могут быть: недостаточный угол скоса кромок; большая величина иx притупления; маленький зазор между кромками cвариваемых деталей; большое сечение электрода или присадочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что значительно затрудняет расплавление основного металла. Непровары между отдельными слоями (cм. риc. 11, в, г) возникают по следующим причинам: из-за не полностью удаленного шлака, образовавшегося при наложении предыдущего валика, что возможно из-за трудности его удаления или небрежности сварщика; недостаточной тепловой мощности (малый ток, излишне длинная или короткая дуга).

Рисунок 12 - Трещины в сварных соединениях и швах: а - в наплавленном металле; 6 - в зонах сплавления и термического влияния

Трещины - частичное местное разрушение сварного соединения в виде разрыва (риc. 12).

Образованию трещин способствуют следующие факторы:

1. Сварка легированной стали в жестко закрепленных конструкциях;

2. Высокая скорость охлаждения при сварке углеродистых сталей, склонных к закалке на воздухе;

3. Применение высокоуглеродистой электродной проволоки при автоматической сварке конструкционной легированной стали;

4. Использование повышенных плотностей сварочного тока при наложении первого слоя многослойного шва толстостенных сосудов и изделий;

5. Недостаточный зазор между кромками деталей при электрошлаковой сварке;

6. Слишком глубокие и узкие швы при автоматической сварке под флюсом;

7. Выполнение сварочных работ при низкой температуре;

8. Чрезмерное нагромождение швов для усиления конструкции (применение накладок и т.п.), в результате чего возрастают сварочные напряжения, способствующие образованию трещин в сварном соединении;

9. наличие в сварных соединениях других дефектов, являющихcя концентраторами напряжений, под действием которых в области дефектов начинают развиваться трещины.

Существенным фактором, влияющим на образование горячих трещин (ГТ), является засоренность основного и присадочного металла примесями серы и фосфора.

Холодные трещины (ХТ) образуются при наличии составляющих мартенситного и бейнитного типов, концентрации диффузного водорода в зоне зарождения трещин и растягивающих напряжений I рода. Трещины относятся к наиболее опасным дефектам и по всем действующим нормативно-техническим документам (НТД) недопустимы.

3. Графическая часть