Контроль качества сварных соединений

2. ТИПЫ И ВИДЫ ДЕФЕКТОВ

Дефектом (в соответствии с ГОСТ 17102–71) называют каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

Дефекты, обнаруживаемые при контроле изделий, подразделяются на явные (наружные) и скрытые (внутренние). Некоторые явные дефекты выявляются визуально при внешнем осмотре. Скрытые дефекты можно обнаружить только при помощи инструмента или прибора, предусмотренного нормативной документацией.

Дефекты, устранение которых технически возможно и экономически целесообразно, называют исправимыми; если же устранение дефектов технически невозможно или связано с большими затратами, то его называют неисправимым. Исправимость и неисправимость дефекта определяют применительно к рассматриваемым конкретным условиям производства и ремонта с учетом затрат и других факторов.

В зависимости от влияния на работоспособность и безопасность использования продукции все дефекты подразделяются на критические, значительные и малозначительные:

–критический – это дефект, при наличии которого использование продукции по назначению практически невозможно или недоступно, так как она не отвечает требованиям безопасности или надежности;

–значительный – это дефект, который существенно влияет на использование продукции по назначению и ее долговечность, но не является критическим;

–малозначительным является дефект, который несущественно влияет на использование продукции и ее долговечность.

По происхождению дефекты изделий подразделяют:

–на конструктивные, являющиеся следствием несовершенства конструкции из-за ошибки конструктора;

–производственно-технологические, возникшие при производстве

иремонте деталей;

–эксплуатационные, возникающие после некоторой наработки изделия в результате усталости металла, коррозии, изнашивания и неправильного технического обслуживания и эксплуатации.

32

2.1.ДЕФЕКТЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

2.1.1.Дефекты подготовки и сборки изделий под сварку

Характерными дефектами этого типа при сварке плавлением являются:

–неправильный угол скоса кромок в швах с V-, X-, и U-образной разделкой;

–слишком большое или малое притупление по длине стыкуемых кромок;

–непостоянный зазор между кромками по длине стыкуемых элементов;

–несовпадение стыкуемых плоскостей кромок;

–слишком большой зазор между кромками свариваемых деталей;

–расслоения и загрязнения на кромках.

Причинами появления указанных дефектов могут быть:

–неисправность станочного оборудования, на котором обрабатывали заготовки;

–недоброкачественность исходных материалов;

–ошибка на чертежах;

–низкая квалификация слесарей и сборщиков.

Контроль заготовок и сборки их под сварку выполняют внешним осмотром и измерением при помощи инструментов и шаблонов.

2.1.2. Дефекты формы шва

Форма и размеры сварных швов обычно задаются техническими условиями, указываются на чертежах и регламентируются стандартами.

Конструктивными элементами стыковых швов являются (рис. 2.1) ширина e, высота усиления q, высота подварки q1.

Конструктивными элементами угловых швов, тавровых и нахлесточных соединений без скоса кромок являются катет K, толщина a

(рис. 2.2).

Размеры швов зависят от толщины S свариваемого металла и условий эксплуатации конструкции.

При выполнении сварных соединений любыми методами сварки плавлением швы могут иметь неравномерную ширину и высоту, бугры, седловины, неравномерную высоту катетов в угловых швах (рис. 2.3).

33

Неравномерная ширина швов образуется при неправильных движениях электрода, зависящих от зрительно-двигательной координации сварщика, а также в результате возникающих отклонений от заданных размеров зазора кромок при сборке.

При автоматической сварке причиной образования этого дефекта является нарушение скорости подачи проволоки, скорости сварки и т.д.

Неравномерность усиления по длине шва, местные бугры и сед-

ловины получаются при ручной сварке из-за недостаточной квалификации сварщика и, в первую очередь, объясняются особенностью квалификации сварщика, неправильными приемами заварки прихваток, неудовлетворительным качеством электродов.

При автоматической сварке эти дефекты встречаются редко и являются следствием неполадок в механизме автомата, регулирующем скорость сварки.

Перечисленные дефекты формы шва снижают прочность соединения и косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов.

2.1.3.Наружные дефекты

Кэтим типам дефектов сварки относятся наплывы, подрезы, незаделанные кратеры, прожоги, поджоги.

Наплывы образуются в результате стекания расплавленного металла электрода на нерасплавленный основной металл (рис. 2.4). Наплывы могут быть местными, в виде отдельных зон, а также значительной длины. Причинами образования наплывов могут быть:

−чрезмерная сила токапридлинойдугеибольшойскорости сварки;

−неудобное пространственное положение шва (вертикальное или потолочное);

Рис. 2.4. Наплывы в швах: а – горизонтального соединения; б – нахлесточного соединения; в – таврового соединения; г – стыкового соединения или при наплавке валиков

35

−увеличенный наклон плоскости, на которую накладывают сварной шов;

−неправильное ведение электрода или неправильное смещение электродной полоски при сварке кольцевых швов под флюсом;

−выполнение вертикальных швов снизу вверх;

−недостаточный опыт сварщика.

Подрезы представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие по краю шва. Глубина подреза может колебаться от десятых долей до нескольких миллиметров. Причинами появления этого дефекта являются:

−значительной силы ток и повышенное напряжение дуги;

−неудобное пространственное положение при сварке;

−небрежность сварщика.

На рис. 2.5 показаны различные варианты образования подрезов. Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок и могут быть причиной разрушения швов в процессе эксплуатации. Исследованиями установлено, что подрезы в стыковых и угловых швах, расположенных поперек действующих на них усилий, приводят к резкому снижению вибрационной прочности, даже достаточно крупные подрезы, расположенные вдоль действующего усилия, отражаются на прочности в значительно меньшей степени, чем подрезы, расположенные поперек.

Рис. 2.5. Подрезы: а – в стыковом шве; б – в горизонтальном шве; в – в угловом шве таврового соединения

Кратер – углубление, образующееся в конце шва при внезапном прерывании процесса сварки. Особенно часто возникают кратеры при выполнении коротких швов. Размеры кратера зависят от величины сва-

36

рочного тока. При ручной сварке диаметр кратера колеблется от 3 до 20 мм. При автоматической сварке кратер имеет удлиненную форму в виде канавки. Незаделанные кратеры оказывают неблагоприятное влияние на прочность сварного соединения, так как являются концентраторами напряжений. При вибрационной нагрузке снижение прочности соединения из малоуглеродистой стали достигает 25 %, а их низколегированной − 50 % при наличие в шве кратера.

Прожоги образуются при сварке металла небольшой толщины

ипервого слоя в многослойных швах, а также при сварке снизу вверх вертикальных швов (рис. 2.6). Причинами прожогов являются чрезмерно высокая погонная энергия дуги, неравномерная скорость сварки, остановка источника питания, увеличенный зазор между кромками свариваемых элементов. Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, хотя

изаделывается, однако шов в этом месте получается неудовлетворительный по внешнему виду и качеству.

Рис. 2.6. Прожоги

Поджоги возникают в результате возбуждения дуги («чирканье электродом») на краю кромки. Этот дефект является источником концентрации напряжений. Его обязательно удаляют механическим способом.

2.1.4.Внутренние дефекты

Кним относятся поры, шлаковые включения, непровары, несплавления и трещины.

Газовые поры (рис. 2.7) образуются вследствие загрязненности кромок свариваемого металла, использования влажного флюса или отсыревших электродов, недостаточной защиты шва при сварке в среде углекислогогаза, увеличеннойскорости сварки изавышеннойдлины дуги. При

37

Цепочки пор образуются в условиях, когда газообразные продукты проникают в металл по оси шва на всем его протяжении (при сварке по ржавчине, при подсосе воздуха через зазор между кромками, при 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 − это небольшие объемы в металле сварного шва, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, окислами). Вероятность образования шлаковых включений в значительной мере определяется маркой сварочного электрода. При сварке электродами с тонкой обмазкой вероятность образования шлаковых включений очень велика. При сварке качественными электродами, дающими много шлака, расплавленный металл дольше находится в жидком состоянии и металлические включения успевают всплыть на его поверхность, в результате чего шов засоряется шлаковыми включениями незначительно.

Шлаковые включения можно разделить на макро- и микроскопические. Макроскопические включения имеют сферическую и продолговатую форму в виде вытянутых «хвостов». Эти включения образуются в шве из-за плохой очистки свариваемых кромок от окалины и других загрязнений и чаще всего из-за внутренних подрезов и плохой зачистки от шлака поверхности первых слоев многослойных швов перед заваркой последующих слоев (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Шлаковое включение на кромке в многослойном шве

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

39

Окисные пленки могут возникать при всех видах сварки. Причины их образования такие же, как и шлаковых включений:

–загрязненность поверхностей свариваемых элементов;

–плохая зачистка от шлака поверхности слоев шва при многослойной сварке;

–низкое качество электродного покрытия или флюса;

–низкая квалификация сварщика и т.д.

Непровары − это несплавления основного металла с наплавленным (рис. 2.9, а), а также незаполнение наплавленным металлом расчетного сечения шва (рис. 2.9, б– г).

Непровары первой группы (см. рис. 2.9, а) представляют собой тонкую прослойку окислов, а в некоторых случаях грубую шлаковую прослойку между основным и наплавленным металлом. Причинами образования непроваров в виде несплавлений являются:

–плохая зачистка кромок свариваемых деталей от окалины, ржавчины, краски, шлака, масла и других загрязнений;

–блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных полей, особенности при сварке на постоянном токе;

–электроды из легкоплавкого материала − при выполнении шва такими электродами жидкий металл натекает не неоплавленные свариваемые кромки;

–чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки не успевают расплавляться;

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

–неудовлетворительное качество основного металла, сварочной проволоки, электродов, флюсов и т.д.;

–неудовлетворительная работа сварочного оборудования − колеба - ния силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе сварки;

–низкая квалификация сварщика.

Причинами образования непроваров второй группы (см. рис. 2.9, в), кроме указанных выше, могут быть:

–недостаточный угол скоса кромок;

–недостаточный зазор между кромками свариваемых деталей;

–большое сечение электрода или присадочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что затрудняет расплавление основного металла.

40