10. Устранение дефектов сварных швов трубопроводов

Цели занятия.

По окончании занятия обучаемые смогут:

• перечислить наиболее характерные дефекты подготовки и сборки элементов трубопроводов под сварку;

• назвать наружные или поверхностные и внутренние дефекты сварных швов трубопроводов;

• объяснить причины возникновения дефектов в сварных соединениях трубопроводов;

• перечислить методы неразрушающего контроля качества сварных соединений элементов трубопроводов;

• назвать методы устранения дефектов сварных швов трубопроводов.

1. Дефекты сборки элементов трубопроводов и сварных швов

В соответствии с ГОСТ 15467-79 термин дефект определен как каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

В процессе выполнения сварных соединений элементов трубопроводов принято разделять:

• дефекты подготовки и сборки;

• дефекты сварных швов.

Наиболее характерные дефекты подготовки и сборки элементовтрубопроводов под сварку следующие:

• неправильный угол скоса кромок в швах с V-,U-, иX-образной разделкой;

• отклонение от размера притупления по длине стыкуемых кромок;

• несовпадение стыкуемых плоскостей кромок;

• расслоения и загрязнения на кромках и т.п.

Причинами подобных дефектов могут быть неисправности станков для подготовки кромок и приспособлений для сборки; недоброкачественность исходных материалов; ошибки в чертежах, а также низкая квалификация и организация труда работников.

Правильность сборки контролируют внешним осмотром и при помощи шаблонов и инструментов.

Следует иметь в виду, что дефекты подготовки и сборки элементов трубопроводов приводят к появлению дефектов в сварных швах.

Дефекты сварных швовпо расположению могут быть:

• наружные или поверхностные;

• внутренние.

Наружные или поверхностные дефекты сварных швов – это отклонения от формы и размеров сварных швов, которые указываются в чертежах и регламентируют ширину шва «в» и высоту усиления и проплава g, g₁ – в стыковых соединениях, отклонения от катета и высоты рабочего сечения h шва – в тавровых и угловых соединениях (рис. 10.1).

Рисунок 10.1 - Конструктивные схемы швов.

Сварные швы могут иметь неравномерную ширину по длине, неравномерную высоту, бугры, наплывы(рис. 10.2), седловины, неравномерную величину катетов в угловых соединениях. Дефекты формы швов получаются из-за отступлений в технологии при автоматической сварке (нарушение скорости подачи проволоки, скорости сварки и т.п.) и низкой квалификации сварщика при ручной сварке.

Рисунок 10.2 – Наплывы и подрезы в сварных швах.

Неправильная форма швов, в частности чрезмерное усиление, резкие переходы от шва к основному металлу, бугристость и т.п. могут существенно снижать работоспособность соединений, особенно при динамических или вибрационных нагрузках, а также в хрупких материалах.

Некоторые наружные дефекты часто рассматривают как поверхностные несплошности швов(что более характерно для внутренних дефектов).

К ним относятся:

• подрезы;

• незаваренные кратеры;

• прожоги;

• свищи;

• поверхностные поры;

• поверхностные микротрещины и трещины, выходящие на поверхность изделия и т.п.

Подрезы представляют собой острые углубления в основном металле, расположенные по краям шва или на границе поверхности двух соседних валиков. Они образуются при сварке на повышенных токах и напряжениях дуги(рис. 10.2). Подрезы уменьшают рабочее сечение, вызывают концентрацию напряжений и могут стать причиной разрушения швов из-за появления трещин у края подреза.

Кратеры образуются при обрывах дуги и остаются в виде углублений. Они уменьшают рабочее сечение шва, снижают его прочность и коррозионную стойкость. Незаваренный кратер часто служит очагом появления трещин.

Прожоги - дефекты в виде сквозного отверстия в сварном шве; образовавшиеся вследствие вытеснения части жидкого металла сварочной ванны в процессе выполнения сварки. Прожоги образуются от чрезмерно высокой погонной энергии, неравномерной скорости сварки и т.д.

Свищи обычно развиваются из канальных пор. Свищи - сквозные, выходящие на поверхность дефекты.

Наплыв- дефект в виде металла, натекшего в процессе сварки (наплавки) на поверхность сваренных (наплавленных) деталей или ранее выполненных валиков и несплавившегося с ним.

Углубление между валиками - продольная впадина между двумя соседними валиками (оценивается по максимальной глубине).

Чешуйчатость - поперечные или округлые (при автоматической сварке под флюсом - удлиненно-округлые) углубления на поверхности валика, образовавшиеся вследствие неравномерности затвердевания металла сварочной ванны.

Значительное количество поверхностных дефектов обычно сигнализирует также о наличии и внутренних дефектов.

Внутренние дефекты сварных швовпредставляют собой несплошности (макро и микроскопические дефекты), либо дефекты структуры металла сварного шва.

Пора- заполненная газом полость округлой формы в металле шва или в наплавленном металле. Газовые включения (поры) образуются при перенасыщении сварочной ванны газами (водородом и азотом) вследствие загрязненности кромок изделия, увеличения длины дуги, влажности обмазки и флюсов, вредных примесей и влаги в защитных газах и т.п. Размеры пор колеблются от микроскопических до 2-3 мм в диаметре. Поры снижают прочность и плотность швов. В малом количестве поры могут и не влиять на работоспособность соединений.

Шлаковые включения (шлаки) появляются обычно вследствие плохой зачистки кромок от окалины и ржавчины, а чаще от плохой зачистки шлака при многослойной сварке(рис. 10.3). Значительные по величине и острые включения могут вызывать местную концентрацию напряжений, а также снижать прочность соединений. Микроскопические шлаковые включения - загрязнения в виде нитридов, фосфидов, сульфидов, легкоплавких эвтектик, окиси железа снижают пластичность швов. Небольшие округлые включения обычно не опасны.

Рисунок 10.3 – Шлаковое включение на кромке в многослойном шве.

Металлические включения имеют место при аргонно-дуговой сварке неплавящимся электродом и обычно состоят из частичек вольфрама.

Непровары представляют собой несплошности значительной величины (раскрытия) на границах между основным и наплавленным металлом или незаполненные металлом полости в сечении шва. Встречаются непровары по кромкам, по сечению и в корне шва (рис. 10.4). Непровары образуются при загрязнении кромок, неправильной подготовке кромок, неправильном или неустойчивом режиме сварки и т.п. Непровары снижают работоспособность соединения за счет ослабления рабочего сечения шва и, кроме того, острые непровары могут создать концентрацию напряжений в шве.

Несплавления(слипания) представляют собой несплошности малого раскрытия на свариваемых поверхностях или кромках материала. Несплавления - очень опасные дефекты, плохо выявляемые современными средствами дефектоскопии. Наибольшее распространение этот дефект имеет при аргоно-дуговой сварке алюминиевомагниевых сплавов, а также при контактной стыковой сварке.

Рисунок 10.4 - Непровары в стыковых швах.

Трещины (внутренние, выходящие на поверхность, микротрещины) считают самым опасным дефектом сварки (рис. 10.5). Они могут быть микро- и макроскопическими, а в зависимости от происхождения - горячими и холодными.

Горячие трещины образуются в результате протекания фазовых превращений, приводящих к снижению прочностных свойств металла, и воздействия сварочных напряжений. Холодные трещины могут образовываться как на этапе завершения охлаждения, так и во время вылеживания сварных конструкций в течение некоторого периода времени после сварки.

Рисунок 10.5 – Трещина в стыковом шве.

Иногда трещины развиваются в процессе эксплуатации вследствие раскрытия сварочных микротрещин, а также зарождения разрушения металла от подрезов, непроваров, шлаковых включений и прочими дефектами.

Трещины могут быть продольными и поперечными и располагаться в металле шва или в зоне термического влияния.

Трещины вследствие своей чрезмерной опасности - недопустимый дефект. Сварные соединения с трещинами подлежат исправлению.