Дефекти зварних з'єднань

Дефе́кти зварни́х з'єднань (англ. welding defect) — будь-які відхилення від заданих нормативними документами параметрів з'єднань при зварюванні, що утворилися внаслідок порушення вимог до зварювальних матеріалів, підготовки, складання і зварювання деталей, термічної та механічної обробки зварних з'єднань й конструкції в цілому.

Неякісно виконане зварне з'єднання (не повний провар, нерівна поверхня та нерівномірна ширина шва, бризки металу)

Основні причини

За даними Американського товариства інженерів-механіків (ASME) причини дефектів зварювання розподіляються так: 45 % — помилки вибору технології зварювання, 32 % — помилки зварювальника, 12 % — збої у роботі зварного обладнання, 10 % — неправильно підібрані зварювальні матеріали, 1 % — інше[1].

Класифікація дефектів за геометричними ознаками

Класификація дефектів викладена у ДСТУ 3491-96[2], а також у ДСТУ EN ISO 6520-1:2015[3], що відповідає стандарту ISO 6520[4].

Дефекти, що виникають при утворенні зварних з'єднань, поділяють на шість груп[2]:

  1. Тріщини (код дефекту за ДСТУ 3491-96 — 100, код дефекту за класифікацією Міжнародного інституту зварювання — E) — порушення суцільності, викликане місцевим розривом шва, що може виникнути в результаті охолодження або впливу навантажень.
  2. Пори (200, A)[5]) — порушення суцільності довільної форми, утворене газами, що затримались у розплавленому металі, яка не має кутів.
  3. Тверді включення (300) — тверді сторонні металеві чи неметалеві речовини у металі зварного шва. Включення, які мають хоча б один гострий кут, називаються гострокутними включеннями.
  4. Несплавлення (401) та непровар (402) — відсутність з'єднання між металом зварного шва і основним металом або між окремими валиками зварного шва.
  5. Порушення форми шва (500) — відхилення форми зовнішніх поверхонь зварного шва або геометрії з'єднання від усталеного значення.
  6. Інші дефекти (600)— усі дефекти, що не можуть бути віднесені до однієї з перелічених вище груп.

Тріщини
Зони зварного з'єднання:
Основний метал — світло-сірий
Зона термічного впливу — сірий
Метал зварного шва — темно-сірий
Варіанти розташування тріщин у зварному з'єднанні

Тріщини, що виникають у зварних з'єднаннях можуть виникати у металі зварного шва, зоні термічного впливу та основному металі.

Класифікація тріщин за розташуванням

Залежно від орієнтації тріщини поділяються на[2]:

  • поздовжні (101, Ea) — зорієнтовані паралельно до осі зварного шва. Переважно обумовлюються високими усадковими механічними напруженнями[6];
  • поперечні (102, Eb) — зорієнтовані упоперек до осі зварного шва. Зазвичай, утворюються в результаті поздовжньої усадки металу з низькою пластичністю і, зазвичай не є глибокими;
  • радіальні (103, E) — радіально розбіжні з однієї точки. Тріщини цього типу, які розходяться в різні сторони, відомі як зіркоподібні тріщини.

Крім цього, окремо виділяють такі види тріщин:

  • розташовані у кратері зварного шва (104, Ec);
  • відокремлені (105, E);
  • розгалужені (106, E);
  • мікротріщини (1001), що виявляються фізичними методами при не менш ніж 50-кратному збільшенні.

Класифікація тріщин за механізмом утворення
Холодні тріщини

Холодні тріщини — локальні міжкристалічні руйнування металу зварних з'єднань у вигляді тріщин, що виникають у шві або пришовній зоні під дією власних залишкових механічних напружень, спричинених зварюванням.

Основними причинами схильності до появи холодних тріщин є:

  • природна схильність структури металу, наприклад, мартенситної чи перлітної, до тріщиноутворення;
  • присутність у структурі металу водню (воднева крихкість);
  • значний (від -100 до +100 °С) діапазон робочих температур експлуатації з'єднання;
  • висока жорсткість конструкції з'єднань;
  • помилки у виборі технології зварювання.
Гарячі тріщини

Гарячі тріщини — це крихкі міжкристалічні руйнування металу шва і у пришовній зоні. Вони виникають у твердо-рідкому стані в процесі кристалізації і при високих температурах у твердому стані. Розташовуються на межі зерен.

Гарячі тріщини в основному зумовлені дією двох факторів: наявністю рідких прошарків між зернами металу в процесі кристалізації і усадковими деформаціями. У процесі тверднення відбувається переміщення домішок і шлаків у межзеренні простори, що знижує деформаційну спроможність шва та пришовної зони. Нерівномірність усадки шва і основного металу при охолодженні викликає внутрішні напруження і, як наслідок, появу мікро- і макроскопічних тріщин.

Методи боротьби з утворенням тріщин

Методами зниження тріщиноутворення при зварюванні є:

  • прожарювання флюсів перед зварюванням;
  • попереднє підігрівання заготовок до 250…450 °С;
  • зварювання у режимі з оптимальними параметрами;
  • повільне охолодження металу після зварювання;
  • проведення після зварювання м'якого відпалу з метою зняття залишкових напружень.

Для зменшення появи холодних тріщин використовують різноманітні технологічні прийоми, наприклад, зварювання переривчастим швом, багатопрохідне зварювання тощо[7].

До зменшення утворення гарячих тріщин приводять такі технологічні прийоми як:

  • зменшення об'єму провокуючих домішок (сірка, фосфор та ін.) у металі заготовок, що зварюються;
  • зменшення у металі шва елементів, що утворюють хімічні сполуки з низькою температурою тверднення (хром, молібден, ванадій, вольфрам, титан), що порушують зв'язок між зернами;
  • зниження жорсткості закріплення зварюваних заготовок і конструктивної жорсткості зварного вузла, що чинять опір деформуванню елементів при остиганні[8].

Класифікація пор

Виникнення пор при зварюванні переважно зумовлюється газами, що затримались у розплавленому металі. За розташуванням вони поділятися на[2]:

  • рівномірно розподілені по зварному шву (2012);
  • розташовані скупченням (2013) — група газових порожнин (три або більше), розміщених купчасто з відстанню між ними меншою за три максимальні розміри найбільшої з порожнин;
  • розташовані ланцюжком (2014) — ряд газових пор, розміщених в лінію, звичайно паралельно до осі зварного — шва, з відстанню між ними, меншою за три максимальні розміри найбільшої з пор.

До порожнин також, належать:

  • довгаста порожнина (2015, Ab) — несуцільність, витягнута вздовж осі зварного шва. Довжина несуцільності не менше ніж у два рази перевищує висоту;
  • свищ (2016, Ab) — трубчаста порожнина в металі зварного шва, викликана виділенням газу. Форма та положення свища визначаються режимом твердіння та джерелом газу. Звичайно свищі групуються у скупчення та розподіляються ялинкоподібно;
  • поверхнева пора (2017) — газова пора, що порушує суцільність по верхні зварного шва
  • усадкова раковина (202, R) — порожнина, що утворюється внаслідок зсідання під час твердіння.

Окремим випадком усадочної раковини є кратер (2024, K) — усадкова раковина на кінці валика зварного шва, не заварена до або під час виконання наступних проходів.

Методи зниження пористості

При зварюванні під флюсом появу водневих пор попереджують, в основному, очищенням зварювальних матеріалів та основного металу від водневих сполук та введенням до флюсу фториду кальцію[9].

Тверді включення

Виділяють такі види твердих включень[2]:

  • шлакове включення (301, Ba) — шлак, що потрапив у метал зварного шва;
  • флюсове включення (302, G) — флюс, що потрапив у метал зварного шва;
  • оксидні включення (303, J) — оксид металу, що потрапив у метал зварного шва під час тверднення;
  • металеве включення (304, H) — частинка чужорідного металу, що потрапила в метал зварного шва (вольфрамова, мідна тощо).

Несплавлення та непровар

Виділяють такі типи несплавлення або відсутностей з'єднання між металом шва і основним металом або між окремими валиками зварного шва[10]:

  • по боковій поверхні;
  • між валиками;
  • у корені зварного шва.

Терміном «непровар» або «неповний провар», називають відсутність сплавлення основного металу на ділянці або по всій довжині шва, що з'являється через нездатність розплавленого металу проникнути в корінь з'єднання, заповнюючи зазор між деталями.

Порушення форми шва

До порушень форми шва за ДСТУ 3491-96[2] відносять:

  • підріз неперервний (5011, F) або підріз переривчастий (512, F) — поздовжня заглибина на зовнішній поверхні валика зварного шва, що утворюється при зварюванні;
  • усадкова канавка (5013) — підріз з боку кореня одностороннього зварного шва, викликаний зсіданням по межі сплавлення;
  • перевищення випуклості стикового (502) і кутового (503) швів — надлишок наплавленого металу на лицьовій стороні шва (стикового і кутового, відповідно) понад установлене значення;
  • перевищення проплаву (504) — надлишок наплавленого металу на зворотній стороні стикового шва понад установлене значення;
  • неправильний профіль зварного шва (505) — кут між поверхнею основного металу і площиною, дотичною до поверхні зварного шва, менший від установленого значення;
  • наплав (506) — надлишок наплавленого металу, що натік на поверхню основного металу, але не сплавлений з ним;
  • лінійне зміщення (507) — зміщення між двома зварюваними елементами, при якому їх поверхні розташовані паралельно, але не на потрібному рівні;
  • кутове зміщення (508) — зміщення між двома зварюваними елементами, при якому їх поверхні розташовані під кутом, що відрізняється від потрібного;
  • натікання (509) — метал зварного шва, який осів внаслідок дії сили тяжіння і не має сплавлення зі з'єднуваною поверхнею. Натікання часто виникають при зварюванні кутових або стикових швів у горизонтальному положенні;
  • пропалювання (510) — витікання металу зварювальної ванни, внаслідок якого утворюється наскрізний отвір у зварному шві;
  • неповне заповнення розроблення крайок (511) — поздовжня неперервна або переривчаста канавка на поверхні зварного шва через недостатність присаджувального металу при зварюванні;
  • надмірна асиметрія кутового шва (512) — надмірне перевищення розмірів одного катета над іншим;
  • нерівномірна ширина шва (513) — відхилення ширини від установленого значення уздовж зварного шва;
  • нерівна поверхня (514) — груба нерівномірність форми поверхні підсилення шва по довжині;
  • угнутість кореня шва (515) — неглибока канавка з боку кореня одностороннього зварного шва, яка утворилась внаслідок усадки;
  • пористість кореня зварного шва (516) — наявність пор у корені зварного шва внаслідок виникнення бульбашок під час затвердіння металу;
  • відновлення (517) — місцева нерівність поверхні в місці відновлення зварювання.
  • Поперечна усадка
  • Поздовжня усадка
  • Кутове зміщення
  • Кутове зміщення
  • Спотворення форми

Інші дефекти

До інших, згідно з ДСТУ 3491-96[2], відносять усі дефекти, що не увійшли до перелічених вище груп. Наприклад:

  • випадкова дуга (601) — місцеве пошкодження поверхні основного металу, що прилягає до зварного шва, яке виникло в результаті випадкового горіння дуги;
  • бризки металу (602) — краплі наплавленого або присаджувального металу, які утворились під час зварювання і прилипли до поверхні затверділого металу зварного шва або навколо — шовної зони основного металу;
  • поверхневі задирки (603) — пошкодження поверхні, викликане видаленням тимчасово привареного пристрою;
  • потоншення металу (604) — зменшення товщини металу до значення, меншого за допустиме, при механічному обробленні

Див. також

Примітки
  1. Matthews, Clifford (2001). ASME engineer's data book. ASME Press. с. 211. ISBN 978-0-7918-0155-0.
  2. ДСТУ 3491-96 (ГОСТ 30242-97) Дефекти з'єднань при зварюванні металів плавленням. Класифікація, позначення та визначення.
  3. ДСТУ EN ISO 6520-1:2015 (EN ISO 6520-1:2007, IDT; ISO 6520-1:2007, IDT) Зварювання та споріднені процеси. Класифікація геометричних дефектів у металевих матеріалах. Частина 1. Зварювання плавленням
  4. BS EN ISO 6520-1: «Welding and allied processes — Classification of geometric imperfections in metallic materials — Part 1: Fusion welding»(2007)
  5. Тут і далі по тексту у дужках вказуються цифровий код дефекту за ДСТУ і через кому — літерний код дефекту за класифікацією Міжнародного інституту зварювання
  6. Raj, Jayakumar, Thavasimuthu, 2002, с. 128.
  7. Cary, Helzer, 2005, с. 404–405.
  8. Bull, Steve (16 березня 2000). Factors promoting hot cracking. University of Newcastle upon Tyne. Архів оригіналу за 6 грудня 2009. Процитовано 6 грудня 2009.
  9. Гаєвський В. О. Прогнозування стійкості швів до водневої пористості як фактор зменшення технологічних ризиків при зварюванні під флюсом. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. — Київ, 2015. — 20 с.
  10. Rampaul, 2003, с. 216.

Джерела
  • Биковський О. Г. Довідник зварника / О. Г. Биковський, І. В. Піньковський. — К.: Техніка, 2002. — 336 с. — ISBN 966-575-168-9
  • Палаш, В. М. Металознавчі аспекти зварності залізовуглецевих сплавів: навч. посіб. / В. М. Палаш. — Львів: КІНПАТРІ ЛТД, 2003. — 236 с. — ISBN 966-95090-5-X
  • Роянов В. О. Дефекти та якість при зварюванні і споріднених процесах: підруч. для студ. зварюв. та машинобуд. напрямків вищ. навч. закл. / В. О. Роянов, В. Я. Зусін, С. С. Самотугін ; Приазов. держ. техн. ун-т. — Маріуполь: Рената, 2010. — 226 с. — 300 прим. — ISBN 978-966-7329-91-4
  • Howard B. Cary, Scott C. Helzer. Modern Welding Technology. — Pearson Education, 2005. — ISBN 0-13-113029-3.
  • Baldev Raj, T. Jayakumar, М. Thavasimuthu. Practical non-destructive testing. — 2nd. — Woodhead Publishing, 2002. — ISBN 978-1-85573-600-9.
  • Hoobasar Rampaul. Pipe welding procedures. — 2nd. — Industrial Press, 2003. — ISBN 978-0-8311-3141-8.
  • Moreno, Preto (2013). Welding Defects (вид. 1st). Aracne. ISBN 978-88-548-5854-1.
  • Weman, Klas (2003). Welding processes handbook. New York, NY: CRC Press. ISBN 0-8493-1773-8.

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.