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.

Класифікація дефектів за геометричними ознаками

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

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

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)) — 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:

• поздовжні (101, Ea) — зорієнтовані паралельно до осі зварного шва. Переважно обумовлюються високими усадковими механічними напруженнями;
• 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.

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.

Пори і порожнини

Класифікація пор

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

• 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.

Тверді включення

Виділяють такі види твердих включень:

• 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:

• 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 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, 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

• Неруйнівний контроль

Примітки

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.  — 2nd. — Woodhead Publishing, 2002. — ISBN 978-1-85573-600-9. Архівовано з джерела 23 січня 2022
• Hoobasar Rampaul.  — 2nd. — Industrial Press, 2003. — ISBN 978-0-8311-3141-8. Архівовано з джерела 23 січня 2022
• 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
• Бучинський М. Я., Горик О. В., Чернявський А. М., Яхін С. В. ОСНОВИ ТВОРЕННЯ МАШИН / [За редакцією О. В. Горика, доктора технічних наук, професора, заслуженого працівника народної освіти України]. — Харків: Вид-во «НТМТ», 2017. — 448 с. : 52 іл. ISBN 978-966-2989-39-7

Посилання

• Щебеко Л. П., Яковлев А. П. Дефекты сварных соединений. Классификация. Причины образования. // Сайт Svarkainfo.ru