Дефекты

Дефекты сварных соединений — виды и способы их устранения

Дефекты

Что такое дефекты сварных соединений? По сути, это отклонения от требований к техническим характеристикам сварного шва, а соответственно и всей конструкции. Именно дефекты сварки снижают прочность шва и надежность сварочных стыков. Их можно разделить на несколько видов.

Виды дефектов сварных швов:

  • отклонения от размеров и формы шва;
  • изъяны микро- и макроструктуры;
  • коробление и деформация конструкций.

Отклонения от размеров шва и его формы

Размерные показатели сварочного шва определяются государственными стандартами. И у каждого вида сварки есть свой ГОСТ.

К примеру, при сварке, где задействован способ плавления, дефекты сварного шва определяет неравномерная наполненность свариваемой канавки, плюс разница ширины и высоты шва на всем его протяжении.

Что касается формы, то она неровная, имеются так называемые седла (впадины), бугры, структура его чешуйчатая.

Причины из возникновения при сварке ручной – это низкое качество электродов, низкая квалификация сварщика, нарушение технологии сваривания. Причины при автоматической сварке – это скачки напряжения, угол наклона подачи электрода неправильно выбран, присадочная проволока проскакивает в механизме подачи и так далее.

Если говорить о сварке давлением, то ее дефектами сварных швов выступают вмятины глубокого типа, неравномерное распределение точек вдоль сварочного шва, может произойти смещение заготовок относительно друг друга.

К дефектам нарушения формы относятся прожоги, подрезы, наплывы и незаверенные кратеры.

Наплывы

Обычно такие дефекты сварочных швов образуются, когда производится сварка заготовок, лежащих в горизонтальной плоскости. А сам сварочный процесс производится сверху.

Наплыв – это затвердевший жидкий металл в виде бугорков, которые образуются в момент соприкосновения горячего расплавленного металла электрода с холодной поверхностью заготовки.

Наплывы могут быть разных размеров: от маленьких капель до больших рядов, протяженных на приличную длину сварочного шва.

Причинами появления наплывов могут выступать большой ток, подающийся на электрод, длинная электрическая дуга, наклон заготовки, неправильно выбранный угол установки электрода. Как результат – трещины в сварочном шве, непровары и прочие изъяны.

Подрезы

Этот дефект представляет собой канавку (углубление) в сварочном шве, которая часто образуется при сварке около металла заготовки. Причинами могут быть большой ток и длинная дуга, которые создают перегрев самого металла, а также сварочного наполнителя. Именно состояние большой температуры становятся причиной оплавления кромки двух заготовок.

Если производится сварка угловых соединений, то чаще всего причинами подреза являются неправильно устанавливаемый электрод, особенно, когда произошло смещение в сторону вертикально установленной заготовки. При этом перегрев происходит именно на вертикальной стенке стыка, здесь и образуется подрез.

А вот на горизонтальной в это время образуется наплыв, потому что металл начинает стекать вниз.

При газовой сварке подрезы могут возникать только по одной причине – увеличенная мощность горелки. Необходимо отметить, что подрезы – достаточно серьезный дефект сварочного шва. Он приводит к ослаблению заготовки по толщине, а это наипервейшая причина разрушения стыка, а соответственно всей сварной конструкции.

Прожоги

Само название уже говорит за себя. На месте сварки и в свариваемых металлах по кромкам образуются отверстия. Причины:

  • большое расстояние между заготовками;
  • большой ток и мощная горелка при быстрой сварке;
  • неправильная форма кромок, очень заостренная;
  • большая продолжительность процесса на одном месте.

Чаще всего этот вид дефектов получается, когда свариваются между собой тонкие листы металлов, или когда ведется многослойная сварка и наносится первый слой.

Кратеры

Это углубления в сварном шве. Обычно этот дефект образуется при обрыве дуги. Поэтому его опытные сварщики пытаются сразу же оплавить. Это самое простое устранение дефектов сварки. Когда сварка ведется автоматическим способом, то кратер обычно появляется на выходе из шва, то есть, на выходной планке.

Есть подвид кратеров, который называется усадочной раковиной. Она образуется под воздействием усадки металла в шве. Все дело в том, что металл при остывании уменьшается в объеме.

Дефекты макроструктуры

Эти виды дефектов сварных соединений можно выявить, если увеличить структуру сварного шва в 10 раз. К этому типу изъянов относятся трещины, непровары, газовые поры, шлаковые вкрапления.

Поры образуются, когда шов быстро остывает. При этом находящиеся в его теле газообразующие элементы не успевают выйти наружу. Так происходит, когда кромки заготовок покрыты ржавчиной, пятнами масла или краски, используется флюс с повышенной влажностью, был неправильно настроен сварочный аппарат по току или газу, большое содержание углерода в свариваемых металлах и так далее.

Поры могут быть большими и маленькими, располагаться могут кучно или равномерно вдоль шва, есть поры сквозные, называемые свищами. В общем, их количество и размеры зависят от времени, за которое ванна находится в жидком состоянии. Чем дольше сварочная ванна жидкая, тем меньше пор, потому что газы успевают покинуть жидкий металл.

Шлаковые включения – это, по сути, небрежность со стороны сварщика при сварке. Значит, он плохо подготовил два соединяемых металла к сварке. На них осталась грязь, ржавчина. Если данный вид дефектов появился при многослойной сварке, то значит, сварщик плохо провел удаление шлака с предыдущих слоев.

Эти дефекты могут иметь размеры в несколько микрон или d несколько миллиметров, форма разная: от сферы до тонкой линии. Расположение – по всему телу шва.

Непровар – дефект серьезный. Получается так, что металл заготовки несплавился с металлом электрода (электросварка) или присадочной проволоки (газовая сварка). Могут несплавится между собой и слой наплавляемого металла. Причин непровара немало:

  • слишком большой ток при сварке был использован;
  • загрязнение кромок;
  • неправильно был поднесен электрод к оси шва;
  • очень маленький зазор между двумя заготовками;
  • кромки имеют слишком заостренные концы;
  • вынужденный перерыв, в процессе которого металлы остывают;
  • увеличенная скорость сварки.

Что касается трещин, то их можно разделить в зависимости от температуры их появления. То есть, холодные или горячие. Горячие появляются, когда происходит затвердевание металла, а кристаллизация начинается при температуре 1100-1300С.

При этом внутри шовного металла появляются усадочные напряжения, начинают образовываться прослойки полужидкого вида. Они и становятся впоследствии трещинами.

Если в наплавляемом металле содержится много водорода, углерода или кремния, то это также причина возникновения горячих трещин.

Холодные трещины образуются при температуре 100-300С. Причинами являются все те же напряжения, возникающие в теле наплавляемого металла, когда он начинает остывать. К тому же внутри сварочного шва остается водород (газ), который стремится выйти наружу.

И это дополнительные напряжения. Кстати, горячие трещины на лицевой части шва не видны, они считаются внутренними. А вот холодные тут же появляются на внешней стороне шва, их хорошо видно невооруженным глазом. Это наружные дефекты сварных швов и соединений.

Есть еще два вида трещин: отпускные и ламелярные. Первые образуются уже тогда, когда сварка закончена и производятся операции по следующей обработке металлом. Вторые имеют очень интересную технологию появления.

Они образуются еще при высоких температурах, но свое дальнейшее развитие получают уже в остывшем металле. Кстати, чаще всего этот вид дефекта образуется из микроскопических трещин.

Оба варианта относятся к категории – внешний дефект.

Дефекты микроструктуры

К дефектам микроструктуры нужно отнести микроскопические трещины и поры, включения неметаллического типа (кислородные, нитридные), крупная зернистость структуры наплавленного металла с элементами перегревов и пережогов.

Самый опасный из всех перечисленных дефектов – пережог. При нем внутри шва появляются в большом количестве крупные зерна структуры металла, которые имеют минимальные прочностные связи между собой.

Отсюда высокая хрупкость стыка. Причинами пережога являются присутствие кислорода в зоне сварки, а значит, изоляция ванны была плохой. Сюда же можно добавить высокую температуру сварочного процесса.

Допустимые и недопустимые дефекты

Понятно, что все дефекты сварных соединений негативно влияют на качество сварной конструкции. Но есть такие, при которых конструкция может эксплуатироваться без проблем, а есть те, при которых эксплуатировать ее строго запрещено.

Поэтому перед тем как определить, можно или нельзя эксплуатировать сварную конструкцию, необходимо принять во внимание все обстоятельства и факторы, влияющие на выбор.

  • Необходимо определить соответствует ли конструкция всем геометрическим и габаритным параметрам строго по проекту или чертежу.
  • Тип дефекта, его размеры и место в соединении.
  • Каким механическим нагрузкам будет подвергаться строение или сооружение. Выдержат ли их сварочные соединения.
  • Характер окружающей среды. Природные нагрузки негативно влияют на состояние сварного шва.
  • Функции, возложенные на конструкцию. То есть, один дефект может выдержать определенные нагрузки, а другие ему противопоказаны.

Определить допустимость дефектов можно только специальной аппаратурой. Поэтому рекомендуется использовать оборудование, которое по степени проверки дефекта была выше, чем номинальная допустимая величина самого изъяна. К примеру, трещину размером 3 мм нельзя измерять прибором, который определяет минимальные трещины длиною 5 мм.

Кстати, на допустимость влияют не только размеры и форма дефектов, не последнее слово за их количеством и частотой расположения.

Заключение по теме

Дефекты сварных соединений влияют на качество стыка между элементами собираемой конструкции, а значит, и на всю конструкцию в целом. Поэтому исправлению дефектов сварки придается особое внимание. Устраняться сами они не могут.

Есть изъяны, которые можно легко устранить, есть, которые устранить можно, но непросто. Способы их устранения известны. А есть дефекты, которые не подлежат исправлению. Так что лучше проводить процесс грамотно.

Поэтому изучайте процессы появления швов и причины их образования.

Поделись с друзьями

1) Понятие о дефектах. Типы дефектов и их классификация

Дефекты

  1. Понятие о дефектах. Типы дефектов и их классификация.

  2. Классификация дефектов по степени влияния на работоспособность

  3. Классификация дефектов по использованию методики, методов

  4. Классификация дефектов по природе возникновения

  5. Дефекты кристаллического строения. Классификация и определ.

  6. Основные технологические операции при изготовлении металл.

  7. Литье, его особенности и характеристики изложница

  8. Классификация дефектов отливок из чугуна и стали по группам.

  9. Основные дефекты прокатанного и кованного металлов.

  10. Дефекты, возникающие при термической обработке деталей.

  11. Дефекты, возникающие при механической обработке деталей.

  12. Виды соединения деталей. Схема зон сварного соединения

  13. Виды сварки и их определение (привести примеры).

  14. Виды сварки плавлением по способу подвода энергии, по способам

  15. Основные и специфические дефекты сварки плавлением

  16. Основные и специфические дефекты сварки давлением.

  17. Дефекты паяных соединений

  18. Дефекты клеевых соединений

  19. Эксплуатационные дефекты

  20. Дефекты рельсов. Причины появления. Дефектный и остродефект

  21. Структура кодового обозначения дефектов рельсов.

  22. Дефекты неметаллических материалов

Дефект– каждое отдельное несоответствиепродукции установленным НТД требованиям

4вида дефектов:

-отклонения геометрич. размеров отнормальных

-нарушение сплошности: раковины, трещины

-отклонения физико-механических свойств

-изменение параметров (развитие трещин;увеличение напряжений)

2) Классификациядефектов по степени влияния наработоспособность изделия

Постепени влияния дефектов на работоспособностьизделия независимо от типа подразделяются:

1критические

2значительные

3малозначительные

3) Классификациядефектов оп использованию методики,методов и средств контроля

Поиспользованию методов и средств контролядефекты подразделяются на:

1явные

2скрытые

4) Классификациядефектов по природе возникновения (потехнологическим признакам); в зависимостиот этапа возникновения; по геометрическимпризнакам и массовости; устранимые инеустранимые дефекты)

Поприроде возникновения дефекты могутбыть видов: трещины,поры, непровары, включения

Взависимости от этапа возникновения:

-конструктивные (несовершенствоконструкторской документации)

-аварийные

-эксплуатационные

-производственно-технологические(нарушение технологического процесса)

Погеометрическим признакам и массовости:внутренние, наружные, сквозные, компактные,плоские, объемные, единичные, групповые

Дефектымогут быть устранимыми и неустранимыми

5) Дефектыкристаллического строения. Классификацияи определения

Вкрист. решетке есть дефекты, влияющиена связи между атомами.Бывают точечными и поверхностными

Точечные:Вакансия –отсутствие атомов в узлах крист. решеткии приводит к пластической деформации.Концентрация определяется температуройтела. Приводит к образованию пор и пустот

Дислокация– дефекты крист. строения , представляющаясобой линии, вдоль которых нарушенохарактерное расположение атомныхплоскостей для кристалла. Бывают краевыеи винтовые.

Краеваядислокация– линия, вдоль которой обрывается внутрикристаллич. край полусплоскости

Винтоваядислокация– получается при наличии частичногосдвига по плоскости

Поверхностные– границызерен, фрагментов и блоков

6) Основные технологические операции при изготовлении металлических изделий

Основныетехнологически операции: плавка,литье, обработка давлением, термич.обработка, мех-ая обработка, соединениес др. металлами

7) Литье, его особенности и характеристики (изложница, литьевая форма, слиток и отливка, группы пораженности отливок дефектами)

Литье– это технич.процесс изготовления заготовок и изделийпутем заполнения жидким металломизложницы или формы с послед. затвердеваниеммет-ла.

Изложница– форма простых геомет. очертаний(обычно с малой конусностью), заполняемаярасплав. мет-ом для получения слитка

Литьеваяформа –устройство для получ. изделий различнойконфигурации из мет-ла под действиемдавления, создаваемого на литьевыхмашинах

Слитокподлежит дальнейшей обработке давлением,а отливка явл. почти готовым изделием.

Взависимости от степени переменностидефектов:

-годные (отвечают требованиям)

-условно-годные (имеющие небольшиеотклонения от установленных требований)

-исправимый брак (отливки, имеющие 1 илинесколько браков)

-неисправимый брак (отливки, имеющиетакие дефекты, исправление которыхтехнически невозможно)

Дефекты. Виды дефектов изделий, причины возникновения, обнаружение и исправление

Дефекты

Обнаружение дефекта какой-либо продукции в наше время – явление весьма распространенное. И если приобретение некачественных галантерейных товаров может обернуться лишь тратой денег, то нарушение технологии изготовления машин и оборудования повлечет куда более серьезные и негативные последствия, вплоть до гибели людей.

В данной статье дается общая классификация дефектов, описываются причины их возникновения, а также способы устранения (когда это возможно). Особое внимание уделяется нарушениям внутреннего строения металлов и некачественным сварным соединениям, как дефектам, представляющим наибольшую опасность для общества.

Нередко причинами масштабных катастроф становятся дефекты сварных швов.

Определений и понятий дефекта существует очень много. В общем случае, дефект – это любое несоответствие конкретного изделия конструкторской документации, отраслевым стандартам и нормам, а также ГОСТу. Они могут быть скрытыми (невозможно обнаружить невооруженным глазом) и явными. Последние еще называются поверхностными дефектами.

Виды дефектов также можно классифицировать по степени влияния на способность изделия выполнять возложенные на него функции: незначительные, значительные, а также критические.

Единого рецепта отнесения того или иного дефекта к конкретному классу нет. Это, можно сказать, коллективная экспертиза группы специалистов.

Нужно учитывать эпюру нагрузок изделия, наличие (отсутствие) концентраторов напряжений, место возникновения дефекта.

Виды дефектов могут быть совершенно идентичными, а вот влияние на работоспособность заданного конкретного изделия может разниться, причем весьма значительно.

Так, скажем, развитие отпускной хрупкости второго рода в стали, из которой изготовлена кочерга, никак не повлияет на ее эксплуатационные характеристики и срок службы.

А вот если подобный дефект возникнет в материале высоконагруженного скоростного вала, то он просто разлетится на мелкие осколки, когда накопится значительная усталость от высокочастотных знакопеременных динамических нагрузок.

Профилактика и предупреждение дефектов

Чтобы минимизировать вероятность возникновения дефектов, необходимо очень внимательно и ответственно подходить к этапу подготовки производства, а также соблюдать все требования технологической и конструкторской документации:

  • перед тем как приступить к свариванию поверхностей, нужно убедиться в том, что последние имеют правильную геометрию;
  • сам процесс должен проходить с соблюдением всех норм режимов обработки; отсутствие должной квалификации у исполнителя является причиной брака в большинстве случаев; решением может стать применение специальных сварочных автоматов и роботов, которые позволяют получать качественный и равномерный шов по всех длине;
  • каждый сварной шов после окончания работ в обязательном порядке должен проверяться специалистами отдела ОТК на предмет наличия скрытых и явных дефектов; данная мера позволяет вовремя выявлять и предпринимать меры по устранению брака.

Данный вид дефекта не может повлиять на эксплуатационные характеристики изделия и стать причиной выхода узла или механизма из строя.

Также его наличие нисколько не влияет на обеспечение безопасной эксплуатации машины.

К таким видам дефектов можно отнести какие-либо внешние нарушения: пятна, неправильная форма, наличие пустот на поверхности кованой заготовки, которые впоследствии снимутся при обработке резанием и т. д.

Значительные дефекты

К значительным относятся дефекты, наличие которых оказывает существенное влияние на эксплуатацию изделия и срок его полезного действия, но которые не относятся к критическим.

Иными словами, при наличии такого вида дефекта, характеристики изделия несколько ухудшаются, но оно все еще может использоваться непосредственно по назначению.

Примером такого несоответствия конструкторской документации может служить наличие незначительных пор на поверхности стальных изделий.

Дефект, возникновение которого делает невозможным использование конкретного изделия по назначению (из соображений безопасности и ввиду отсутствия физической возможности), называется критическим. Примеры таких дефектов не нужно долго выдумывать.

Классическим критическим дефектом является пережег стали (дефект металла, при котором границы зерен в результате значительного превышения допустимой температуры термической обработки окисляются, и материал становится хрупким). Производство комплектующих и изделий из такой стали категорически запрещено. Данный вид дефектов относится к категории неисправимого брака.

Существует единственный выход – переплавка стали и получение после отжига равновесной структуры металла с исходными механическими и физическими свойствами.

К критическим относятся также дефекты сварных швов нагруженных элементов. Сварочное дело – это вообще очень серьезное и ответственное занятие, строго регламентируемое множеством законов и подзаконных актов.

Контроль качества выполнения сварных соединений осуществляется высококвалифицированными специалистами с применением сложного и очень дорогостоящего узкоспециализированного оборудования по обнаружению скрытых дефектов.

Вид дефекта, а также его значимость должны определяться с ювелирной точностью.

Наличие дефектов свидетельствует о серьезных нарушениях технологического процесса. И чем раньше они обнаружены, тем быстрее будут приняты меры к их устранению. Это напрямую влияет на экономические показатели работы промышленного предприятия, а в некоторых случаях может предотвратить катастрофу и гибель людей.

Основные способы выявления дефектов следующие: визуальные (увеличение до 30 крат, возможно применение лупы), проверка механических свойств (ударная вязкость, сопротивление растяжению, хладноломкость, красноломкость и другие), контроль с использованием микроанализа (с применением оптического и электронного металлографических микроскопов), контроль с использованием рентгеновского излучения, контроль ультразвуком, проведение испытаний на коррозионную стойкость (как правило, используется специальное оборудование – ванны соляного тумана).

Дефекты сварных швов в большинстве случаев являются скрытыми, и их можно увидеть лишь при помощи специальной аппаратуры. Поэтому такой вид брака особенно опасен. Процесс сваривания изделий является очень сложным. В некоторых случаях зона сваривания предварительно подогревается до определенной температуры, чтобы обеспечить максимальное качество сварного шва.

В сварном шве могут возникать следующие виды внутренних дефектов: поры, окислы металлов и неметаллические включения, непровар шва, растрескивание, перегрев, пережог.

Поры – это полости, в которых под большим давлением скапливаются газы (водород, углекислый газ и другие). Такие дефекты могут спровоцировать хрупкий излом в зоне сварного шва. Причина возникновения дефектов такого типа – некачественные и отсыревшие сварочные электроды, наличие на свариваемой поверхности окислов металла.

Если возникает такой дефект, как внутренний непровар, то всю вину можно возлагать на сварщика. Скорее всего, работы проводил малоопытный рабочий, который только недавно получил профессию. Непровар представляет собой отсутствие сварного шва на определенном (как правило, небольшом) участке.

Помимо низкой квалификации персонала, данный дефект может возникнуть при маленьком зазоре между свариваемыми поверхностями, ускоренной рабочей подаче, наличие в зоне плавки электрода окислов и других посторонних неметаллических включений.

В случае электродуговой сварки вызвать непровар могут неправильно подобранные режимы (прежде всего – сила тока).

Трещины могут возникать как в продольном, так и в поперечном сечении. Данный дефект является особенно опасным, так как распространение трещин не ограничивается лишь зоной наплавки, но зачастую затрагивает и свариваемые изделия.

Перегрев возникает вследствие протекания вторичной рекристаллизации металла (ускоренного роста зерен за счет поглощения соседних зерен). Такая структура приводит к тому, что зона сварного шва охрупчивается. Внешне такой дефект не дает о себе знать.

Чтобы получить возможность сравнить балл металла с эталонной шкалой, нужно вырезать контрольный образец, отшлифовать, отполировать, а затем протравить гладкую поверхность специальным реактивом (4-6 % раствор азотной кислоты на спирту) с целью выявить границы зерен.

И только после этого комплекса мероприятий в объективе металлографического микроскопа будет просматриваться структура стали.

Если разрушение конструкции недопустимо, то можно отполировать и протравить участок сварного шва, а затем прикрепить к конструкции специальный мобильный микроскоп.

Устранение дефектов внутренних

Классификация дефектов может производиться также по принципу возможности устранения негативных последствий дефекта и восстановления работоспособности механизма. Сварные дефекты, в большинстве своем, являются неисправимыми. И это накладывает на исполнителей работ и инженеров, разрабатывающих технологический процесс, большую ответственность.

Но некоторые виды несоответствий технологическому процессу все же можно при желании устранить. В частности, исправление дефектов возможно осуществить при возникновении так называемого перегрева.

Для этого вся конструкция помещается в печь, выдерживается в ней некоторое время при заданной температуре (выше линии ПСК на диаграмме железо-углерод), а затем остывает вместе с печью. Понятно, что далеко не все конструкции могут поместиться в небольшое печное пространство.

Таким образом, восстановление нормальных размеров зерна не всегда возможно ввиду отсутствия необходимой материально-технической базы.

https://www.youtube.com/watch?v=ZbnEIr5ITFc

Такие дефекты обнаруживаются при визуальном осмотре сварного шва. К основным видам дефектов такого рода можно отнести отклонение от заданных геометрических размеров, возникновение так называемых наплывов и подрезов, непровары и прожоги.

Нарушение геометрических размеров сварного шва возникает, как правило, по вине неопытного сварщика.

Помимо чисто внешней стороны, наличие такого дефекта негативно сказывается и на механических свойствах всех сварной конструкции. Устранить подобный дефект практически невозможно.

Да и работы будут стоить очень дорого. Поэтому не рекомендуется поручать сварку ответственных изделий новичкам в профессии.

Наплывы – также являются «болезнью» многих неопытных сварщиков. Возникают в результате чрезмерного оплавления металла электродов при замедленной рабочей подаче. Подобные дефекты относятся к категории незначительных и оказывают влияние лишь на внешний вид сварного шва. Устраняется механической обработкой резанием шва (фрезерование, шлифование, строгание, долбление и т. д.).

В отличие от наплывов, так называемые подрезы характеризуются недостаточным оплавлением материала. Дефект заключается в образовании незаполненных участков на стыке свариваемых изделий. Подрез, в зависимости от конкретных технических условий, можно отнести как к исправимому, так и к неисправимому дефекту.

Так, если подобный брак был допущен при сваривании очень ответственных поверхностей (реакторы атомных станций, корпус подводной лодки и т. д.), то он не подлежит исправлению. Любое вмешательство в данном случае с целью исправить сварной шов – грубейшее нарушение, которое может повлечь очень серьезные последствия.

А вот если будущая конструкция не является составной частью очень ответственного узла или механизма, то допускается исправление подреза повторным сварным швом.

Внешний непровар, как и внутренний, характеризуется отсутствием сплавления между материалом электрода и свариваемыми поверхностями. Устранение подобного дефекта является экономически нецелесообразным, так как требует удаления материала расплавленного электрода из зазора между свариваемыми поверхностями.

Трещины на поверхности сварного шва относятся к категории дефектов поверхности. Могут образовываться вдоль сварного шва по линии контакта свариваемых изделий, так и в поперечном сечении.

Чаще всего такие дефекты возникают как результат неравномерного прогрева участков свариваемых изделий в зоне оплавления металла.

Поэтому при проведении работ с ответственными изделиями осуществляется предварительный термический нагрев изделий в зоне сварного оплавления.

Прожог возникает в результате значительного локального перегрева металла и образования сквозного отверстия, через которое вытекает жидкий расплав. Устранить подобный дефект можно лишь латкой, приваренной непосредственно над таким отверстием. Но, по понятным причинам, такое решение подойдет далеко не для каждого случая.

После проведения операций по исправлению дефектов необходимо еще более тщательно проводить контроль качества сварного шва. Ведь зачастую попытки устранить брак лишь усугубляют ситуацию.

Если дефекты будут выявлены повторно, то рекомендуется больше не отправлять такие изделия на доработку, а списывать их как производственный брак.

Дело в том, что многократный нагрев и охлаждение металлов могут привести к нежелательным структурным изменениям в стали, а также возникновению множества дефектов кристаллического строения металла.

Ни технологии, ни хорошая заработная плата инженерного и рабочего персонала не может полностью гарантировать отсутствие брака. Хороший и опытный сварщик способен даже на старом и далеко не самом лучшем оборудовании выдавать поразительный результат.

Поэтому главным направлением в деле профилактики брака сварочных работ является постоянное повышение квалификации и мотивации рабочего персонала.

Необходимо всеми возможными способами повышать культуру производства, увеличивать коллективную ответственность бригады рабочих, устанавливать хорошие отношения в коллективе.

Дефекты сварных швов и соединений. Способы их устранения

Дефекты

От качества сварки зависит дальнейшая эксплуатация конструкции, поэтому дефекты сварных соединений не допускаются. Возникновению дефектов способствует множество факторов, например:

  • нарушение технологии работ;
  • халатность;
  • невысокая квалификация сварщика;
  • применение неисправного оборудования;
  • производство работ без надлежащей подготовки, в неблагоприятных погодных условиях.

Различают допустимые и не допустимые значения дефектов сварных швов от степени снижения технических параметров изделия по прочности. При допустимых нарушениях исправление дефектов сварки не производится, во втором случае их устранение необходимо. Пригодность изделия к эксплуатации, определение соответствия шва нормам производится по ГОСТ 30242-97.

Виды дефектов сварки

Правильный сварочный шов подразумевает однородность состава основного и присадочного материала, образование нужной его формы, отсутствие трещины, непровара, наплыва, наличием чужеродных веществ. Различают следующие виды дефектов сварных соединений:

  • наружные;
  • внутренние;
  • сквозные.

Что собой представляют наружные дефекты?

Наружные дефекты сварных швов и соединений обнаруживаются визуально. Нарушения режима сварки, не соблюдение точности направления и движения электрода из-за спешки или безответственности сварщика, колебания напряжения электричества при производстве сварочных работ приводят к образованию шва неправильного размера и формы.

Характерными признаками наружного вида брака являются: различие ширины продольных швов и катетов угловых, резкость перехода от основной стали к наплавленной.

При ручном способе сварки нарушения происходят вследствие ошибок в подготовке кромок, пренебрежения режимом и скоростью сварки, отсутствия своевременного контрольного обмера.

Дефекты сварных швов и причины их образования при ведении автоматического или полуавтоматического способа сварочных работ кроются в чрезмерных скачках напряжения электричества, ошибках в режиме.

Различают следующие наружные виды дефектов сварных швов:

Трещины швов бывают горячие и холодные, продольные, поперечные, радиальные. Первые из них имеют место при применении высоких температур от 1100 до 1300°С, воздействующих на свойства металла в плане снижения пластичности, появления деформаций растяжения.

Этот вид дефектов сварных швов сопровождается увеличением в составе стали нежелательных химических элементов. Холодные трещины могут появляться при температуре до 120°С во время остывания, позже – под воздействием нагрузок во время эксплуатации.

Причиной данного вида брака может стать снижение прочности стали из-за сварочных напряжений или присутствие растворенных атомов водорода.

Подрез характеризуется наличием углубления между сплавленной и основной сталью. Этот вид дефекта сварочного шва встречается больше других. Увеличение напряжения дуги при быстрой сварке, приводит к утончению толщины стали, снижению прочности.

Более глубокая проплавка одной из кромок является причиной стекания жидкой стали на другую поверхность, из-за чего канавка сварки не успевает заполниться. В данном случае, дефекты сварки и способы их устранения определяются визуально.

Недостатки в работе устраняются путем зачистки, с последующей переваркой.

Наплыв возникает, когда сплавленный металл натекает на поверхность основной стали без образования однородной массы с ним. Этому виду брака характерно образование очертания шва без обретения достаточной прочности, что сказывается в общей выносливости металла.

Причина брака в применении низкого напряжения дуги, наличие окалин на кромках частей, натекание проплавленной стали при сварке горизонтальных швов, когда поверхность свариваемых конструкций вертикальна.

Чрезмерно медленная сварка также приводит к образованию наплывов, из-за появления излишек расплавленного металла.

 Кратеры появляются из-за резкого отрыва дуги. Они имеют вид углублений, где может образоваться непровар, рыхлость материала с усадочным свойством, приводящим к появлению трещин. Кратеры возникают из-за погрешностей сварщика. Так как кратер обычно является причиной появления трещин, из-за чего не допускается, при его обнаружении следует зачистить, затем заваривать повторно.

Рекомендуем!   Методы контроля сварных швов и соединенийОбразовавшийся кратер в сварочном шве

Свищи имеют вид воронок с углублением на теле шва.

Они образуются из раковин или пор достаточно больших размеров, при недостаточной подготовке поверхности элементов сварки и присадочной проволоки.

Данный вид дефекта также можно увидеть при визуальном осмотре и подлежат немедленному устранению.

Внутренние дефекты сварочных швов

Внутренние недостатки сварки визуально обнаружить невозможно. Обычно появляются из-за нарушения технологического процесса сварки и не надлежащего качества материала. При внутренних дефектах также могут появиться трещины, но они не видны или малы, но со временем могут раскрыться.

Скрытые трещины опасны тем, что их трудно обнаружить, а напряжение может возрастать постепенно, и может привести к скоротечному разрушению конструкции, поэтому чрезмерно опасны. Причиной брака могут быть огромные напряжения, быстрое охлаждение при использовании углеродистых и легированных сталей.

Наиболее распространенные виды данного рода дефектов следующие:

 Непровар происходит при недостаточном сплавлении свариваемых частей шва на местах. Причина кроется в ненадлежащей подготовке кромок, связанных с наличием ржавчины, окалины, недостатком зазора и притуплением кромок.

Кроме этого, спешка и быстрая скорость ведения сварки, малая сила тока или смещение электрода от оси шва тоже могут привести к непровару шва.

Из-за уменьшения сечения сварного шва появляется концентрация напряжений, что отражается в снижении прочности соединений, которая составляет при вибрационных нагрузках до 40%, а большие участки непроваров – до 70%. При превышении допустимых значений требуется зачистка шва и ее переварка.

Поры – это свободные пространства сварного шва, заполненные газом, преимущественно, водородом. Причиной этого вида брака является наличие чужеродных примесей в свариваемых материалах, сырость, недостаточная защита сварочной ванны. При превышении допустимых концентраций пор сварочный шов подлежит переварке.

Кроме этого, можно отметить шлаковые, вольфрамовые, оксидные включения, также возникающие при нарушении технологии сварочного процесса.

Рекомендуем!   Как правильно варить полуавтоматом с углекислотой

Сквозные дефекты

Этот вид брака подразумевают наличие пор, проходящих через всю толщину сварки, также обнаруживаются визуально. Преимущественно возникают при ведении сквозной сварки. При данном виде дефекта возможно появление прожогов и трещин.

Прожог возникает от применения большого тока и медленной сварки. Причина – чрезмерная открытость зазора у кромок, неплотное прилегание подкладок, вследствие чего происходит утечка сварочной ванны. Проверка шва на наличие брака проводится визуально, при его превышении допустимой нормы, требуется зачистка и переварка сварки.

Методы обнаружения, контроля и устранения дефектов

Чтобы обнаружить дефекты сварного шва применяются следующие способы:

  1.  визуальный осмотр – проводится с применением увеличительных приборов;
  2.  цветная дефектоскопия – основан на изменении цвета специального материала при соприкосновении с текучим материалом, например, с керосином;
  3. магнитный метод – измерение искажения магнитных волн;
  4.  ультразвуковой метод – применение ультразвуковых дефектоскопов, измеряющих отражение звуковых волн;
  5.  радиационный метод – просвечивание сварных швов рентгеном и получение снимка со всеми деталями дефекта.

Для обеспечения качества сварного шва проводится маркировка и клеймение. Каждый сварщик ставит свое клеймо на своем участке сварки.

При обнаружении брака необходимо провести устранение дефектов сварки. Для этого применяют следующие виды работ:

  • заварка – используют для ликвидации крупных трещин, предварительно подготовив трещину сверлением и зачисткой при помощи зубила или абразивного инструмента;
  •  внутренние мелкие трещины, непровары и включения подлежат полной зачистке или вырубке с повторной сваркой;
  •  неполные швы и подрезы сварного шва устраняют наплавкой или заваркой тонкими слоями;
  •  удаление наплывов производят механическим путем с помощью абразивного инструмента;
  •  перегрев металла устраняют путем термической обработки.

Дефекты в кристаллах

Дефекты

Основная статья: Дефекты кристалла.

Дефектом кристалла называют любое нарушение идеальной периодичности структуры кристалла.

Идеальный и реальный кристаллы

Теоретическая модель структуры кристалла подразумевает идеальную периодичность во всем теле кристалла и присутствие частиц только его вещества.

Однако, в реальном кристалле это совершенно не так, всегда находятся различные нарушения периодичности и симметрии, появляются примесные частицы, осуществляется перенос частиц вещества в пространство между узлами решетки и многое другое.

Любые попытки создать идеальный кристалл обречены на провал, и не последнюю роль здесь играет второй закон термодинамики.

Согласно ему, в замкнутой равновесной системе свободные хаотически движущиеся частицы кристаллическая структура, энтропия (мера беспорядка) не может понижаться, а так как образование структуры по определению является процессом уменьшения беспорядка системы, то структура может образоваться только с дефектами.

Если же попробовать обойти этот закон, найдя способ вручную перемещать частицы на требуемые места, то из-за даже небольших различий в температуре различных его частей, частицы со временем начнут случайно менять свое положение в решетке, неизбежно приводя к образованию дефектов.

Именно поэтому такая математическая абстракция как идеальный кристалл не может существовать в реальности.

Типы дефектов

Ниже приведена классификация дефектов в зависимости от их размерности и типа.

РазмерностьДефектОписаниеИзображение
0-мерные

(уровень отдельных частиц, влияние оказывается на отдельные ряды или плоскости)

Вакансия Отсутствие частицы на положенном месте решетки
Междоузельная частица Присутствие частицы собственного вещества в пустом пространстве между узлами
Дефект по Френкелю Перемещение собственной частицы из узла в междоузельное пространство решетки
Дефект по Шоттки Перемещение пары разноименно заряженных собственных частиц из узлов без образования междоузельной дислокации (в ионных соединениях)
Примесь замещения Частица примесного вещества заменила частицу собственного вещества в узле решетки
Примесь внедрения Частица примесного вещества попала в пространство между узлами решетки
1-мерные

(линейные дефекты, влияние оказывается на отдельные плоскости или границы объемов всего кристалла)

Продольная дислокация Отсутствие части плоскости, ее место огибается соседними плоскостями
Винтовая дислокация Частичный сдвиг плоскостей в продольном направлении при сохранении связи между ними
Дисклинация Вклинивание дополнительной части решетки, приводит к скручиванию плоскостей в конусы
2-мерные

(плоскостные дефекты, границы объемов с разными свойствами)

Границы зерен Поверхность столкновения множества зон роста с различным взаимным положением решеток, решетки не соединены
Перегиб Множество продольных дислокаций в пределах нескольких соседних плоскостей
Кручение Множество винтовых дислокаций в пределах нескольких соседних плоскостей
Дефект упаковки Множество вакансий в одной плоскости, приводит к нарушению порядка следования слоев, иногда частичному
Двойниковая граница Поверхность столкновения зон роста с зеркально-симметричным положением решеток, решетки объединены перешейком или общими частицами
Межфазная граница Поверхность столкновения зон роста с обратным порядком расположения частиц или слоев, решетки не соединены
«Ступеньки» Появление над ровным поверхностным слоем кристалла дополнительного, имеющего меньшую площадь
3-мерные

(отдельные макроскопические дефекты объема)

Трещины Разрыв решетки в больших масштабах
Поры Локальный разрыв решетки
Включения Внедрение пузырьков и макроскопических примесей

Преобразование и взаимодействие дефектов

Так как узлы решетки никогда не находятся в статичном положении, а совершают постоянные тепловые колебания, то они часто перемещаются между узлами решетки. А это означает, что вслед за ними перемещаются и дефекты.

Благодаря этому, дефекты не только могут менять свое положение во всей структуре, но и сложным образом взаимодействовать.

Например, вакансии могут как переместиться ближе к поверхности кристалла, что приведет к их «испарению», либо объединиться в нескольких соседних областях и создать перегиб решетки, либо осуществить оба варианта одновременно, образовав трещину.

Взаимодействие некоторых видов дефектов может приводить к их самоустранению, например, междоузловая частица и вакансия при слиянии вновь дадут идеальную решетку, как и слияние множества винтовых дислокаций и деформации кручения с обратным относительно них направлением вращения.

Влияние дефектов

Присутствие любых дефектов приводит к увеличению энергии решетки по сравнению с идеальной. На макроуровне такие изменения могут иметь совершенно необычные последствия.Дисклокации и дисклинации увеличивают хрупкость материала при кратковременном сильном воздействии, но в то же время придают ему твердость и способность выдерживать длительные нагрузки.

Присутствие макропримесей дает обратный эффект.

Примеси внедрения и вакансии сильно влияют на электрическую и магнитную проницаемости вещества, поляризационные свойства, вызывают появление окраски, явления сегнето-, пьезо- и пироэлектричества.

Например, примеси некоторых веществ превращают кремний в полупроводник, а кристаллы прозрачного корунда — в рубины и сапфиры.

Избавление от дефектов

Для получения протяженных приближенных к идеальным кристаллических структур используют различные методы избавления от дефектов.

Большинство из них основаны на увеличении скорости передвижения дефектов при нагреве.

Наиболее часто используемый метод — зонная плавка — образец кристалла с дефектами точечно нагревают до плавления, медленно перемещая центр нагрева во всему объему кристалла.

Это позволяет избавится от множества дефектов различного типа, при этом дополнительно очистив материал.

Для металлических изделий используют отжиг — нагрев материала до точки близкой к его температуре плавления, с медленным остыванием (до градуса за несколько часов). Это позволяет практически избавить изделие от вакансий, междоузельных дефектов и дислокаций, увеличив его пластичность.

Добавление дефектов

Для многих отраслей наоборот требуется присутствие некоторых видов дефектов.В металлургии проводят механическую обработку изделий ковкой или прокаткой, резко увеличивая количество дислокаций и дисклинаций.

Это придает материалам прочность в требуемых направлениях, но одновременно снижает их пластичность.

Для добавления примесных атомов и ионов используют множество методов, такие как непосредственное введение примесей в расплав вещества, напыление, воздействие ионизирующего излучения.

Навигация

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть