Контроль качества и виды брака при сварке

При сварке металлов в процессе их нагрева и последующего охлаждения возникают значительные температурные напряжения, а
после охлаждения в изделиях сохраняются остаточные напряжения.

Основные причины, вызывающие напряжения и деформации при
сварке, следующие: неравномерный нагрев, усадка наплавленного
металла при переходе его в твердое состояние: структурные изменения наплавленного или основного металла в зоне термического влияния, сопровождающиеся изменением объема.

Напряжения, возникающие вследствие изменений структуры металла, имеют значение только для сталей, склонных к закалке (особенно легированных), так как образование мартенсита сопровождается увеличением объема металла. Эти напряжения могут суммироваться в отдельных участках сварного соединения и приводить там
к образованию трещин.

Величина деформаций и напряжений зависит также от вида сварки, формы деталей, их размеров и зоны нагрева при сварке. Менее
выражены напряжения и деформации, возникающие при сварке электрической дугой деталей простой формы. Газовая сварка вызывает
повышенные деформации вследствие большой зоны термического влияния.

К основным мерам борьбы с напряжениями, возникающими при
сварке относят: предварительный подогрев изделий перед сваркой,
замедленное охлаждение, отжиг стальных изделий при 550—650 °С, легкую проковку шва ударами молотка (для многослойных твой).
При этом могут образоваться мелкие трещины, которые завариваются
последующими наваренными слоями.

Для борьбы с деформацией металла при сварке можно рекомендовать: 1) обратноступенчатый порядок нанесения швов, при котором длинный шов делится на участки длиной 150—200 мм и сварку
ведут отдельными участками; это препятствует концентрации тепла в
одном месте и уменьшает зону разогрева изделия; 2) деформирование
детали перед сваркой в обратном направлении на ту же величину, которая вызывается сваркой; этот способ обычно применяют для изделий с несимметричным расположением швов; 3) уравновешивание
деформаций, т. е. выбор такого порядка наложения швов, чтобы последующий вызывал деформации, обратные тем, которые получились
при наложении предыдущего шва; 4) увеличение отвода тепла от
свариваемого изделия. Это уменьшает объем нагретого металла и соответственно его деформацию. Охлаждение достигается погружением частей детали в воду или применением медных подкладок под деталь; 5)
жесткое закрепление свариваемых элементов в специальных приспособлениях. Этот способ, хотя и уменьшает деформацию, но увеличивает внутренние напряжения; последующим отжигом они устраняются.

К основным дефектам сварных швов относят:

Непровар – отсутствие сплошного соединения между металлом изделий и наплавленным металлом или недостаточная глубина проникновения наплавленного металла в основной. Причина – неправильный выбор режима сварки.

Пережог – окисление металла и прилегающего к нему основного металла. Причины – сильно окислительная среда, чрезмерная длина дуги, замедленное движение источников нагрева, интенсивный режим сварки.

Прожог – местное сквозное проплавление свариваемых частей при электродуговой сварке. Причины – излишняя сила тока, недостаточная толщина металла, малое притупление кромок.

Подрез – углубление вдоль шва на основном металле. Причины – неравномерная подача присадочного прутка, неправильное положение электрода или горелки, избыток подводимого тепла.

Наплывы на швах – образуются при неправильно выбранном режиме и скорости сварки.

Пористость – появление свищей, газовых пузырей или шероховатости на поверхности шва. Причины – газы в металле, вода в обмазке или флюсе, ржавчина на свариваемых кромках или присадочном металле.

Шлаковые включения в металле. Причины – загрязнения основного и присадочного металла окислами, получаемыми в результате
неравномерности плавления электродного покрытия, тугоплавкости
и повышенной вязкости шлаков и недостаточного раскисления металла
шва.

Трещины шва — возникают из—за больших усадочных и структурных напряжений в металле, повышенного содержания серы, фосфора,
и углерода в металле, чрезмерно жесткого закрепления свариваемых
деталей.

При контроле качества сварных изделий применяют следующие
способы выявления дефектов.

Внешний осмотр и проверка размеров шва. Выявляют подрезы, раковины, свищи, трещины, поры, незаплавленные кратеры, неравномерность шва и несоответствие размеров.

Механические и технологические испытания свойств наплавленного
металла и сварного соединения. К механическим относят гидравлическое испытание, которое применяют для аппаратуры, работающей под
давлением. Испытание сжатым воздухом проводят с целью определения плотности и прочности изделия.

Керосиновая проба. При этом способе одну сторону соединения
покрывают мелом, а другую керосином. При наличии дефектов сварки керосин смачивает мел.

Рентгеновское просвечивание шва. Это просвечивание основано на
различном поглощении лучей металлом и неметаллическими веществами; при этом обнаруживают поры, раковины, трещины, непровары,
шлаковые включения.

Ультразвуковой метод. Он основан на способности различных сред
по—разному отражать ультразвуковые колебания; при нем выявляют
дефекты в свариваемом шве в виде неметаллических включений для
деталей толщиной до 5 мм.

Магнитные методы. Они основаны на рассеивании магнитных потоков в дефектных местах изделия и позволяют выявлять мелкие трещины и поры шва.

Испытание аммиаком. Полые изделия заполняют сжатым воздухом
с добавлением 1 % аммиака, а швы обертывают бумагой, пропитанной
50%—ным раствором азотнокислой ртути. При наличии неплотности
на бумаге появляются черные пятна.

Люминесцентный метод. Деталь погружают на 20—30 мин в смесь
керосина и масла, а затем вытирают насухо и погружают в порошок
магнезии, прилипающей в местах появления масла (над трещинами).

Металлографический контроль. Определяют макро— и микроструктуру металла, а также поры, трещины, раковины, непровары,
пережог, перегрев, нитриды и другие дефекты сварного шва.