Дефекты сварки: распространённые типы, причины и решения

Небольшие дефекты сварного шва могут повлиять на усталостную долговечность и герметичность. “Незначительные” дефекты могут привести к дорогостоящей доработке или производственным отказам. В производстве дефекты часто проявляются визуально. Это могут быть канавки, проколы или неудовлетворительный профиль. Но реальный риск заключается в том, что вы не видите. К ним относятся несплавление на боковой стенке или захваченные включения. Сюда также относится провар корня шва, который не был полностью сформирован. В Yonglihao Machinery мы наблюдаем общую закономерность. Дефекты редко бывают случайными. Большинство из них можно отследить до контролируемых факторов. К ним относятся подготовка стыка, подвод тепла, экранирование и сборка. Это руководство практично. Оно поможет вам быстро найти дефект. Вы сможете связать его с наиболее вероятными причинами. Затем вы сможете выбрать правильный контроль и действия для предотвращения повторных дефектов.

Что такое дефекты сварки?

Дефект сварки — это дефект, выходящий за установленные пределы. Эти пределы установлены для данного стандарта или области применения. Дефект может снизить пригодность детали к эксплуатации. Дефект сплошности — это другое дело. Это любой разрыв в “идеальном” состоянии сварного шва. Он может быть приемлемым, если не выходит за пределы допустимых значений.

Термины ISO часто используются следующим образом:

На практике выбор между “дефектом” и “несплошностью” зависит от других факторов. К ним относятся класс приёмки, условия эксплуатации и местоположение дефекта. Дело не только в названии дефекта. Небольшая поверхностная пора на косметическом кронштейне может быть приемлемой. Такая же пора рядом с сильно нагруженным носком может быть бракованной. Хороший контроль качества начинается с двух вопросов. Во-первых, где находится признак? Он находится в корне, на носке, в зоне термического влияния или внутри? Во-вторых, с какими нагрузками столкнётся деталь в процессе эксплуатации? Это может быть статическая нагрузка, циклическая нагрузка, давление или вибрация. После того, как эти факторы будут прояснены, стандарты и планы могут применяться последовательно.

Почему возникают дефекты сварки?

Большинство дефектов сварки возникает из-за несоответствия. Это несоответствие между тепловложением, защитой, чистотой и сборкой соединений. Нестабильность одного из этих факторов приводит к повторяющимся дефектам. Например, большая длина дуги может привести к подрезу и разбрызгиванию. Недостаточная защита приводит к образованию пор. Некачественная сборка приводит к неполному проплавлению или перекрытию. Некачественная очистка между проходами проявляется в виде шлаковых включений.

Корневые причины процесса обычно делятся на пять групп:

• Стабильность оборудования и электропитания: Дрейф тока или напряжения, изношенные контактные наконечники, плохой обратный путь или неравномерная подача проволоки.
• Параметры и подвод тепла: Скорость подачи, длина дуги, подача проволоки и настройки импульса. Эти факторы могут привести к подрезу, непровару или прожогу.
• Материал и состояние поверхности: Ржавчина, прокатная окалина, масло, покрытия, влага и оксидные слои. Они способствуют образованию пор и включений.
• Совместное проектирование и монтаж: Зазор между кромками, скос, скос и несоосность. Неправильное закрепление также может привести к неполному провару, растрескиванию или деформации.
• Техника и доступ: Угол наклона горелки, вылет, колебание, межпроходная очистка и контроль последовательности. Это ключ к успеху при многопроходной работе.

В цеху мы относимся к оснастке и сборке как к “незаметному параметру”. Если детали не сопрягаются должным образом, операторы корректируют их. Они изменяют угол, скорость и время выдержки. Это приводит к увеличению разброса. Прежде чем регулировать ток или напряжение, зафиксируйте другие параметры. Зафиксируйте зажим, зазор, выравнивание и доступ. Затем запишите фактическую скорость перемещения и используемый вылет. Именно здесь часто обнаруживается первопричина.

Основные виды дефектов сварки

Трещины в сварных швах

Трещина сварного шва — это острый излом. Она может возникнуть в металле шва, зоне термического влияния или основном металле. Она создаёт точку высокого напряжения и может быстро распространяться. Горячие трещины связаны с тем, как металл затвердевает и остывает под действием нагрузки. Холодные трещины часто связаны с водородом, твёрдыми микроструктурами и напряжениями.

Соблюдайте дисциплину контроля трещин. Это необходимо, когда соединение имеет фиксированную длину, толщину или высокую прочность. Это также актуально для деталей, критически важных для эксплуатации. Небольшие трещины редко остаются “маленькими”. Трещины необходимо удалять до неповрежденного металла. При необходимости необходимо контролировать предварительный нагрев и межпроходной контроль. Используйте чистые расходные материалы и контролируемое охлаждение, чтобы предотвратить повторное появление трещин. Если трещины появляются снова в одном и том же месте, рассматривайте это как системную проблему. Это указывает на защемление соединения, контроль водорода или подвод тепла, а не просто на косметический дефект.

Подрез

Подрез — это канавка на кромке сварного шва. Она уменьшает эффективное поперечное сечение шва. Также она повышает усталостную чувствительность. Это часто происходит при высокой скорости подачи или слишком большой длине дуги. Неправильный угол наклона горелки также может привести к смыву металла с кромки.

Предотвращение подрезов обычно является “решением для стабильности”. Это не изменение конструкции. Уменьшите длину дуги и уменьшите высокое напряжение. Слегка сбавьте скорость и поддерживайте стабильный угол наклона горелки. Это поможет носку горелки получить достаточно присадочного металла. Если подрезы появляются преимущественно с одной стороны, проверьте доступ и сборку. Операторы часто отклоняются от носка горелки, когда зазор ограничен.

Перекрывать

Нахлёст — это процесс, при котором сварочный металл накатывается на основной металл. Это происходит без надлежащего сплавления в области стыка. Это часто происходит из-за медленного перемещения или низкой энергии плавления в области стыка. Нахлёст также может происходить, когда сварочная ванна выходит за пределы стыка.

Перекрытие более вероятно на угловых и нестандартных сварных швах. В таких случаях контролировать сварочную ванну сложнее. Улучшите смачивание, увеличив нагрев в области носка (в пределах нормы). Поддерживайте более узкую и короткую дугу. Используйте более контролируемый размер валика. Поддерживайте угол, направляющий энергию в область носка, а не наружу.

Пористость

Пористость – это газ, скопившийся в затвердевающем металле шва. Она может появляться на поверхности или внутри. Разрозненные поры часто указывают на проблемы с защитой или сквозняки. Поры, скапливающиеся в местах запуска и остановки дуги, указывают на проблемы со стабильностью дуги или наличие влаги. “Червеобразные следы” могут указывать на загрязнение поверхности или разрушение защитной оболочки.

Контроль пористости — это, прежде всего, проблема чистоты и защиты. Во-вторых, это проблема параметров. Начните с этих шагов. Очистите металл до блеска там, где это необходимо. Следите за тем, чтобы расходные материалы и соединения были сухими. Проверьте тип газа и обеспечьте отсутствие утечек. Защитите зону от воздушного потока. Поддерживайте постоянный вылет, чтобы газовый стаканчик закрывал сварочную ванну. После того, как эти параметры стабилизируются, можно точно настроить скорость подачи и подвод тепла. Это поможет газу выйти до затвердевания металла.

Включение шлака

Шлаковые включения – это неметаллические включения, попавшие в сварной шов. Они часто встречаются при сварке с использованием флюса или между слоями, нанесёнными методом многопроходной сварки. Обычно причиной их появления является некачественная очистка между проходами. Также причиной может быть неправильное расположение валика или низкий нагрев, из-за которого шлак не может быть выплавлен.

Если между проходами появляется шлак, относитесь к очистке как к обязательному этапу. Не очищайте только “по мере возможности”. Улучшите доступ к стыку. Обеспечьте достаточный нагрев для выплавления шлака. Располагайте швы так, чтобы избежать образования карманов, в которых скапливается шлак. Если включения повторяются на боковой стенке стыка, проверьте геометрию и угол. Шлак часто скапливается в острых углах.

Неполное слияние

Неполное сплавление означает, что металл шва не сплавился с основным металлом. Это может произойти на боковой стенке или между проходами. Часто это скрыто за “красивым валиком”. Поверхность может быть заполнена, в то время как боковая стенка не расплавлена по-настоящему.

Типичные причины — низкий нагрев на линии сплавления. Это может быть вызвано слишком высокой скоростью подачи, неправильным углом наклона горелки или слишком большим вылетом. Также причиной может быть загрязнение или расположение шва, из-за которого сварочная ванна обгоняет дугу. Добавление присадочного материала не решит проблему сплавления, если только не расплавлена граница раздела. Направьте энергию на боковую стенку или корень. Исправьте геометрию соединения и доступ. Проверьте правильность инспекции, если состояние соединения критически важно.

Неполное проникновение

Неполное проваривание происходит, когда сварной шов не проходит полностью через корень шва. Это часто обусловлено плотной геометрией корня шва или его несоосностью. Недостаточный зазор между кромками или низкий нагрев корня шва также могут быть причиной.

Если провар постоянно недостаточен, проблема обычно кроется в геометрии шва и положении горелки. Дело не в добавлении дополнительных проходов. Проверьте зазор между свариваемыми поверхностями, скос и выравнивание. Убедитесь, что электрод направлен в корень. Это обеспечит расплавление и соединение поверхности корня.

Прожиг

Прожог — это отверстие, образующееся при полном проплавлении сварного шва через основной металл. Прожог возникает на тонких участках или при больших зазорах. Чаще всего он возникает при слишком большом подводе тепла, медленном ходе электрода или некачественной сборке.

Контроль прожогов начинается с подгонки и фиксации. Устраните зазоры, правильно зафиксируйте и при необходимости используйте подкладку. Затем настройте параметры. Уменьшите подачу тепла и сократите время выдержки. Поддерживайте постоянную скорость перемещения, чтобы избежать перегрева в одной точке. Для тонких листов постоянный контроль зазора часто важнее небольших изменений параметров.

Как обнаружить дефекты сварки?

Вы обнаруживаете дефекты сварки, подбирая метод контроля к месту их расположения. Дефект может быть поверхностным, околоповерхностным или внутренним. Хороший план контроля начинается с вопроса: какой вид отказа мы предотвращаем? Для определения утечек и границ раздела давления требуется высокая чувствительность к порам и включениям. Усталостно-нагруженные соединения необходимо проверять на наличие трещин, подрезов и непровара. Толстые многопроходные сварные швы требуют проверки на наличие внутренних дефектов. Начните с визуального контроля (ВК) для выявления распространённых внешних дефектов. Затем, когда риск требует большей определённости, используйте неразрушающий контроль (НК).

VT (визуальное тестирование): Этот метод позволяет обнаружить трещины, подрезы, наложения, брызги и прожоги. При необходимости используйте правильное освещение и увеличение. Оцените результаты по заданным критериям. Размер и местоположение имеют значение больше, чем просто их наличие.

Практическое правило таково: если результат сбоя высок, не полагайтесь только на VT. Используйте метод, который может “увидеть” ожидаемый дефект в геометрии вашего соединения.

Основы ремонта: когда шлифовать, переваривать или выбраковывать

Хороший ремонт дефекта — это замкнутый цикл. Во-первых, полностью удалите дефект. Во-вторых, выполните повторную сварку в контролируемых условиях. В-третьих, повторно проверьте, чтобы убедиться в приемлемости результата. Большинство неудачных ремонтов происходят по двум причинам. Во-первых, дефект был лишь закрашен, а не полностью удален. Во-вторых, первоначальная причина не была устранена перед повторной сваркой. Пропуск любого этапа приводит к тому, что ремонт приводит к повторным дефектам.

Типичная логика ремонта:

• Удалить до звука металла: Зашлифуйте или выдолбите трещины, шлак и непровары. Избегайте простого выравнивания поверхности.
• Повторная сварка с контролем: Восстановите стабильную защиту, состояние соединений и параметры. Избегайте укладки тепла без плана.
• Повторная проверка: Используйте как минимум VT. Используйте другие методы неразрушающего контроля, если того требуют критерии или уровень риска.

Когда следует отбраковать деталь, а не ремонтировать её? Это следует делать, если снятие детали нарушает минимальную толщину. Или если это искажает критически важную геометрию. Также отбраковывайте деталь, если повторный ремонт показывает нестабильность процесса. Один чистый ремонт — это нормально. Повторное исправление дефектов указывает на проблему в процессе.

Контрольный список профилактики

Профилактика наиболее эффективна, когда вы стандартизируете факторы, приводящие к дефектам. К ним относятся чистота, сборка, параметры и последовательность. Мы в первую очередь стремимся к снижению вариаций. Вариации создают “случайные дефекты”, которые трудно контролировать. Если два оператора используют разные вылет, скорость перемещения и углы наклона горелки, одинаковые настройки не позволят получить одинаковый шов.

Контрольный список подготовки к сварке (быстрый, но эффективный):

• Поверхность: Удаляйте масло, краску, ржавчину и окислы с мест работы дуги. Держите расходные материалы сухими.
• Монтаж: Проверьте зазор между кромками, скос и выравнивание. Зафиксируйте зажимом, чтобы контролировать перемещение.
• Экранирование: Убедитесь в наличии газа, стабильном расходе и герметичности соединений. Защитите от сквозняков.
• Параметры: Зафиксируйте стабильные параметры тока, напряжения, скорости подачи проволоки и перемещения. Избегайте “погони” на ощупь.
• Техника: Используйте одинаковый угол наклона горелки, вылет и длину дуги. При многопроходной работе производите очистку между проходами.
• Нагрев и последовательность: При необходимости контролируйте межпроходную температуру. Используйте последовательность, которая уменьшает деформацию и растрескивание.

Если один из типов дефектов распространён, например, пористость, сначала устраните его основную причину. Это может быть чистота или экранирование. Сделайте это до настройки параметров. Изменение параметров не может устранить загрязнение основного металла или утечку через экранирование.

Заключение

Если вы хотите уменьшить количество дефектов сварки, не начинайте с “увеличения контроля”. Независимо от того, занимаетесь ли вы общим производством или предлагаете специализированные сварочные услуги, Начните со стабильной сборки, чистых поверхностей и контролируемых входных данных. В Yonglihao Machinery быстрейшие результаты достигаются благодаря простой последовательности действий. Во-первых, зафиксируйте подготовку стыка и зажимы. Во-вторых, проверьте целостность экранирования. В-третьих, задокументируйте диапазон стабильных параметров. В-четвёртых, обеспечьте соблюдение базовых требований, таких как межпроходная очистка. Наконец, используйте контроль напряжения и правильный неразрушающий контроль для подтверждения, а не для догадок. Когда вы воспринимаете дефекты как сигналы нестабильных входных данных, качество сварки становится предсказуемым.

Часто задаваемые вопросы

Какие дефекты сварки наиболее распространены на производстве?

Наиболее распространёнными являются трещины, пористость, подрезы, нахлёсты, шлаковые включения и несплавления. Они повторяются, поскольку привязаны к контролируемым параметрам. К таким параметрам относятся сборка, чистота, экранирование и подвод тепла. Стабилизируйте эти параметры перед изменением процедур.

Как быстро отличить “дефект” от “непоследовательности” в цехе?

Без критериев приёмки невозможно принять решение. Дефект — это нарушение целостности, превышающее допустимые пределы для данной детали. Определите тип и размер дефекта. Затем сравните его с классом приёмки. Местоположение и эксплуатационная нагрузка могут повлиять на окончательное решение.

Что обычно вызывает пористость даже при подаче газа?

Чаще всего пористость возникает из-за загрязнения или потери защитного покрытия. Это не просто “недостаток газа”. Проверьте наличие масла, влаги или краски. Обратите внимание на сквозняки, утечки и неправильный вылет. Нестабильность дуги также может нарушить защиту.

Какой самый быстрый способ уменьшить подрез?

Сократите длину дуги. Уменьшите избыточное напряжение. Поддерживайте стабильный угол наклона горелки, чтобы её кончик поддерживался присадочным металлом. Если проблема повторяется в одном и том же положении, увеличьте зазор или улучшите крепление. Проблемы с доступом часто приводят к углам, которые приводят к подрезу.

Когда следует выбирать UT, а когда RT для внутренних дефектов?

Выбирайте УЗК, если подозреваете наличие плоских дефектов, таких как несплавление. КР выбирайте, если основную проблему представляют объёмные дефекты, такие как пористость или шлак. Геометрия шва, доступ и ориентация дефекта также имеют значение. “Наилучший” метод — это тот, который надёжно обнаруживает предполагаемый дефект.