Влияние дефектов сварки на работоспособность конструкций

При контроле качества сварных соединений и оценке годности их к эксплуатации необходимо знать степень влияния наружных и внутренних дефектов на прочностные характеристики конструкции. Изучение этого вопроса связано с серьезными трудностями как с практической, так и с теоретической точки зрения. В большинстве случаев степень влияния того или иного вида дефекта на работоспособность конструкций устанавливают экспериментально — посредством испытаний образцов с дефектами и без дефектов.

При сдаче конструкции в эксплуатацию, прежде всего, оценивают допустимость наружных дефектов, влияющих на ее работоспособность. Виды наружных дефектов и их допустимые размеры, как правило, указываемые в технических условиях на изготовление конструкции, зависят от условий ее эксплуатации.

Установлено, что чрезмерная выпуклость шва не снижает статическую прочность сварного узла и конструкции, однако значительно уменьшает их вибрационную прочность. Этот дефект и уменьшенный угол между поверхностью основного металла и плоскостью, касательной к поверхности сварного шва, существенно снижают предел выносливости сварного соединения. Таким образом, избыточная выпуклость шва может привести к потере всех преимуществ, обеспечиваемых оптимизацией технологического процесса сварки в целях повышения качества металла шва в сварных соединениях, работающих при вибрационных, динамических и повторно-статических нагрузках.

Опасными наружными дефектами являются подрезы. Их наличие не допускается в конструкциях, работающих при циклических нагрузках, но подрезы небольшой глубины, не превышающей 5 % от толщины основного металла, считаются приемлемыми в конструкциях, эксплуатирующихся в условиях статического нагружения.

Наплывы, резко изменяя очертания швов, образуют концентраторы напряжений и тем самым снижают предел выносливости конструкций. Наплывы, имеющие большую протяженность, считаются недопустимыми дефектами, так как они не только вызывают концентрацию напряжений, но и нередко сопровождаются непроварами. Небольшие местные наплывы, обусловленные случайными отклонениями сварочных режимов от заданных, можно считать допустимыми дефектами.

Кратеры, как и прожоги, во всех случаях являются недопустимыми дефектами и подлежат исправлению.

При статической нагрузке снижение прочности пластичных материалов (например, алюминиевых сплавов) прямо пропорционально глубине непровара. Для малопластичных и высокопрочных материалов, а также при динамической или вибрационной нагрузке указанная зависимость нарушается.

Поры и шлаковые включения, суммарная площадь сечений которых составляет 5 … 10 % от площади сечения шва, мало влияют на статическую прочность сварного соединения. Для швов, имеющих значительную выпуклость, доля суммарной площади дефектов от площади шва в поперечном сечении составляет 10 … 15 %, а для ряда конструкций (закладных деталей, стыков арматуры) в зависимости от местоположения этих дефектов — 10 … 25 %.

Такие дефекты, как трещины, оксидные пленки и несплавления, являются недопустимыми.

Для окончательной оценки качества сварного соединения необходимо знать допустимые параметры внутренних дефектов, уста

навливаемые на основе испытаний. Степень допустимости тех или иных дефектов в сварном изделии регламентируется техническими условиями на его изготовление, а для изделий общестроительного назначения — соответствующими нормами.

Несущие и ограждающие конструкции (СНиП 3.03.01 — 87).

В таких конструкциях недопустимо наличие:

• трещин всех видов и размеров, подрезов глубиной более 5 % от толщины свариваемого металла или более 1 мм;
• непроваров в корне шва, превышающих по высоте 5 % от толщины металла, или более 2 мм в соединениях, доступных для сварки с двух сторон, и в соединениях на подкладках при их максимальной длине, составляющей удвоенную длину оценочного участка;
• непроваров в корне шва в соединениях, доступных для сварки с одной стороны, и в соединениях без подкладок, превышающих по высоте 15 % от толщины свариваемого металла, или более 3 мм;
• удлиненных и сферических одиночных дефектов высотой более значений h, образующих цепочку и скопление высотой более 0,5h, и длиной более длины оценочного участка l, а также удлиненных дефектов протяженностью более отношения S/h (табл. 2);
• непроваров, цепочек и скоплений пор, соседних по длине шва (при расстоянии между близлежащими концами менее 200 мм);
• дефектов, суммарные площади S которых в продольном сечении шва на оценочном участке превышают значения, приведенные в табл. 2.

При оценке дефектов за высоту h сферических пор и включений следует принимать диаметры их изображений на радиограммах, а за высоту удлиненных пор и включений — их ширину.

При проведении ультразвукового контроля исходя из возможностей аппаратуры следует руководствоваться данными, приведенными в табл. 3.

Примечание. S и S_j — фиксируемые эквивалентные площади одиночного дефекта соответственно наименьшая поисковая и допустимая оценочная; n — допустимое число одиночных дефектов на оценочном участке длиной l.

Газораспределительные системы (СНиП 42-01 — 2002). В сварных швах газопроводов недопустимо наличие:

• непроваров по разделке шва;
• непроваров в корне шва глубиной более 10 % от толщины стенки трубы, а также непроваров с суммарной длиной в корне шва более 1/4 от периметра шва независимо от глубины;
• пор и других включений с размерами, превышающими допустимые значения дефектов в плане, установленные для класса 6 сварных соединений по ГОСТ 23055 — 78, на любом участке радиограммы длиной 100 мм и глубиной, превышающей 10 % от толщины стенки трубы.

Если длина дефектной части шва, выполненного электродуговой сваркой, составляет менее 25 % от длины периметра стыка, допускается исправление этого шва. В противном случае, а также в швах, выполненных газовой сваркой, исправления не допускаются.

Повторный ремонт и исправление дефектов подчеканкой запрещаются.

Магистральные трубопроводы (СНиП 111-42 — 80). В магистральных газо и нефтепроводах недопустимо наличие:

• непроваров, цепочек и скоплений пор, удлиненных пор, шлаковых включений в корне шва глубиной более 10 % от толщины основного металла и длиной более 1/6 периметра стыка (цепочек и скоплений длиной более 30 мм на 500 мм шва);
• непроваров в стыках трубопроводов, образующихся при внутренней подварке;
• сферических пор глубиной более 20 % от толщины металла при расстоянии между ними более чем три толщины металла и глубиной более 15 % — при расстоянии, превышающем две его толщины. Размер пор не должен превышать 2,7 мм;
• непроваров и шлаковых включений длиной более 50 мм на 350 мм шва и глубиной, превышающей 10 % от толщины, и более 1 мм.

Тепловые сети (СНиП 3.05.03 — 85). В трубопроводах теплоснабжения, не подведомственных Ростехнадзору, недопустимо наличие:

• непроваров, вогнутости и превышения проплава в корне шва, выполненного электродуговой сваркой без подкладного кольца, высота (глубина) которых превышает 10 % от номинальной толщины стенки, а общая длина — 1/3 от внутреннего периметра соединения;
• пор и включений, размеры которых на любые 100 мм шва превышают максимально допустимые по ГОСТ 23055 — 78 для класса 7 сварных соединений.

Эти же требования относятся к наружным сетям водоснабжения и канализации (СНиП 3.05.04 — 85). На трубопроводах тепловых сетей, подведомственных Ростехнадзору, недопустимо наличие пор и включений, размеры которых превышают указанные в табл. 4.

Технологические трубопроводы (СНиП 3.05.05 — 84). Качество сварных соединений оценивается по результатам неразрушающего контроля (табл. 5 и 6). Сварные соединения бракуют при их ценке 2 балла или более — для трубопроводов высокого давления, 3 —

для трубопроводов категорий I и II; 5 — для трубопроводов категории III; 6 — для трубопроводов категории IV.

Сварные соединения, оцененные указанным или большим баллом, подлежат исправлению, после чего дополнительному контролю подвергают удвоенное число стыков, выполненных сварщиком, допустившим брак.

Сварные соединения трубопроводов категорий III и IV, оцененные соответственно общими баллами 4 и 5, исправлению не подлежат, но при этом дополнительному контролю подвергается удвоенное число стыков, выполненных сварщиком. Если при дополнительном контроле хотя бы один стык будет забракован (а для трубопроводов категорий III и IV оценен соответственно баллами 4 и 5), контролю подвергается 100 % стыков, выполненных сварщиком. Если при этом будет забракован хотя бы один стык, сварщика отстраняют от сварочных работ на трубопроводах.

Исправлению посредством местной выборки и последующей переварки подлежат участки сварного шва, если размеры выборки не превышают допустимых (табл. 7). При превышении допустимых размеров выборки, а также в швах, выполненных газовой сваркой, стык следует удалить, а на его место вварить «катушку».

Примечания: При отсутствии включений участок сварного шва имеет оценку 1 балл.

1. Число отдельных включений, длина которых меньше значений, указанных в данной таблице, не должно на любом участке длиной 100 мм превышать: 10 — для оценки 1 балл; 12 — для оценки 2 балла и 15 — для оценки 3 балла.
2. Для сварных соединений протяженностью менее 100 мм значения из данной таблицы по общей длине включений следует пропорционально уменьшить.
3. Оценку участков на стыках трубопроводов высокого давления, в которых обнаружены скопления включений, следует увеличить на один балл.
4. Оценку участков, в которых обнаружены цепочки включений, следует увеличить на один балл.