Дефекты соединений при сварке плавлением

Дефектом называется несоответствие параметров и характеристик сварного шва или соединения требованиям нормативнотехнической документации.

Дефекты сварных соединений классифицируют по различным признакам:

• по месту расположения различают дефекты шва, околошовной зоны и сварного соединения;
• по стадии технологического процесса — дефекты подготовки, сборки и сварочного процесса;
• по допустимости — допустимые и недопустимые;
• по степени опасности эксплуатации — малозначительные, значительные и критические;

• по глубине залегания — наружные (поверхностные) и внутренние.

Согласно ГОСТ 7512 — 75 в зависимости от местонахождения различают наружные и внутренние дефекты. К наружным относятся дефекты формы сварного шва и вышедшие на поверхность швов поры, свищи, трещины и подрезы, а к внутренним — поры, твердые включения шлака или инородного металла, непровары и внутренние трещины разного рода. Однако подобное разделение дефектов весьма условное, так как многие наружные дефекты оказываются следствием существования, а зачастую и внешним проявлением внутренних дефектов.

В соответствии с причинами образования дефекты подразделяют на две группы. К первой группе относятся дефекты, появление которых связано с физико-химическими процессами, протекающими при формировании и кристаллизации сварочной ванны и остывании сварного соединения, т. е. кристаллизационные и холодные трещины, возникающие чаще всего соответственно в металле шва и околошовной зоне, поры, неметаллические включения и несплавления. К этой группе дефектов можно отнести также неблагоприятную структуру металла шва и сегрегацию примесей в шве. Ко второй группе относятся дефекты, появление которых обусловлено нарушением технологии сварки, т. е. непровары, подрезы, прожоги, несоблюдение заданных размеров шва и др. Однако и данная классификация условная, поскольку образование дефектов, относящихся ко второй группе, во многом связано с физико-химическими процессами, протекающими при сварке.

В зависимости от вида создаваемых полей напряженного состояния дефекты подразделяют на два класса. К первому классу относятся концентраторы (округлые в минимальном сечении и перпендикулярные разрушающей нагрузке) и эллипсоидальные полости разной остроты (сферические и вытянутые поры, неметаллические включения и трещины округлой формы). Второй класс объединяет концентраторы, трещины, подрезы, места перехода от основного металла к наплавленному и некоторые концентраторы конструктивного характера.

В обобщенном виде современная классификация, установленная ГОСТ 30242 — 97, представлена в табл. 1. Следует отметить, что приведенные в табл. 1 дефекты характерны для всех способов сварки плавлением.

В сварных соединениях возможно не только образование отдельных дефектов, представленных в табл. 1, но и их сочетание на одном участке соединения. Наиболее часто встречаются сочетания дефектов при сварке цветных металлов, особенно алюминиевых и титановых сплавов, а также сложнолегированных сталей.

Основные дефекты сварных соединений, выполненных методами сварки плавлением, представлены на рис. 20, а, б, а на рис. 20, в показаны виды коррозионного поражения сварных соединений при эксплуатации конструкций.

Трещины. Наиболее опасным недопустимым дефектом в сварных соединениях являются трещины. На острых краях трещин при соответствующих условиях может происходить резкое увеличение напряжений, способствующее их развитию, что приводит к полному разрушению конструкций.

Трещина — это дефект в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах. Трещины относятся к самым серьезным дефектам сварных соединений и, как правило, подлежит устранению.

Рис. 20. Основные дефекты в сварных соединениях: а — в сечении шва; б — на поверхности шва; в — виды коррозионных поражений при эксплуатации конструкций; 1 — пора; 2 — шлаковое включение; 3 — кристаллизационная трещина; 4 — подрез; 5 — грубочешуйчатая поверхность шва; 6 — поверхностная пора; 7 — цвета побежалости (окисление поверхности); 8 — разбрызгивание; 9 — гальваническая коррозия; 10 — эрозия поверхности; 11 — межкристаллитная коррозия; 12 — коррозия по кромке шва; 13 — питтинговая коррозия; 14 — скрытая коррозия; 15 — коррозионное растрескивание

Микротрещина — это трещина макроскопических размеров, которая обнаруживается физическими методами не менее чем при 50-кратном увеличении.

Продольные трещины (рис. 21), ориентированные параллельно оси сварного шва, могут возникать в металле шва, на границе сплавления, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация трещин в основном определяется формой линии сплавления основного металла и шва. Трещины появляются вследствие высокотемпературной хрупкости металла (горячие трещины) или его замедленного разрушения (холодные трещины).

Рис. 21. Продольные трещины в металле сварного шва (а, б) и в зоне термического влияния (в, г): 1 — зона термического влияния

Горячие трещины представляют собой хрупкие межкристаллические разрушения металла шва или околошовной зоны, возникающие в нем в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации и в твердом состоянии при высоких температурах (в сталях они образуются при температурах, превышающих 1 000 °С). Горячие трещины извилисты, в изломе они имеют темный цвет, сильно окислены и распространяются по границам зерен.

Согласно современным представлениям появление горячих трещин определяется наличием жидкой прослойки между зернами в процессе кристаллизации и влиянием деформации сжатия. В интервале температур между температурами плавления и полного затвердевания металла происходит миграция примесей и загрязнений в межзеренное пространство. Наличие между зернами жидкой фазы, примесей и загрязнений снижает деформационную способность шва и околошовной зоны. Неравномерность линейной и объемной усадок шва и основного металла при охлаждении приводит к возникновению внутренних напряжений, являющихся причиной появления микрои макроскопических трещин как вдоль, так и поперек шва.

Причинами образования горячих трещин при сварке являются:

• большое количество вредных примесей (особенно серы и фосфора) в металле свариваемых деталей;
• наличие в металле шва элементов (хрома, молибдена, ванадия, вольфрама, титана), образующих химические соединения с низкой температурой затвердевания, нарушающих связь между зернами;
• жесткое закрепление свариваемых заготовок или повышенная жесткость сварного узла, затрудняющие перемещение заготовок при остывании.

Химический состав металла шва играет важную роль в образовании кристаллизационных трещин. Элементы, входящие в состав металла шва, по-разному влияют на его стойкость к образованию кристаллизационных трещин.

Вредной примесью является сера. Повышение ее содержания в металле шва резко снижает стойкость к образованию кристаллизационных трещин. Сера переходит в металл шва из основного металла и сварочных материалов. При использовании флюсов и электродных покрытий сера из сварочной ванны переходит в шлак.

Фосфор в основном также является вредной примесью. Наиболее опасен фосфор для швов с чисто аустенитной структурой. Фосфор также является причиной образования кристаллизационных трещин в сварных швах некоторых среднелегированных сталей. Вредное влияние фосфора усиливает углерод. В металл шва фосфор попадает из основного и сварочных материалов.

В большой степени способствует образованию трещин углерод. Применение сварочной проволоки и электродных стержней с низким содержанием углерода, а также уменьшение доли основного металла в металле шва позволяет снизить в нем содержание углерода, который попадает туда из основного и сварочных материалов. Содержание углерода определяется конструкцией стыка, степенью предварительного подогрева, содержанием в металле шва других элементов (особенно серы), формой шва.

Кремний особенно опасен в сварных швах из аустенитного хромоникелевого металла, а также способствует образованию трещин в швах из углеродистого металла. В шов кремний поступает из основного, сварочных материалов и в результате восстановления из флюса и электродного покрытия.

При сварке углеродистых и низколегированных сталей никель не оказывает отрицательного влияния, так как он переходит в сварной шов из основного и сварочного металлов. При сварке других сталей никель способствует образованию кристаллизационных трещин, так как при содержании свыше 1 … 2 % он усиливает вредное влияние серы.

Кислород снижает ударную вязкость шва при сварке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей и пластичность аустенитных швов. Однако он повышает стойкость металла шва к образованиию кристаллизационных трещин, вызываемых серой.

Марганец оказывает двойное влияние на образование кристаллизационных трещин: при небольшом содержании он повышает стойкость металла к возникновению трещин, а при значительном содержании (свыше 4 %) — способствует их возникновению. При сварке углеродистых, низколегированных и хромоникелевых аустенитных сталей марганец способствует предотвращению образования кристаллизационных трещин, уменьшая вредное влияние серы.

Таким образом, в целях повышения стойкости металла шва к образованию кристаллизационных трещин следует уменьшать в нем содержание вредных и увеличивать содержание полезных элементов.

Для борьбы с растягивающими напряжениями используются технологические меры, к которым относятся предварительный подогрев свариваемых изделий, рациональная последовательность наложения сварных швов, выбор способов и режимов сварки, способствующих уменьшению напряжений, и следующие конструктивные меры: рациональное конструирование элементов и узлов сварной конструкции, уменьшение числа и рассредоточение сварных швов, устранение излишней жесткости узлов, выбор оптимальной формы разделки кромок.

Способствуя образованию мелкозернистой первичной структуры металла шва и изменяя характер первичной кристаллизации, можно повысить его стойкость к образованию кристаллизационных трещин. Повышение скорости сварки, снижение сварочного тока, увеличение числа слоев в шве приводит к увеличению скорости кристаллизации и образованию мелкозернистой структуры металла. Колебание электрода и металла сварочной ванны, применение ультразвука в процессе кристаллизации металла сварочной ванны также способствуют образованию мелкозернистой первичной структуры металла шва.

Одним из широко применяемых технологических приемов, направленных на повышение стойкости металла шва к образованию кристаллизационных трещин, является изменение формы провара (отношение ширины шва к глубине его проплавления). При ручной сварке покрытыми электродами и при электрошлаковой сварке коэффициент формы провара швов должен составлять 2,5 … 5,0, а при сварке под флюсом — 1 … 2.

Для предотвращения образования горячих трещин в околошовной зоне при сварке конструкционных сталей рекомендуется использовать способы и режимы ее выполнения, обеспечивающие минимальное выделение теплоты.

Холодные трещины представляют собой локальные межили транскристаллические разрушения сварных соединений, образующиеся в металле при остывании до относительно невысоких температур (как правило, ниже 200 °С). Холодные трещины в шве и переходной зоне могут располагаться под любым углом к шву. В изломе они светлые или бледных цветов побежалости.

В основном холодные трещины характерны для сварных соединений среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов; в соединениях низколегированных ферритно-перлитных сталей и высоколегированных сталей аустенитного класса они встречаются реже. По сравнению с кристаллизационными холодные трещины имеют меньшую ширину. Располагаются они в металле шва и околошовной зоне, а иногда переходят из околошовной зоны в металл шва и обратно. Основными являются околошовные холодные трещины. Появлению холодных трещин в шве способствует повышенное содержание в его металле углерода и водорода.

Холодные трещины могут появляться через несколько минут после сварки, а также через несколько часов и суток. Установлено, что появление холодных трещин обусловлено закалочными явлениями, сварочными напряжениями и напряжениями от внешних нагрузок.

Холодные трещины возникают преимущественно при дуговой сварке низколегированной стали большой толщины (чаще всего в переходной зоне) вследствие неправильной техники сварки или неправильного выбора присадочного металла.

Для предупреждения образования холодных трещин используют:

• прокаливание флюсов и электродов перед сваркой;
• предварительный подогрев свариваемых заготовок до температур 250 … 450 °С;
• ведение процесса сварки в режиме с оптимальными параметрами;
• наложение швов в правильной последовательности;
• медленное охлаждение соединений после сварки;
• проведение непосредственно после сварки отжига для снятия остаточных напряжений.

Общими причинами появления горячих и холодных трещин в швах сварных соединений являются:

• излишне высокая жесткость соединений;
• недостаточная ширина сварного шва для данной толщины соединения;
• несоблюдение или неправильный выбор технологии сварки;
• наличие дефектов в сварном шве;
• неправильная подготовка соединения под сварку;
• неудовлетворительное качество или неправильный выбор типа электродов;
• использование сварочного тока повышенной силы, что может приводить к образованию крупнозернистых охрупченных участков структуры;
• высокое содержание углерода или легирующих элементов в основном металле, не учтенное при выборе технологии сварки.

Для предупреждения возникновения трещин в швах сварных соединений необходимо:

• оптимизировать форму металлоконструкции и технологию сварки в целях исключения применения соединений с высокой жесткостью;
• при сварке деталей значительной толщины увеличивать ширину шва и накладывать шов короткими участками (200 … 250 мм);
• выбирать такую последовательность выполнения сварных швов, при которой концевые участки соединения, оставаясь максимально долго незаваренными, сохраняют наибольшую подвижность;
• обеспечивать сплошность сварных швов;
• в отдельных случаях осуществлять предварительный подогрев свариваемых деталей;
• производить сборку свариваемых деталей или узлов с зазорами, установленными стандартными требованиями на сварку заданного металла и соответствующей технологией. При необходимости для выравнивания зазора применять стягивающие сборочные приспособления;
• не превышать заданную силу сварочного тока;
• по возможности выполнять многопроходный сварной шов, так как отжиг предыдущих слоев такого шва уменьшает его хрупкость;
• подготовленную разделку кромок свариваемых деталей заполнять сразу после завершения сварки корня шва, поскольку воздействию напряжений обычно подвергается область корневого шва.

Продольные трещины в основном металле, смежном со сварным швом, образующиеся вследствие наличия больших напряжений, обусловленных усадкой металла сварного шва, являются скрытыми, т. е. не выходящими на поверхность (рис. 22). Скрытые трещины обычно проходят вдоль линии сплавления.

Для уменьшения вероятности образования скрытых трещин необходимо снижать сварочные напряжения, для чего следует:

• по возможности осуществлять многопроходную сварку;
• производить проковку каждого слоя наплавленного металла;
• отжигать готовый узел при температурах 590 … 650 °С (продолжительность отжига определяется из расчета 1 ч на каждые 25 мм толщины основного металла);
• применять соответствующие технологические приемы;
• в процессе сварки обеспечивать неограниченную свободу перемещения для всех свариваемых частей;
• при сварке сталей, склонных к образованию горячих и холодных трещин, наплавлять высокопластичный промежуточный слой, если при этом не снижается требуемая прочность соединения.

В случае сварки тавровых соединений при толщине металла более 20 мм следует учитывать, что двухсторонний сварной шов вызывает меньшие напряжения, чем односторонний.

Рис. 22. Скрытые трещины, вызванные сжатием основного металла углового (а) и таврового (б) соединений

Также для двухстороннего шва без разделки кромок характерны меньшие напряжения в околошовной зоне, чем для аналогичного шва с разделкой кромок и полным проплавлением корня. Односторонний сварной шов с большим катетом следует заменять двухсторонним швом с меньшим катетом. Правильный выбор формы разделки кромок углового соединения является наиболее эффективной мерой предупреждения появления скрытых трещин.

Наплавка мягкой высокопластичной прослойки толщиной 5 … 10 мм и шириной на 15 … 25 мм больше, чем сварной шов, или наложение высокопластичных валиков на одну из поверхностей кромок позволяет в значительной мере снизить напряжения в околошовной зоне.

Поперечные трещины (рис. 23), ориентированные в направлении, перпендикулярном оси сварного шва, могут возникать в металле шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Поперечная ориентация трещин связана с влиянием продольных составляющих сварочных напряжений. Причины образования поперечных трещин те же, что и продольных. Поперечные трещины также бывают горячими и холодными.

Радиальные трещины могут образовываться в металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле. Конфигурация радиальных трещин зависит от макроструктуры зон сварного соединения и характера внутренних напряжений в нем. Причины появления радиальных трещин те же, что и продольных.

Рис. 23. Поперечные трещины в металле сварного шва

Трещина в кратере представляет собой углубление на поверхности сварного шва в месте отрыва сварочной дуги. Такие трещины могут быть продольными, поперечными и звездообразными. Их конфигурация определяется микроструктурой зон сварного соединения, а также характером термических, фазовых и механических напряжений.

Раздельные трещины сварного соединения представляют собой группу не связанных друг с другом трещин. Раздельные трещины могут возникать в металле сварного шва, зоне термического влияния и в основном металле. Их конфигурация зависит от микроструктуры зон сварного соединения и характера термических, фазовых, ликвационных и механических напряжений. Причины образования раздельных трещин те же, что и продольных.

Разветвленной трещиной сварного соединения называется трещина, имеющая ответвления в разных направлениях. Разветвленные трещины могут располагаться в металле сварного шва, зоне термического влияния и в основном металле. Их конфигурация определяется микроструктурой зон сварного соединения и характером термических, фазовых, ликвационных и механических напряжений. Причины появления разветвленных трещин те же, что и продольных.

Полости. Полость — это несплошность произвольной формы, заполненная газом.

Пора — это дефект сварного шва в виде полости округлой формы, заполненной газом. Размеры такой полости не превышают 2 мм.

Дефекты в виде пор часто встречаются в металле сварных швов. Будучи результатом химических реакций, протекающих в сварочной ванне, по своей сути и механизму образования поры аналогичны включениям, но в отличие от последних содержат газ, а не твердое вещество.

Причиной возникновения пор является наличие газов, не успевших выделиться из охлаждающегося металла вследствие уменьшения их растворимости, и газов, образовавшихся в результате химических реакций в расплавленном металле.

Образование пор при сварке стали вследствие выделения водорода и азота происходит из-за резкого снижения растворимости этих газов при затвердевании металла сварочной ванны. Поры вследствие наличия оксида углерода возникают при недостаточной раскисленности металла сварочной ванны.

При электрошлаковой сварке металл шва более стоек к порообразованию, чем при электродуговой сварке. Поры в этом случае не выходят на поверхность, а располагаются по сечению шва без определенного порядка или скапливаются в отдельные группы.

Если пористость не является избыточной, то она, как правило, не оказывает существенного влияния на прочностные свойства сварных соединений.

Появление пор в металле сварного шва обусловливается:

• плохим качеством или неправильным подбором типа электродов;
• неправильным выбором технологического процесса сварки;
• малой продолжительностью существования сварочной ванны, вследствие чего газы не успевают выделиться из расплавленного металла;
• низким качеством основного и присадочного металлов;
• плохой очисткой кромок соединяемых деталей.

Высокая температура в зоне формирования сварного шва способствует увеличению количества газа, растворенного в расплавленном металле, и возникновению пор в металле шва.

Использование повышенной силы тока при сварке покрытыми электродами увеличивает выгорание раскисляющих элементов из покрытия электрода, что приводит к недостаточному количеству раскислителей в сварочной ванне и, как следствие, к формированию пор в металле шва.

Значительно снизить содержание пор и полостей в сварных швах, а в некоторых случаях даже избежать их образования позволяют следующие меры технологического характера:

• правильный выбор типа электродов;
• прокалка электродов перед сваркой;
• перемешивание жидкого металла сварочной ванны для увеличения продолжительности существования расплава;
• выполнение поперечных колебаний электрода в процессе сварки;
• применение рекомендуемой (не завышенной) силы сварочного тока.

При наличии сомнений в высоком качестве основного и присадочного металлов необходимо проверить их на наличие сегрегации и включений.

Равномерно распределенные поры (рис. 24) образуются при наличии ржавчины и масла на кромках свариваемых деталей, а также в случае использования влажного или крупного флюса.

Цепочка пор представляет собой группу пор в сварном шве, расположенных в линию, обычно параллельно оси шва, на расстоянии друг от друга менее утроенного максимального размера большей из них. Появление цепочки пор вызывается главным образом подсосом воздуха в зазор между кромками свариваемых деталей.

Рис. 24. Равномерно распределенные поры в сварном шве (а) и рентгенограмма такого шва (б)

Продолговатая полость представляет собой несплошность, расположенную вдоль оси сварного шва (рис. 25). Длина такой полости превышает ее высоту не менее чем в два раза. Данный дефект сварного шва обычно возникает в ослабленном стыке зон столбчатых кристаллитов, растущих навстречу друг другу от линии сплавления.

Свищ представляет собой воронкообразное углубление в сварном шве, образующееся в результате обильного выделения газа. Форма и положение свища зависят от режима кристаллизации сварочной ванны. Обычно свищи группируются в скопления и распределяются в виде «елочки».

Причины образования свищей следующие:

• чрезмерно большая амплитуда колебаний электрода;
• перегрев в процессе сварки основного металла, особенно тонколистового;
• повышенное содержание влаги в покрытии электрода.

Рис. 25. Продолговатая полость в металле сварного шва (штриховыми линиями показаны границы зоны термического влияния)

Рис. 26. Усадочная раковина в металле сварного шва

Для предупреждения образований свищей необходимо:

• ограничивать амплитуду колебаний электрода значением, равным четырем его диаметрам;
• правильно выбирать силу сварочного тока и диаметр электрода, учитывая толщину свариваемого металла и тип сварного соединения;
• прокаливать электроды перед сваркой.

Поверхностная пора представляет собой несплошность, сформировавшуюся на поверхности сварного шва.

Усадочная раковина (рис. 26) представляет собой полость или впадину, образовавшуюся при усадке металла сварочной ванны в процессе его кристаллизации. Усадочные раковины, относящиеся к наиболее крупным сварочным дефектам, обычно перпендикулярны поверхности сварного шва.

Кратер представляет собой углубление, образующееся в конце валика вследствие объемной усадки металла сварного шва. Размеры кратера зависят от режима сварки. Кратеры снижают прочность сварных соединений.

Твердые включения. Твердое включение — это частица инородного вещества (металла или неметалла) в сварном шве. Твердые включения, имеющие хотя бы один острый угол, называются остроугольными.

Шлаковое включение представляет собой вкрапление шлака в металл сварного шва. В соответствии с конкретными условиями проведения сварки шлаковые включения могут быть линейными, разобщенными и др.

В процессе плавления электродного металла и последующей кристаллизации сварочной ванны происходят химические реакции между металлом, атмосферными газами, веществами из покрытия электрода и флюсом. Образующиеся при этом продукты реакций, имея меньшую плотность, чем расплавленный металл, всплывают на его поверхность, образуя шлак, если этому не препятствуют высокая вязкость расплава, быстрое охлаждение либо чрезмерно низкая температура в зоне формирования сварного шва.

При сварке покрытыми электродами некоторая часть шлака может образовываться под поверхностью расплавленного металла. Шлак также может быть увлечен в глубину сварочной ванны действием давления дуги, а кроме того, он может вытекать перед дугой и вытеснять оттуда расплавленный металл.

Крупные шлаковые включения и шлаковые включения, расположенные близко друг к другу, существенно снижают прочность сварного соединения. Такие включения необходимо устранять механическим путем с последующим наложением подварочного шва на дефектный участок. Удаления шлаковых включений малых размеров и одиночных включений, не влияющих на прочность сварного соединения, обычно не требуется.

Шлаковые включения так же, как и поры, ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и являются концентраторами напряжений. Располагаются шлаковые включения между отдельными слоями или внутри наплавленного металла и представляют собой заполненную шлаком несплошность. Образуются они вследствие неполного удаления шлака при многослойной сварке, использования некачественных электродов (попадания кусочков покрытия в сварочную ванну), наличия на свариваемых кромках грязи, окалины и ржавчины.

Шлаковые включения, попавшие в металл сварного шва под действием давления сварочной дуги или образовавшиеся в результате химических реакций, как правило, мелкие и имеют округлую форму. Подобные включения часто встречаются при сварке в потолочном положении.

Образование шлаковых включений можно предотвратить соответствующей подготовкой (перед сваркой каждого шва) кромок свариваемых деталей и ранее выполненных слоев. При этом особое внимание следует уделять предупреждению образования несплошностей, полное проплавление которых затруднено.

Выделение шлака из расплавленного металла сварочной ванны облегчается снижением его вязкости либо замедлением кристаллизации, например посредством предварительного подогрева и повышения погонной энергии.

Флюсовое включение представляет собой частицу флюса в металле сварного шва. В зависимости от условий сварки флюсовые включения могут быть линейными, разобщенными и др. Причины и способы предотвращения возникновения флюсовых включений такие же, как и шлаковых.

Оксидное включение представляет собой частицу оксида металла, попавшую в металл сварного шва в процессе его затвердевания.

Металлическое включение представляет собой частицу инородного металла (вольфрама, меди и др.) в металле сварного шва.

Несплавления и непровары. Несплавление — это отсутствие соединения между металлом сварного шва и основным металлом или между примыкающими друг к другу валиками сварного шва. Различают несплавления по скосу кромки и в корне сварного шва.

Причины образования несплавлений следующие:

• локальное недостижение температуры плавления основного металла или металла ранее наплавленных валиков;
• загрязнение кромок свариваемых деталей или их неправильная подготовка (например, заниженный угол скоса кромок);
• неполное растворение во флюсе оксидов и других посторонних веществ, находящихся на поверхностях основного металла или металла ранее наплавленных валиков;
• недостаточная сила сварочного тока;
• повышенная скорость сварки;
• блуждание сварочной дуги;
• плохая очистка поверхностей предыдущих слоев шва;
• затекание металла под сварочную дугу.

Для предотвращения несплавления не требуется расплавлять на большую глубину свариваемые кромки основного металла. Достаточно обеспечить перемешивание основного, электродного и присадочного металлов в сварочной ванне.

Для предупреждения несплавления необходимо:

• тщательно очищать поверхности свариваемых кромок от загрязнений;
• при глубокой узкой разделке кромок использовать электроды малого диаметра, которые могут достичь зоны притупления кромок;
• правильно выбирать силу сварочного тока;
• при сварке деталей большей толщины увеличивать силу сварочного тока, установленную для данного диаметра электрода;
• выполнять поперечные колебания электрода с амплитудой, достаточной для расплавления кромок;
• использовать присадочный и электродный металлы, хорошо смачивающие основной металл.

Непровар (рис. 27) — это дефект сварного соединения в виде несплавления вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва.

Непровар резко снижает механические показатели сварного соединения. Непровар глубиной 25 % от толщины основного металла при понижении температуры до 45 °С снижает разрушающее напряжение сварного соединения в два раза.

Рис. 27. Непровары корня углового и стыкового односторонних (а) и стыкового двухстороннего (б) сварных швов: 1 — непровары

Еще более заметно отрицательное влияние непровара на пластичность соединения. Являясь концентратором напряжений, он может привести к образованию трещин. Непровар может образоваться в корне шва, в вершине угла (у угловых швов), а также по кромке.

Термин «непровар» характеризует несплавление, образовавшееся в корне сварного шва, по следующим причинам:

• недостаточная мощность сварочной дуги для проплавления основного металла;
• загрязненные поверхности свариваемых деталей;
• перегрев части сварочной ванны над зоной притупления кромок, сопровождающийся образованием слоя жидкого металла, препятствующего поступлению в эту зону тепловой энергии сварочной дуги.

При дуговой сварке сварочная дуга самопроизвольно устанавливается между электродом и поверхностью свариваемой детали. Остальные участки основного металла нагреваются главным образом за счет его теплопроводности. При большой толщине свариваемых деталей теплопроводность может не обеспечить передачу количества теплоты, необходимого для получения корневой части соединения.

Непровар приводит к разрушению сварного шва при воздействии на него растягивающих или изгибающих напряжений. Даже если эксплуатационные напряжения в конструкции не вызывают растяжения или изгиба в месте непровара сварочного шва, внутренние усадочные напряжения и последующая деформация свариваемых деталей в процессе сварки часто служат причинами появления трещин в сечении, где имеется непровар. Эти трещины могут распространяться при наложении последующих слоев сварного шва и даже приводить к растрескиванию металла по всей его толщине.

Нарушения формы шва. Нарушение формы — это отклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометрических параметров соединения от требуемых. Нарушения формы шва относятся к наружным дефектам сварных соединений.

Подрез зоны сплавления (рис. 28) представляет собой дефект в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом. Подрез может носить непрерывный или прерывистый характер. Образование этого дефекта обусловлено:

• применением электрода неоправданно большого диаметра;
• завышенными значениями скорости сварки, силы тока и напряжения сварочной дуги;
• чрезмерной длиной сварочной дуги, создающей избыточное давление на границе твердый металл — сварочная ванна;
• неправильными манипуляциями электрода в процессе сварки;
• выполнением сварки в пространственном положении, для которого не предназначены используемые электроды.

В конструкциях, работающих при вибрационных нагрузках, подрез существенно снижает прочность сварного соединения. Если подрез расположен перпендикулярно направлению главных напряжений, он приводит к резкой их концентрации.

При сварке угловых швов подрезы возникают на вертикальной стенке вследствие смещения электрода в ее сторону.

При газовой сварке подрезы образуются вследствие завышенной мощности сварочной горелки, а при электрошлаковой — вследствие плохого охлаждения ползунов и повышенной продолжительности их остановки в конечном положении.

Разные типы электродов обладают неодинаковой способностью к образованию подрезов. Например, при использовании электродов, предназначенных для сварки на токе обратной полярности, увеличивается вероятность возникновения подрезов по сравне

Рис. 28. Подрезы зоны сплавления в угловом (а) и стыковых одностороннем (б) и двухстороннем (в) сварных швах: 1 — подрезы

нию с применением электродов, предназначенных для сварки на токе прямой полярности. При этом для предупреждения образования подрезов в первом случае следует использовать специальные приемы, т. е. снижать скорость перемещения электрода вдоль свариваемых кромок и совершать им поперечные колебания, а во втором случае даже высококвалифицированные сварщики не всегда смогут предотвратить их появление.

Подрез относится к очень опасным дефектам, поэтому при его возникновении сварку данного соединения можно продолжать только приняв меры, исключающие появление таких дефектов. Подрезы, возникающие на поверхности сварных соединений, значительно снижают их прочность, и поэтому недопустимы.

Усадочная канавка представляет собой подрез со стороны корня одностороннего сварного шва, вызванный усадкой металла по границе сплавления. Усадка возрастает при чрезмерно большом скосе свариваемых кромок, когда увеличивается объем наплавленного металла.

Избыточная выпуклость стыкового и углового швов представляет собой дефект, возникающий при чрезмерном количестве присадочного металла, поступившего в шов, и вследствие нарушения режима сварки — занижения силы сварочного тока.

Избыточная выпуклость корня шва (рис. 29) представляет собой дефект в виде чрезмерного количества металла на обратной стороне стыкового соединения. Данный дефект, обычно образующийся вследствие неправильной формы детали или нарушения технологии сварки, может быть локальным или протяженным.

Неправильный профиль сварного шва (рис. 30) образуется при угле  между поверхностью основного металла и плоскостью, касательной к поверхности сварного шва, менее установленного значения. Данный дефект, проявляющийся как резкий переход от шва к основному металлу, образуется при нарушении режима сварки или небрежной работе сварщика.

Рис. 29. Избыточные выпуклости корня шва углового и стыкового сварных соединений: 1 — избыточные выпуклости

Рис. 30. Правильный (а) и неправильный (б) профили сварного шва

Наплыв представляет собой дефект в виде натекания металла сварного шва на поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним. Наплыв бывает местным в виде отдельных застывших капель, но может иметь и значительную протяженность вдоль шва.

Причинами возникновения наплыва являются:

• чрезмерно высокие значения силы сварочного тока и напряжения при длинной сварочной дуге;
• большая скорость сварки;
• неправильное положение электрода;
• большой угол наклона свариваемых деталей при сварке на подъем и спуск.

В кольцевых швах наплывы образуются при недостаточном или излишнем отклонении электрода от зенита.

Наплывы могут сопровождаться скрытыми непроварами кромок, поэтому их следует срубать, а места их расположения подваривать.

Смещение кромок представляет собой неправильное положение свариваемых кромок относительно друг друга. Кромки смещаются в процессе сварки при отклонении технологического процесса (порядка сборки деталей при подготовке под сварку, способа их крепления и метода контроля сборки) от оптимального.

Прожог сварного шва представляет собой дефект в виде сквозного отверстия в шве, образовавшегося в результате вытекания части металла сварочной ванны. Причинами прожога являются недостаточное притупление свариваемых кромок, чрезмерный зазор между ними, завышенные ток и мощность пламени сварочных горелок, заниженная скорость сварки и плохое поджатие флюсовой подушки.

Прожоги являются недопустимыми дефектами. Места их расположения следует тщательно зачистить и заварить вновь.

Неполное заполнение разделки кромок (рис. 31) представляет собой дефект в виде продольной непрерывной или прерывистой канавки на поверхности сварного шва, образовавшейся вследствие недостатка присадочного металла при сварке.

Рис. 31. Неполное заполнение разделки кромок однопроходного (а) и многопроходного (б) стыковых сварных швов

Чрезмерная асимметрия углового шва представляет собой дефект, возникающий вследствие существенного различия его катетов.

Неравномерная ширина шва представляет собой дефект в виде ее отклонения от установленного значения вдоль сварного шва. При ручной сварке данный дефект появляется вследствие неправильного ведения электрода, различного угла разделки по длине шва и неправильного режима сварки, а при автоматической — вследствие изменения скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки. Значительные изменения ширины шва могут привести к образованию непроваров.

Неровная поверхность шва представляет собой дефект, связанный с его чешуйчатостью, т. е. наличием на поверхности сварного шва выпуклостей и впадин. Причины образования данного дефекта следующие:

• повышенная сила сварочного тока;
• неправильное манипулирование электродом;
• чрезмерно высокое или низкое напряжение дуги;
• низкое качество используемых электродов;
• неправильный выбор типа электродов;
• выполнение сварки в пространственном положении не предназначенными для этого электродами;
• неправильная подготовка деталей под сварку;
• колебания напряжения питающей сети;
• проскальзывание сварочной проволоки в подающих роликах;
• непостоянная скорость сварки;
• неправильный выбор угла наклона электрода.

Вогнутость корня шва представляет собой дефект в виде углубления на поверхности обратной стороны одностороннего сварного шва, образовавшегося вследствие его усадки. Данный дефект возникает при отклонении параметров сварочного процесса от номинальных значений.

Кратеры. Кратер — это углубление в металле сварочной ванны, образующееся вследствие резкого обрыва дуги в конце сварки, вы

полняемой механизированным способом, или в конце участка, заваренного электродом при ручной сварке. Кратеры могут явиться очагами образования трещин. Кроме того, в месте расположения кратера шов имеет уменьшенное сечение. Следовательно, необходимо принимать меры по предупреждению появления кратеров. Прежде всего, следует использовать технологические выводные планки, а при их отсутствии в процессе ручной сварки кратер следует тщательно заварить, а сварочную дугу оборвать на уже заваренном участке шва. На основной металл кратер выводить не следует.

Прочие дефекты. К прочим относятся все дефекты сварки, которые нельзя включить в группы 1 … 5, приведенные в табл. 1.

Случайная дуга представляет собой дефект поверхности основного металла, образующийся вследствие возбуждения сварочной дуги при случайном контакте электрода с этой поверхностью и представляющий собой небольшие отбеленные точки, под поверхностью которых могут находиться трещины. Данный дефект следует исправить.

Брызги металла представляют собой дефект в виде затвердевших капель металла на поверхности сварного соединения.

Вольфрамовые брызги представляют собой частицы вольфрама, выброшенные из расплавленной зоны электрода на поверхность основного металла или затвердевшего металла сварного шва. Если частицы вольфрама остаются в металле шва, этот дефект называется вольфрамовыми включениями.