Визуальный первичный контроль качества сварных швов

№92-1,

технические науки

В данной статье пойдет речь о физической сущности образования сварного шва и о визуальном контроле качества сварных соединений. Рассмотрены дефекты сварных швов, выявляемые визуальным первичным осмотром, описаны причины возникновения этих дефектов.

Похожие материалы

Сварка представляет собой процесс создания неразъемных соединений металлических и неметаллических материалов, основанный на установлении сил межатомного (межмолекулярного) сцепления между соединяемыми поверхностями при сильном местном разогреве кромок металла (полимера) вплоть до расплавления (сварка плавлением) или за счет пластической деформации с применением механического усилия (сварка давлением). Процесс сварки прочно вошел во все отрасли человеческой деятельности: машиностроение, строительство, электроника, кораблестроение и т.п. Сейчас невозможно себе представить современную промышленность без использования сварочных технологий. Более чем за вековую историю существования сварки инженерами разработаны самые разнообразные способы сварки металлов и пластмасс. К самым распространенным видам сварки можно отнести: термитную, лазерную, электрошлаковую, электрическую дуговую, электро-контактную, ультразвуковую, диффузионную, трением, взрывом, индукционную и т.д. Однако, при всем разнообразии способов сварки и при всех их технологических различиях сущность этих процессов идентична. Чтобы осуществить процесс соединения деталей с помощью сварки необходимо поверхностный слой одной детали приблизить к поверхностному слою другой детали на расстояние, при котором атомы поверхностных слоев начнут притягиваться друг к другу, т.е. будут созданы условия для возникновения единого энергетического взаимодействия. Поверхностные атомы двух деталей начнут взаимодействовать друг с другом, если расстояние между ними будет составлять 4*10-8 см. Такое расстояние сопоставимо с периодом кристаллической решетки большинства металлов. Чтобы сблизить поверхности свариваемых деталей на такие расстояния, кромки металла необходимо либо расплавлять, либо сдавливать вплоть до возникновения пластической деформации. Причем при сварке давлением при комнатной температуре сильное механическое усилие, оказываемое на область свариваемых деталей приводит к выдавливанию окисных пленок из зоны сварки и сближению поверхностей на необходимое расстояние. Механическим способом (шлифованием, полированием, хонингованием) подготовить поверхность для сварки пока не представляется возможным. Даже если две металлические пластины отполировать до зеркального блеска и соединить их поверхности, то сварки не произойдет. Расстояние между пограничными слоями пластин будет больше требуемого расстояния в 400 раз.

Сварка достаточно сложный и разнообразный технологический процесс, в результате которого образуется сварной шов. Сварной шов представляет собой, затвердевший после сварки слой металла (полимера), соединяющий сваренные детали. Преимущества сварки перед некоторыми другими технологиями изготовления изделий очевидны. Например, по сравнению с клёпанными и литыми изделиями, сварные конструкции менее металлоемки, а технология создания таких изделий менее трудоемка. Помимо первого преимущества сварные изделия имеют меньшую стоимость в отличие от других, выигрыш в весе сварных изделий может составлять до 50% по сравнению с изделиями, полученными методом литья, сварочный процесс можно полностью механизировать и автоматизировать. Самым важным достоинством сварных швов является тот факт, что прочность сварного шва приблизительно равна прочности свариваемого металла. Однако, несмотря на все достоинства сварных соединений, есть и недостатки. Об одном из них пойдет речь в данной статье. Даже самая тщательная разработка и подготовка технологии сварки не гарантирует производство от появления дефектов в сварных швах. К дефектам швов можно отнести некоторые отклонения продукции от нормативных требований. Многие дефекты сварных швов оказывают немалое влияние на надежность изделий и сооружений. Это влияние зависит не только от вида самого дефекта, но и от размеров дефекта, места расположения, свойств материала изделия и условий эксплуатации. Недопустимыми дефектами сварного шва являются трещины, поры, подрезы, незаваренные кратеры.

Проблема контроля качества выполненного сварного шва заключается в том, что в структуре сварного шва присутствуют не только поверхностные дефекты, но и скрытые от глаза человека дефекты в теле шва. Поверхностные дефекты обнаружить проще, чем скрытые, так как для этого не требуется специальное оборудование. По этой причине 100% всех сварных швов подвергаются визуальному осмотру. При визуальном осмотре используются увеличительные стекла, эндоскопы, для визуального контроля качества шва, находящегося в местах недоступном для осмотра невооруженным глазом, шаблоны, нутромеры, линейки, универсальные измерители. Какие же дефекты сварного шва можно выявить визуальным осмотром? Рассмотрим дефекты сварных швов, выявляемые визуальным осмотром и возможные причины их возникновения при электродуговой ручной сварке:

  1. Смещение кромок сваренных деталей (Рис.1а). Данный вид дефекта возникает при неточной сборке сварщиком, соединяемых деталей.
Дефекты сварных швов, выявляемые визуальным осмотром
Рисунок 1. Дефекты сварных швов, выявляемые визуальным осмотром
  1. Перекос (Рис.1б). Перекос сваренных деталей возникает в результате коробления поверхности деталей и наиболее часто встречается у изделий из тонколистовых материалов.
  2. Ослабление шва (Рис.1в). Данный вид дефекта возникает при небрежной подготовке кромок, свариваемых деталей, неправильно выбранном режиме сварки и (или) при использовании электродов низкого качества.
  3. Чрезмерно усиленный шов (Рис.1г). Дефект возникает при малой скорости перемещения электрода сварщиком или при неверном выборе диаметра электрода.
  4. Шов с различной по длине шириной или высотой (Рис.1д). Этот дефект возникает при неравномерном движении электрода при сварке. Второй причиной данного дефекта может стать нетвердая рука сварщика. Дрожь руки сварщика приводи к постоянному изменению длины дуги, а длина дуги влияет на скорость плавления электрода.
  5. Подрез (Рис.1е). Подрез представляет собой утонение основного металла в месте перехода к наплавленному металлу шва. Возникает подрез если сварщик применяет повышенное значение силы тока или при неумении сварщика манипулировать электродом.
  6. Проплав (Рис.1ж). Проплав — это сквозное проплавление свариваемого соединения с образованием подтеков и свищей. Такой дефект может возникнуть при малой толщине свариваемых деталей или если при сборке деталей между ними образовался большой зазор.
  7. Непровар (Рис.1з). Непровар — это дефект, проявляющийся в несплавлении основного металла с наплавленным и не заполнение металлом расчетного сечения шва. Непровар возникает во-первых: если на свариваемых деталях был сделан малый угол скоса кромок, во –вторых: если была установлена малая величина зазора между кромками, в-третьих, присутствие загрязнений на свариваемых кромках в виде окислов металлов или грунтового загрязнения, а также причиной непровара может стать малая сила сварочного тока.
  8. Трещины (продольные и поперечные) (Рис.1и). Трещины возникают при жестком закреплении свариваемых деталей; в результате возникновения структурных напряжений в металле при неравномерном охлаждении; при сварке деталей при температуре окружающего воздуха ниже 0℃; при сосредоточении нескольких сварных швов на небольшом участке свариваемого изделия.
  9. Кратеры (Рис.1к). Кратеры представляют собой углубления сферической формы в теле сварного шва. Кратеры обычно возникают при обрыве дуги при электродуговой сварке.
  10. Наплывы. Наплывы возникают при слишком быстром наплавлении электрода и натекание жидкого металла на недостаточно нагретую поверхность основного металла изделия.

Список литературы

  1. Гуляев А.П. Металловедение. — М.: Металлургия, 1986. — 542 с.: ил.
  2. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов: Учебник для вузов. — М.: Металлургия. 1979. — 495 с.
  3. Конструкционные материалы / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1990. — 687 с.
  4. Пучков П.В., Киселев В.В., Топоров А.В. Разрушение строительных металлоконструкций в условиях пожара.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2010. - №3. – С. 29–32.