Сварочные работы. Практический справочник - Галина Серикова

8. Трещины (рис. 52), которые представляют собой наиболее опасные дефекты швов. Они могут быть продольными или поперечными и возникать как в наплавленном, так и в основном металле.

Рис. 52. Трещины: а – в наплавленном металле шва; б – в зоне термического влияния

Трещины образуются, когда в металле формируются напряжения в результате неравномерного нагревания и охлаждения, когда происходят усадка и изменения величины зерен металла и их расположения; когда сварка ведется при низкой температуре; когда соединяются в жестко зафиксированных изделиях или конструкциях конструкционные и легированные стали и пр. Трещины подлежат обязательному устранению: их вырубают и повторно заваривают.

К группе внутренних дефектов относятся следующие:

1. Трещины. Причины их появления и способы ликвидации такие же, что и при образовании и устранении наружных трещин.

2. Непровары корня шва и кромки (рис. 53). Это серьезный дефект, который выглядит как несплавление электродного металла с основным.

Рис. 53. Непровар: а – корня сварного шва; б – кромки

Помимо того, что в зоне непровара прочность шва резко ухудшается, здесь образуются очаги напряжения, снижающие сопротивляемость шва внешним нагрузкам при эксплуатации изделия или конструкции.

Причины непровара различны, среди них могут быть недостаточный ток, низкая мощность горелки, несоответствующий прогрев металла при ускоренном манипулировании электродом или горелкой, проникновение в шов шлака или пленки окислов, малый угол скоса кромок, некачественная подготовка кромок к сварке.

Как и в предыдущем случае, непровар аккуратно вырубают, после чего снова заваривают дефектный участок, предварительно выяснив причину непровара;

3. Поры, возникающие при поглощении жидким металлом газов, которые не успели полностью выделиться в процессе работы.

Другая причина порообразования – выкрашивание каплевидных включений металла и шлака, поскольку мельчайшие капли металла, покрытые пленкой окислов, попав в сварочную ванну, не сплавляются с металлом шва.

Наличие пор приводит к тому, что шов становится проницаемым и разрушается под воздействием газов и жидкостей. Поры подлежат вырубанию и повторному завариванию, а при газовой сварке – проковке.

4. Шлаковые включения, проникающие в металл при ведении сварки длинной дугой и окислительным пламенем. Как и поры, они негативно отражаются на сечении шва, снижая его прочность.

Контроль качества сварного шва

Чтобы обеспечить высокое качество и прочность сварных соединений, весь технологический процесс сварки необходимо тщательно отслеживать. Причем делать это нужно на всех этапах, включая:

– предварительный контроль, подразумевающий проверку сварочных материалов (флюсов, электродов, проволоки и пр.), оборудования, инструментов и др.;

– операционный контроль, во время которого определяются подготовленность изделий под сварку, ее соответствие стандартам и техническим условиям, качество присадок и состояние контрольно-измерительной аппаратуры, а также контролируются режимы сварки и соблюдение технологии наложения сварных швов;

– контроль уже готовых соединений, который осуществляется после завершения сварочных работ или термической обработки изделия.

Методы контроля выполненных соединений и швов бывают разрушающими и неразрушающими. Они указаны в ГОСТах и классифицируются на несколько видов:

1) внешний контроль, с помощью которого обнаруживаются наружные дефекты сварных швов (подрезы, трещины, неравномерность швов по высоте и ширине, поры, непровар корня шва и др.). Для этого прибегают к визуальному осмотру, который может проводить с применением лупы с десяти– или двадцатикратным увеличением (при этом можно заметить волосяные трещины и мельчайшие поры) или без нее. Для проверки размеров сварных швов используют шаблоны и универсальный измерительный инструмент;

2) металлографические исследования, для проведения которых в шве и основном металле просверливают отверстие, которое в течение 1–3 минут обрабатывают 10 %-ным раствором двойной соли хлорной меди и аммония. После удаления осадка меди поверхность осматривают на предмет наличия внутренних дефектов и определяют качество провара. Для особо ответственных сварных конструкций предназначена проверка микро– и макрошлифов, вырезанных из сварного соединения. На основании полученных результатов делается вывод о правильности примененного режима сварки;

3) химический анализ, целью которого является установление состава основного и наплавленного металла и его соответствия техническим условиям;

4) механические испытания, которые проводятся на образцах, специально изготовленных или вырезанных из соединения, и должны определить предел прочности на растяжение (образец тестируют с помощью разрывной машины), ударную вязкость (образец со специально проделанным надрезом разрушают путем нанесения ударов: чем больше будет работа, потребовавшаяся для этого, тем данный параметр выше) и угол загиба (образец помещают на две опоры и изгибают под прессом, по углу возникшей трещины судят о пластичности металла: наилучшим считается шов, угол загиба которого составляет 180°);

5) рентгенодефектоскопия, в основе которой лежит явление поглощения веществами рентгеновских лучей. Их направляют на шов, подложив под него фотопленку. Дефектные участки обнаруживают по способности пропускать лучи с меньшим поглощением, чем основной металл. На проявленной пленке контуры дефектов отчетливо видны;

6) гамма-дефектоскопия, основанная на принципе различного поглощения гамма-лучей разными веществами. В результате анализа получают теневой снимок сварного шва;

7) магнитографический контроль, основанный на исследовании магнитных полей рассеяния на намагниченном изделии. Разработаны разные методы контроля, например магнитно-порошковый, индукционный, магнитографический и пр. Первый из них наиболее простой и заключается в том, что намагниченное изделие покрывают магнитным порошком или специальной суспензией. По качественно выполненному шву состав распределяется равномерно, а при наличии дефектов он скапливается по краям пор, трещин и т. д.;

8) ультразвуковые исследования, при проведении которых ультразвуковые колебания проникают вглубь металла и отражаются от дефектных участков, например от неметаллических включений. Особый прибор, применяемый для анализа такого рода, называется дефектоскопом;

9) проверка на герметичность, осуществляемая разными методами и подразделяющаяся на испытания:

– керосином. Им покрывают внутреннюю поверхность емкости, рассчитанной на работу без повышенного давления. Затем сварные швы смачивают водным раствором мела. Если в них имеются поры, трещины и другие сквозные дефекты, то керосин, просочившись сквозь них, обозначит эти места выступившими пятнами;

– сжатым воздухом. Его нагнетают в емкость, предварительно смочив швы мыльной эмульсией. Появившиеся на поверхности пузыри укажут местонахождение дефекта. Изделие небольшого размера просто погружают в ванну с водой и определяют наличие дефекта по пузырькам воздуха, поднимающимся к поверхности;

– вакуум-аппаратом. Он применяется для контроля сварных швов с односторонним доступом, когда описанные выше методы невозможно осуществить. Изделие со швом, смазанным мыльной эмульсией, помещают в камеру со стеклянным окошком и откачивают из нее воздух. При наличии дефекта появятся мыльные пузыри, которые обозначат его расположение;

– аммиаком. Для этого емкость заворачивают в бумагу, обработанную 5 %-ным водным раствором азотнокислой ртути, после чего внутрь под соответствующим техусловиям давлением нагнетают воздух и вводят аммиак (1 % от объема воздуха). Он, проникнув сквозь имеющиеся дефекты и вступив в реакцию с азотнокислой ртутью, проявится на бумаге черными пятнами;

– водой. Гидравлическими исследованиями проверяют плотность и прочность сварных швов на различных изделиях (резервуарах, трубопроводах и др.), функционирующих под давлением. Для проверки емкость заполняют водой и с помощью гидравлического пресса повышают давление (оно должно превосходить рабочее примерно в 1,5 раза). Через определенный промежуток времени, который указан в техусловиях, давление снижают, сварной шов обстукивают (за исключением вертикальных цилиндрических резервуаров), отступив от него на 20 мм, и отслеживают появление запотевания или протечек.

Ручная дуговая сварка

Сварочная дуга

Продолжительный электрический разряд, который наблюдается при атмосферном давлении в газовой среде между двумя электродами, называется сварочной дугой. Если она образуется между электродами, роль одного из которых играет металлический или угольный стержень (электрод), а другого – свариваемый металл, тогда такая дуга называется дугой прямого действия. В том случае, если два электрода находятся под некоторым углом относительно друг друга, она называется дугой косвенного действия. Первая применяется в большинстве наиболее распространенных видов сварки, а вторая, будучи менее удобной, – при некоторых специальных видах сварки, например при атомно-водородной. При сочетании обоих видов дуги образуется комбинированная дуга.