Під дефектом розуміють кожну окрему невідповідність продукції встановленим вимогам.

Дефекти в зварних з'єднаннях за походженням можна розділити на:

1. металургійні;

2. технологічні.

Металургійні дефекти виникають при виготовленні виливок і подальшій їх обробці.

До технологічних дефектів відносять дефекти, отримані при механічній і термічній обробці матеріалів, а також формоутворенні зварюваних елементів методами обробки тиском.

До технологічних дефектів відносяться також і зварювальні дефекти, які класифікують на дефекти підготовки, збирання і самого процесу зварювання.

Дефекти в зварних з'єднаннях можна розділити на три групи:

– несуцільності зварного шва або зварних точок (на їх частку припадає приблизно 50% всіх дефектів);

– спотворення форми і відхилення геометричних розмірів зварного шва або зварних точок (приблизно 25% всіх дефектів);

– невідповідності хімічного складу і структури металу зварного шва або зони термічного впливу.

Дефекти зварювання класифікують по місцю розташування на поверхневі, внутрішні і наскрізні.

До поверхневих дефектів відносять:

а) непровари в корені шва;

б) підрізи;

в) напливи;

г) кратери;

д) заниження (ослаблення) лицьової поверхні шва;

е) угнутість кореня шва;

ж) зсув зварених кромок;

з) різкий перехід від шва до основного металу (неправильне сполучення зварного шва);

и) бризки металу;

к) поверхневе окислення;

л) поверхневі тріщини.

До внутрішніх дефектів відносять:

а) пори;

б) шлакові включення;

в) оксидні плівки;

г) внутрішні тріщини;

д) непровари по кромці з основним металом і між окремими шарами;

е) свищі.

До наскрізних дефектів відносять тріщини і пропали.

Крім дефектів-несуцільностей до зварних дефектів відносять: спотворення форми з'єднання, пов'язане з деформацією, і невідповідність геометричних розмірів зварного шва або точок, регламентованим значенням, встановленим НТД (нормативно-технічною документацією).

Типові дефекти зварних з’єднань

Загальні відомості про зварні дефекти приведені в таблиці.

- в корені шва;

- між окремими шарами;

- по кромці з основним металом;

 

Дефекти	Визначення дефекту (ГОСТ 2601-84)	Причини утворення дефектів	Особливості дефекту і способи виправлення і виключення його утворення
Непровари
Дефект у вигляді місцевого несплаву внаслідок неповного розплавлення зварюваних кромок або поверхонь раніше виконаних валиків	- мала погонна енергія; - незадовільна підготовка поверхонь; - неправильна форма оброблення; - велика величина притуплення; - малі зазори; - зсув електроду; - неякісна зачистка шва після виконання проходу	Найхарактерніший при алюмінієвих сплавах і під флюсом; Є концентратором напружень. Важко виявляються в кільцевих швах. Виправлення—підварювання з видаленням кореневої частини.
Пропали - одиночні; - протяжні; - дискретні	Дефект у вигляді наскрізного отвору, що утворився в результаті витікання зварювальної ванни	- велика погонна енергія; - збільшений зазор; - мала величина притуплення; - великий зсув кромок; - викривлення кромок і відставання їх від підкладки при зварюванні	Характерні при зварюванні тонкостінних елементів, а також першого (кореневого) шва при багатошаровому зварюванні. Як правило, брак, якщо можливо, виконують підварюванням.
Кратери	Дефекти у вигляді воронкоподібного заглиблення, що утворилося в результаті раптового припинення зварювання або швидкого відключення зварювального струму.	- порушення техніки зварювання	Послаблення січення. Супроводиться усадкою і тріщинами усадкового походження. Концентратор напружень. Виправлення – видалення дефектної ділянки і заварювання. При автоматичному зварюванні використовують технологічні планки для вивода кратера або плавне відключення струму.
Напливи на зварному з'єднанні
Дефект у вигляді натікання рідкого металу на поверхню основного або раніше виконаного валка і несплавлення з ним.	- великий струм; - велика швидкість зварювання; - довга дуга (підвищена напруга); - зсув електроду; - велика швидкість подачі присадного дроту; - нахил електроду (неправильне ведення)	Виникає з лицьової сторони з'єднання або зворотної сторони через неякісне підтискання до підкладки і, як правило, при зварюванні в горизонтальному і вертикальному положенні, а також на спуск і на підйом. Концентратор напружень. Виправлення – зашліфовування.
Підрізи зони сплавлення: -односторонній; - двосторонній	Дефекти у вигляді протяжного заглиблення вздовж лінії сплаву основного металу і шва	- великий струм; - велика швидкість; - довга дуга; - нахил електроду (неправильне ведення)	Як правило, виникає при зварюванні концентрованими джерелами в режимі глибокого проплавлення, а також при зварюванні кутових швів. Концентратор напружень. Послаблення січення. Виправлення – загладжування дугою при неглибоких підрізах і підварювання при глибоких.
Неплавне спряження зварного шва	Дефект у вигляді різкого переходу поверхні зварного шва до основного металу	- недотримання техніки зварювання; - велика швидкість подачі присадного дроту	Концентратор напружень. Виникає в кутових швах. Виправлення – зашліфовування або обтискання роликами.
Бризки металу	Дефект у вигляді затверділих крапель рідини металу на поверхні зварного з'єднання.	- недотримання техніки зварювання; - довга дуга	Виникає при зварюванні товстими електродами, в середовищі СО2 або електронно-променевому зварюванні з глибоким проплавленням. Виправлення – видалення.
Вгнутість кореня шва	Дефект у вигляді заглиблення на зворотній поверхні зварного односторон-нього шва.	- великі зазори; - мале притуплення	Виникають в стикових і кутових швах. Послаблення січення шва. Виправлення – підварювання.
Заниження шва	Дефект у вигляді провисання зварного шва.	- великий зазор; - великий кут оброблення кромок; - недотримання техніки зварювання	Виникає при зварюванні алюмінієвих сплавів. Виправлення – підварювання з використанням присадного дроту.
Зміщення зварених кромок	Дефект у вигляді неспівпадання зварених кромок по висоті через неякісне збирання зварного з’єднання.	- порушення технології збирання	Виникає, як правило, при зварюванні стикових тонкостінних елементів. Концентратор напружень. Виправлення – підварювання.
Свищ зварного шва	Дефект у вигляді не наскрізного заглиблення в зварному шві.	- неякісний основний метал; - порушення захисту	Супроводжує пори і тріщини, що виходять на поверхню. Найбільш часто виникають при зварюванні в СО2. Виправлення – підварювання з роздільною обробкою.
Поверхневе окислення зварного з'єднання	Дефект у вигляді окисної плівки з різними кольорами побіжності на поверхні зварного з'єднання.	- мала витрата захисного газу; - наявність домішок в захисному газі; - забруднення поверхні сопла; - неправильно підібраний діаметр сопла і відстань його від поверхні металу; - відсутність додаткових захисних козирків; - порушення техніки зварювання	Виникає при зварюванні активних металів. Виправлення – зачистка поверхні.
Тріщини: - поверхневі; - внутрішні; - наскрізні; - поздовжні; - поперечні; - розгалужені.	Дефект у вигляді розриву в зварному шві по лінії сплаву або в навколошовной зоні	- жорстка конструкція виробу; - зварювання в жорстко закріплених пристосуваннях; - великий час між зварюванням і термообробкою; - велика швидкість охолоджування; - помилка в проектуванні зварного шва (близько розташовані концентратори); - порушення технології (температура підігріву, порядок накладення швів); - порушення захисту; - неякісний основний метал	Найнебезпечніший і недопустимий дефект, як правило брак. Виправлення – підварювання з попередньою обробкою або засвердлювання кінців тріщини.
Пори зварного шва: - одиночні; - розсіяні; - локальне зосередження; - ланцюжок.	Дефект зварного шва у вигляді порожнини округлої або подовгастої форми заповненої газом.	- вологий флюс; - електроди, що набрали вологи; - неякісна підготовка зварюваних кромок і поверхні зварювального дроту; - збільшений діаметр електроду; - довга дуга; - збільшена швидкість зварювання; - неякісний захист; - неякісний основний метал	Як правило, виникає при зварюванні алюмінієвих і титанових сплавів, в глибоких стикових швах, при утрудненій дегазації. Послаблення січення. Зниження герметичності. Виправлення – одиничні пори залишають, у решті випадків – підварювання.
Включення: - шлакові; - оксидні; - вольфрамові; - нітридні.	Дефекти у вигляді неметалічних частинок або чужорідного металу в металі шва.	- неякісна підготовка поверхні; - неякісний основний метал; - порушення технології зварювання; - порушення захисту.	Мають сферичну або подовгасту форму, а також у вигляді прошарків. Концентратори напружень. Виправлення – підварювання з наступною механічною обробкою.

Ступінь впливу дефектів на роботоздатність зварних з’єднань і конструкцій залежить від властивостей з’єднуваних і присадкових матеріалів, способів зварювання і виду зварних з’єднань, кількості і розміщення дефектів в з’єднаннях, умов експлуатації, характеру діючих навантажень і інших факторів.

Дефекти спотворюють внутрішню і зовнішню геометрію шва. Тому їх необхідно враховувати при оцінці механічних властивостей зварного з’єднання, мікроструктури металу шва і навколо шовної зони, внутрішніх напружень, характеру зовнішніх умов.

Основним критерієм при оцінці допустимих дефектів є напруження в зварному з’єднанні. Якщо крихке руйнування при статичних напруженнях не відбувається, то дефекти, які послаблюють поперечне січення до 10%, не впливають на несучу здатність зварної конструкції. Це встановлено, зокрема, для швів з порами і шлаковими включеннями. Подібне явище має місце при інших дефектах, включаючи тріщини для в’язких матеріалів. Однак послаблення поперечного січення більш ніж на 3% вже є ознакою низької якості.

При оцінці впливу дефекту зварного шва розглядаються характерні впливи надрізу в трьох областях зварного з’єднання.

1. Перехід між швом і металом. Недопустимими в цій області є підрізи, крутий кут між основним металом і підсиленням шва, накопичення незначних дефектів в вершині шва (в поверхневій зоні).

2. Корінь шва. Вплив надрізу може бути значним в випадку односторонніх зварних стикових з’єднань і незначним, якщо вони виконані на підкладці. В випадку кутових швів, несу цільності в корені значно знижують втомну міцність.

3. Поверхня підсилення швів. Тут особливо небезпечним при напруженнях, що діють вздовж шва, є з’єднувальні точки в місцях переривань, викликаних зміною електродів або зварного дроту.

При здачі конструкції в експлуатацію перш за все оцінюють допустимість зовнішніх дефектів. Значення допустимих зовнішніх дефектів, як правило вказані в технічних умовах на виготовлення конструкції і залежать від умов її експлуатації.

Встановлено, що підсилення шва не знижує статичної міцності, але сильно впливає на вібраційну міцність. Чим більше підсилення шва і, відповідно, менший кут переходу від основного металу до наплавленого, тим сильніше воно понижує границю витривалості. Таким чином, наявність значного підсилення шва може звести на нуль всі переваги, одержані від оптимізації технологічного процесу по покращенню якості зварних з’єднань, що працюють при вібраційних, динамічних і повторно-статичних навантажень.

Небезпечним зовнішнім дефектом є підріз. Він не допускається в конструкціях, що працюють на витривалість. Підрізи з малою протяжністю, що послаблюють січення шва не більше ніж на 5% в конструкціях, що працюють під дією статичних навантажень, можна вважати допустимими.

Напливи, різко змінюючи обриси швів, утворюють концентратори напружень і тим самим знижують витривалість конструкцій. Напливи, що мають велику протяжність, слід вважати недопустимими дефектами, так як вони, крім того, що викликають концентрацію напружень, часто супроводжуються непроварами. Невеликі місцеві напливи, викликані випадковими відхиленнями режимів зварювання від нормальних, можна вважати допустимими дефектами.

Кратери, як і пропали, у всіх випадках є недопустимими дефектами і підлягають виправленню.

Для кінцевої оцінки якості зварного з’єднання контролер повинен знати допустимість внутрішніх дефектів, яку встановлюють на основі діагностики. Результати численних випробувань показують, що для пластичних матеріалів при статичному навантаженні вплив величини не провару на зменшення їх міцності прямо пропорційний відносній глибині непровару або його площі. Для мало пластичних і високоміцних матеріалів при статичному, а також при динамічному або вібраційному навантаженні пропорційність між втратою роботоздатності і величиною дефекту порушується.

Встановлено, що пори і шлакові включення при їх відносній сумарній площі в січенні шва до 5 – 10% практично мало впливають на статичну міцність з’єднань. Якщо шви мають значне підсилення, то пори і шлакові включення сумарною площею (розміром) 10 – 15% від січення шва мало впливають на статичну міцність. Для ряду конструкцій (закладні деталі, стики арматури) в залежності від місця розміщення таких дефектів їх допустима величина може складати 10 – 25 від січення шва.

Такі дефекти, як тріщини, окисні плівки, не сплавлення, є недопустимими.

В таблиці 1 приведені результати аналізу причин втомного руйнування зварних конструкцій за даними Міжнародного інституту зварювання (МІЗ).

Таблиця 1 – Причини втомного руйнування зварних конструкцій

Причини руйнування зварних конструкцій

Кількість випадків руйнування, %

Нераціональність спроектованих конструкцій, в тому числі: - неправильне конструювання - введення зварних вузлів в ділянки підвищених напружень Наявність дефектів в зварних з’єднаннях, в тому числі: - дефекти в швах або високі залишкові напруження - дефекти формування швів Підвищення напруження при експлуатації, перевантаження Порушення технології зварювання сталей, що погано зварюються Вплив корозії Неправильна підготовка перед зварюванням Неправильне застосування суміжних процесів

28,8   22,5 6,3 21,3   12,5 8,8 20,0   18,7 5,0 3,7 2,5

Література:

1. Контроль качества сварных соединений. // Метод. рекомендации для специалистов-сварщиков.// Троицкий В.А. – К.: ИЭС им.Е.О.Патона, 1993. – 128с.

2. Краткое пособие по контролю качества сварных соединений: Метод. рекомендации для специалистов-дефектоскопистов / Троицкий В.А. – К.: ИЭС им. Е.О.Патона, 1997. – 224с.

3. Конспект лекций по курсу «Контроль качества сварных соединений». С.А.Федоров. – М.: «МАТИ»-Российский Государственный Технологический Университет им. К.Э. Циолковского, 2000. – 56с.