Контроль качества сварки: 10 частых дефектов и методы их обнаружения

Контроль качества сварки

Для обеспечения удовлетворительной работы сварного конструкции качество швов должно определяться адекватными процедурами испытаний. Поэтому они испытываются в условиях, идентичных или более строгих, чем те, что встречают сварные конструкции в эксплуатации.

На этой странице советы визуального контроля. Следующие страницы — методы контроля для МПС (GMAW) и физические испытания сварки.

Тесты выявляют слабые или дефектные участки, которые можно исправить до выпуска материала в эксплуатацию. Тесты также определяют правильный сварочный дизайн для артиллерийского оборудования и предотвращают травмы и неудобства для персонала.

Неразрушающий контроль (НК/NDT) — подход к испытаниям, оценивающий шов без повреждения. Экономит время и деньги: дистанционный визуальный осмотр (RVI), рентген, ультразвук, капиллярный контроль.

В большинстве швов качество оценивается по функции. Если чините деталь машины, и машина работает — шов часто считается правильным. Несколько способов определить правильность шва:

• Распределение: Сварочный материал равномерно распределен между двумя соединяемыми материалами.
• Отходы: Шов свободен от отходов (шлак). Шлак после остывания должен отслаиваться. Легко удаляется. При МПС остатки защитного газа тоже легко удаляются. WIG (TIG) — чистейший процесс, тоже без отходов. При WIG отходы обычно означают, что металл не тщательно очищен.
• Пористость: Поверхность шва не должна иметь неправильностей или пористых отверстий (пористость). Отверстия ослабляют. Если есть отверстия — базовый металл был грязным или имел оксидное покрытие. При МПС/WIG пористость указывает на нехватку защитного газа. Пористость в алюминиевых швах — ключевой индикатор недостатка газа.
• Герметичность стыка (Tightness): Если стык не тугой — проблема сварки. При ацетиленовой сварке с автогенным методом (без наполнителя) шов должен быть тугим. То же для WIG автогенного. Зазор менее критичен в других типах — наполнитель заполняет зазоры. Но зазоры в целом указывают на потенциальную проблему качества.
• Герметичность (Leak-Proof): Ремонт емкости с жидкостью — утечка = очевидная проблема. То же для газа. Метод: мыльные пузыри для проверки (легко наносятся из флакона).
• Прочность (Strength): Большинство швов должны демонстрировать требуемую прочность. Один способ — начать с наполнительного металла и электрода с рейтингом выше требуемой прочности.

Другие визуальные проверки: до сварки (корневая кромка, зазор, угол фаски, стыковка), во время (скорость расхода электрода, поток металла, звук дуги, свет), после (подрез, несплавление корня, точечные отверстия, излишние брызги, размеры шва).

Визуальный контроль (VT)

Визуальный контроль — неразрушающий метод (НК) контроля качества сварки, где шов осматривается глазом для определения поверхностных разрывов. Самый распространенный метод.

Преимущества неразрушающего контроля качества сварки:

• Низкая стоимость (обычно только труд)
• Дешевое оборудование
• Не требует питания
• Быстрая идентификация дефектов и снижение затрат на последующий ремонт из-за проблем, не пойманных рано

Недостатки:

• Необходимо обучение инспектора
• Требуется зрение 20/40 (с коррекцией)
• Может пропустить внутренние дефекты
• Отчет должен фиксировать инспектор
• Чувствителен к человеческой ошибке

Этапы визуального контроля качества сварки

Разработайте и отработайте процедуры для последовательного применения подхода

1. Осмотр материалов перед сваркой
2. Контроль качества во время сварки
3. Осмотр после завершения шва
4. Отметка проблем и ремонт шва

Визуальный контроль во время сварки

• Проверка электродов на размер, тип и хранение (низководородные электроды в стабилизирующей печи)
• Наблюдение за корневым проходом на предмет склонности к трещинам
• Осмотр каждого прохода. Поиск подреза и требуемого контура. Обеспечение чистки шва между проходами.
• Проверка кратеров, требующих заполнения
• Проверка последовательности и размера шва. Калибры для проверки размера.

Осмотр после сварки

• Проверка шва по кодам и стандартам
• Проверка размера калибрами и чертежами
• Проверка финиша и контура
• Проверка трещин по стандартам
• Поиск накладок (overlap)
• Проверка подреза (undercut)
• Оценка допустимого уровня брызг

10 частых дефектов сварки, которые нужно знать

Что такое дефекты сварки?

Дефекты сварки — неправильности в сварочном металле из-за неправильного процесса или неверных режимов. Дефект может отличаться от желаемой формы шва, размера и качества.

Дефекты могут быть внешними или внутренними. Некоторые допускаются, если в пределах пределов, но трещины — никогда не принимаются.

Инженерия всегда признавала существование несовершенств и работала с допусками. Допуск — степень принятия несовершенства. Любой допуск должен определяться для конкретного применения, процесса, материала.

Несовершенства — любые отличия от проекта конструкции. Неизбежны в инженерии, но не все неприемлемы.

Что такое разрывы непрерывности сварки (weld discontinuities)?

Разрыв непрерывности — прерывание типичной физической структуры материала, резко меняющее его свойства. Простое изменение свойств не характеризует разрыв. Только разрывы, превышающие предел допуска, считаются дефектами сварки.

Таким образом, шов с определенной трещиной может быть принят или отклонен для разных применений.

Типы дефектов сварки

Теперь, зная как выявлять дефекты, научимся идентифицировать тип. У каждого свои характеристики и подход к ремонту.

• Несплавление (Lack Of Fusion / Incomplete Fusion)
• Подрез (Undercut)
• Шлаковые включения (Slag Inclusions)
• Брызги (Spatter)
• Трещины (Cracks)
• Пористость (Porosity)
• Накладка (Overlap)
• Искривление (Warpage)
• Прогар (Burn Through)

1. Непроплавление корня (Lack of Penetration / Incomplete Penetration)

Корень шва не достигает корня стыка для сварки противоположной поверхности. Для устранения: увеличить ток, снизить скорость сварки, изменить геометрию стыка.

Причины:

• Слишком большой зазор между свариваемыми металлами.
• Слишком быстрый ход ванны — недостаточно металла в стык.
• Слишком низкий ток — ток недостаточен для плавления.
• Большой диаметр электрода.
• Невыравнивание.
• Неправильный стык.

Способы устранения:

• Правильная геометрия стыка.
• Подходящий диаметр электрода.
• Снижение скорости дуги.
• Правильный сварочный ток.
• Проверка выравнивания.

2. Несплавление (Lack of Fusion / Incomplete Fusion)

Локальное отсутствие сплавления на краю стыка или лице предыдущего прогона. Устранение: увеличить ток, снизить скорость, изменить геометрию стыка или избежать магнитного дутья.

Причины:

• Низкая тепловая мощность.
• Загрязнение поверхности.
• Неправильный угол электрода.
• Неправильный диаметр электрода для толщины материала.
• Слишком высокая скорость подачи.
• Ванна слишком велика и опережает дугу.

Способы устранения:

• Достаточно высокий ток с соответствующим напряжением дуги.
• Очистка металла перед сваркой.
• Избегание затопления дуги ванной.
• Правильный диаметр и угол электрода.
• Снижение скорости отсаживания.

3. Подрез (Undercut)

Впадина, как щель, у ноги шва. Устранение: снизить ток или скорость сварки.

Этот дефект — канавка у ноги шва, уменьшающая поперечное сечение базового металла. Результат — ослабленный шов и заготовка.

Причины:

• Слишком высокий сварочный ток.
• Слишком высокая скорость сварки.
• Неправильный угол — больше тепла на свободные края.
• Слишком крупный электрод.
• Неправильное использование защитного газа.
• Неправильный наполнительный металл.
• Плохая сварочная техника.

Способы устранения:

• Правильный угол электрода.
• Уменьшение длины дуги.
• Снижение скорости движения электрода, но не слишком сильно.
• Защитный газ с правильным составом для материала.
• Правильный угол электрода, больше тепла на толстые компоненты.
• Правильный ток, снижение при подходе к тонким зонам и свободным краям.
• Правильная техника без излишнего качания.
• Многопроходная техника

4. Шлаковые включения (Slag Inclusion)

Удержание твердых материалов (металлических или нет) внутри сварочного металла. Причины: недостаточная очистка поверхности шва между прогонами. Возникает и в однопроходных швах, когда шлак застревает в корне и ногах шва.

Шлаковые включения — обычно легко видимые дефекты. Шлак — стекловидный материал, побочный продукт стержневой сварки, флюс-кордовой и подфлюсовой дуговой сварки. Возникает, когда флюс (твердое защитное материалы) плавится в шве или на поверхности зоны сварки.

Причины:

• Неправильная очистка.
• Слишком высокая скорость сварки.
• Не очистка прохода перед новым.
• Неправильный угол сварки.
• Ванна остывает слишком быстро.
• Слишком низкий сварочный ток.

Способы устранения:

• Повышение плотности тока.
• Снижение скорости остывания.
• Корректировка угла электрода.
• Удаление шлака предыдущего прогона.
• Корректировка скорости сварки.

5. Брызги (Spatter)

Брызги — выброс расплавленных частиц из ванны шва. Устранение: снизить ток, контролировать нестабильность переноса металла.

Брызги — когда малые частицы шва прилипают к окружающей поверхности. Особенно часто при МПС (GMAW). Полностью устранить нельзя, но можно минимизировать.

Причины:

• Слишком высокий ток.
• Слишком низкое напряжение.
• Слишком крутой рабочий угол электрода.
• Загрязненная поверхность.
• Слишком длинная дуга.
• Неправильная полярность.
• Неравномерная подача проволоки.

Способы устранения:

• Очистка поверхностей перед сваркой.
• Уменьшение длины дуги.
• Корректировка сварочного тока.
• Увеличение угла электрода.
• Правильная полярность.
• Проверка отсутствия проблем с подачей.

6. Сварочная трещина (Weld Crack)

Среди разрывов металлургического происхождения — трещины, появляющиеся в зоне, подвергшейся влиянию сварки (Зона плавления или ЗТВ) из-за факторов: сокращения затвердевающего металла и роста зерен. Классификация: холодные трещины, кристаллизационные трещины, перераскалочные трещины.

Самый серьезный дефект сварки — трещина, не принимается почти всеми стандартами. Может быть на поверхности, в сварочном металле или в зоне интенсивного тепла.

Типы трещин по температуре возникновения:

• Горячие трещины: В процессе сварки или кристаллизации стыка. Температура >10 000 °C.
• Холодные трещины: После завершения сварки и остывания металла. Через часы или дни. Чаще при сварке стали. Причина — деформации структуры стали.
• Кратерные трещины: В конце сварки перед окончанием прохода. Обычно у конца шва. При остывании ванны нужен достаточный объем для преодоления усадки. Иначе — кратерная трещина.

Причины:

• Использование водорода при сварке черных металлов.
• Остаточные напряжения от усадки затвердевания.
• Загрязнение базового металла.
• Высокая скорость сварки при низком токе.
• Отсутствие предварительного нагрева.
• Плохой дизайн стыка.
• Высокое содержание серы и углерода в металле.

Способы устранения:

• Предварительный нагрев металла по необходимости.
• Обеспечение правильного охлаждения зоны сварки.
• Правильный дизайн стыка.
• Удаление примесей.
• Использование подходящего металла.
• Обеспечение достаточного поперечного сечения шва.
• Правильная скорость сварки и ток.
• Для предотвращения кратерных трещин — правильное заполнение кратера.

7. Пористость (Porosity)

Образование газовых пузырей, удерживаемых в зоне плавления. Может быть внутренней и на поверхности. Устранение: коррекция потока защитного газа, использование газа лучшего качества (выше чистота).

Пористость — результат загрязнения сварочного металла. Захваченные газы создают пузырчатый шов, слабый, со временем разрушающийся.

Причины:

• Недостаточный деоксидант в электроде.
• Слишком длинная дуга.
• Наличие влаги.
• Неправильный защитный газ.
• Неправильная обработка поверхности.
• Слишком высокий расход газа.
• Загрязненная поверхность.
• Ржавчина, краска, масло, смазка.

Способы устранения:

• Очистка материалов перед сваркой.
• Сухие электроды и материалы.
• Правильная длина дуги.
• Проверка расходомера газа — оптимизация давления и расхода.
• Снижение скорости дуги — газам уйти.
• Правильные электроды.
• Правильная сварочная техника.

8. Накладка (Overlap)

Лицо шва сильно выступает за ногу шва. В основном из-за слишком крупных электродов или плохой техники.

Причины:

• Неправильная сварочная техника.
• Крупные электроды.
• Высокий сварочный ток.

Способы устранения:

• Правильная техника сварки.
• Меньший электрод.
• Меньший сварочный ток.

9. Искривление (Warpage)

Нежелательное изменение формы и положения металлических деталей. Возникает при неправильном использовании тепла из-за сокращения/расширения свариваемых частей.

Причина:

• Неправильный угол горелки.
• Крупный электрод.
• Неправильная сварочная техника.

Способы устранения:

• Правильный угол горелки снижает напряжения в металле.
• Меньший электрод уменьшает кратер.
• Правильная техника.

10. Прогар (Burn Through)

Если сварочный металл пробивает базовые части — прогар. Частый дефект при сварке тонких деталей. Случается при слишком большом корневом зазоре или слишком высоком напряжении.

Как отличить разрыв непрерывности от дефекта сварки

Разрыв непрерывности легко узнать — выглядит как прерывание нормального течения. Также — несовершенство сварки, находится в сварочном или базовом металле. Возникает из-за неправильного рисунка или техники сварки. Отличается от формы и толщины шва, в итоге — качества.

В общем, разрыв непрерывности следует избегать и устранять, но он маргинально менее серьезен, чем дефект сварки. Тем не менее, если нашли разрыв — исправьте.

Группа разрывов непрерывности может стать дефектом сварки, если превышает лимиты проекта. Это соответствует вашей стране, материалу, типу среды.

В конечном счете, самый эффективный способ инспекции сварки, особенно в тесных пространствах — сварочная камера. Видеопримеры работы.

Выявление дефектов сварки до того, как станет поздно

Невозможно переоценить важность своевременного выявления дефектов сварки. Даже малейший дефект может быть катастрофическим. От следования технике сварки до тока и надзора — сварка сложное ремесло, требующее высочайшего внимания.

Инвестиции в правильные инструменты сделают работу легкой и безопасной. Критично для компаний нефти, газа, горнодобычи понимать, как выявлять частые дефекты сварки, чтобы действовать.