Пористость в сварке: причины, обнаружение и методы предотвращения

Что такое пористость в сварке?

Сварочная пористость — это дефект сварки, вызванный поглощением азота, кислорода и водорода газов, застрявших в расплавленной сварочной ванне и высвобожденных при затверделении, что вызывает полости или поры на поверхности или внутри шва. Пористость может возникать на поверхности шва или внутри сварочного шва.

Поглощение азота и кислорода в сварочной ванне обычно происходит из-за плохой газовой защиты. Пористость может быть случайной: ориентированной случайно, на неравных расстояниях. Она также может быть изолированной: расположенной на расстоянии одного дюйма со всех сторон.

Пористость — это наличие полостей в сварочном металле, вызванных замораживанием газа, высвобожденного из сварочной ванны при ее затверделении. Пористость может принимать несколько форм:

• Распределенная пористость (Distributed Porosity) — Поры, распределенные по всему шву.
• Поверхностные поры (Surface Breaking Pores) — Поры, пробивающие поверхность.
• Червьяные ходы (Wormhole) — Удлиненные поры, выглядящие как «еребеевая кость» (herringbone pattern) на рентгенограмме.
• Кратерные трубки (Crater Pipes) — Усадочная полость в конце сварочного прогона, вызванная усадкой при затверделении.

Причины и предотвращение дефектов в сварке

1. Распределенная пористость и поверхностные поры

Распределенная пористость обычно находится в виде мелких пор по всему сварочному шву. Поверхностные пробивающие поры обычно указывают на большое количество распределенной пористости. Она вызвана поглощением азота, кислорода и водорода в расплавленной сварочной ванне, который затем высвобождается при затверделении и застревает в сварочном металле.

Поглощение азота и кислорода в сварочной ванне обычно исходит от плохой газовой защиты. Всего 1% засасывания воздуха в защитный газ вызовет распределенную пористость, а более 1,5% приведет к грубым поверхностно-пробивающим порам. Утечки в газовой линии, слишком высокий расход газа, сквозняки и чрезмерная турбулентность в сварочной ванне — частые причины пористости.

Водород может исходить из ряда источников, включая влагу от недостаточно сушеных электродов, флюсов или поверхности заготовки. Смазка и масло на поверхности заготовки или наплавной проволоки также являются распространенными источниками водорода.

Поверхностные покрытия, такие как грунтовые краски и поверхностные обработки, такие как цинковые покрытия, могут генерировать обильное количество дыма при сварке. Риск захвата выделившегося газа будет выше в Т-стыках, чем в стыках впритык, особенно при наплавке угловых швов с обеих сторон.

Особое упоминание должно быть сделано о так называемых свариваемых (низкоцинковых) грунтовках. Не должно быть необходимости удалять грунтовки, но если толщина грунтовки превышает рекомендацию производителя, пористость, вероятно, получится, особенно при использовании сварочных процессов, кроме MMA (ручной дуговой сварки).

Как предотвратить распределенную пористость и поверхностные поры?

Источник газа должен быть идентифицирован и устранен следующим образом:

Засасывание воздуха

• Уплотните любую утечку воздуха;
• Избегайте турбулентности сварочной ванны;
• Используйте наплавной материал с адекватным уровнем деоксидантов;
• Снизьте чрезмерно высокий расход газа;
• Избегайте сквозняков.

Водород

• Сушите электрод и флюс;
• Очистите и обезжирьте поверхность заготовки.

Поверхностные покрытия

• Очистите края стыка непосредственно перед сваркой;
• Проверьте, что свариваемая грунтовка ниже рекомендуемой максимальной толщины.

2. Червьяные ходы (Wormholes)

Характерно, червьяные ходы — удлиненные поры, дающие еребеевидный внешний вид на рентгенограмме. Червьяные ходы указывают на большое количество газа, образующегося, которое затем застревает в затвердевающем сварочном металле.

Чрезмерный газ будет сформирован от грубого поверхностного загрязнения или очень толстых красок или грунтовок. Попадание в ловушку более вероятно в щелях, таких как зазор под вертикальным элементом горизонтально-вертикального Т-стыка, который наплавлен угловым швом с обеих сторон.

При сварке Т-стыков в грунтованных пластинах важно, чтобы толщина покрытия на краю вертикального элемента не превышала рекомендованного производителем максимума, обычно 20 мкм, из-за перераспыления.

Как предотвратить червьяные ходы?

Устранение газа и полостей предотвращает червьяные ходы.

Генерация газа

• Очистите поверхности заготовки на месте и рядом с местом, где будет сделан шов;
• Удалите любое поверхностное загрязнение, в частности масло, смазку, ржавчину и остатки от операций НК;
• Удалите любые поверхностные покрытия от зоны стыка, чтобы обнажить чистый материал;
• Проверьте, что толщина грунтовки ниже максимума производителя.

Геометрия стыка

• Избегайте геометрии стыка, создающей полость.

3. Кратерная трубка (Crater pipe)

Кратерная трубка формируется во время финального затвердевания сварочной ванны и часто ассоциируется с некоторой газовой пористостью.

Эта несовершенство результатом усадки при затверделении сварочной ванны. Следовательно, условия, преувеличивающие изменение объема от жидкого к твердому, способствуют ее формированию. Погашение сварочной дуги приведет к быстрому затверделению сварочной ванны.

В TIG-сварке, автогенные техники или остановка подачи сварочной проволоки в сварочную ванну перед погашением дуги, влияют на формирование кратера и могут способствовать несовершенству трубки.

Как предотвратить кратерные трубки?

Несовершенство кратерной трубки может быть предотвращено контролем скорости погашения сварочной дуги или техникой сварщика, манипулирующей сварочной дугой и сварочной проволокой.

Удаление остановки

• Используйте выбег (run-off tab), чтобы погасить сварочную дугу вне свариваемого стыка;
• Выточите остановку сварочного прогона в кратере перед продолжением следующим электродом или откладыванием последующего сварочного прогона.

Техника сварщика

• Постепенно снижайте сварочный ток, чтобы уменьшить размер сварочной ванны (используйте функции спада тока или заполнения кратера);
• Добавляйте наплавной материал (TIG) для компенсации усадки сварочной ванны.

Как исправить пористость в швах?

Даже со всеми различными способами предотвращения пористости, всегда будет небольшой шанс ее появления в ваших швах. К счастью, пористость может быть исправлена при определенных обстоятельствах.

Сначала вам нужно обнаружить наличие пористости, используя либо проникающий, либо магнитнопорошковый метод контроля, такими как радиография или ультразвуковой контроль (для подповерхностных несовершенств). Маленькие поры, особенно в толстых сечениях, трудно обнаружить.

Сама пористость не может быть точно исправлена. Скорее, вы можете исправить шов, удалив локальную вырубку или вышлифовав её. Это только если пористость локализована. Если она широко распространена, вам нужно удалить весь шов, подготовить стык снова и сварить согласно сварочной процедуре.

Сколько пористости допустимо в шве?

Нет общего верного ответа на этот вопрос, так как это зависит от вашего строительного сварочного кодекса. Это gesagt, Американское сварное общество (AWS) требует следующее: диаметры видимой пористости должны быть 3/8 дюйма (или 9,4 мм) или меньше, в любом линейном дюйме шва, и 3,4 дюйма (или 19 мм) в 12-дюймовой длине шва.

В сомнительных случаях вам нужно проверить ваш строительный сварочный кодекс и переварить шов.