Пористость в сварке: причины, виды, профилактика и методы устранения

Что такое пористость в сварке?

Пористость шва — дефект сварки, вызванный поглощением азота, кислорода и водорода в расплавленной ванне и их выделением при застывании, образующем поры на поверхности или внутри шва. Пористость может быть на поверхности или внутри наплавки.

Поглощение азота и кислорода обычно из-за плохой газозащиты. Пористость может быть случайной (хаотичное распределение) или изолированной (поры на расстоянии ~25 мм со всех сторон).

Пористость — наличие полостей в сварочном металле от застывания газа, выделившегося из ванны при кристаллизации. Формы пористости:

• Распределенная пористость (Distributed Porosity) — поры по всему шву.
• Поверхностные поры (Surface Breaking Pores) — поры, выходящие на поверхность.
• Червьяные ходы (Wormhole) — удлиненные поры, на рентгенограмме напоминают «ёлочку» (herringbone).
• Кратерные трубки (Crater Pipes) — усадочная полость в конце шва от усадки при застывании.

Причины и профилактика дефектов сварки

1. Распределенная пористость и поверхностные поры

Распределенная пористость — тонкие поры по всему шву. Поверхностные поры обычно указывают на большое количество внутренней пористости. Причина: поглощение N₂, O₂, H₂ в расплаве, выделение при застывании.

N₂ и O₂ в ванне обычно от плохой газозащиты. Всего 1% воздуха в защитном газе вызывает распределенную пористость, >1,5% — грубые поверхностные поры. Утечки в газопроводе, слишком высокий расход газа, сквозняки, чрезмерная турбулентность ванны — частые причины.

Водород может поступать из: влаги в недостаточно сушеных электродах/флюсах или на поверхности заготовки. Масло, смазка на заготовке или наплавной проволоке — частые источники H₂.

Поверхностные покрытия (грунты, цинковые покрытия) при сварке выделяют много газа. Риск застревания газа выше в Т-стыках, чем в стыках встык, особенно при угловой сварке с двух сторон.

Особое упоминание «сварных» (низкоцинковых) грунтов. Их не обязательно снимать, но если толщина превышает рекомендации производителя, пористость вероятно, особенно при процессах, отличных от MMA.

Как предотвратить распределенную пористость и поверхностные поры?

Источник газа должен быть выявлен и устранен:

Захват воздуха

• Устраните утечки воздуха
• Избегайте турбулентности ванны
• Используйте наплавку с достаточным деоксидантом
• Снизьте чрезмерно высокий расход газа
• Избегайте сквозняков

Водород

• Сушите электроды и флюсы
• Очищайте и обезжиривайте поверхность заготовки

Поверхностные покрытия

• Очищайте края стыка непосредственно перед сваркой
• Проверяйте толщину сварного грунта — не выше рекомендованного максимума

2. Червьяные ходы (Wormholes)

Характерно: удлиненные поры, на рентгенограмме — «ёлочка» (herringbone). Указывают на большое количество газа, застрявшего в застывающем металле.

Избыточный газ образуется от сильного загрязнения поверхности или очень толстых грунтов/покрытий. Застревание вероятнее в щелях: зазор под вертикальным элементом горизонтально-вертикального Т-стыка, сварке с двух сторон.

При сварке Т-стыков в грунтованных листах критично, чтобы толщина покрытия на крае вертикального элемента не превышала рекомендуемого максимума (обычно 20 мкм) из-за перераспыления.

Как предотвратить червьяные ходы?

Устранение генерации газа и полостей.

Генерация газа

• Очищайте поверхности заготовки в месте сварки и рядом
• Удаляйте загрязнения: масло, смазку, ржавчину, остатки НК
• Снимайте покрытия в зоне стыка до металлического блеска
• Проверяйте толщину грунта — ниже максимума производителя

Геометрия стыка

• Избегайте геометрии, создающей полость

3. Кратерная трубка (Crater pipe)

Образуется при финальной застывании ванны, часто связана с газовой пористостью. Несовершенство от усадки при застывании ванны. Условия, усиливающие изменение объема жидкое→твердое, способствуют образованию. Гашение дуги вызывает быструю застыванию.

При TIG, аутоogenous техниках или остановке подачи проволоки до гашения дуги — влияет на формирование кратера и может способствовать трубке.

Как предотвратить кратерные трубки?

Контроль скорости гашения дуги или техника сварщика (манипуляция дугой и проволокой).

Устранение остановки

• Используйте выбег (run-off tab) для гашения дуги вне стыка
• Заштрихуйте/зашлифуйте кратер остановки перед следующим электродом/проходом

Техника сварщика

• Плавно снижайте сварочный ток для уменьшения ванны (функции slope-down / crater fill)
• Добавляйте наплавку (TIG) для компенсации усадки ванны

Как исправить пористость в швах?

Даже при всех мерах профилактики пористость может появиться. К счастью, её можно исправить при определенных обстоятельствах.

Сначала обнаружите пористость: проникающим контролем (пенетрант), магнитопорошковым, рентгенографией или ультразвуком (для подповерхностных дефектов). Малые поры, особенно в толстых сечениях, трудно обнаружить.

Саму пористость «исправить» нельзя. Исправляют шов: удаляют дефектную зону заштриховкой (gouging) или шлифовкой. Только если пористость локальна. Если рассеяна — удаляют весь шов, повторно готовят стык и сваривают по WPS.

Какое количество пористости допустимо в шве?

Единого ответа нет — зависит от строительного кода сварки. AWS требует: диаметр видимых пор ≤ 9,4 мм (3/8 дюйма) на любой линейный дюйм шва, и ≤ 19 мм (3/4 дюйма) на 12-дюймовый (300 мм) участок шва.

При сомнении — проверьте код и пересваривайте.