Образование пор в сварных швах и способы их предупреждения

Образование пор в сварных швах и способы их предупреждения

Главная / Библиотека / Качество сварки / Образование пор в сварных швах и способы их предупреждения

Поры, наблюдаемые в сварных швах, связаны с процессами выделения газов в макро- и микрообъемах.

При объемном пересыщении металла сварочной ванны газами, вызванном уменьшением растворимости из-за снижения температуры металла, в основном образуются макропоры. Рост пузырьков газа в этом случае происходит в основном в результате конвективной диффузии газа из окружающих объемов металла. Скорость роста пузырьков определяется степенью пересыщения ванны газами и скоростью десорбции газов в зародыш.

При локальном пересыщении жидкого металла у фронта кристаллизации зарождение и развитие пузырьков наиболее вероятно на стадии остановки роста кристаллов. Пузырьки в этом случае в основном развиваются вследствие диффузии атомов (ионов) газа из прилегающих микрообъемов металла. Размеры пузырьков определяются в основном длительностью остановок в росте кристаллов. При кристаллизации первых слоев и длительности остановок 0,1…0,2 с, характерных для наиболее употребляемых режимов сварки, вероятно образование мельчайших пор у линии сплавления. Роль азота в образовании крупных пор при отсутствии конвективной массопередачи газа невелика.

Получение плотных швов при сварке покрытыми электродами и порошковыми проволоками может быть достигнуто путем снижения содержания газов в сварочной ванне ниже предела растворимости в твердом металле при температуре плавления. В этом случае образование пузырьков газа в момент кристаллизации не происходит. Этот способ обеспечения плотных швов реализуется в электродах с покрытием основного вида.

При увлажнении электродного покрытия основного вида содержание водорода в сварочной ванне возрастает выше его предела растворимости в твердом железе при температуре плавления и попадает в наиболее опасную с точки зрения образования пор концентрационную зону скачка растворимости (12… 27 см3/100 г). При таких концентрациях водорода процесс образования и удаления пузырьков газа из сварочной ванны протекает вяло, что приводит к образованию пор.

Поры, обнаруживаемые в швах при сварке длинной дугой электродами с карбонатно-флюоритным покрытием, вызваны выделением азота. Плохое смачивание капель электродного металла и ванны шлаками электродов этого вида создает условия для непосредственного контакта металла с газовой фазой и повышенной абсорбции азота.

Газом, вызывающим пористость швов при сварке электродами с рутиловым и руднокислым покрытиями, в основном является водород. Выделение оксида углерода и азота играет второстепенную роль.

Получение плотных швов при сварке этими электродами достигается путем создания благоприятных условий для повышенной абсорбции водорода на стадии капли и интенсивного роста и быстрого удаления образовавшихся пузырьков газа из сварочной ванны до момента ее кристаллизации. Такая ситуация реализуется при обеспечении содержания водорода в сварочной ванне, значительно превышающем предел его растворимости в жидком железе при температуре плавления, т. е. намного больше 27 см3/100 г.

Введение в рутиловые и руднокислые покрытия материалов, содержащих кристаллизационную влагу, способствует интенсивной абсорбции водорода каплями электродного металла и высокотемпературной областью сварочной ванны, что создает впоследствии благоприятные условия для зарождения, роста и удаления пузырьков газа до момента кристаллизации сварочной ванны.

Увеличение силы тока при сварке электродами с рутиловым и руднокислым покрытиями повышает вероятность образования пор в металле шва, что обусловлено перегревом второй половины электрода, уменьшением содержания влаги в перегретом покрытии и содержания водорода в металле шва, выполненном перегретой частью электрода до опасного концентрационного уровня (12…27 см3/100 г).

При введении значительных количеств алюминия, титана, кремния в покрытия рутиловых и руднокислых электродов возрастает вероятность образования пор, обусловленная ростом концентрации кремния в металле сварочной ванны.

Будучи поверхностно-активным элементом, кремний тормозит десорбцию водорода, дегазация ванны идет вяло, в металле образуются поры. Подобное влияние может оказывать сера и другие поверхностно-активные элементы.

Раскисление покрытий рутиловых или руднокислых электродов кремнием, титаном, алюминием, углеродом, высокое содержание этих элементов в основном металле, повышение температуры прокалки, снижение окислительного потенциала покрытия и др. приводят к снижению скорости выделения газов и к образованию пористости.

Подавление кремневосстановительного процесса путем повышения основности шлака, введения карбонатов в покрытие и окисления кремния водяным паром способствует увеличению скорости выделения водорода. Предложенный метод интенсификации выделения водорода использован при создании промышленных марок рутил-карбонатных электродов серии АНО.

Менее падежная защита металла от воздуха при сварке порошковыми проволоками открытой дугой приводит к большей (по сравнению с электродами) абсорбции азота металлом, поэтому выделение азота из ванны оказывает существенное, а в ряде случаев решающее, влияние на пористость. В проволоках карбонатло-флюоритного типа предупреждение выделения азота в виде газовой фазы достигается легированием металла титаном и алюминием. Эффективно снизить абсорбцию азота можно, зашитив зону сварки углекислым газом, смесями газов на основе аргона либо используя проволоку двухслойной конструкции.

Поделиться ссылкой:

Ошибки и дефекты сварки, о которых нужно знать начинающему сварщику

Дефекты корневого шва — непровар или недостаточное проникновение металла вдоль корня шва. Чаще всего данная проблема образуется в результате заниженного тока для сварки или в большом диаметре выбранного электрода. Нужно увеличить сварочный ток, но не переусердствовать, поскольку можно получить прожог корневого шва.

Дефекты сплавления — знакомая ситуация многим начинающим сварщикам, когда вроде бы сваренная нормально заготовка рассыпается по швам. Происходит данная проблема по причине несплавления основного металла с наплавленным. Всё дело в неправильном подборе электродов, они недостаточного диаметра и не справляются с разогревом холодного металла. Нужно подобрать электроды большего диаметра или рассмотреть возможность подогрева металла.

Дефекты кромок шва — ещё одной распространённой проблемой сварки, являются дефекты кромок. Расплавленные и неровные, они делают сварочное соединение некрасивым. Как правило, проблема кроется в завышенных параметрах сварочного тока, но не всегда. Часто дефекты кромок шва образуются и по причине слишком длинной дуги, а также тогда, когда электрод неправильно перемещается вдоль стыка.

Плохая подготовка металлов при сварке аргоном

Большая доля ошибок в аргонодуговой сварке происходит также и по причине плохой подготовки металла перед свариванием. Например, если при сварке аргоном с поверхности алюминия предварительно не удалить окислы, то сварной шов получится грязным и с большим количеством глубоких пор.

Поэтому перед TIG сваркой в среде аргона обязательно нужно качественно подготовить металлы. На свариваемых поверхностях не должно быть грязи и пленки окислов.

Причины возникновения дефектов

Есть два типа факторов, влияющих на качество сварочных работ:

1. Объективные — имеющие отношение к свойствам свариваемых материалов, поведению металлов в условиях, диктуемых технологическим процессом. Недаром одной из важных характеристик любого сплава является свариваемость. Иногда возникает необходимость сварить материалы с плохой свариваемостью. Такие задачи иногда ставятся в мелкосерийном или единичном производстве. Даже при полном соблюдении требований технологического процесса может сохраняться определенный процент брака, который приходится официально считать допустимым.
2. Субъективные — зависящие от исполнителей. Причем к исполнителям следует относить не только рабочих, выполняющих сварку, но и технологов, которые несут ответственность за правильность параметров технологического процесса, верный выбор оборудования и режимов сварки.

Основными субъективными причинами возникновения дефектов сварочных швов являются:

• ошибки при подготовке свариваемых поверхностей;
• применение инструмента, отличного от указанного технологом;
• неисправность сварочного инструмента;
• малый опыт работы и низкая квалификация сварщика;
• отступление от требуемых режимов сварки.

Причины появления

Сварочные брызги возникают, как правило, в момент зажигания дуги, пока ток имеет наибольшее значение. При касании электродом соединяемых деталей в момент короткого замыкания металл электрода, подвергаясь электродинамическому удару, разлетается и каплями в виде шариков оседает на поверхности.

В некоторых случаях сваривание капель с основным металлом бывает очень прочным. Дефект отлично заметен. Устранение его производится срубанием застывших капель или шлифовкой специальными инструментами.

Кроме этого случая, наиболее часто сварочные брызги возникают при сварке полуавтоматом с применением однофазного тока во время скачков напряжения.

Количество брызг очень сильно увеличивается, если сварка производится по ржавой и грязной поверхности металла.

Таким образом, основными причинами возникновения сварочных брызг являются:

• некачественные электроды;
• неправильный выбор режима и параметров сварки;
• низкое качество подготовки изделий к сварке;
• отсутствие защиты изделия от налипания.

Устранив полностью или частично эти проблемы, можно обеспечить высокое качество работы с минимальным количеством сварочных брызг.

Дефекты сварных швов (схема)

Все виды дефектов швов подразделяют на три группы:

• наружные, к основным из которых относятся: трещины, подрезы, наплывы, кратеры;
• внутренние, среди которых чаще всего встречаются: пористость, непровары и посторонние включения;
• сквозные — трещины, прожоги.

Основные дефекты сварки, их характеристика, причины возникновения и способы исправления

Трещины

. Это наиболее опасные дефекты сварки, способные привести к практически мгновенному разрушению сваренных конструкций с самыми трагическими последствиям. Трещины различаются по размерам (микро- и макротрещины) и времени возникновения (в процессе сварки или после нее).

Чаще всего причиной образования трещин является несоблюдение технологии сварки (например, неправильное расположение швов, приводящее к возникновению концентрации напряжения), неверный выбор сварочных материалов, резкое охлаждение конструкции. Способствует их возникновению также повышенное содержание в шве углерода и различных примесей — кремния, никеля, серы, водорода, фосфора.

Исправление трещины заключается в рассверливании ее начала и конца, с целью исключения дальнейшего распространения, удалении шва (вырубанию или вырезанию) и заваривании.

Подрезы

. Подрезы — это углубления (канавки) в месте перехода «основной металл-сварной шов». Подрезы встречаются довольно часто. Их отрицательное действие выражается в уменьшении сечения шва и возникновении очага концентрации напряжения. И то и другое ослабляет шов. Подрезы возникают из-за повышенной величины сварочного тока. Чаще всего этот дефект образуется в горизонтальных швах. Устраняют его наплавкой тонкого шва по линии подреза.
Подрезы сварного шва
Наплывы

. Наплывы возникают, когда расплавленный металл натекает на основной, но не образует с ним гомогенного соединения. Дефект шва возникает по разным причинам — при недостаточном прогреве основного металла вследствие малого тока, из-за наличия окалины на свариваемых кромках, препятствующей сплавлению, излишнего количества присадочного материала. Устраняются наплывы срезанием с проверкой наличия непровара в этом месте.

Наплыв сварного шва

Прожоги

. Прожогами называют дефекты сварки, проявляющиеся в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. При этом обычно с другой стороны образуется натек. Прожоги возникают из-за чрезмерно высокого сварочного тока, недостаточной скорости перемещения электрода, большого зазора между кромками металла, слишком малой толщины подкладки или ее неплотного прилегания к основному металлу. Исправляют дефект зачисткой и последующей заваркой.

Прожог сварного соединения

Непровар

. Непровары — это локальные несплавления наплавленного металла с основным, или слоев шва между собой. К этому дефекту относят и незаполнение сечения шва. Непровары существенно снижают прочность шва и могут явиться причиной разрушения конструкции.

Незаполнение и непровар шва

Дефект возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.

Кратеры

. Это дефекты в виде углубления, возникающего в результате обрыва сварочной дуги. Кратеры снижают прочность шва из-за уменьшения его сечения. В них могут находиться усадочные рыхлости, способствующие образованию трещин. Кратеры надлежит вырезать до основного металла и заварить.

Кратер сварочного шва

Свищи

. Свищами называют дефекты швов в виде полости. Как и кратеры, они уменьшают прочность шва и способствуют развитию трещин. Способ исправления обычный — вырезка дефектного места и заварка.

Свищи сварных швов

Посторонние включения

. Включения могут состоять из различных веществ — шлака, вольфрама, окислов металлов и пр. Шлаковые включения образуются тогда, когда шлак не успевает всплыть на поверхность металла и остается внутри него. Это происходит при неправильном режиме сварки (завышенной скорости, например), плохой зачистке свариваемого металла или предыдущего слоя при многослойной сварке.

Посторонние включения сварного соединения

Вольфрамовые включения возникают при сварке вольфрамовым электродом, окисные — из-за плохой растворимости окислов и чрезмерно быстрого охлаждения.

Все виды включений уменьшают сечение шва и образуют очаг концентрации напряжения, снижая тем самым прочность соединения. Дефект устраняют вырезкой и завариванием.

Пористость

. Пористость — это полости, заполненные газами. Они возникают из-за интенсивного газообразования внутри металла, при котором газовые пузырьки остаются в металле после его затвердевания. Размеры пор могут быть микроскопическими или достигать нескольких миллиметров. Нередко возникает целое скопление пор в сочетании со свищами и раковинами.

Пористость в сварном шве

Возникновению пор способствует наличие загрязнений и посторонних веществ на поверхности свариваемого металла, высокое содержание углерода в присадочном материале и основном металле, слишком высокая скорость сварки, из-за которой газы не успевают выйти наружу, повышенная влажность электродов. Как и прочие дефекты, пористость снижет прочность сварного шва. Зону с ней необходимо вырезать до основного металла и заварить.

Перегрев и пережог металла

. Пережог и перегрев возникают из-за чрезмерно большого сварочного тока или малой скорости сварки. При перегреве размеры зерен металла в шве и околошовной зоне увеличиваются, в результате чего снижаются прочностные характеристики сварного соединения, главным образом — ударная вязкость. Перегрев устраняется термической обработкой изделия.

Пережог представляет собой более опасный дефект, чем перегрев. Пережженный металл становится хрупким из-за наличия окисленных зерен, обладающих малым взаимным сцеплением. Причины пережога те же самые, что и перегрева, а кроме этого еще и недостаточная защита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха. Пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.

Пережог металла шва

Содержание

1. Пористость при сварке алюминия
2. Горячие и холодные трещины при сварке алюминия

• Горячие трещины
• Холодные трещины

• Несплавление в корне шва при сваривании алюминия

О некоторых особенностях сварки алюминия мы уже говорили на этой странице. Оксидная плёнка, появляющаяся на поверхности алюминия, не является единственным прептяствием при сварке алюминиевых конструкций. При их сварке, также, могут возникать дефекты, характерные для сварных соединений алюминия.

Методы контроля

Для предупреждения появления дефектов должен проводиться систематический контроль на всех этапах производства: до, в процессе сварки, и после окончания.

1. Перед сваркой проверяется подготовка стыкуемых поверхностей, их геометрия.
2. В процессе — тщательно контролируется соблюдение всех параметров технологического процесса, в том числе режимов сварки.
3. После сварки следует контроль готового изделия.

Основные способы выявления дефектов сварных швов:

• Визуальный осмотр и проверка геометрии. Предполагается использование лупы для обнаружения мелких поверхностных трещин и пор. Участок металла зачищается наждачной бумагой и протравливается раствором азотной кислоты. Образуется матовая поверхность, на которой трещины более заметны. После осмотра остатки кислоты удаляют.
• Испытание механических свойств. Вместе с изделием производят сварку образцов, которые направляют в лабораторию для определения временного сопротивления, относительного удлинения, ударной вязкости.
• Контроль макроструктуры. Проводится на образцах, прошедших шлифовку и протравливание.
• Контроль микроструктуры. Проводят на образцах с применением микроскопа. Данный метод исследования позволяет обнаружить пережог, окислы границ зерен, изменение структуры металла, микротрещины.
• Гидравлические и пневматические испытания. Применяются для контроля сосудов и трубопроводов.
• Рентгеновский контроль. Просвечивание рентгеновскими лучами позволяет выявить поры, непровары, трещины, шлаковые включения.
• Ультразвуковой контроль. Производится с помощью ультразвукового дефектоскопа. Высокочастотные колебания проникают в металл и отражаются от трещин, пор и других дефектов.
• Контроль на наличие межкристаллитной коррозии. Проводят только для изделий, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Читать также: Как разрезать чугунную трубу болгаркой видео