Меню

Недопустимые дефекты при сварке труб

Дефекты стальных труб и сварных соединений

Наиболее общей является классификация дефектов по геометрическим размерам:

— макродефекты – дефекты, размеры которых позволяют выявлять их различными методами неразрушающего контроля большинством дефектоскопов. Макродефекты, в свою очередь, можно также подразделять на крупные, средние и мелкие;

— микродефекты — дефекты, размеры которых соизмеримы с размерами зерен металла и не позволяют обнаруживать их современными средствами технической дефектоскопии. Микродефекты металлов являются предметом исследований физики твердого тела и металловедения; при диагностировании инженерных конструкций и сооружений они, как правило, не рассматриваются.

По влиянию на напряженно-деформированное состояние конструкции дефекты подразделяют на два класса:

— классические дефекты — дефекты, имеющие конечный (ненулевой) радиус закругления в вершине. Основным параметром, характеризующим уровень концентрации напряжений таких дефектов, является теоретический коэффициент концентрации напряжений;

— трещиноподобные дефекты — дефекты, имеющие острую вершину (с практически нулевым радиусом). Основным параметром, характеризующим уровень концентрации напряжений таких дефектов, является коэффициент интенсивности напряжений.

Для металлических промышленных конструкций наибольшее распространение имеет подразделение дефектов на группы в зависимости от происхождения и причин их образования, точнее в зависимости от этапов изготовления конструкции:

С точки зрения необходимости применения различных методов неразрушающего контроля дефекты конструкций подразделяют на:

— поверхностные или явные (выявляемые визуальным осмотром);

— внутренние или скрытые (выявляемые физическими методами).

Все дефекты, выявленные при дефектоскопии основного металла и сварных соединений физическими методами, по своим геометрическим параметрам подразделяются на плоскостные и объемные.

С точки зрения ремонтопригодности выявляемые при обследовании трубопроводов и других конструкций дефекты подразделяются на:

— исправимые — устранение которых технически возможно и экономически целесообразно;

— неисправимые — устранение которых связано со значительными затратами или невозможно.

Наиболее типичные для стальных трубопроводов дефекты, повреждения и несовершенства конструкции, выявляемые при диагностировании, по характеру их появления могут быть подразделены на две основные группы:

— технологические — дефекты, возникающие в результате строительно-монтажных и ремонтных работ;

— эксплуатационные — дефекты, возникающие в процессе эксплуатации после некоторой наработки.

Технологические дефекты металлических конструкций являются концентраторами напряжений и при длительной эксплуатации могут переходить в трещины и благоприятствовать усилению коррозии стенки трубопроводов. Основные виды технологических дефектов:

Вырывы и оплавления — локальные углубления в основном металле стенки, образуются при когезионном отрыве материала стенки, при удалении с помощью газовой резки различных монтажных приспособлений, также могут быть результатом механических повреждений. Вырывы и оплавления уменьшают расчетное сечение и создают дополнительную концентрацию напряжений в основном металле стенки.

Закаты и расслоения — дефекты металлургического происхождения, образуются при изготовлении листового проката и труб. Представляют собой узкую полость значительной площади, расположенную вдоль слоев проката листов стенки с выходом или без выхода на поверхность металла. Уменьшают площадь расчетного сечения и создают дополнительные напряжения в основном металле стенки, могут являться очагами образования трещин.

Подрезы — узкие углубления (канавки) в основном металле вдоль края зоны сплавления сварного шва. Образуются при большой силе сварочного тока и длинной дуге, так как в этом случае увеличивается ширина шва, и сильнее оплавляются кромки основного металла. Подрезы ослабляют сечение стенки и создают значительный уровень концентрации напряжений.

Вмятины и выпучины — местные упругопластические деформации стенки различной величины и формы соответственно внутрь или наружу, имеющие плавное сопряжение поверхностей. Основными причинами образования вмятин (выпучин) являются механические повреждения, воздействие непроектного внутреннего давления, неправильное выполнение сварочных ремонтных работ. Характеризуются площадью и глубиной. В районах вмятин или выпучин под действием знакопеременных нагрузок в процессе эксплуатации трубопровода могут появиться усталостные трещины.

Незаверенные кратеры — образуются при резком обрыве дуги в конце сварки. Эти дефекты уменьшают площадь несущего сечения шва и могут являться очагами образования трещин.

Газовые поры — поверхностные и внутренние поры возникают вследствие попадания в металл шва атмосферных газов и газов, образовавшихся при сварке (водород, азот, углекислый газ и др.). Образуются в сварных швах вследствие быстрого затвердевания газонасыщенного металла сварочной ванны. Как правило, поры наблюдаются при повышенном содержании в основном металле углерода, при наличии ржавчины, масла и краски на кромках основного металла и сварочной проволоки, при использовании отсыревшего флюса, при наличии вредных примесей в защитных газах, при чрезмерной скорости сварки и неправильном выборе сварочной проволоки. Поры в сварном шве могут быть распределены в виде одиночных включении, в виде отдельных групп или в виде цепочки вдоль линии шва. Иногда могут образовываться сквозные поры (свищи). Степень пористости шва и размер отдельных пор, прежде всего, зависят оттого, как долго сварочная ванна находилась в жидком состоянии. Газовые поры ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и пластичность, являются зонами концентрации напряжений.

Читайте также:  Как мерить трубу бесшовную

Неметаллические включения — шлаки, оксиды, сульфиды и нитриды, не успевшие всплыть на поверхность сварочной ванны в процессе сварки и оставшиеся в металле шва. Являются результатом некачественной очистки кромок и сварочной проволоки от ржавчины и грязи, а при многослойной сварке также и неполного удаления шлака с предыдущих слоев. Шлаковые включения могут возникать при сварке длинной дугой, неправильном наклоне электрода, недостаточной силе сварочного тока или мощности газовой горелки, а также при завышенной скорости сварки. Неметаллические включения различаются по форме (от сферической до игольчатой) и по размерам (от микроскопических до нескольких сантиметров). Они могут быть расположены в корне шва, между отдельными слоями многослойных швов, внутри наплавленного металла. Неметаллические включения, так же как и газовые поры, ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и пластичность, являются зонами концентрации напряжений. Если неметаллические включения присутствуют в металле шва в виде скоплений, то они могут в значительной мере понизить значение предела выносливости и статическую вязкость разрушения (трещиностойкость).

Непровары — местные несплавлепия свариваемых кромок основного и наплавленного металла, а также отдельных слоев шва при многослойной сварке. Причинами появления непроваров являются: плохая очистка свариваемого металла от окалины, ржавчины и грязи; малый зазор в стыке; излишнее притупление и малый угол скоса разделки кромок; недостаточная сила сварочного тока; большая скорость сварки; смещения электрода в сторону от оси шва. Непровары также могут возникнуть в результате вынужденных перерывов в процессе сварки. Непровары снижают статическую и усталостную прочность шва, затормаживают развитие пластической деформации металла, повышают его склонность к хрупкому разрушению.

Прожоги — проплавлепие основного или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий. Возникают из-за неправильной сборки деталей под сварку (недостаточного притупления кромок, большого зазора), большой силы сварочного тока при невысоких скоростях сварки. Наиболее часто прожоги образуются при сварке тонкостенных труб и при выполнении первого прохода многослойного шва.

Раковины — углубления на наружной пли внутренней поверхности листов металла. Раковины металлургического происхождения образуются при нарушениях технологии выплавки или разливки стали, когда в слитках образуются усадочные раковины и подкорковые пузыри с окисленной внутренней поверхностью, которые не завариваются при последующей прокатке таких слитков. Раковины также возникают при напластовании материала в форме небольших или крупных образований, частично прилипших к основному металлу заготовок проката, которые при последующей горячей деформации отделяются в виде напусков. К образованию раковин могут привести также дефекты, возникающие при холодной деформации листов (риски, трещины).

Наплывы — натекание жидкого наплавленного металла па непрогретые поверхности кромок основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ними. Наплывы (натеки) могут быть местными (в виде отдельных застывших капель металла) или протяженными вдоль шва. Образуются чаще всего при ручной сварке неповоротных стыков, их возникновению способствуют большая сила сварочного тока, длинная дуга, неправильное положение электрода. В местах наплывов часто обнаруживаются непровары, трещины и другие дефекты.

Нарушения установленных размеров и формы шва — неполномерность ширины и высоты шва, чрезмерное усиление и резкие переходы от основного металла к наплавленному металлу шва, грубая чешуйчатость.

Трещины — наружные и внутренние трещины в сварном шве и зоне сплавления с основным металлом образуются вследствие напряжений, возникающих в металле шва от его неравномерного нагрева, охлаждения и усадки. Технологический характер образования имеют так называемые «горячие» и «холодные» трещины.

«Горячие» трещины — возникают в процессе кристаллизации металла шва при температуре 1100 – 1300 °С. Появление «горячих» трещин связано с наличием полужидких прослоек между кристаллами наплавленного металла шва в конце его затвердевания и действием в нем растягивающих усадочных напряжений. Образованию «горячих» трещин способствует повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, никеля и водорода. Особенностью «горячих» трещин является то, что они расположены внутри сварного шва и выявить их достаточно трудно.

«Холодные» трещины — могут возникать как сразу после остывания сварного шва, так и через длительное время. В легированных сталях такие трещины образуются при значениях температуры металла 100 – 300 °С, а в углеродистых сталях — при нормальных (

Источник

Виды дефектов сварных швов и причины их образования

Начинающие сварщики, самостоятельно ремонтирующие металлоконструкции и детали, нередко допускают дефекты сварки, снижающие прочность швов. Они растрескиваются, пропускают воду, разрушаются под нагрузкой. Существуют способы выявления и устранения дефектов сварных швов и соединений, снижающих прочность смонтированных конструкций, заваренных деталей.

Читайте также:  Дымовая труба с циклонами

В обзоре представлены все виды последствий нарушения технологии, способы восстановления поврежденных участков.

Причины образования дефектов

Изъяны при сварке возникают по объективным и субъективным причинам. Каждый вид металлопроката характеризуется свариваемостью. Этот показатель зависит от компонентного состава сплава, способа производства проката. Для плохо свариваемых деталей в технологические карты сразу закладывается большой процент брака.

Основные виды дефектов сварных соединений:

  • нарушение целостности металла;
  • деформация конструкций или деталей из-за возникновения внутренних напряжений;
  • нарушение формы сварного шовного валика;
  • несоблюдение геометрических параметров наплавочного валика;
  • структурные изменения металла (размера зерна в области фазового перехода сварного соединения).

Внешние дефекты не так опасны, как внутренние, невидимые. Они выявляются неразрушающими методами контроля. Самостоятельно делать ответственные сварные швы рискованно. Лучше обратиться к профессионалам.

Основные причины нарушения целостности сварных шовных валиков и зоны термовлияния:

  • некачественная обработка стыков: плохо зачищенная окалина, ржавчина, остатки оксидной пленки, жирные пятна, загрязнения;
  • применение наплавочной проволоки или электродов, не соответствующих основному металлу;
  • неисправность сварочного аппарата;
  • неправильная установка рабочих параметров: силы тока, напряжения на регуляторах сварочника;
  • неправильная укладка деталей, не учитывается коэффициент линейного расширения;
  • несоблюдение интервала между электродом и деталью, не поддерживается определенная длина дуги.

Виды дефектов сварных швов

Полная классификация возможных нарушений наружной и внутренней структуры сварных швов представлена в ГОСТ 30242-97. Возникновение наружных дефектов сварных швов нередко сопровождается глубинными нарушениями структуры сплава. Они возможны при любом способе сварки, делятся на наружные, внутренние и сквозные. О каждом виде изъянов сварных соединений стоит рассказать подробнее.

Наружные

Выявляются при визуальном осмотре. Большинство наружных дефектов сварных швов устраняются в процессе работы.

Причина трещин – несоблюдение температурного режима. Горячие формируются при высоких температурах свыше 1100°С. Холодные при недостаточном разогреве поверхности (до 200°С). При трещинах металл становится менее пластичным, разрушается под нагрузкой.

Подрезы – наиболее встречающиеся дефектные нарушения сварных шовных валиков: между наплавкой и деталью видны углубления. Причины:

  • слишком высокое напряжение электродуги, сварные заготовки истончаются;
  • одна деталь проваривается сильнее, ванна расплава смещается от центра зазора.

При подрезе прочность соединения снижается, сварной шов приходится проходить еще раз.

Прожоги характерны для сварки тонкостенных изделий. Их удается избегать опытным сварщикам. К прожогу нередко приводит неуверенное управление электродом. Слишком высокий ток – еще одна причина.

Свищи – крупные раковины, похожие внешне на воронку. Они ухудшают внешний вид сварного шва, видны сразу. Их устраняют вторичной проходкой.

Кратер характеризуется рыхлостью металла, его усадкой. От них нередко идут трещины по поверхности. Возникают в области непровара при отключении или отрыве электродуги от поверхности заготовки.

Наплыв – вылившийся избыточный металл: наплавка расползается без образования надежного сварного шва, нет прочного диффузного слоя. Электродуга не успевает проплавить заготовку из-за недостаточного напряжения. Другая причина – плохо зачищенные кромки, остатки окалины не расплавляются.

Внутренние

Внешне невидимые, но нарушающие структуру металла изъяны самые коварные. Внутренние дефекты вне зависимости от причин возникновения недопустимы на сосудах высокого давления, трубопроводах, деталях, работающих на излом.

Отпотина или трещина бывает:

  • холодная – появляются после остывания наплавки и диффузного слоя вследствие остаточных напряжений в области разогрева;
  • горячая – продольные или поперечные растрескивания, возникающие в металле на границе формирующегося зерна.

Горячие трещины на фазе формирования кристаллической решетки в легированных сплавах:

  • из-за нарушения технологического процесса (не те электроды, рабочий ток);
  • при непредвиденном отключении сварочного аппарата во время замыкания по падающей капле.

Природу трещин установить несложно. Горячие появляются сразу, характерны для массива шва, области термовлияния, если допущен перегрев или температура ниже точки плавления. Холодные формируются постепенно, пока идут фазовые превращения жидкой массы в кристаллическую решетку. Возможные причины:

  • не успевшие выделиться молекулы водорода (недостаточный разогрев);
  • высокая влажность воздуха на рабочем месте;
  • плохая экранизация расплава защитной атмосферой.

Поры классифицируются по размеру, месту расположения. Они возникают:

  • из-за инородных тел, попадающих в сварочную ванну (окислы и шлаковые включения, чешуйчатость ржавчины, влага, вольфрамовые частички от неплавящегося электрода могут стать причиной образования газовых пузырей);
  • если расплав недостаточно хорошо защищен (с обмазки выделяется мало шлака, тонкий слой флюса, сдувает защитное облако газа);
  • когда нарушается технологический процесс (не выдержана температура предварительного нагрева заготовок, не подготовлены электроды, неправильно выставлен сварочный ток).

Шлак остается в порах, если нарушена технология. Вольфрам попадает при недостаточном экранировании ванны инертным газом. Оксидные пленки остаются при плохой зачистке свариваемых поверхностей.

Читайте также:  Как выглядит 102 труба

Непровар – дефект, характерный для начинающих. Стык между деталями недостаточно заполнен, толщина диффузного слоя неравномерная. Чаще выявляется при многослойной проходке глубоких кромок, когда не производится промежуточная проковка и удаление окалины. Другие возможные причины:

  • плохая подготовка заготовок;
  • слишком плотная установка деталей, маленький зазор;
  • высокая скорость сварки (наплавка не успевает заполнить пустоты);
  • отклонение электрода (расплав образуется рядом со стыком, а не над ним);
  • неправильно установленный рабочий ток (электроду для расплавления не хватает ампеража).

Пережог (его еще называют перегревом) характерен при несоблюдении технологии сварки: когда ток больше, чем нужен, а скорость низкая. Нарушается структурная решетка: зерна в шве формируются слишком крупные, металл становится хрупким из-за критической ударной вязкости. Дефект не устраняется термообработкой, влияющей на микроструктуру, необходимо делать глубокую зачистку, а затем заделку области пережога.

Сквозные

Просветы определяются визуально или при проверке герметичности. Главная причина сквозных дефектов – прожоги. Характерны для тонкостенных деталей, электрод насквозь прожигает металл рядом с наплавленным шовным валиком. Причина прожога – несоблюдение технологического процесса:

  • большой зазор между свариваемыми заготовками;
  • повышенный ток;
  • низкая скорость перемещения электрода;
  • прекращение подачи защитного газа.

При образовании отверстия ванна расплава не формируется, металл утекает за ее пределы.

Контроль качества сварных соединений

Сварщик несет индивидуальную ответственность за качество работы. Недопустимые дефекты – такие, при которых изделие или конструкцию нельзя эксплуатировать. Поврежденный сварочный шов может лопнуть под воздействием окружающей среды, силовой нагрузки. Контролеру необходимо выявить тип дефекта, место его расположения, размер. В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации выбирает методы контроля.

ВИК (визуально-измерительный) – самый простой и доступный. Соединение измеряют, осматривают. Для улучшения визуализации используют лупы, реже микроскопы (смотрят зернистость застывшего металла).

Цветная дефектоскопия используется для выявления трещин, несплошностей, наплывов в области сварных швов.

Диагностические методы с использованием приборов (радиационный, ультразвуковой, магнитно-резонансный) определяет внешне невидимые дефекты образованного металлического слоя, зон фазового перехода, где возникают внутренние напряжения. Место сварки покрывают тремя типами химических средств. Сначала очистителем (ацетоном или другими растворителями) подготавливают поверхность. После этого сварной шов из пульверизатора или кисточкой покрывают индикатором-пенетрантом, подходящими к данному виду стали или цветного металла. Затем проявителем. Через несколько секунд несплошности становятся видны. Индикаторную пленку после осмотра сварного соединения снимают сухой тканью и салфеткой, следов на деталях не остается.

Способы устранения дефектов сварных швов

Допускаются только незначительные по размеру изъяны, не влияющие на прочность соединений. Большинство дефектов сварочных швов, выявленных в ходе контроля, необходимо устранить. Они ухудшают эксплуатационные свойства металлоконструкций, могут стать причиной аварии, разгерметизации трубопроводов или сосудов.

Методика исправления недостатков сварки зависит от вида дефектных нарушений:

  1. Пористость, выявленную визуально или методом неразрушающего контроля, вырубают. Швы проваривают заново с соблюдением технологии, снижающей риск образования газовых полостей на поверхности и внутри металла.
  2. Свищи по природе схожи с глубокой пористостью, отличаются образованием воронок различной глубины. Неустранимые подваркой нарушения шва вырубают. Делают обрубку и зачистку дефектного участка, если массивный валик позволяет такую корректировку.
  3. Подрезы по линии диффузного слоя обычно бывают на сверхнормативно направленных валиках. Их убирают зачисткой или дополнительной наплавкой металла.
  4. Непровары случаются, когда кромки плохо разогреваются при образовании ванны расплава. Дефект, обнаруженный во время приемки изделия, корректируют новой проходкой. Участок шва с дефектом удаляют болгаркой или механически вырубают, после этого заполняют расплавом.
  5. Наплывы или подтеки снимают шкуркой, как регламентировано в стандарте. Объемные дефекты предварительно срубают, затем проводят зачистку шкуркой допустимого размера или напильником. После подготовки кромок снова наплавляют валик.
  6. Шлаковые вкрапления, снижающие прочность на разрыв, видимые или выявленные аппаратурой, удаляют механически, образовавшийся зазор тщательно проваривают, после этого доводят валик до нужных параметров.
  7. Отклонения валика от допустимых геометрических размеров:

в сторону увеличения устраняют зачисткой, срубанием излишков металла;

Качество соединения зависит не только от профессионализма сварщика. Скачки напряжения в сети гасят не все сварочники, некоторые начинают хуже работать. Появлению пор способствует окисление ванны расплава, насыщение стали водородом, азотом. Какой бы ни была причина прогаров, наплывов или других дефектов, их необходимо после обнаружения обязательно устранить, переварить металл или хорошо зачистить валик. Дефекты ухудшают не только внешний вид соединения, но и снижают сопротивляемость металла к механическим разрушениям под ударной, динамической крутящей или однонаправленной статической нагрузкой.

Источник

Adblock
detector