ГОСТ 30242-97 Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ДЕФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ МЕТАЛЛОВ ПЛАВЛЕНИЕМ Классификация, обозначение и определения МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Минск Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Институтом электросварки им. Е.О. Патона Национальной Академии наук Украины; Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 72 «Сварка и родственные процессы» ВНЕСЕН Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации 2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 11 от 23 апреля 1997 г.) За принятие проголосовали:
Наименование государства
Наименование национального органа по стандартизации
Госстандарт Республики Беларусь
СОДЕРЖАНИЕ
1 Область применения 2 Классификация дефектов 3 Наименование, определение и обозначение дефектов Группа 1. Трещины Группа 2. Поры Группа 3. Твердые включения Группа 4. Несплавление и непровар Группа 5. Нарушение формы шва Группа 6. Прочие дефекты
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает классификацию, определения и условные обозначения дефектов швов, зон термического влияния и основного металла при сварке металлов плавлением.
2 Классификация дефектов
3 Наименование, определение и обозначение дефектов
Распространенные дефекты сварных швов и методы их контроля: описываем подробно
Дефе́кты сварны́х соедине́ний — любые отклонения от заданных нормативными документами параметров соединений при сварке, образовавшиеся вследствие нарушения требований к сварочным материалам, подготовке, сборке и сварке соединяемых элементов, термической и механической обработке сварных соединений и конструкции в целом.
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:
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:
1. Дефекты в сварных соединениях
Дефекты в сварных соединениях бывают двух типов: внешние и внутренние. К внешним дефектам относятся наплывы, подрезы, наружные непровары и несплавления, поверхностные трещины и поры. К внутренним дефектам относятся скрытые трещины и поры, внутренние непровары и несплавления, шлаковые включения и др. (рис. 1).
Рис. 1. Виды дефектов в сварных соединениях: (а – г) – внешние дефекты: наплывы, подрезы, наружные непровары и несплавления, поверхностные трещины и поры; (д – ж) – внутренние дефекты: скрытые трещины и поры, внутренние непровары и несплавления, шлаковые включения
На рис. 2 – 8 показаны схемы и фотографии дефектов в сварных соединениях.
Рис. 2. Продольная трещина сварного соединения
Рис. 3. Пористость в сварном шве
Рис. 4. Наплывы в сварном шве.
Рис. 5. Макроструктура сварного шва (проплав)
Рис. 6. Трещины в сварном шве
Рис. 7. Кратер в сварном шве
Рис. 8. Подрезы в сварном шве
Качество сварных соединений обеспечивают предварительным контролем материалов и заготовок, текущим контролем за процессом сварки и приёмочным контролем готовых сварных изделий. В зависимости от нарушения целостности сварного соединения при контроле различают разрушающие и неразрушающие методы контроля.
Классификация по геометрии
Классификация дефектов изложена в ГОСТ 30242-97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения», а также в ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012 «Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 1. Сварка плавлением», которые соответствуют стандарту ISO 6520.
Дефекты соединений при сварке разделяются на шесть групп:
Трещины
Зоны сварного соединения: Основной металл — светло серый Зона термического влияния — серый Металл сварного шва — тёмно серый
Трещины возникающие в соединениях при сварке могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния, в основном металле.
В зависимости от ориентации трещины делятся на:
Кроме того, отдельно выделяют следующие виды трещин:
Методами снижения трещинообразования при сварке являются:
Полости и поры
Возникновение этих дефектов преимущественно обуславливается газами, задержанными в расплавленном металле. По расположению они подразделяться на:
К полостям также относятся свищи — продолговатые трубчатые полости, вызванные выделением газа, и усадочные раковины — полости, которые образуются вследствие усадки при затвердевании. Частным случаем усадочной раковины является кратер — не заваренная усадочная раковина в конце валика сварного шва.
Твёрдые включения
Выделяют следующие виды твёрдых включений:
Несплавления и непровары
Выделяют следующие типы несплавлений или отсутствий соединения между металлом шва и основным металлом либо между отдельными валиками сварного шва:
Термином непровар или неполный провар, называют несплавление основного металла на участке или по всей длине шва, появляющееся из-за неспособности расплавленного металла проникнуть в корень соединения, заполняя зазор между деталями.
Нарушение формы шва
К нарушениям формы шва по ГОСТ 30242-97 относятся:
Прочие дефекты
К прочим, в соответствии с ГОСТ 30242-97, относятся все дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы. Например:
2. Таблица дефектов сварных швов и причины их возникновения
Причины возникновения дефектов
Есть два типа факторов, влияющих на качество сварочных работ:
Основными субъективными причинами возникновения дефектов сварочных швов являются:
Как обнаружить сварные дефекты?
Обнаружить дефект сварного соединения можно следующими способами:
Наплывы на внутренней и внешней стороне сварного шва.
Цветная дефектоскопия и ультразвуковой контроль сварных соединений считаются наиболее эффективными методами выявления дефектных сварных соединений, но осуществить их в бытовых условиях практически невозможно.
3. Методы контроля
При предварительном контроле основного и сварочных материалов устанавливают, удовлетворяют ли сертификатные данные в документах заводов-поставщиков требованиям, предъявляемым к материалам в соответствии с назначением и ответственностью сварных узлов и конструкций. Перед сборкой и сваркой заготовок проверяют, соответствуют ли их форма и габаритные размеры установленным, а также контролируют качество подготовки кромок и свариваемых поверхностей. При изготовлении ответственных конструкций сваривают контрольные образцы. Из них вырезают образцы для механических испытаний. По результатам испытаний оценивают качество основного и сварочных материалов, а также квалификацию сварщиков, допущенных к сварке данных конструкций.
При текущем контроле проверяют соблюдение сварщиками установленных параметров режимов сварки и исправность работы сварочного оборудования. Осматривают сварные швы для выявления внешних дефектов и замеряют их геометрические размеры. Замеченные отклонения устраняют непосредственно в процессе изготовления конструкций.
Готовые сварные соединения в зависимости от назначения и ответственности конструкции подвергают приёмочному контролю:
На плотность испытывают ёмкости для хранения жидкостей, сосуды и трубопроводы, работающие при избыточном давлении, путём гидравлического и пневматического нагружения, с помощью течеискателей и керосином.
Магнитный контроль основан на намагничивании сварных соединений и обнаружения полей магнитного рассеяния на дефектных участках (рис. 10).
Рис. 10. Проверка качества сварных швов магнитной дефектоскопией
При контроле качества сварки магнитными дефектоскопами используется явление электромагнетизма. Прибор создает вокруг исследуемой области магнитное поле, поток линий которого, проходя через металл, искривляется в местах дефектов. Это искажение фиксируется определенными способами, из которых в сварочном производстве используются два – магнитопорошковый и магнитографический. При первом, на поверхность сварного соединения наносят сухой или влажный (в смеси с маслом, керосином или мыльным раствором) ферромагнитный порошок (например, железный), который скапливается в местах дефектов, свидетельствуя, таким образом, о наличие несплошностей.
Более совершенный магнитографический способ предполагает наложение на шов ферромагнитной ленты, на которой после пропускания ее через прибор проявляются имеющиеся дефекты (рис. 11).
Магнитным способам контроля могут подвергаться только ферромагнитные металлы. Хромоникелевые стали, алюминий, медь, не являющиеся ферромагнетиками, магнитному контролю не подлежат.
Рентгеновское просвечивание основано на различном поглощении рентгеновского излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают с помощью специальных рентгеновских аппаратов. После проявления плёнки на ней фиксируют участки повышенного потемнения, которые соответствуют дефектным местам в сварном соединении. Вид и размер дефектов определяют сравнением плёнки с эталонными снимками (рис. 12).
Рис. 12. Выявление дефектов в сварных швах
Применяемые в промышленности рентгеновские аппараты позволяют просвечивать сварные соединения из стали толщиной 10 – 200 мм, алюминия до 300 мм, меди до 25 мм. При этом фиксируют дефекты, размеры которых составляют 2% толщины металла.
Просвечивание гамма-лучами (рис. 13) по сравнению с рентгеновским имеет ряд преимуществ. Благодаря портативности аппаратуры его можно применять в любых условиях (в цехах, полевых условиях, на монтаже и т.п.). Кроме того, просвечивание гамма-лучами – менее дорогостоящий способ.
Рис. 13. Просвечивания гамма-лучами сварных швов
Недостатком его является низкая чувствительность при просвечивании малых толщин (до 50 мм). На больших толщинах чувствительность такая же, как у рентгеновского метода.
Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн отражаться от поверхности раздела двух сред. При встрече с поверхностью дефекта возникает отражённая ультразвуковая волна, дефект фиксируется на экране осциллографа.
Промышленные ультразвуковые дефектоскопы (рис. 14) позволяют обнаруживать дефекты на глубине 1 – 250мм. При этом можно выявлять дефекты с минимальной площадью (1 – 2 мм2). С помощью ультразвукового метода можно выявить наличие дефекта и даже место его расположения, но нельзя установить его вид.
Практически все дефекты сварных соединений, за исключением наиболее незначительных по размеру, требуют устранения.
Если этого не сделать, эксплуатационные параметры швов и самой металлоконструкции значительным образом ухудшатся: наличие дефектов сварки может привести к деформации металла, его скорого разрушения при механическом давлении.
Разновидности недостатков сварных швов определят методы борьбы с ними.
Виды дефектов сварных соединений.
Поэтому охарактеризуем самые распространенные дефекты сварки и способы их устранения:
Наплывы
В подавляющем числе случаев говорят, что сварщик настроил режим неверно или зачистил кромки банально плохо.
Профилактикой появления дефекта служит правильная настройка тока для сварки. Напряжение дуги тоже придется слегка повысить.
Подрезы
Кому приходилось корпеть над тавровым швом или внахлест, знают, что порой по сторонам сварного валика остается цепочка в виде маленьких углублений.
Термин «подрезы» — как раз относится к ним. Они появляются чаще всего, причем значительно, из-за быстрой сварки. Свою лепту вносит сварная дуга. То она чересчур длинная, то неправильно подобрали напряжение к ней.
Подрезы в швах допускаются лишь там, где конструкция, которую надо сварить, очень сложная. Это — допустимые дефекты. В другой ситуации такому браку в сварных швах нет прощенья.
Допустимые и недопустимые дефекты в сварных швах
Дефекты, появившиеся при сварке, в той или иной степени, влияют на работоспособность сварного соединения. И принимая решение о пригодности, или непригодности данного сварного соединения, учитывают все факторы, которые могут повлиять на допустимость или недопустимость дефекта в сварном шве. При этом принимают во внимание такие обстоятельства, как:
Геометрия и габариты сварной конструкции, в целом, и дефектного сварного соединения, в частности.
Напряжения, возникающие в конструкции. При этом, учитывают не только действие максимальных распределённых нагрузок, но и действие остаточных напряжений при сварке.
Вид сварного дефекта. А также его величина и место его возникновения.
Механические свойства сварного соединения. Это предел прочности, текучесть, ударная вязкость, пластичность, сопротивляемость коррозии, сопротивление усталостному разрушению и т.д.
Условия, при которых изделие эксплуатируется. В основном, это характер окружающей среды.
Функции, которые должно выполнять изделие. Существует даже такой термин: «пригодность для данной цели». Т.е. один и тот же дефект в сварном шве может быть допустим для выполнения одной задачи, и недопустим для выполнения другой.
Для принятия решения о допустимости дефектов того, или иного типа и величины, необходимо, чтобы измерительная способность прибора для контроля дефектов была выше, чем допустимая величина дефекта. Т.е., если в сварном шве допускаются дефекты, величиной не более 2мм, то нельзя использовать для контроля этого шва прибор, с измерительной способностью 5мм.
Для того, чтобы определить максимальную величину допустимого дефекта, необходимо иметь ввиду, что дефекты сварных швов увеличивают, главным образом, способность стали к усталостному и хрупкому разрушению.
Для разрушений такого вида, наибольшую опасность представляют плоскостные дефекты (микротрещины, макротрещины, непровары). В случае их выявления, нужно обратить внимание не только на максимальные размеры отдельно взятых дефектов, но и на их взаимное расположение и на их количество.
Опасность плоскостных дефектов заключается в том, что они являются концентраторами высоких напряжений из-за отсутствия радиуса закругления у трещин. Пространственные дефекты, такие, как поры, газовые пузыри или какие-либо включения имеют какой-либо радиус закругления, поэтому, представляют собой меньшую опасность, даже при большем количестве.
При маленьком закруглении у основания трещины, для того, чтобы оценить действующие в ней напряжения, применяют коэффициент интенсивности напряжений К1, позволяющий оценить механику разрушения. Коэффициент интенсивности напряжений возможно определить в том случае, если напряжение, необходимое для разрушения, меньше предела текучести материала. Определяется он по формуле:
где а — величина (высота) наружного дефекта, или половина величины внутреннего дефекта; бm — напряжение при растяжении; бв — напряжение при изгибе; Мm и Мв — коэффициенты, величина которых определяется отношением величины дефекта к толщине детали и расположением дефекта; Q — коэффициент, зависящий от формы дефекта.
Для сварных соединений, не подвергаемых отжигу после сварки, с целью уменьшения внутренних напряжений, для оценки допустимости сварных дефектов необходимо использовать расчёт критического раскрытия трещины (COD). Вычисление коэффициента К1, или нахождение величины критического раскрытия, даёт возможность с высокой точностью определить величину возможного допустимого дефекта сварного шва.
Дополнительные материалы по теме:
Контроль качества
С дефектами разобрались. Каким, чтобы их не допускать, должен быть контроль? Выберем наиболее эффективные методы контроля дефектов сварных швов и самые популярные.
Контроль может быть радиационным, ультразвуковым и визуально-измерительным.
Радиационный способ
У этого метода контроля есть еще одно название – радиографический. Основу составляют рентгеновские лучи. Известным нам по исследованиям в больнице. Принцип тот же – просветить и запечатлеть.
На деталь, которая находится в специальном аппарате, направляют рентген-лучи, а потом получают снимок. Если есть дефекты, то они сразу обнаружатся.
Кстати, рентген-прибор может устанавливаться и на саму деталь. Трудно найти сварщика, который бы не знал этого метода.
Снимок, полученный таким образом, покажет самые незначительные огрехи сварки. По-другому их сложно обнаружить. Сейчас точность повысилась благодаря компьютерным технологиям. Отдельные места можно увеличить и ознакомиться тщательней.
Минус метода – необходима повышенная техника безопасности, с радиацией не шутят. Кроме того, радиационные частички при попадании в атмосферу электризуют воздух, появляется ток.
Метод небезопасен для здоровья. Допуск к работе — только после подготовки.
Ультразвук
Ультразвуковую дефектоскопию сварных швов – коротко УЗК – роднит с вышеописанным способом принцип действия. С одной лишь разницей. Рентген-лучи заменяют ультразвуковыми волнами. Фиксируют результат с помощью специального дефектоскопа.
Механизм действия. Ультразвуковые волны, направленные на шов, проходят через металл, а потом – возвращаются. Наличие дефекта покажет их изменение.
В этом случае волны дадут искаженную картинку. Если брака нет, то обе картинки (до и после) окажутся идентичными.
В сварке УЗК – один из самых распространенных методов контроля. Для него существуют как стационарные дефектоскопы большого размера, устанавливают в специальном кабинете, так и в малогабаритном исполнении.
Последними можно комплектовать диагностическую лабораторию на колесах. Оба вида дефектоскопа гарантируют надежную проверку, обеспечивая информацией о месте дефекта и его параметрах.
Конечно, это не лупа и не линейка, соответственно, цена покусывается.
Сотрудник, который работает на нем, должен специально этому обучаться. Возможен вариант – специалист по приглашению. Но оно того стоит. УЗК выдает объективный результат быстро, его преимущества видны сразу.
Визуально-измерительный способ
Завершим наш обзор самым элементарным, но давно известным методом контроля дефектов сварных швов — ВИК. Аббревиатура расшифровывается как визуально-измерительный контроль. Метод прост в использовании.
Для него нужны внимательный взгляд, лупа, в некоторых случаях – микроскоп, и стандартная линейка. С ними управится сам сварщик, нужно лишь показать, как. Работодателю – экономия. Отпадет надобность брать специалиста для этих целей.
В торговой сети можно прикупить, причем по сходной цене, спецнабор для ВИК. В придачу – инструкцию. Написано понятно, вопросов – нет. На практике даже дебютант-сварщик обычно с первого раза познает контрольно-измерительные премудрости.
Кажется, проще простого. Правда, есть один минус – пресловутый человеческий фактор. Он может отразиться на конечном результате.
Не исключено, что и ответственное лицо отнесется к ВИК без должного внимания. Равно сделает это менее тщательно по независящим от него обстоятельствам. То есть брак не исключен.
Трещины
Бывают горячими и холодными, снаружи и внутри, но все равно — дефекты, частые спутники сварки. Первые возникают во время процесса, вторые после.
Холодные грозят появлением при повышенной хрупкости, механическая нагрузка чуть больше — и трещин не миновать. Горячий дефект сварного шва гарантирован, когда электрод и металл для сварки разнородны по составу.
Способ не допустить, есть. Соблюдай технологию и нарабатывай опыт. Порой трещины сопровождают процесс при неправильном заваривании кратера.
Кратеры
Образование в виде небольшой воронки. Излюбленное местопребывание – валик шва, предпочитает самый конец. К их появлению приводит резкий обрыв дуги.
Чтобы не допустить такого дефекта сварного шва, дуга должна вестись как можно плавно, а процесс завершаться без резких движений.
Хорошо, если ваш сварной агрегат снабжен специальным режимом, включив, не допустите появление кратеров.
Прожоги
Грубый дефект. Дырку в сварном соединении, или, выражаясь технически, сквозное отверстие, видно и без лупы. Прожог – результат медленной сварки.
Помните, где тонко, там и рвется. Одна точка больше, чем надо, подвергается воздействию высокой t. Металл начинает усиленно плавиться. Итог предсказуем. От прожогов страдает качество работы, ведь прочность шва заметно уменьшается.
Профилактика. Понижаем сварочный ток, а формирование шва ускоряем.
Важно! В случае с алюминием помните о его высокой теплопроводности в сочетании с низкой t плавления. Порчу заготовки из алюминия дешевле предотвратить, чем исправить.
