Пористость в сварочных дефектах: виды, причины и допустимые уровни

В области сварки пористость является распространенным дефектом, который может существенно повлиять на качество и работоспособность сварных соединений. Понимание типов, причин и допустимых уровней пористости имеет решающее значение для обеспечения целостности и надежности сварных конструкций.

Что такое сварочная пористость?

Сварная пористость означает наличие полостей или пустот внутри сварного валика или между сварными швами в сварном соединении. Эти пустоты могут различаться по размеру и форме, от крошечных отверстий до более крупных полостей, и обычно они заполнены газом (например, водородом, азотом или кислородом) или иногда жидким металлом в случае ликвационной пористости.

Пористость считается дефектом сварки, поскольку она может ослабить сварное соединение, снизить его механическую прочность, повысить склонность к растрескиванию и поставить под угрозу общую целостность сварной конструкции.

Виды и причины пористости при сварке

Пористость при сварке проявляется в нескольких различных формах, каждая из которых имеет свои особенности и причины, влияющие на качество и целостность сварного шва.

Пористость поверхности

Поверхностная пористость при сварке означает образование небольших пустот или отверстий, видимых на внешней поверхности сварного валика. Эти дефекты обычно легко обнаруживаются невооруженным глазом и могут различаться по размеру и распространению в зависимости от основных причин.

Причины

• Проблемы с защитным газом: Без надлежащей защиты такие газы, как кислород или азот, могут вступать в реакцию с расплавленным металлом, образуя газовые карманы, которые при охлаждении затвердевают в пустоты. Это нарушает целостность сварного шва и может привести к снижению механической прочности и коррозионной стойкости.
• Загрязнение недрагоценными металлами: Загрязнения испаряются или вступают в реакцию во время сварки, выделяя газы, которые попадают в металл сварного шва. Это загрязнение препятствует правильному сплавлению присадочного металла с основным металлом, что приводит к пористости поверхности. Механическая прочность и коррозионная стойкость сварного шва могут быть серьезно нарушены в зависимости от степени загрязнения.
• Сварочная техника: Неправильная техника может привести к неравномерным или нестабильным сварочным ваннам, неправильному нанесению присадочного металла или неправильному покрытию защитным газом. Эти факторы способствуют образованию неровностей поверхности шва, в том числе поверхностной пористости. Постоянные и контролируемые параметры сварки необходимы для получения качественных и бездефектных сварных швов.

Профилактика и контроль

Чтобы уменьшить пористость поверхности при сварке:

• Обеспечьте надлежащий защитный газ: Поддерживайте достаточные скорости потока и соответствующие газовые смеси для обеспечения эффективной защиты сварочной ванны.
• Предварительная очистка недрагоценных металлов: Перед сваркой удалите загрязнения, такие как ржавчина, масло и краска, с поверхностей основного металла.
• Оптимизация метода сварки: Обучите сварщиков следовать рекомендуемым процедурам в отношении длины дуги, скорости движения и манипуляций с электродом, чтобы обеспечить стабильные сварочные ванны и равномерное наплавление присадочного металла.

CRATERING

Образование кратеров означает образование небольших кратерообразных пустот или впадин в конечной точке сварного шва. Эти пустоты видны на поверхности сварного шва и могут быть легко идентифицированы при визуальном осмотре. Образование кратеров обычно происходит по завершении сварочного прохода, когда сварочная дуга гаснет или сварочный электрод вынимается.

Причины

• Внезапное прекращение: При резком прекращении сварочной дуги расплавленный металл сварного шва в области кратера может затвердеть до того, как сможет осаждаться достаточное количество присадочного металла для заполнения полости. Это оставляет после себя углубление, которое ослабляет структуру сварного шва. Вокруг этих кратеров могут образовываться точки концентрации напряжений, что увеличивает вероятность растрескивания сварного шва или разрушения под нагрузкой.
• Недостаточное количество наполнителя: Недостаточное количество наполнителя приводит к неполному заполнению кратера, что делает его уязвимым для концентраций напряжений и потенциальных дефектов. Это ухудшает общую прочность и целостность сварного соединения.
• Сварочная техника: Плохая техника сварки, например, неправильные процедуры заполнения кратеров или недостаточный контроль параметров сварки (таких как напряжение дуги или скорость движения), способствуют образованию кратеров. Непоследовательные методы заполнения кратеров могут привести к получению неровных профилей сварного шва и ухудшению качества сварки. плохая сварка качество.

Профилактика и контроль

Чтобы предотвратить образование кратеров и обеспечить высокое качество сварных швов:

• Правильная техника заполнения кратера: Внедряйте правильные методы заполнения кратера, такие как обратный шаг или вращение электрода в конце сварочного прохода, чтобы адекватно заполнить кратер.
• Контролируемое прекращение: Постепенно уменьшайте сварочный ток и скорость наплавки присадочного металла ближе к концу сварного шва, чтобы плавно заполнить кратер и избежать резкого прекращения сварки.
• Оптимизированные параметры сварки: Поддерживайте постоянные параметры сварки на протяжении всего процесса сварки, включая напряжение дуги, ток, скорость перемещения и методы манипуляций с электродом.
• Обучение операторов: Обучите сварщиков правильным методам сварки и процедурам заполнения кратеров, чтобы свести к минимуму дефекты и обеспечить однородное качество сварного шва.

Червоточина

Червоточины — это особый тип сварочного дефекта, характеризующийся удлиненными туннелеобразными пустотами, которые проходят через металл сварного шва в продольном направлении. Эти пустоты обычно не видны на поверхности сварного шва, и для их точного обнаружения часто требуются сложные методы контроля, такие как рентгенографическое исследование. Червоточины могут различаться по размеру и расположению в зоне сварки, что влияет на структурную целостность сварного соединения.

Причины

• Недостатки газового покрытия: Недостаточное газовое покрытие позволяет атмосферным газам (таким как кислород или азот) проникать в сварочную ванну, что приводит к образованию газовых карманов. Эти карманы могут превращаться в удлиненные пустоты по мере остывания металла сварного шва, создавая дефекты «червоточин». Это нарушает металлургическую целостность сварного шва и снижает его механические свойства.
• Контроль параметров сварки: Неправильные параметры сварки могут привести к нестабильному состоянию дуги или нестабильной динамике сварочной ванны. Эта нестабильность может способствовать неравномерному распределению тепла в зоне сварки, способствуя образованию червоточин. Поддержание точного контроля над параметрами сварки имеет решающее значение для достижения однородного качества сварного шва и минимизации дефектов.
• Факторы окружающей среды: Загрязнения окружающей среды могут вступать в реакцию с расплавленным металлом сварного шва, выделяя газы, которые способствуют образованию червоточин. В частности, влага может быстро испаряться во время сварки, образуя пузырьки газа, которые попадают в затвердевающий металл сварного шва. Правильная очистка и подготовка сварочных поверхностей, а также контроль условий окружающей среды имеют важное значение для предотвращения дефектов, связанных с загрязнением.

Профилактика и контроль

Чтобы свести к минимуму возникновение червоточин при сварке:

• Оптимизация покрытия защитным газом: Обеспечьте достаточное и равномерное распределение защитного газа вокруг зоны сварки, чтобы предотвратить загрязнение атмосферы.
• Контроль параметров сварки: Поддерживайте точный контроль над параметрами сварки для достижения стабильных условий дуги и постоянного тепловложения.
• Экологический контроль: Сведите к минимуму воздействие влаги, грязи и других загрязнений в среде сварки за счет правильного хранения, обращения и очистки.
• Гарантия Качества: Внедряйте строгие протоколы проверок, включая периодический неразрушающий контроль, для обнаружения и устранения дефектов на ранних этапах сварочного процесса.

Подповерхностная пористость

Подповерхностная пористость означает наличие полостей или пустот, расположенных под видимой поверхностью сварного валика. Эти дефекты нелегко обнаружить с помощью стандартного визуального осмотра, и для точного обнаружения обычно требуются сложные методы проверки, такие как рентгенографический контроль или ультразвуковой контроль. Подповерхностная пористость может различаться по размеру и распределению в зоне сварного шва, что потенциально ухудшает механические свойства и структурную целостность сварного соединения.

Причины

• Проблемы газовой защиты: Недостаточное покрытие защитным газом позволяет атмосферным газам (например, кислороду, азоту) проникать в сварочную ванну, образуя газовые карманы, которые затвердевают в подповерхностные пустоты по мере охлаждения металла сварного шва. Колебания расхода защитного газа или неправильное соотношение газовых смесей могут усугубить эту проблему, приводя к нестабильному качеству сварки и увеличению пористости.
• Параметры сварки: Непостоянные параметры сварки могут повлиять на стабильность сварочной дуги и расплавленной сварочной ванны. Изменения в подводимом тепле или характеристиках дуги могут привести к неравномерному сплавлению присадочного металла с основным металлом, создавая зазоры или пустоты в зоне сварки. Правильный контроль и оптимизация параметров сварки необходимы для достижения однородного качества сварного шва и минимизации дефектов подповерхностной пористости.
• Загрязнение материала: Загрязнения испаряются или вступают в реакцию во время сварки, выделяя газы, которые попадают в затвердевающий металл сварного шва. Это загрязнение препятствует правильному сплавлению и соединению присадочного металла с основным металлом, способствуя образованию подповерхностных пустот. Правильная очистка и подготовка сварочных поверхностей, а также обеспечение чистоты материала имеют решающее значение для снижения риска возникновения подповерхностной пористости.

Профилактика и контроль

Чтобы свести к минимуму возникновение подповерхностной пористости при сварке:

• Оптимизация газовой защиты: Обеспечьте постоянное и адекватное покрытие защитным газом зоны сварки, чтобы предотвратить загрязнение атмосферы и захват газа.
• Контроль параметров сварки: Поддерживайте точный контроль над параметрами сварки, включая напряжение, ток, длину дуги и скорость движения, чтобы добиться стабильных условий дуги и равномерного распределения тепла.
• Подготовка материала: Тщательно очистите и подготовьте сварочные поверхности, чтобы удалить загрязнения, которые могут способствовать газообразованию и пористости.
• Гарантия Качества: Внедряйте комплексные протоколы контроля, включая периодический неразрушающий контроль с использованием радиографического или ультразвукового контроля, для обнаружения и устранения дефектов подповерхностной пористости на ранних этапах процесса сварки.

Какие факторы способствуют пористости различных сварочных материалов?

Пористость при сварке существенно зависит от типа свариваемого материала, поскольку разные материалы восприимчивы к воздействию различных газов, которые могут вызвать пористость. В таблице ниже перечислены основные газы, вызывающие пористость широко используемых материалов, а также рекомендуемые методы очистки для устранения этих проблем.

Основные газы, вызывающие пористость, и рекомендуемые методы очистки

Материалы	Основные газы	Рекомендуемый метод очистки
C-Mn сталь	Водород, азот, кислород	Отшлифовать для удаления окалины
Нержавеющая сталь	Водород	Обезжиривание + проволочная щетка + обезжиривание.
Алюминий и сплавы	Водород	Химическая очистка + проволочная щетка + обезжиривание + очистка
Медь и сплавы	Водород, Азот	Обезжиривание + проволочная щетка + обезжиривание.
Никель и сплавы	Азот	Обезжиривание + проволочная щетка + обезжиривание.
Титан и сплавы	Водород, азот, кислород	Химическая очистка + проволочная щетка + обезжиривание + тщательная сушка.
Магний и сплавы	Водород	Химическая очистка + проволочная щетка + обезжиривание + предварительный нагрев

Допустимые уровни пористости сварочных дефектов

Допустимый уровень пористости сварных соединений зависит от конкретного применения и требований соответствующих стандартов или технических условий. Как правило, наличие видимой макропористости считается недопустимым и требует ремонта или отказа от сварного шва. Однако для микропористости приемлемый уровень может варьироваться в зависимости от материала, толщины сварного шва и предполагаемого использования сварной конструкции.

Многие стандарты и спецификации сварки содержат рекомендации по приемлемым уровням микропористости. Эти рекомендации обычно определяют максимальный размер пор, плотность пор и распределение пор, которые считаются приемлемыми для данного материала и толщины сварного шва. Важно ознакомиться с соответствующим стандартом или спецификацией, чтобы определить приемлемые уровни пористости для конкретного применения.

Как различные методы позволяют обнаружить пористость в сварных материалах?

Пористость свариваемых материалов может поставить под угрозу целостность и прочность сварного шва, поэтому ее обнаружение имеет решающее значение для обеспечения качества и безопасности. Существует несколько методов определения пористости, каждый из которых подходит для разных типов пористости и разных уровней сложности.

Визуальный осмотр: достаточно ли его для обнаружения пористости?

Визуальный осмотр остается наиболее простым и экономичным методом определения поверхностной пористости. Этот метод предполагает тщательное исследование готового сварного шва при достаточном освещении. Сварщики и инспекторы уделяют особое внимание началу и остановке сварного прохода, поскольку эти участки более склонны к пористости.

Небольшие пустоты или отверстия на поверхности сварного шва часто можно обнаружить без использования специального оборудования. Несмотря на свою простоту, визуальный осмотр ограничивается поверхностными дефектами и не может выявить подповерхностную пористость.

Какую роль играет разрушающий контроль в обнаружении пористости?

Методы разрушающего контроля обеспечивают более глубокое понимание внутренней структуры сварного шва путем физического разрушения или разрезания материала. Эти методы особенно полезны для квалификации сварщиков и процедур сварки. Одним из распространенных разрушающих испытаний является испытание на разрыв, при котором образец ремня с надрезом подвергается растягивающему усилию до тех пор, пока он не сломается.

Полученное поперечное сечение затем исследуют на предмет внутренней пористости. Другой метод включает подготовку образцов углового сварного шва, их резку пилой, полировку поверхности разреза и нанесение раствора кислоты для улучшения видимости любой пористости внутри сварного шва. Хотя разрушающее испытание дает подробную информацию о внутренних дефектах, оно также приводит к разрушению испытуемого образца.

Насколько эффективен неразрушающий контроль при обнаружении пористости?

Методы неразрушающего контроля (NDT) необходимы для проверки сварных швов без повреждения, что делает их пригодными для обнаружения как поверхностной, так и подповерхностной пористости. Например, радиографический контроль широко используется при сварке труб и позволяет получить полное представление о сварном шве, выявляя пористость на всех этапах сварки. Этот метод очень эффективен для обнаружения внутренней пористости, которая не видна на поверхности.

Капиллярный контроль – это еще один метод неразрушающего контроля, используемый для обнаружения поверхностной и незначительной подповерхностной пористости. Процесс включает в себя нанесение на поверхность сварного шва красителя, который проникает в любые трещины и пустоты. Под воздействием ультрафиолета эти области становятся видимыми.

Аналогичным образом, магнитопорошковый контроль обнаруживает поверхностную и приповерхностную пористость путем нанесения магнитных частиц на сварной шов. Любые дефекты приводят к скоплению частиц, что указывает на наличие пористости.

Какой метод следует использовать?

Ниже приведена сравнительная таблица, в которой показаны преимущества и особенности различных методов неразрушающего контроля для обнаружения пористости:

Метод НК	Наши преимущества	Соображения
Визуальный осмотр	Просто и экономично. Мгновенное обнаружение пористости поверхности.	Ограничено поверхностными дефектами. Не подходит для подповерхностных или внутренних дефектов.
Радиографические исследования	Обеспечивает детальный внутренний вид сварных швов. Эффективен для всех проходов сварки.	Требует соблюдения мер радиационной безопасности. Более высокая стоимость и специализированное оборудование.
Инспекция красителей	Обнаруживает поверхностную и приповерхностную пористость. Высокая чувствительность к дефектам.	Требуется очистка и подготовка поверхности сварного шва. Ограничено доступными территориями.
Контроль магнитных частиц	Обнаруживает поверхностные и приповерхностные дефекты. Подходит для ферромагнитных материалов.	Требует применения магнитного поля и частиц. Необходима подготовка поверхности.
Ультразвуковой контроль	Обеспечивает полную оценку толщины. Точно обнаруживает внутренние дефекты.	Требуются квалифицированные операторы для устного перевода. Состояние поверхности влияет на результаты.

Как защитный газ влияет на качество сварки и предотвращение пористости?

Управление защитным газом имеет решающее значение в сварочных операциях для получения безупречных сварных швов, лишенных пористости и других дефектов. Вот подробное исследование того, как выбор правильного газа, регулирование его потока и обеспечение правильной настройки оборудования имеют решающее значение для поддержания целостности сварного шва.

• Выбор правильного защитного газа. Например, для цветных металлов предпочтительны инертные газы, такие как аргон, из-за их стабильности и минимального взаимодействия со сварочной ванной. Напротив, газовые смеси, содержащие CO2, эффективны при сварке углеродистой стали, повышая стабильность дуги и проплавление сварного шва.
• Регулирование потока защитного газа. Недостаточный поток газа ставит под угрозу покрытие, позволяя атмосферным загрязнениям проникать в расплавленный металл и вызывать пористость. И наоборот, чрезмерный поток газа может нарушить динамику сварочной ванны, что приведет к турбулентности и потенциальным дефекты сварного шва. Поддержание расхода обычно от 25 до 35 кубических футов в час (CFH), в зависимости от конкретных условий сварки, обеспечивает баланс между адекватной защитой и эксплуатационной эффективностью.
• Конфигурация газового шланга и горелки. Диаметр газового шланга должен обеспечивать равномерный поток газа без ограничений и потерь давления. Шланги меньшего размера затрудняют подачу газа, снижая эффективность защиты и увеличивая риск пористости. И наоборот, шланги слишком большого размера могут привести к ненужным перепадам давления, снижению эффективности защиты и потере расходных материалов.

Как элементы сплава влияют на пористость при сварке?

Элементы сплава, присутствующие в зоне сварки, могут существенно влиять на качество сварного шва, уменьшая или усугубляя дефекты пористости в зависимости от их присутствия и концентрации.

Роль азота в формировании пористости

Азот, часто случайно попадающий из-за недостаточного покрытия защитным газом, представляет собой критический риск при сварке аустенитной нержавеющей стали. Его присутствие может привести к образованию газовых пустот внутри сварочной ванны, которые затвердевают, образуя пористость. Правильное управление защитным газом имеет решающее значение для предотвращения проникновения азота и обеспечения целостности сварного шва.

Кислород и его влияние на пористость

Кислород — еще один вредный элемент при сварке, известный своей способностью проникать в сварочную ванну из-за таких факторов окружающей среды, как сильный ветер или сквозняки, а также недостаточное покрытие защитным газом. Его присутствие создает газовые карманы внутри расплавленного металла, которые при затвердевании проявляются в виде пористости. Эффективный контроль сварочной среды и тщательное применение защитного газа необходимы для уменьшения пористости, вызванной кислородом.

Вклад водорода в пористость

Водород является частым виновником образования пористости, попадая в зону сварного шва из-за влаги в основных металлах или присадочных металлах, а также из масел или других загрязнений. В расплавленном металле сварного шва водород растворяется и образует газовые карманы, которые при затвердевании приводят к пористости. Правильная очистка и сушка материала, а также контролируемые параметры сварки имеют решающее значение для минимизации пористости, вызванной водородом.

Распознавание сплавов, склонных к пористости

Некоторые сплавы проявляют более высокую склонность к пористости из-за присущих им свойств и состава:

• Алюминий: Алюминий, известный своей пористой природой, легко впитывает такие загрязнения, как жир и масла. Эффективные процедуры очистки необходимы для предотвращения пористости во время сварки.
• Чугун: Высокое содержание углерода в чугуне делает его склонным к пористости, поскольку при затвердевании сварного шва может образовываться угарный газ. Предварительный нагрев и тщательный выбор присадочных металлов являются эффективными стратегиями снижения риска пористости при сварке чугуна.

Использование предварительного нагрева для уменьшения пористости

Предварительный нагрев металлов перед сваркой служит превентивной мерой по устранению влаги, которая является важным источником водорода и потенциальной пористости. Поднимая температуру металла до заданного уровня, предварительный подогрев снижает риск абсорбции водорода и последующего образования пористости в сварном шве.

Определение сварочных процессов, склонных к пористости

Некоторые сварочные процессы по своей природе более подвержены пористости, что требует тщательного управления для предотвращения дефектов:

• Сварка флюсовым сердечником с двойным экраном: Этот метод может быть особенно подвержен пористости, если он не защищен должным образом от воздействия окружающей среды, такого как ветер или сквозняки. Контроль провод Расстояние «выступания» от сопла горелки MIG имеет решающее значение для предотвращения пористости типа «червоточины», которая может появляться как на поверхности, так и в недрах.

Рассмотрение вариантов термообработки после сварки

Термическая обработка после сварки предлагает потенциальное решение для уменьшения пористости за счет облегчения диффузии и выхода захваченных газов из металла сварного шва. Однако важно проявлять осторожность, поскольку термическая обработка может также усугубить существующую пористость или вызвать новые дефекты. Целесообразно проконсультироваться со специалистами по сварке, инженерами или экспертами-металлургами, чтобы определить пригодность и параметры послесварочной термообработки для конкретных видов сварки.

Каков вред сварочной пористости?

Пористость, характеризующаяся наличием газовых карманов или пустот в металле шва, снижает прочность конструкции и надежность сварных соединений. Эти газовые карманы действуют как концентраторы напряжений, снижая несущую способность сварного шва и его устойчивость к механическим силам, таким как растяжение или сжатие.

Более того, пористость ухудшает внешний вид сварного шва, что потенциально может привести к эстетическим проблемам в тех случаях, когда важна внешняя привлекательность. В критически важных отраслях, таких как аэрокосмическая, автомобильная и строительная промышленность, где целостность сварного шва имеет первостепенное значение для безопасности и производительности, даже небольшие проявления пористости могут привести к катастрофическим отказам в условиях эксплуатационных нагрузок.

Заключение

Пористость остается серьезной проблемой в процессах сварки, влияя на структурную целостность и производительность. Понимая его типы, причины и допустимые пределы, сварщики могут реализовать эффективные стратегии снижения дефектов, чтобы минимизировать дефекты и обеспечить высококачественные сварные соединения в различных промышленных применениях.

FAQ

---

Каталог: Руководство по изготовлению листового металла