Дефекты шва при ручной дуговой сварке: подрезы, непровар, поры, шлак, прожог и трещины

Как называют дефекты по ГОСТ

Когда в разговоре сварщиков встречается «шов с дефектами», под этим понимают одну из позиций классификации. ГОСТ 30242-97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением» соответствует международному ISO 6520 и делит дефекты на шесть групп (Дефекты сварных соединений). Названия из стандарта полезны на практике: по ним проще искать причину и понимать, что написано в заключении по контролю.

По стандарту подрез — продольное углубление на наружной поверхности валика, прожог — вытекание металла ванны со сквозным отверстием, непровар — несплавление основного металла в корне или по длине шва, кратер — незаваренная усадочная раковина в конце валика.

Чем смотреть и как проверить

Дома и в мастерской достаточно нескольких вещей.

1. Лупа и хороший свет. Подрезы, поры на поверхности, трещины в кратере видны на очищенном от шлака шве.
2. Шаблон сварщика (например, универсальный УШС-3) или штангенциркуль. Им измеряют глубину подреза, ширину и высоту валика.
3. Молоток и тиски. Контрольный образец из двух пластин ломают по шву: в изломе видны непровар, шлак и поры, а излом «с мясом», по основному металлу, говорит о хорошем сплавлении. Практики с этого и начинают, когда проверяют новый режим.
4. Макрошлиф. Для ответственных деталей шов распиливают поперёк, шлифуют и травят. Ответственные конструкции контролируют по нормам, неразрушающими методами, а не молотком.

Шлак при хорошем режиме отскакивает крупными плоскими чешуйками, а на недостаточном токе остаётся прилипшим и скалывается кусочками. Практики, которые учат новичков, называют это самым дешёвым индикатором: если шлак не отлетает, ток мал и шва, скорее всего, нет.

Таблица «дефект — причина — что менять»

Причины расставлены по частоте, с которой они встречаются у тех, кто варит электродом на инверторе: самая частая первая.

Абсолютных токов в таблице нет намеренно: они зависят от марки электрода, положения шва и аппарата. Правило «30–50 А на миллиметр диаметра» годится как стартовая точка в нижнем положении: для электрода 3 мм получается ориентир около 90–150 А, а точный диапазон обычно написан на пачке. Практики советуют брать значение у нижней границы пачки для тонкого металла и вертикальных швов, у верхней — для толстого металла и нижнего положения.

Подрезы

Подрез чаще всего появляется у сварщика, который хорошо держит дугу, но торопится или завышает ток «для надёжности». Электрод глубоко выплавляет канавку у кромки, ванна не успевает её заполнить. Участники, которые разбирали фотографии швов начинающих, чаще всего советуют одно и то же: задерживаться на краях при колебаниях на долю секунды.

Как исправить. Небольшой подрез заваривают отдельным тонким валиком током ниже рабочего; глубокий в нагруженной детали — вырубают или зачищают и заваривают заново. Подрез опасен там, где конструкция работает на изгиб и усталость: канавка у кромки служит концентратором напряжений.

Как не допустить. Убавьте ток и проверьте угол: электрод наклоняют на 20–30 градусов от перпендикуляра к детали по ходу ведения. В угловом шве ведите дугу так, чтобы электрод делил угол пополам, а на вертикальной полке чуть дольше задерживайтесь.

Непровар

Непровар из-за слабого тока выдаёт себя дрожащей ванной, которая не растекается, шлаком, который скалывается кусками, и валиком, лежащим на детали. Начинающие чаще всего пытаются варить тройкой на токе, на котором ванна не появляется: тогда электрод остаётся приваренным к детали, а металл «соплями» собирается на поверхности. В обсуждениях практиков называют ориентир: для электрода 3 мм начинать советуют от 90–100 А, а при меньшем токе ванна не образуется; точные цифры зависят от марки и написаны на пачке.

Второй источник непровара — геометрия. На толстом металле без разделки кромок, с нулевым зазором электрод просто не доходит до корня. Зазор и притупление задают в чертеже и в карте режимов; для ручной сварки зазор в корне обычно выдерживают порядка одного-двух миллиметров, а точное значение берут из нормативов по типу соединения.

Как проверить. Контрольный образец ломают по шву и смотрят, что осталось в корне: светлый непроплавленный торец кромки означает непровар. Как исправить — вырубить до чистого металла и заварить заново либо подварить с обратной стороны. Нагруженные швы с непроваром считаются браком.

Поры и шлак внутри шва

Поры в сварке электродом чаще всего связаны с водородом и влагой. Электроды с основным покрытием, такие как УОНИ и LB-52U, гигроскопичны и в сыром виде дают пористый шов и трещины; рутиловые терпят влагу лучше, но тоже её накапливают. Практики хранят открытые электроды в герметичном пенале с силикагелем, а перед работой прокаливают в электрической печи. Режим прокалки пишут на пачке: для основного покрытия он, как правило, заметно выше, чем для рутилового, и находится в диапазоне сотен градусов, поэтому нужна печь с регулировкой, а не костёр.

Вторая группа причин — кромки. Ржавчина, прокатная окалина, масло и краска дают газ прямо в ванне. Зачистить нужно до металлического блеска полосу шириной в несколько сантиметров от шва. Оцинкованную сталь перед сваркой зачищают от цинка, иначе поры неизбежны, а дым вреден; про вентиляцию в мастерской написано в статье про вытяжку и пожарную безопасность.

Шлаковые включения получаются, когда следующий валик ложится на неочищенный предыдущий или на глубокую узкую канавку, где шлак зажат. Многопроходный шов зачищают после каждого прохода щёткой и молотком до чистого металла. В глубокой разделке шлак вытекает вперёд дуги, если вести электрод слишком быстро, и тогда его вваривают в ванну.

Для электродов с основным покрытием важна ещё и короткая дуга: при длинной дуге защита нарушается и в шов попадает азот. Эти же электроды требуют устойчивой позы и точных движений, а ток для них подбирают по пачке, не завышая. Основные признаки завышенного тока — стержень, горящий быстрее обмазки, и дымящий после обрыва электрод.

Прожог и тонкий металл

На металле 1,5–2 мм электродом легче всего получить прожог. Практики сходятся в трёх приёмах. Первый — электрод тоньше (2–2,5 мм) и ток у нижней границы по пачке. Второй — варить с отрывом: сделать несколько движений, оборвать дугу, дать лужице потемнеть и продолжить. Третий — не пытаться сразу заварить прожжённую дыру, потому что металл вокруг горячий и расплавится снова; сначала уйти дальше по шву, а к дыре вернуться после остывания и зачистки шлака.

Сварка тонкой профильной трубы электродом остаётся компромиссом. Если нужно много таких швов, с ними лучше справляется полуавтомат, а для нержавейки 1–2 мм без прогибов подходит и ручной лазерный аппарат: он вносит меньше тепла и почти не ведёт лист, подробнее в статье о лазерной сварке и TIG и на странице про лазерную сварку.

Трещины

Трещины делят на горячие, которые возникают при кристаллизации шва, и холодные, которые появляются после охлаждения. Среди причин холодных — водород из влажной обмазки, закалочная структура стали и жёсткое закрепление, при котором шов некуда усаживаться. Для снижения риска применяют сухие электроды, подогрев заготовок, медленное охлаждение и сварку короткими участками (Дефекты сварных соединений).

Практический порядок для трещины в обычной стальной детали: найти концы трещины и засверлить их, чтобы она не росла; разделать V-образную канавку по всей длине; варить с подогревом, если сталь углеродистая или легированная; заварить кратер, а не обрывать дугу на шве. Рабочие значения подогрева зависят от марки стали, поэтому их берут из справочника по свариваемости или у технолога.

Как не допустить дефектов: порядок действий

Питание сказывается на дуге не меньше, чем руки. На слабой сети и длинном удлинителе дуга обрывается, электрод липнет, и это легко принять за ошибку техники; как выбрать аппарат и кабель, написано в статье про инвертор и полуавтомат. Подбор марки и диаметра электрода разобран в статье про электроды и прокалку.