Шлаковые включения в металле шва

Обновлено: 08.01.2025

Значительная часть конструкций, комбинированных из разнородных сталей, имеет такие размеры и форму, что для механизации сварочных работ наиболее приемлемой является сварка в среде защитных газов. Этот вид сварки обладает рядом особенностей, в силу которых он в ряде случаев является наиболее приемлемым, а иногда и единственно возможным способом механизированной сварки. Поэтому сварка в защитных газах находит все более широкое применение. Следует отметить, однако, что в настоящее время применяется этот способ без особых затруднений лишь при сварке обычных конструкционных сталей. Между тем, появляется все больше конструкций, где указанным способом необходимо сваривать специальные высоколегированные стали с низко - или вовсе нелегированиыми сталями. При этом, как показано в гл. IV, следует применять аустенитную электродную проволоку, сварка которой в среде защитных газов не имеет еще должного распространения.

Принципиальная возможность сварки в защитных газах аустенитной проволокой известна уже сравнительно давно. Однако до сих пор применяется она при изготовлении изделий из сравнительно тонкого металла. Почти все имеющиеся в настоящее время сообщения об успешном применении такой сварки для соединения аустенитным швом относятся к однослойной сварке или к двухслойной, выполняемой с двух сторон.

Уже в первых работах было замечено, что сварка в защитной с$еде из углекислого газа аустенитной проволокой имеет особенность, которая может отрицательно сказаться на качестве сварного соединения: при сварке в углекислом газе аустенитной стали на поверхности шва образуется трудноудаляемый слой окислов [681.

Образование окислов (шлаков) на поверхности шва является серьезным недостатком сварки в защитных газах аустенитной проволокой. Из-за образования на поверхности наплавляемого металла трудноудаляемого слоя окислов возможно чрезмерное загрязнение металла шва шлаковыми включениями [75]. Это подтверждено экспериментально [671. Было показано, что многослойный шов, выполненный аустенитной проволокой в углекислом газе, сильно загрязнен шлаковыми включениями. Чтобы этого избежать, автором с сотрудниками был предпринят ряд мер, однако получить положительные результаты, не удалось. При этом было лишь установлено, что количество шлаковых включений можно несколько уменьшить, если сварку производить проволокой, не содержащей молибдена.

Значительно чаще при сварке аустенитной проволокой в качестве защитного газа используется аргон. В настоящее время сварка в аргоне является основным способом сварки в защитных газах конструкций из тонколистовых нержавеющих и других высоколегированных сталей и сплавов. Сварка производится непла - вящимся вольфрамовым электродом. При использовании плавящихся электродов трудно получить шов с хорошей формой провара и усиления, что в случае многослойной сварки приводит к непровару между слоями и образованию шлаковых включений в металле шва. Предотвратить непровар можно только путем тщательного выбора для каждого конкретного случая соответствующего режима сварки. Однако при этом не всегда удается получить многослойные швы без и [лаковых включений.

Иногда в качестве защитного газа для сварки аустенитных сталей применяется гелий. И в этом случае при сварке многослойных швов количество шлаковых включений во много раз превышает допустимое [112].

Из изложенного следует, что до сих пор для многослойных аустенитных швов еще нет надежного способа сварки в защитных газах. С целью изыскания способа сварки в защитных газах, исключающего образование шлаков в многослойном аустенитном шве, использовались смеси инертных газов (аргон, гелий) с активными (кислород, углекислый газ, водород, азот). Полученные результаты показали, что добавка к аргону активных газов, и прежде всего кислорода или С02, при сварке сталей и сплавов, содержащих легкоокисляемые элементы, особенно такие, как титан и алюминий, приводит к образованию шлаковых включений между слоями многопроходного шва [113]. По этой причине предложение применять для повышения стойкости стабильноаустенитных хромоникелевых швов против образования трещин смесь аргона с кислородом [51] может оказаться приемлемым только для однослойных швов и то лишь в том случае, если образующиеся при этом и прочно удерживающиеся на поверхности шва шлаки не снижают коррозионную стойкость сварного соединения.

С целью выяснения причин и механизма образования рассматриваемых включений, а также изыскания способа получения многослойных швов без них при сварке аустенитной проволокой в защитных газах автором с А. Д. Стретовичем были выполнены специальные исследования [32—34]. При наплавке на углеродистую сталь марки СтЗ отдельных валиков и заварке канавок несколькими слоями, установлено, что сварка аустенитной проволокой даже в одном аргоне, т. е. без добавок активных газов сопровождается образованием на поверхности шва слоя окислов (шлаков). Этот слой на первых валиках значительно тоньше, чем при сварке в С02

Рис. 80. Шлаковая корка на поверхности отдельной наплавки, получаемая при сварке в углекислом газе (а) и в аргоне (б), хЗОО.

(рис. 80). Количество шлаковых включений в многослойном шве, выполненном сваркой в аргоне также меньше, чем в шве, получаемом при сварке в углекислом газе. При сварке в аргоне они наблюдаются лишь в верхней части шва. Если учесть, что сварка верхней части шва производится по уже разогретому металлу, то должна заметно увеличиваться толщина окисного слоя, образуемого на поверхности наплавленного металла [33, 811.

Отмеченное позволяет считать, что образование при многослойной сварке аустенитной проволокой в защитных газах шлаковых включений в металле шва обусловлено не только, как это принято считать, присущей этому способу сварки неблагоприятной формой усиления и провара, но и образованием на поверхности наплавленного металла слоя окислов определенной толщины Отсюда следует, что для предотвращения появления шлаковых включений в многослойном шве при сварке аустенитной проволокой в защитных газах необходимо исключить образование на поверхности наплавляемого металла слоя окислов или существенно уменьшить его толщину.

Опыт сварки в углекислом газе показывает, что в случае использования обычной кремнемарганцевой проволоки качественными получаются как однослойные, так и многослойные швы. Поэтому естественно предположить, что образование шлаков, наблюдаемых в многослойных швах при сварке в защитных газах аустенитной проволокой, связано с химическим составом получаемого при этом металла шва.

Химический состав аустенитного металла отличается высоким содержанием хрома и никеля. Очевидно, прежде всего вследствие этого в металле шва образуются шлаковые включения. Содержание других элементов в современных аустенитных сталях и в предназначенных для их сварки проволоках определяется условиями, в которых эти стали и их сварные соединения должны работать. Аустенитный нержавеющий металл, кроме хрома и никеля, содержит титан, ниобий и алюминий. В жаропрочные аустенитные стали вводят молибден, ванадий или вольфрам. Иногда аустенитный металл дополнительно легируется марганцем. Это позволяет экономить дефицитный никель. В сварных швах наличие марганца желательно еще и потому, что он уменьшает вероятность образования горячих трещин, которые являются довольно распространенным дефектом металла, наплавляемого хромоникелевой аустенитной проволокой. Поэтому можно ожидать, что упомянутые элементы также имеют какое-то отношение к образованию шлаковых включений в многослойном аустенитном шве при сварке в защитных газах.

Чтобы выяснить влияние указанных элементов, были проведены специальные исследования [32]. Предварительно сведения о их влиянии были получены при исследовании отдельных валиков, наплавляемых в углекислом газе на углеродистую сталь марки СтЗ проволоками, содержащими эти элементы. Для более полного исследования сваривались образцы многослойным швом, из которых затем изготовлялись макрошлифы. Как наплавка, так и сварка во всех случаях производилась проволокой диаметром 2,0 мм на одном и том же режиме сварки, который, как показали опыты, позволяет получить провар и усиление оптимальных форм: /д=200. . 210 А, 1)'л = 26. 28 В, цсв = 2', Ом/ч, вылет электрода 15 мм, расход углекислого газа 10—12 л/мин.

В случае наплавок отдельных валиков о вероятности образования шлаковых включений в многослойном шве судили по наличию, виду и прочности удержания шлаковой корки на поверхности наплавленного металла.

Были опробованы проволоки Св-02Х19Н9, Св-06Х19Н9Т,

СВ-08ХІ9Н10Б, СВ-04Х19Н11МЗ, Св-10Х16Н25М6, Св-08Х20Н10Г6, Св-Х20Н9Г7Т, ЭП497 (Х15Н23М7Г7) и Св-ЗОХ15Н35ВЗБЗТ, которые охватывают почти все основные типы существующих в настоящее время сварочных проволок аустенитного класса. Чтобы проследить влияние основных составляющих аустенитного металла — хрома и никеля — отдельно исследовались также наплавки и многослойный шов, выполненные высокохромистой проволокой Св-06Х14 и железоникелевой Св-08Н50.

Анализ полученных результатов показал, что отмеченные выше трудности при сварке в защитных газах аустенитной проволокой действительно обусловлены спецификой ее состава. При высоком содержании никеля (проволока Св-08Н50) снижается устойчивость процесса сварки и увеличивается разбрызгивание. Что касается шлаковой корки, то она на поверхности наплавленного металла

в этом случае образуется лишь в некоторых местах (рис. 81, а). При высоком содержании хрома (проволока Св-06Х014) на всей поверхности наплавленного металла образуется толстая прочно удерживающаяся шлаковая корка (рис. 81,6), а устойчивость процесса сварки практически не изменяется. При наличии в проволоке большого содержания хрома и никеля (проволока Св-02Х 19Н9) процесс сварки заметно стабилизируется по сравнению со сваркой проволокой Св-08Н50 и несколько изменяется шлаковая корка (рис. 81, в) по сравнению со сваркой проволокой Св-06Х14. Если аустенитная проволока легирована молибденом и вольфрамом, то устойчивость процесса сварки несколько снижается. Изменяется при этом и внешний вид шлаковой корки, образующейся на поверхности наплавленного металла (рис. 82, а, б). В многослойных швах при этом увеличивается количество шлаковых включений (рис. 83, б, в).

Весьма полезным является высокое содержание марганца (5— 7%). Металл, наплавленный проволокой Св-08Х20Н10Г6, на всей поверхности покрывается довольно толстым слоем шлака. Однако шлак здесь после остывания легко отделяется и может быть полностью удален. Поверхность наплавленного металла становится чистой и блестящей (рис. 82, в). При использовании проволоки Св-08Х20Н10Г6 процесс сварки протекает вполне устойчиво с изредка появляющимся слабым разбрызгиванием. В многослойном шве полностью отсутствуют шлаковые включения (рис. 83, г).

Рис. 82. Вид поверхности наплавок, выполненных в С02 проволоками Св - 04Х19Н11МЗ (а) иСв-ЗОХ15Н35ВЗБЗТ (б), Св-08Х20НЮГ7 (в) и Х25Н23М7Г7 (г).

Аналогичные результаты получены при сварке проволокой Св - 08Х20Н9Г7Т.

Следует отметить, что указанное влияние марганца наблюдается только в хромоникелевом аустените. В аустените, содержащем молибден, марганец такого влияния не оказывает. На рис. 82, г показана наплавка, выполненная проволокой X15Н23М7Г7. Несмотря на высокое содержание марганца в проволоке, поверхность наплавленного металла покрыта слоем шлака. Правда, слой здесь неравномерный и по краям наплавки небольшие участки свободны от шлака. В многослойном шве, выполненном проволокой Х25Н23М7Г7, обнаруживается значительное количество шлаковых включений (рис. 83, 5).

Как уже указывалось, в проведенных исследованиях опробованы почти все основные типы имеющихся сейчас сварочных проволок аустенитного класса. Поэтому полученные результаты

7 1-189
свидетельствуют о том, что среди существующих аустенитных проволок лишь проволоки Св-08Х20Н10Г6 и Св-08Х20Н9Г7Т при сварке в защитных газах позволяют получить многослойный шов без шлаковых включений.

Химический состав этих проволок во многих случаях не может удовлетворить требованиям, предъявляемым к металлу шва. Нержавеющие стали имеют более сложный состав и обязательно

Рис. 83. Макрошлифы многослойного шва, выполненного проволоками Св-02Х19Н9 (о), Св- 04Х19Н11МЗ (б), Св - ЗОХ15Н35ВЗБЗ (в), Св - 08Х20Н9Г7Т (г) и X15Н23М7Г7 (д).

содержат такие элементы, как титан, ниобий, алюминий. Еще сложнее состав жаропрочных сталей. Здесь необходимо наличие молибдена, вольфрама и ванадия (отдельно или вместе). Соответственно должна быть легирована и сварочная проволока. Отсюда следует, что для сварки в защитных газах сталей, требующих аустенитных швов, так же, как и при сварке неаустенитных сталей в углекислом газе, необходимо применять специальную проволоку, особенно для выполнения многослойных швов.

Тот факт, что при сварке проволоками Св-08Х20Н10Г6 и Св - 08Х20Н9Г7Т получается блестящая поверхность наплавленного

металла, позволяет следующим образом объяснить полезное действие марганца. Как показано выше, при всех используемых в настоящее время для сварки газах, несмотря на то, что выполняется она в защитной среде, происходит некоторое, а иногда и довольно интенсивное окисление наплавленного металла кислородом, который всегда в том или ином количестве присутствует в используемом газе. Окисляется наплавленный металл как в жидком, так и в закристаллизовавшемся состоянии. Окислы, образующиеся при окислении жидкого металла, скапливаются в виде шлака на зеркале сварочной ванны и затем кристаллизуются на поверхности металла шва, образуя шлаковую корку. Окисление закристаллизовавшегося металла приводит к образованию на его поверхности тон или иной окисной пленки. Наличие этой пленки и ее толщина являются первым условием, определяющим химическое сцепление шлаковой корки с металлом шва и, следовательно, ее отделимость. Вторым условием появления химического сцепления шлаковой корки с металлом шва является наличие в шлаке окислов, кристаллизующихся с образованием решетки, подобной решетке соединений, которые составляют окисную пленку на поверхости наплавленного металла.

Блестящий шов при сварке проволоками Св-08Х20Н10Г6 и Св-08Х20Н9Г7Т свидетельствует о том, что при высоком содержании марганца в хромоникелевом аустените создаются условия, при которых на поверхности наплавленного металла не образуется окисной пленки. В связи с этим здесь исключается химическое сцепление шлаковой корки с металлом шва, что позволяет полностью ее удалить и тем самым предупредить образование шлаковых включений в многослойном шве. При невысоком содержании марганца, а также при высоком содержании этого элемента, но в присутствии молибдена (проволока Х15Н23М7Г7) на поверхности наплавленного металла образуется слой окислов, кристаллизующийся, по - видимому, с такой же решеткой', как и соединения образующегося при этом шлака. В этом случае имеет место сильное сцепление шлаковой корки с металлом шва, которое затрудняет ее отделимость, и, следовательно, удаление, что и приводит к образованию шлаковых включений в многослойном шве (рис. 83, б).

Следовательно, можно предположить существование такого механизма образования шлаковых включений при сварке в защитных газах многослойных швов аустенитной проволокой. При химическом составе подавляющего большинства имеющихся в настоящее время сварочных проволок аустенитного класса на поверхности металла, наплавляемого в среде любого используемого защитного газа, образуется окисная пленка той или иной толщины. Состоит она из окислов, имеющих кристаллическую решетку, подобную решетке, с которой кристаллизуются соединения образующегося в процессе сварки шлака. Наличие этой пленки приводит к химическому сцеплению шлаковой корки с поверхностью наплавленного металла, которое затрудняет ее отделимость. Затрудняется и расплавление этой корки при наложении последующего слоя, так как она состоит из тугоплавких соединений. В результате этого при наложении последующего слоя отдельные участки образовавшейся на предыдущем слое шлаковой корки могут оставаться нерасплавленными, что и приводит к образованию шлаковых включений в многослойном шве. Даже в случае, когда при наложении последующего слоя шлаковая корка на предыдущем слое переплавляется полностью, не исключено, что в отдельных (удаленных) участках ее расплав будет перегрет недостаточно, и, следовательно, будет обладать высокой вязкостью, в силу чего он не сможет всплыть на поверхность сварочной ванны и останется в закристаллизовавшемся металле в виде шлакового включения.

Установлено, что сцепление шлаковой корки усиливается с ростом толщины образуемого на поверхности наплавляемого металла окисного слоя [81]. Толщина этого слоя возрастает с увеличением времени взаимодействия жидкого шлака с закристаллизовавшимся металлом шва. Время это увеличивается при разогреве соединения, т. е. при сварке с предварительным и сопутствующим подогревом, а также при непрерывной многослойной сварке. Поэтому в случае многослойной сварки толщина образуемой на поверхности наплавляемого металла окисной пленки должна возрастать от слоя к слою. Следовательно, от слоя к слою при многослойной сварке в защитных газах аустенитной проволокой должна повышаться вероятность образования в металле шва шлаковых включений. Сказанное подтверждается тем, что в верхней части многослойного аустенитного шва, выполняемого сваркой в защитных газах, шлаковые включения обнаруживаются даже тогда, когда их нет в нижней его части [35]. Отмеченное в некоторой степени свидетельствует о состоятельности изложенного механизма образования шлаковых включений в металле шва при многослойной сварке в защитных газах аустенитной проволокой. Это объяснение можно принять как научную основу для разработки способов предотвращения образования рассматриваемого дефекта.

Сварочный шлак и металл: какие существуют способы отличить их друг от друга в процессе сварки?

Существуют несколько способов, помогающих отличить металл от шлака:

Цвет. В процессе сварки под действием высоких температур металл начинает плавиться и приобретать красноватый оттенок. После завершения сварочной работы красный цвет меняется на более тёмный. Со шлаком всё наоборот. При сварочных работах он имеет тёмный цвет, а в тот момент, когда он начинает остывать, становится светлее металлического изделия.
Скорость остывания. Сварочный шлак застывает намного медленнее, чем металл.
После остывания металлический сплав имеет более плотную структуру, в то время как шлак представляет из себя рыхлую «корку».
При сварке сталь имеет более жидкую консистенция, шлак — вязкую.

Различия между металлическим изделием и шлаком можно заметить в процессе образования сварочной ванны. Наблюдая, как плавится основной материал, можно увидеть такую картину: под кончиком электрода образуется яркий свет, за его пределами появляются четкие границы сварочной ванны и контуры шва. Более светлый оттенок принадлежит металлу, а темный цвет за его пределами — шлаку.

Что собой представляют шлаковые включения

Шлаковые включения — серьезный дефект, который может навредить не только металлу, но и самой конструкции.

Существуют два вида: макроскопические и микроскопические шлаковые включения, которые можно обнаружить на поверхности металлического изделия. Дефектные включения могут возникнуть в результате окисления металла (окиси), флюса, механического засорения частицами электродных покрытий, загрязнения кромок.

Первый вариант шлаковых включений появляется в случае отсутствия или плохой зачистки кромок. Микровключения возникают, как правило, вследствие химических реакций, которые образуются в момент сварочного процесса и кристаллизации металла. Оба варианта включений негативно влияют на механические свойства металлического изделия.

Причины образования шлаковых включений

На появление шлаковых включений влияют следующие факторы:

Непрофессионализм сварщика. Зачастую новички делают ошибки при работе со сварочным аппаратом, а именно выбирают не ту скорость, беспричинно изменяют длину дуги и угол наклона электрода и флюса. Неравномерное перемещение инструмента также является причиной образования шлаковых включений.
Некачественное зачищение кромки.
Использование электрода низкого качества. При этом процесс плавления происходит неравномерно, а частицы покрытия электрода попадают в сварочную ванну.
Силы поверхностного натяжения шлака имеют высокие показатели, что создает препятствие для его выхода наружу. Это происходит за счет того, что в поверхностном слое шлака имеется повышенное содержание оксида кальция, магния и алюминия, приводящее к повышению поверхностного натяжения, при котором увеличиваются силы сцепления между поверхностными частицами шлака.
Одна из причин отсутствия возможности выхода шлака за пределы сварочной ванны является быстрое застывание металла.
Эксплуатация электродов и флюса из тугоплавких металлов и большого удельного веса.
Малые показатели раскисления металла. Раскисление — процесс удаления растворённого кислорода из металлических сплавов, содержащие железо. Как правило, кислород является разрушителем механических свойств металла.
Наличие на изделии остатков промышленных отходов, ржавчины, масел может замедлить или ухудшить процесс нагревания и плавления в сварочной ванне.

Почему шлак при сварке необходимо удалять

Оставшийся на поверхности металлического изделия шлак может препятствовать проверке качественности полученного шва. Сварочный процесс деталей большего объема предполагает накладывание нескольких слоев, поэтому наличие шлаковых включений может привести к некачественному соединению и трудоёмкому исправлению таких дефектов шва. Также шлаковые включения могут гасить дугу.

Состоящие из оксидов, шлаковые включения имеют пористость. Они способны снизить прочность металла и всей конструкции за счет наличия хрупкости и отсутствия прочных связей.

Присутствие на поверхности основного материала шлака может препятствовать дальнейшей обработке изделия. Это может быть как шлифовка, так и нанесение защитного антикоррозийного покрытия.

Оксиды шлака могут взаимодействовать с составляющими компонентами металлического изделия в процессе использования, в частности, с железом. Данный процесс предполагает полное разрушение конструкции.

Сварочный шлак

Соединение металлических деталей в цельные конструкции часто осуществляется с помощью дуговой сварки. Это довольно эффективная и простая технология сваривания, но основным побочным эффектом ее является сварочный шлак.

Что такое шлаковые включения

Сварочный шлак - это побочный стеклообразный материал, образующийся из расплавленного покрытия электрода или сварочного флюса. Наличие шлаковых включений считается весьма серьезным дефектом, который способен понизить качество сварного соединения и всей конструкции.

Все возникающие в процессе сварке на металлической поверхности шлаковые включения разделяют на два вида:

макроскопические. Образуются при недостаточной зачистке свариваемых кромок или же при их отсутствии;
микроскопические. Как правило возникают вследствие возникающих при сваривании и кристаллизации металла химических реакций.

Негативное воздействие на механические характеристики металлического изделия оказывают обе разновидности включений.

Причины, по которым шлаковые включения образуются

Довольно часто только осваивающие сварочные технологии специалисты задаются вопросом почему много шлака при сварке образуется на соединительных стыках. Появление таких включений обусловлено разными факторами:

металл быстрее обычного остывает и шлак попросту не успевает выйти за пределы сварочной ванны;
низкое качество электродов, используемых при сварке. При этом неравномерно происходит плавление и в сварочную ванну попадают частички электрода;
при низких значениях раскисления металла образуется много шлака при сварке. Это процесс, при котором из уже мягкого металла устраняются молекул кислорода. Они ухудшают механические свойства металла и разрушают его структуру;
некачественная подготовка и зачистка от грязи, ржавчины и масел свариваемых кромок;
высокие значения поверхностного натяжения шлака препятствуют всплытию его на поверхность;
применение флюса или электродов из тугоплавких металлов и с большим удельным весом;
не соблюдении режимов и технологии сварки, например, неправильно подобранный угол наклона или же неподходящая скорость перемещение электрода.

Чтобы осуществлялась сварка без шлака или же с минимальным его количеством, желательно обратиться за помощью к опытным сварщикам. Если вы хотите самостоятельно сваривать, то следует научиться сваривать самые простые элементы и только потом приступать к более сложным.

Как шлак отличить от металла

С разными проблемами и вопросами при создании металлоизделий посредством сваривания сталкиваются сварщики, особенно новички. Например, многие затрудняются как отличить шлак от металла при сварке.

В действительности отличить металл и шлаковые включения несложно. Для этого следует обратить внимание на следующие факторы:

цвет. Под воздействием высокой температуры металл при сваривании расплавляется, приобретая при этом красноватый оттенок. При остывании цвет покрасневшего металла темнеет. Совершенно иначе ведет себя шлак. Он непосредственно в процессе сваривания имеет темный цвет, а при остывании становится светлее;
скорость остывания. Металл в отличии от шлака застывает намного быстрее;
структура остывшего металлического сплава более плотная, а шлаковые включения являют собой рыхлую корочку;
текучесть. Металл при расплавлении более жидкий, что способствует большей его подвижности. В процессе сваривания несложно увидеть, как он закипает. Шлак более тягучий и хуже прогревается.

Отличить шлак от металла при сварке можно непосредственно в момент, когда он появляется в сварочной ванне. Если проследить как расплавляется металл, то можно увидеть возникновение яркого света под кончиком электрода, а за его очертаниями видны четкие контуры стыкового соединения и самой сварочной ванны. Металл определяется по светлому оттенку, шлак - по темному.

Почему шлак нужно удалять

Шлаковые включения в основном состоят из оксидов за счет пористой структуры существенно понижают прочностные свойства металла. При эксплуатации сварной конструкции оксиды из шлака способны вступать с железом в химическую реакцию, что приводит к ее разрушению. Поэтому сразу после остывания, когда шлак становится черным его необходимо удалять.

На начальном этапе сварки образовавшийся над ванной шлак с окислами защищает металл от быстрого охлаждения. Поскольку намного медленнее понижается температура металла, при удалении шлака после сварки швы получаются более ровными и однородными.

Есть и другие причины, по которым рекомендовано удалять после сваривания деталей образовавшийся на стыках шлак:

намного легче проверить качество сварного соединения, когда на нем отсутствуют шлаковые включения;
нередко на готовые изделия наносят лакокрасочные покрытия, а наличие шлаковых вкраплений существенно ухудшает внешний вид конструкций;
при необходимости выполнить шок в несколько слоев сперва необходимо удалить шлак и только после этого создавать следующий слой.

Обратите внимание! Если не удалить сварочный шлак, применение готового изделия может быть невозможным из-за присутствующих дефектов в виде волчков и неметаллических включений. Особенно важно это для конструкций, которые при эксплуатации будут подвергаться высоким внешним нагрузкам.

Как минимизировать шлаковые включения при сваривании металлов

Многих начинающих мастеров беспокоят вопросы «почему много шлака при сварке инвертором». Как правило такие проблемы наблюдаются при сварке, когда элементы находятся в нижнем положении. В случаях, когда деталь расположена под уклоном, то шлак стекает намного быстрее чем жидкая металлическая смесь из сварочной ванны. В связи с тем, что шлак не успел выйти наружу, он остается в сварочном шве.

Также шлаковые образования появляются при чрезмерно больших зазорах или при недостаточном токе в отношении к толщине металла. Намного реже проблемы со шлаком возникают при создании вертикальных швов, при этом шов остается сверху, а шлак стекает вниз.

Некоторые профессиональные сварщики советуют ставить заготовку под уклоном и варить сверху вниз, другие предлагают использовать для сварки электроды без шлака с темным покрытием.

Чтобы внутрь сварочной ванны не попадали частички шлаков, следует координировать направление электрода. Располагать его нужно таким образом, чтобы при испарении электродного покрытия поток газа такой дефект «выдувало» на внешнюю поверхность соединительного стыка. Оставлять шлак в сварочной ванне нельзя. Он быстро должен кристаллизироваться, что позволит удалить его без особых усилий.

Как избавиться от шлака

Чтобы при сваривании избавиться от шлака, можно попытаться увеличить дугу. Это предотвратит затекание шлаковых образований под сварочную ванну.

Изменением полярности тока при сварке инвертором и движением от минуса к плюсу электродом можно предотвратить накопление шлака в шве. Нельзя на одном месте слишком долго задерживаться, перемещать дугу необходимо быстро и равномерно.

Если габариты изделия позволяют, можно попытаться обратно «загнать» шлак, меняя угол наклона детали. Меньше шлака дает инверторная сварка на обратных токах. Такой аппарат лучше всего использовать начинающим сварщикам, поскольку они предотвращают залипание электрода и в разы упрощают сварочный процесс.

Интересное видео

Виды дефектов сварных соединений образовывавшиеся при сварке

Нарушение требований, установленных нормативными документами, при сварке плавлением приводит к образованию брака. Дефекты сварных соединений ГОСТ 30242-97 разделяет на шесть групп. Их нужно знать так же хорошо, как и то, как варить металл правильно.

Трещины: разновидности, причины их образования

Трещиной называют несплошность, которая вызывается резким охлаждением или воздействием нагрузок. Разновидность этого дефекта, которую можно обнаружить только оптическими приборами с увеличением, не менее пятидесятикратного, называют микротрещиной.

Продольные трещины располагаются вдоль сварного соединения и могут располагаться:

Трещины в основном металле, причиной которых являются высокие напряжения, называют скрытыми. Внешне они напоминают ступеньки. Этот дефект присущ сварным соединениям значительной толщины. Высокие напряжения вызываются слишком жесткими соединениями или некорректным выбором сварочной технологии. Уменьшение сварочных напряжений снижает вероятность образования скрытых продольных трещин.

Конфигурация продольных трещин определяется линиями сплавления шва и основного металла.

Эти трещины разделяют на:

горячие, их причиной является высокотемпературная хрупкость сплавов;
холодные — возникают при медленном разрушении металла.

Поперечные трещины ориентированы перпендикулярно оси сварного шва. Они могут возникать, как в основном материале и металле сварного соединения, так и в зоне температурного влияния.

Радиальные трещины расходятся из одной точки и иначе называются звездообразными. Места их расположения аналогичны локализациям поперечных трещин. Причины образования поперечных и радиальных трещин такие же, как и у продольных.

В месте отрыва дуги на поверхности шва образуется углубление. Дефекты, которые возникают в этом месте, называют трещинами в кратере. Они разделяются на продольные, поперечные, звездоподобные. Конфигурацию этого дефекта определяют: микроструктура зоны сварного соединения, фазовые, термические и механические напряжения.

Если возникает группа не связанных друг с другом трещин, то они называются раздельными. Места и причины их возникновения аналогичны этим характеристикам поперечных и радиальных трещин.

Если из одной трещины образуется группа трещин, то такой брак носит название разветвленных трещин. Места их расположения — основной материал, металл шва, область термического влияния. Причины возникновения такие же, как и у продольных трещин.

Поры: их форма, места расположения и причины появления

Дефекты сварных соединений и соединений в виде полостей в сварном соединении называют порами. Эти полости заполнены газом, который не успел выделиться наружу.

Различают следующие разновидности пор:

Газовая полость — это образование произвольной формы, не имеющее углов, причиной появления которого явились газы, не успевшие покинуть расплавленный материал.
Газовой порой называют газовую полость, имеющую сферическую форму.
Группа газовых пор, которая располагается в металле сварного соединения, называется равномерно распределенной пористостью.
Скопление пор — это три или более газовых полостей, расположенных кучно на расстоянии между собой, не превышающем тройной диаметр максимальной поры.
Цепочкой пор называют ряд газовых полостей, которые располагаются линией вдоль сварного соединения с расстоянием между ними, не превышающем трех диаметров наибольшей из пор.
Если дефектом является несплошность, вытянутая вдоль оси сварного шва и имеющая высоту, которая гораздо меньше длины, то она называется продолговатой полостью.
Свищом называют трубчатую полость, которая располагается в металле сварного шва. Свищ вызывается выделением газа. Его форма и положение определяются источником газа и режимом твердения. Как правило, свищи образуют скопления в форме елочек.
Газовая полость, нарушающая целостность поверхности сварного соединения, называется поверхностной порой.
Если во время затвердевания вследствие усадки образуется полость — она носит название усадочной раковины. А усадочная раковина, расположенная в конце валика и не заваренная при последующих проходах, называется кратером.

Поры — дефекты сварных соединений, фото которых приведено ниже, появляются из-за наличия вредных примесей, как в основном металле, так и в присадочном. Поры могут образовываться из-за ржавчины и прочих загрязнений, которые не были удалены перед проведением сварки с кромок материала, повышенного содержания углерода, высокой скорости сварочного процесса, нарушений защиты сварочной ванны. Самой частой причиной возникновения пор является отсыревшее покрытие плавящегося электрода.

Наличие одиночных пор не представляет опасности, а вот их цепочка может негативно сказаться на прочностных характеристиках сварного соединения. Участок сварочного шва, пораженный этими дефектами, переваривают, предварительно механически его зачистив.

Поры и шлаковые включения

Виды твердых включений в сварном шве

Твердые инородные включения, как металлического, так и неметаллического характера, имеющие в своей конфигурации хотя бы один острый угол, являются недопустимым дефектами в сварном соединении, поскольку играют роль концентраторов напряжений. Дополнительная опасность этих дефектов заключается в том, что они не видимы снаружи. Обнаружить их можно только методами неразрушающего контроля.

Шлаковые включения в сварном соединении

Твердые включения разделяются на следующие виды:

Шлаковые включения — это шлаки, попавшие в сварочный шов. В зависимости от того, в каких условиях они были образованы, они бывают линейными, разобщенными, прочими. Причины их образования — большие скорости сварочного процесса, загрязненные кромки, многослойная сварка, если швы между слоями очищены некачественно. Форма этих бракованных включений очень разнообразна, поэтому они могут быть гораздо опаснее округлых пор.
Флюсы, служащие для защиты металла от окисления, являются причиной образования флюсовых включений. Также, как и шлаковые, флюсовые включения делят на линейные, разобщенные и прочие.
Причинами образования оксидных включений могут быть: недостаточно чистая поверхность основного или присадочного металлов, вытаскивание горячего сварочного прутка из области газовой защиты, неправильная подготовка кромок — слишком сильное их затупление.
Частицы сторонних металлов — вольфрама, меди или других образуют металлические включения. Причиной их образования может стать эрозия вольфрамового электрода или случайное попадание металлических частиц снаружи, а также при использовании для поджига медной стружки.

Несплавление и непровар: причины возникновения

Непровар и несплавление

Дефекты — несплавление и непровар — это отсутствие соединения основного материала и металла сварного соединения.

Несплавление возникает при высоких скоростях сварочного процесса и силе тока более 15000С. Для предотвращения несплавлений необходимо уменьшить скорость сварки, снизить временной разрыв между образованием и заполнением канавки, тщательно очищать сварочную зону от масел и загрязнений. Несплавления могут располагаться:

в корне сварного шва;
на боковой стороне;
между валиками.

Непровар возникает по причине невозможности расплавленного металла достичь корня шва. Причин непровара может быть несколько:

недостаточный сварочный ток;
слишком высокая скорость перемещения электрода;
увеличенная длина дуги;
слишком маленький угол скоса кромок;
перекос свариваемых кромок;
недостаточный зазор между кромками;
неправильно выбранный — увеличенный — диаметр электрода.
попадание шлака в зазоры между кромками;
неадекватный выбор полярности для данного типа электродов.

Непровар — очень опасный и недопустимый сварочный дефект.

Если вы часто делаете шашлыки, то вам будет полезен мангал, который можно сделать своими руками. Подробная инструкция в этой статье.

Виды отклонений формы наружной поверхности шва от заданных значений

К нарушениям формы сварочного шва относят следующие дефекты:

Подрезы непрерывные — представляют собой непрерывные углубления, расположенные на наружной части валика шва. Если подрезы располагаются со стороны корня одностороннего шва и образуются по причине усадки вдоль границы, их называют усадочными канавками. Подрезы являются широко распространенными поверхностными дефектами, которые возникают из-за слишком высокого напряжения дуги при сваривании угловых швов или по причине неточного ведения электрода. В этом случае одна из кромок проплавлена более глубоко, что приводит к стеканию металла на находящуюся в горизонтальном положении деталь. Для заполнения канавки металла не хватает. При сварке стыковых швов подрезы образуются редко. При слишком высоких значениях скорости сварки и напряжения дуги, как правило, возникают двухсторонние подрезы. Такого же типа дефект получается и при автоматической сварке в случае повышения угла разделки.

Превышения выпуклостей стыкового или углового шва представляют собой избыток наплавленного металла с лицевой стороны швов сверх положенного значения.
Если избыток наплавленного металла сверх установленного значения располагается на обратной стороне стыкового шва, то такой дефект называют превышением проплава. Разновидность — местный избыточный проплав.
Если избыток наплавляемого металла натекает на основной металл, но не сплавляется с ним, то такой дефект называют наплавом.
Линейное смещение возникает, если свариваемые поверхности расположены параллельно, но не на одном уровне.
Угловым называют смещение между двумя поверхностями при их расположении под углом, который отличается от необходимого.
Натек образуется из металла сварного шва который оседает под воздействием силы тяжести. Натек образуется при горизонтальном, потолочном, нижнем положениях сварки, в угловом соединении и шве нахлесточного соединения.
При прожоге металл сварочной ванны вытекает, образуя сквозное отверстие. Причинами прожога могут стать загрязненность поверхности основного металла или электрода.
Неполное заполнение разделки кромок возникает из-за недостаточного количества присадочного материала.
Если в угловом соединении один катет значительно превышает другой, то возникает дефект чрезмерной асимметрии.
Неравномерная ширина сварного шва.
Неровная поверхность — это неравномерность формы усиления шва по его протяженности.
Вогнутость корня шва представляет собой неглубокую канавку со стороны корня шва, которая образовалась по причине усадки.
Из-за возникновения пузырьков в период затвердевания металла образуется пористость в корне шва.
Возобновление. Этот дефект представляет собой местную неровность поверхности в зоне возобновления сварочного процесса.

Прочие дефекты сварных швов

Все дефекты сварных швов и соединений, которые не были перечислены выше, относятся к категории «прочие». К ним принадлежат следующие типы дефектов:

Случайная дуга. В результате возникновения случайного горения дуги возникает местное повреждение поверхностного слоя основного металла, который примыкает к области сварного шва.
Брызги металла — капли, которые образовались от наплавляемого или присадочного металла во время сварочного процесса. Они прилипают к поверхности остывшего металла сварного шва или основного металла, расположенного в околошовной области.
Вольфрамовые брызги — создаются частицами вольфрама, выброшенного из расплавленного электрода на основной металл или на сварной шов.
Поверхностные задиры — это дефекты, которые возникают из-за удаления временно приваренного приспособления.
Утонение металла образуется при механической обработке. При этом толщина металла имеет значение, которое меньше допустимой величины.

Допустимые дефекты сварных соединений — это отклонения, наличие которых не снижает эксплуатационные свойства сварного соединения и их присутствие разрешено нормативной документацией. Все остальные дефекты, как правило, исправляются с помощью подварки. Исправлять качество сварки более двух раз не разрешается, так как может произойти перегрев или пережог металла.

Шлаковые включения в металле шва

Шлаковые включения в металле шва (различные оксиды и частично сульфиды) имеют преимущественно эндогенное происхождение, т. е. образуются в самой сварочной ванне. Лишь небольшую часть шлаковых включений составляют частицы «запутавшегося» в металле шлака. Шлаковые включения могут располагаться в междендритных пространствах, на границах столбчатых кристаллитов, а также в местах их стыка по оси шва.

Состав шлаковых включений может быть различным в зависимости от характера шлака. Шлаковые включения в стали часто представляют собой эвтектики из различных оксидов. В алюминии

шлаком является AI2O3.

Включения, образующиеся при сварке с применением кислых шлаков, имеют мелкодисперсный характер и состоят в основном

из силикатов FeSiC>3. Основные шлаки дают более крупные включения с меньшим содержанием силикатов. Число и размеры шлаковых включений в металле при данном составе шлака и металла зависят от следующих важных факторов:

- способности шлаковых частиц к коагуляции, т. е. к укрупнению путем слияния;

- скорости всплывания шлаковых частиц в жидком металле. Способность шлаковых частиц к коагуляции зависит от температуры металла, поверхностного натяжения на границе шлаковая частица - жидкий металл, от вязкости как включений, так и жидкого металла и др. Чем выше температура металла и поверхностное натяжение шлака, чем меньше их вязкость - тем легче протекает их коагуляция. Тугоплавкие включения в виде комплексов,

имеющие повышенную вязкость (SiC>2 • AI2O3), плохо коагулируют и поэтому распределяются в металле в дисперсном виде.

Скорость всплывания шлаковых частиц зависит от их размера, вязкости металла, разности плотностей шлаковых частиц и металла и др. Приближенно скорость всплывания шлаковых частиц г, см/с, можно определить с помощью формулы Стокса

где г - радиус частицы, см; g - ускорение силы тяжести 2

(981 см/с ); ржм ~ Ршч ~ разность плотностей жидкого металла и

шлаковой частицы, г/см ; г - вязкость жидкого металла, Па* с.

Как видим, скорость всплывания частиц тем больше, чем крупнее частица и чем меньше ее плотность и вязкость металла, в котором она движется. С этой точки зрения нежелательны мелкодисперсные слабо коагулирующие включения (Si02, AI2O3), обладающие малой скоростью всплывания и загрязняющие металл.

На скорость всплывания шлаковых частиц заметно влияют наличие конвективных потоков в металле, выделение из металла пузырей, перемешивающих металл и увлекающих шлаковые частицы к поверхности сварочной ванны. Значительная часть шлаковых частиц выталкивается к поверхности сварочной ванны растущими кристаллитами металла шва.

Распределяются шлаковые включения в металле по-разному. Эвтектики, образуемые ими с металлом или между собой, располагаются по границам зерен в виде наиболее опасных линейных прослоек или точечных скоплений. Шлаковые включения в виде самостоятельных фаз могут иметь различные формы: 1) групповые дисперсные включения глобулярной формы; 2) игольчатые включения различной величины; 3) отдельные крупные включения (глобулярные, веретенообразные и др.).

Форма и размер шлаковых включений оказывают заметное влияние на механические и физические свойства металла шва. Крупные остроугольные включения (более 5 мкм) снижают выносливость металла шва - пределы усталости. Мелкие включения (менее 5 мкм) округлой формы не влияют на предел прочности и пластичности при статических испытаниях сварной конструкции, а также на предел усталости металла, но их увеличение сопровождается некоторым снижением ударной вязкости и повышением склонности швов к кристаллизационным трещинам. Выделение включений, например FeO и FeS, по границам зерен, особенно в виде сплошных прослоек, придает металлу хрупкость (красноломкость). Посторонние включения заметно уменьшают коррозионную стойкость металла шва. Однако субмикроскопические включения, равномерно распределенные в металле (например, ТІО2,

AI2O3), могут быть полезными, если они изоморфны с расплавом и становятся дополнительными центрами кристаллизации, что способствует измельчению структуры металла шва.

Читайте также: