Тема № 26, №27: Дефекты сварных швов: причины возникновения, способы их предупреждения и исправления

Качество сварки термопластов контролируют наружным осмотром. Полученный шов должен быть плотным, без разрывов и трещин. Плотность швов можно испытывать водой, сжатым воздухом или керосином. Для контроля качества швов используют также электролитный и электроискровой дефектоскопы.

Основные признаки, характеризующие влияние дефектов на свойства сварного соединения, – геометрические размеры дефектов, их форма, положение в сечении шва и массовость. К наиболее распространенным видам дефектов сварных соединений термопластов относятся несоответствие шва требуемым геометрическим размерам, непровары, трещины, перегрев материала, несплавления, коробление сварного шва в результате усадки при сварке ориентированных материалов, поры при термоконтактной сварке. Кроме того, при сварке пленочных термопластов характерным дефектом являются прожоги, структурные изменения шва и околошовной зоны, подвергающихся термическому воздействию.

Несоответствие шва требуемым геометрическим размерам является в основном результатом нарушения сварщиком технологии. При уменьшении размеров шва снижаются прочностные характеристики соединения; увеличение этих размеров экономически нерационально.

Причинами образования швов неправильной формы могут быть также неравномерный контакт свариваемых поверхностей, несовпадение кромок, неравномерный зазор, неравномерное оплавление свариваемых поверхностей. Непровары характеризуются отсутствием сварного соединения по всей или части площади контактирования свариваемых образцов. Признаком непровара является расслоение отдельных участков шва. В большинстве случаев внешним осмотром непровар не обнаруживается. Для выявления этого дефекта требуются механические испытания. Непровары могут быть выявлены и некоторыми методами физического контроля и контроля на герметичность сварных соединений.

Причиной непровара может быть отсутствие достаточно полного контакта соединяемых поверхностей в процессе нагрева, что возможно при недостаточном сварочном давлении или его колебаниях в процессе изотермической выдержки, при неправильном подборе исходных зазоров между рабочими поверхностями нагретых инструментов и поверхностью деталей при использовании термического расширения материала для создания сварочного давления. Причиной непровара могут быть также недостаточная температура нагретого инструмента, малая продолжительность нагрева, а также наличие на поверхности адсорбированных молекул газа, воды, тончайших жировых пленок и прочих включений.

Трещины при сварке листовых термопластов или труб из пластмасс чаще всего образуются из-за чрезмерного сварочного давления при ограниченном объеме, в котором расширяется материал зоны соединения. Причиной появления трещин может также быть слишком высокая температура нагретого инструмента.

Существенное превышение температуры нагретого инструмента при сварке термопластов приводит к резкому снижению механических показателей полимера в зоне контакта с нагретым инструментом, образованию несплошностей, трещин. Сварное соединение с такими дефектами не подлежит исправлению.

Чаще всего трещины образуются в процессе охлаждения зоны сварки в том случае, если сварочное устройство не обеспечивает компенсации значительного изменения линейных размеров сварочной зоны.

При сварке плавких пленочных термопластов образование трещин обусловлено охрупчиванием материала в результате его длительного пребывания при высоких температурах на воздухе.

Несплав ления возникают вследствие неплотного контакта поверхностей, превышения допустимых зазоров, чрезмерных технологических пауз, недостаточного давления осадки.

Несплавление материала наблюдается также и при выполнении пересекающихся швов при сварке термопластов. Причиной возникновения дефекта в данном случае, по-видимому, являются структурные изменения материала в околошовной зоне предыдущего шва, резко снижающие способность материала к образованию сварного соединения. Предотвратить образование дефекта в этом случае можно лишь тщательной предварительной обработкой мест, подвергшихся термическому воздействию, химическим или механическим способом.

Поскольку большинство пленок из плавких термопластов получают экструзией, для них характерен общий для всех одно- и двухосноориентированных пленок дефект – значительная усадка в направлении ориентации и, как следствие, кор обление и образование ск ладч атой поверхности в околошовной зоне. Места контакта складок со сварным швом представляют собой очаги образования трещин и разрывов полимерной пленки. Для предотвращения этих дефектов в процессе сварки следует прикладывать растягивающие напряжения вдоль сварного шва, а также применять теплоотводящие прижимы в околошовной зоне.

Основная причина образования пор при сварке нагретым инструментом – это длительное присутствие на воздухе оплавленных поверхностей перед их соединением и недостаточное давление осадки, неспособное выдавить поры за зону контакта. Наибольшую опасность для сварного стыка создают поры, расположенные в рабочем сечении шва. В зависимости от температуры окружающей среды, места концентрации и размера пор может наблюдаться хрупкое или пластическое разрушение по зоне сплавления.

Причинами образования пор при сварке нагретым газом с применением присадочного материала являются несоответствие присадочного материала основному, высокая температура теплоносителя, приводящая к перегреву присадочного или основного материала, наличие пор в присадочном материале и т.д. Пути предотвращения подобных дефектов – тщательный подбор и соблюдение температурных режимов сварки, выбор оптимальной скорости и давления, снижение температуры сварки (применение растворителей, термоультразвукового способа).

Еще один дефект, возникающий при сварке пленок из плавких термопластов, - мелкие сквозные отверстия в сварном шве. Главная причина их образования – высокая электризуемость большинства полимерных пленок, в результате которой под действием электростатических сил к поверхности пленок притягивается множество микрочастиц и пылинок, в том числе и органического происхождения, которые либо вдавливаются в материал в процессе сварки, либо выгорают. Это нарушает сплошность сварного шва. Поэтому помещения, где производятся работы по сварке полимерных пленок, должны содержаться в идеальной чистоте, а соединяемые поверхности требуют тщательной подготовки.

Наиболее опасным дефектом сварного соединения термопластов является наличие в зоне шва участка материала, подвергнутого термоокислительной деструкции вследствие завышенной температуры сварки.

Требования к сварным соединениям

Качество сварных соединений оценивают по внешним и внутренним дефектам сварного шва. В ряде случаев проводят доработку сварных соединений для:
- удаления повреждений, например надрезов, которые могут привести к разрушениям при воздействии динамических нагрузок;
- улучшения качества поверхностей сварных соединений (например, при футеровке и облицовке);
- уменьшения гидравлического сопротивления срезанием внутреннего грата. Следует проверять и оценивать сварное соединение как до, так и после доработки. Требования к сварным соединениям и их доработке при необходимости должны содержаться вдокументации, обязательной для производителя работ (например рабочие чертежи, инструкция по сварке). Документация должна иметь ссылку на настоящий стандарт.

Контрольные вопросы:

1. Техника и технология сварки нагретым газом стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых сварных соединений различных деталей и конструкций

2. Техника и технология сварки нагретым инструментом стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых сварных соединений различных деталей и конструкций

3. Техника и технология экструзионной сварки стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых сварных соединений различных деталей и конструкций