Дефекты сварных швов — классификация, причины и методы контроля

Как классифицируют дефекты

В России классификацию задаёт ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012 (идентичен ISO 6520-1:2007). Он заменил межгосударственный ГОСТ 30242-97, который построен на ISO 6520 и в РФ не применяется с 1 января 2014 года. Система нумерации в обоих документах одна: первая цифра — группа, трёх- и четырёхзначный номер — вид дефекта. В заключениях по контролю дефект пишут номером, например «5011» — непрерывный подрез.

Трещины

Трещина — несплошность от местного разрыва металла при охлаждении или под нагрузкой. Это самый опасный дефект: острый край трещины концентрирует напряжения, и под переменной нагрузкой она растёт.

Холодные трещины появляются после затвердевания, при температуре ниже 200 °C, иногда через часы и даже сутки после сварки. По данным Kobelco, их вызывают три фактора вместе: малая пластичность металла шва и зоны термического влияния (высокий углеродный эквивалент, быстрое охлаждение), остаточные напряжения и диффузионный водород из влаги в сварочных материалах и воздухе. Меры: подогрев, низководородные электроды и проволока, устранение концентраторов вроде подрезов и несплавлений, для толстостенных изделий — немедленный послесварочный нагрев.

Горячие трещины образуются при высокой температуре, близкой к концу затвердевания: в металле шва — при кристаллизации, в зоне термического влияния — при подплавлении границ зёрен. По Kobelco, причина — легкоплавкие прослойки примесей, прежде всего серы и фосфора, по границам зёрен в сочетании с растягивающими напряжениями от усадки шва. Меры: меньшее тепловложение и форма разделки, при которой шов получается шире относительно глубины; для аустенитных нержавеющих сталей — присадка с контролируемым содержанием феррита. Трещина в кратере (104) выделена в отдельный номер — кратер в конце шва заваривают, а не обрывают дугу резко.

Поры и включения

Поры — газ, не успевший выйти из ванны до затвердевания. Для сварки MIG/MAG Bernard и Tregaskiss называют основные причины: недостаточная газовая защита, утечки в газовом тракте, слишком маленькое сопло, неподходящий газ, загрязнённый металл. Отсюда профилактика: проверить расход и герметичность, держать правильный вылет, очистить кромки от масла, ржавчины и краски, закрыть участок от сквозняка. При ручной сварке добавляются сырые электроды — их прокаливают по паспорту.

Шлаковые включения — шлак, оставшийся в металле шва. Типичная ситуация — многопроходный шов покрытым электродом или порошковой проволокой, когда шлак предыдущего валика не удалили полностью или он затёк в узкую разделку. Лечится зачисткой каждого прохода и разделкой, которая даёт доступ к корню.

Несплавления и непровары

Несплавление (401) — нет соединения между металлом шва и основным металлом или между валиками. Непровар (402) — металл шва не дошёл до корня соединения. Оба дефекта плоские и работают как трещина, при этом снаружи их не видно.

Причины, которые называют Bernard и Tregaskiss для MIG/MAG: неправильный угол горелки, слишком большая скорость сварки, недостаточное тепловложение (низкий ток или скорость подачи проволоки), загрязнённые кромки. Добавим то, что закладывается при сборке: зазор и притупление не по таблице соединения, слишком острая разделка, смещение кромок. Параметры разделки — в статье «Сварные соединения и обозначение швов».

Дефекты формы шва

• Подрез (5011, 5012) — канавка в основном металле вдоль границы шва. По данным Bernard и Tregaskiss, причина — избыточные ток и напряжение; помогает снизить режим, замедлить скорость или делать паузу на краях при колебаниях.
• Наплыв (506) — металл шва натёк на основной металл и не сплавился с ним. Под наплывом часто прячется несплавление.
• Превышение выпуклости и проплава (502–504) — лишний металл сверху или со стороны корня. Кроме перерасхода, даёт резкий переход к основному металлу — концентратор напряжений.
• Прожог (510) — сквозное отверстие от вытекшей ванны. Причина — избыток тепла: большой зазор, высокое напряжение или малая скорость.
• Смещение кромок (507, 508) — линейное или угловое, результат сборки, а не сварки.

Методы контроля — что какой видит

Методы контроля и область их применения описывает ГОСТ 3242-79. Для каждого метода есть свой стандарт на выполнение.

ВИК выполняют всегда, первым и до других методов: по ГОСТ Р ИСО 17637-2024 визуальный контроль можно применять и к подготовке кромок до сварки. Дефекты, найденные на этом этапе, дешевле всего исправить.

Выбор между УЗК и радиографией зависит от того, что ищут. В отчёте NUREG/CR-7204 Комиссии по ядерному регулированию США фазированная решётка УЗК находит плоские дефекты заметно лучше плёночной радиографии и пропускает лишь очень мелкие объёмные. Радиографическое изображение при этом нагляднее показывает тип дефекта — пора это или трещина. В сравнительном исследовании, опубликованном в журнале Materials в 2023 году, отмечено ещё одно ограничение радиографии: глубину дефекта по снимку надёжно определить нельзя.

Уровни качества B, C, D

Сам факт дефекта не означает брак. Какие дефекты и каких размеров допустимы, задаёт ГОСТ ISO 5817-2025 (идентичен ISO 5817:2023, в России действует с 1 января 2026 года). Он распространяется на сварку плавлением стали, никеля, титана и их сплавов, кроме лучевых способов, и устанавливает три уровня качества:

• B — самые высокие требования к готовому шву;
• C — промежуточный уровень;
• D — наименее жёсткие ограничения.

Ограничения выражены через размеры: допустимая высота подреза или диаметр поры — в долях толщины металла или расчётной толщины шва, с верхним пределом в миллиметрах. Например, в предыдущей редакции (ГОСТ Р ИСО 5817-2009) для подреза при толщине больше 3 мм допускалась глубина не более 0,2t, но не более 1 мм для уровня D, 0,1t, но не более 0,5 мм для C и 0,05t, но не более 0,5 мм для B. Трещины не допускаются ни на одном уровне. Для текущих цифр сверяйтесь с действующей редакцией.

Уровень выбирают по назначению изделия. В стандарте прямо сказано, что его задаёт стандарт на изделие или ответственный конструктор вместе с изготовителем и заказчиком — с учётом нагрузки, условий эксплуатации, последствий отказа и стоимости контроля и ремонта. Уровни относятся к качеству выполнения работ, а не к пригодности изделия для его назначения. Разные швы одного изделия могут иметь разные уровни.