Wykonanie prawidłowego spawu nie jest wcale taką łatwą sprawą. Dlatego po ukończeniu kursu dla spawacza, nadal potrzebne są lata praktyki, żeby dojść do perfekcji. Jednak nawet wtedy czasami zawodzi sprzęt spawalniczy i powstają niezgodności i wady spawalnicze. O ile spoina zawierająca niezgodność może być czasami zatwierdzana, o tyle wadliwe połączenie spawane jest natychmiast dyskwalifikowane i uznane za stwarzające potencjalne zagrożenie. Szczegółowe ustalenia zawiera polska norma N-EN ISO 9000:2001 pt. „Systemy zarządzania jakością. Podstawy i terminologia”.
Jaka zatem jest różnica między niezgodnością a wadą?
Niezgodności dzielimy ze względu na położenie na zewnętrzne i wewnętrzne. Wewnętrzne są to te ukryte, które wychodzą lub usytuowane są wewnątrz spoiny. Zaliczamy do nich:
Szkodliwe niedoskonałości to także wady zewnętrzne. Zauważymy je łatwo przy oględzinach zewnętrznych. Do najbardziej typowych wad zewnętrznych często powstających przy spawaniu, należą:
Jeśli bierzemy pod uwagę wielkość wad spawalniczych, te podzielimy na niezgodności spawalnicze makroskopijne i mikroskopijne. Pierwsze to takie, które można dostrzec okiem nieuzbrojonym lub przy ich powiększeniu 25x, albo też poprzez wykorzystanie badań nieniszczących.
Natomiast wykrycie wad mikroskopijnych wymaga zastosowania metod o dużej rozdzielczości. W tym przypadku zazwyczaj stosuje się badania metalograficzne.
Często spotykane są niezgodności, które są skutkiem nieprawidłowego spawania lub nieodpowiednich warunków technologicznych. Wymienić tu należy:
Niezgodności spawalnicze pochodzenia metalurgicznego, to:
Istnieją również niezgodności spawalnicze, które wynikają z błędów projektowania, czyli: nadmierna koncentracja naprężeń (np. w wyniku nagromadzenia spoin w silnie obciążonych węzłach konstrukcji) albo niewłaściwy rodzaj złącza (np. w miejsce spoiny czołowej w złączu teowym spoiny pachwinowe).
Na czym dokładnie polegają opisane wyżej wady spoin i niedoskonałości spawalnicze? Dlaczego powstają? Oto przegląd często spotykanych niedoskonałości:
Pęknięcia i mikropęknięcia – czyli przerwy w ciągłości materiału. Pęknięcia mogą powstawać w wyniku naprężeń powstałych podczas krzepnięcia metalu spawalniczego, naprężeń cieplnych lub z powodu obecności zanieczyszczeń w materiale. Przyczyną może być również zbyt wysoka wartość węgla w spoinie.
Przesunięcia brzegów – czyli sytuacja, w której krawędzie dwóch łączonych elementów nie są dokładnie dopasowane w procesie spawania. Mogą one prowadzić do nierównomiernego złącza, słabszej jakości spoiny i innych problemów jakościowych w gotowym złączu spawalniczym. Przesunięcia mogą być związane z nieodpowiednią tolerancją podzespołów spawalniczych. Jeśli tolerancje dla podzespołów są zbyt luźne, może to prowadzić do większej zmienności w dopasowaniu krawędzi. Jednocześnie zbyt ścisłe tolerancje mogą być trudne do osiągnięcia w praktyce. Przesunięcia mogą też powstać w wyniku niedokładności przy obróbce, błędów w montażu, naprzemienne naprężenia cieplne prowadzące do deformacji, a także użycie nieodpowiednich materiałów lub sprzętu.
Odkształcenia – ich powodem może być nieprawidłowe użycie przyrządów mocujących lub też ich pominięcie w procesie spawania (nieodpowiednie zaciskanie i podpory). Odkształcenia mogą powodować naprężenia cieplne (lokalne nagrzewanie i chłodzenie powodują nierównomierne rozszerzanie i kurczenie materiału, co z kolei prowadzi do naprężeń cieplnych). Inne możliwe powody to nieodpowiednie przygotowanie krawędzi (np. nieodpowiednie kąty lub grubość), nieodpowiednia szybkość lub sekwencja spawania (prowadząca do gromadzenie się niepożądanych naprężeń cieplnych), zbyt duża moc wejściowa lub zbyt duża ilość metalu osadowego.
Pustki gazowe – są to małe jamy lub pęcherzyki powietrza uwięzione w spoinie podczas procesu spawania. Mogą one powstać, gdy gaz zostaje uwięziony w ciekłym metalu i nie ma możliwości wydostania się na zewnątrz przed jego zastygnięciem. Pustki gazowe mogą wpływać na jakość spoiny i jej wytrzymałość mechaniczną.
Jamy skurczowe – podczas krzepnięcia metalu spawalniczego dochodzi do jego skurczu. Jeśli proces krzepnięcia nie jest jednolity, mogą powstać jamy skurczowe. Są to obszary, w których metal nie wypełnił całej przestrzeni, prowadząc do formowania się jam. Mogą one obniżyć wytrzymałość spoiny i bywa, że są źródłem pęknięć.
Niekorzystne zmiany strukturalne w SWC (Strefie Wpływu Ciepła) – SWC to obszar materiału bazowego w pobliżu spoiny, który poddany został działaniu ciepła podczas spawania, ale nie został całkowicie przetopiony. Wysoka temperatura może powodować zmiany w mikrostrukturze metalu, takie jak ziarnienie, przemiany fazowe czy utwardzenie. Niekorzystne zmiany w SWC mogą wpływać na właściwości mechaniczne materiału w tym obszarze, takie jak wytrzymałość, ciągliwość czy odporność na pęknięcia.
Wtrącenia żużlowe – to inaczej ciała obce, które mogą zostać uwięzione w spoinie spawalniczej. Pochodzą z żużlu, który jest produktem ubocznym procesu spawania. Żużel powstaje w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy używaną elektrodą (lub drutem spawalniczym) a atmosferą otaczającą miejsce spawania. Ma on ważną funkcję, ponieważ chroni topiony metal przed reakcją z tlenem, azotem i innymi gazami, które mogą wpłynąć na jakość spoiny. Wtrącenia żużlowe osłabiają spoinę (mogą zwiększać jej podatność na pękanie), mogą prowadzić do nierównomiernych i nieestetycznych spawów, a także przyczyniać się do powstania korozji (zwłaszcza jeśli znajdują się blisko powierzchni spoiny).