Подрез сварочного шва: откуда берётся и как его исправить?

Коротко

• Подрез - канавка вдоль кромки шва от избытка тепла при недостатке наплавленного металла.
• Главные причины - завышенный ток, длинная дуга, неверный угол электрода и слишком быстрый проход.
• Допустимую глубину подреза для каждого уровня качества задаёт ГОСТ Р ИСО 5817-2009, для стальных конструкций - ГОСТ 23118-2019.
• Исправляют зачисткой канавки и подваркой тонким электродом на пониженном токе.
• На угловых швах подрез в первую очередь съедает рабочий катет, а не просто портит вид шва.

Сварщик замечает вдоль края валика узкую канавку и не может сразу сказать, дефект это или обычная особенность формы шва. Ниже разбираем подрез сварочного шва: из-за чего он возникает, какие размеры допускает ГОСТ Р ИСО 5817-2009, как его исправить зачисткой и подваркой, и как подрез связан с катетом шва и расчётом сварного соединения.

С этим дефектом сталкивается любой, кто варит на повышенном токе или спешит закрыть длинный шов за один проход. На вид канавка кажется мелочью - шов держит, металл вроде проварен. Подрез находят при визуальном контроле сварных конструкций: он виден невооружённым глазом и меряется щупом или шаблоном сварщика.

1. Что такое подрез сварочного шва и почему это дефект формы?

По ГОСТ 30242-97, который классифицирует дефекты сварных соединений, подрез относится к группе 5 «Нарушение формы шва» и делится на три вида: непрерывный подрез (код 5011) - продольное углубление на наружной поверхности валика по всей длине шва, прерывистый подрез (5012) - то же самое, но с разрывами, и подрез корня (5013) - усадочная канавка со стороны обратной стороны одностороннего шва, вызванная усадкой металла по границе сплавления.

Дефект формы отличается от непровара и пор тем, что металл в этом месте есть и сплавление с основным металлом произошло - просто его геометрия неправильная: кромка основного металла подрезана, а наплавленный металл не восполнил потерю сечения. Именно поэтому подрез не всегда выбраковывают целиком: размер канавки сравнивают с допустимым по стандарту, и только превышение считается браком.

2. Почему возникает подрез: ток, длина дуги, угол и скорость?

Все причины сводятся к избытку тепла на кромке при недостатке металла, который должен эту кромку закрыть.

• Завышенный ток. Дуга проплавляет кромку глубже, чем электрод успевает наплавить металл обратно - типичная ошибка при попытке сварить потолще за один проход.
• Длинная дуга. Чем длиннее дуга, тем шире и мельче становится валик, а края провара остаются незаполненными.
• Неправильный угол наклона электрода. При угловом шве дуга сильнее греет одну из деталей, и на ней остаётся канавка.
• Слишком быстрое перемещение электрода или горелки. Металл ванны не успевает растечься к краям валика, и кромка остаётся неприкрытой.
• Слишком широкие поперечные колебания на угловом шве. Задержка на кромке без паузы для заполнения середины даёт подрез с обеих сторон валика.

На угловых соединениях причина часто в неверно подобранном катете сварочного шва: если катет занижен под нагрузку, сварщик пытается компенсировать это повышенным током, и получает подрез вместо нужного сечения. Здесь и получается тот самый ужасный сварочный шов: канавка вдоль всего валика, неровная чешуя и подтёки по кромке.

3. Какие размеры подреза допускает ГОСТ Р ИСО 5817-2009?

Стандарт задаёт три уровня качества шва - D (умеренный), C (средний) и B (высокий) - и для каждого свою глубину подреза, допустимую при визуальном контроле. Уровень выбирает конструктор или заказчик перед сваркой, поэтому на чертеже он должен быть указан заранее.

• Толщина металла t: 0,5-3 мм, подрез прерывистый
  • Уровень D: h ≤ 0,2t
  • Уровень C: h < 0,1t
  • Уровень B: не допускается
• Толщина металла t: Свыше 3 мм, подрез прерывистый
  • Уровень D: h ≤ 0,2t, не более 1 мм
  • Уровень C: h ≤ 0,1t, не более 0,5 мм
  • Уровень B: h ≤ 0,05t, не более 0,5 мм
• Толщина металла t: 0,5-3 мм, подрез корня шва
  • Уровень D: h ≤ 0,4t, не более 3 мм
  • Уровень C: h ≤ 0,2t, не более 1,5 мм
  • Уровень B: не допускается

Непрерывный подрез (5011, 5012) при толщине 0,5-3 мм на уровне B не допускается вовсе - на этом уровне качества любая сплошная канавка вдоль шва бракуется, даже минимальная. Для стальных конструкций уровень качества и порядок визуального контроля задаёт ГОСТ 23118-2019: он требует, чтобы швы не имели недопустимых по размерам подрезов, непроваров в корне и наплывов - конкретную глубину дефекта конструктор берёт из ГОСТ Р ИСО 5817-2009 и указывает в проекте.

4. Как исправить подрез сварочного шва: зачистка и подварка?

Если канавка превышает допустимый по чертежу размер, дефект не маскируют, а переваривают.

1. Зачистите канавку и прилегающую зону до чистого металла - шлифовальным кругом или щёткой с металлической проволокой, чтобы убрать окалину и наклёп по кромке.
2. Проверьте глубину подреза шаблоном сварщика или щупом и сравните с допуском по чертежу - только после этого решайте, нужна ли подварка.
3. Выберите электрод меньшего диаметра, чем основной шов, - тонкий валик ложится точно в канавку, не создавая новый подрез рядом.
4. Снизьте ток относительно рабочего режима для этого диаметра и сократите длину дуги - подварка идёт короткими участками с паузами, чтобы металл успевал заполнить кромку.
5. Проварите канавку по всей длине без пропусков и зачистите наплавленный валик заподлицо с основным швом.

Для зачистки перед подваркой подходят зачистные круги под угловую шлифмашину - в каталоге есть и сами угловые шлифмашины нужного диаметра. Под подварку берите те же электроды для углеродистых сталей, что и на основном шве, только на класс тоньше - разнородное покрытие на стыке двух проходов даёт непровар не хуже самого подреза.

5. Как подрез связан с катетом сварочного шва на угловом соединении?

На стыковом шве подрез срезает толщину металла и легко измеряется относительно неё. На угловом шве всё сложнее: там дефект уменьшает фактический катет сварочного шва, который и несёт нагрузку. Катет угловых швов задают в проекте по ГОСТ 5264-80, и подрез глубиной даже в полмиллиметра на кромке уменьшает рабочее сечение шва больше, чем кажется по чертежу - канавка идёт вдоль всей длины, а не в одной точке.

Поэтому при контроле углового шва катет сварочного шва меряют не по самой широкой части валика, а с поправкой на подрез: фактический рабочий катет - это высота треугольника, вписанного в сечение шва без учёта канавки. Если этого не учесть, сварщик решит, что катет в норме, хотя после вычета подреза сечение уже не держит расчётную нагрузку.

6. Нужен ли расчет сварочного шва, если в нём есть подрез?

Прочность считают по номинальному катету и длине, заданным в проекте, - подрез в эту формулу отдельной величиной не входит. Но если дефект превышает допуск по ГОСТ, при проверке сечение уменьшают на глубину канавки и пересчитывают несущую способность по факту, а не по чертежу. На практике это означает: подрез глубже нормы - это не «немного некрасиво», а официальное основание уменьшить расчётную прочность соединения.

Если подрез повторяется регулярно на одном и том же режиме, для начала стоит пересмотреть выбор электрода под металл и толщину - об этом подробнее в статье «Электроды для новичков».