Методы контроля сварочных работ

 Люминесцентный контроль  и контроль методом красок, называемый  также капиллярной дефектоскопией, проводят с помощью специальных  жидкостей, которые наносят на  контролируемую поверхность изделия.

 

Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную  поверхность сварного соединения наносится  смачивающая жидкость, которая под  действием капиллярных сил проникает  в полость дефектов.

 

Контроль газоэлектрическими течеискателям и применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий.

 

Для обнаружения скрытых  внутренних дефектов применяют следующие  методы контроля.

 

Магнитные методы контроля основаны на обнаружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая  им сердечник электромагнита или  помещая внутрь соленоида.

 

Требуемый магнитный поток  можно создать и пропусканием тока по виткам (3 - 6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от способа  обнаружения потоков рассеяния  различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. Дефекты обнаруживают с помощью  искателя, в катушке которого под  воздействием поля рассеяния индуцируется ЭДС, вызывающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом методе (рис. 3) поле рассеяния фиксируется на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверхности соединения. Запись воспроизводится на магнитографическом дефектоскопе. В результате сравнения контролируемого соединения с эталоном делается вывод о качестве соединения.

 

Рис. 3. Магнитная запись дефектов на ленту: 1 - подвижный электромагнит, 2 - дефект шва, 3 - магнитная лента.

 

Радиационные методы контроля являются надежным и широко распространенными  методами контроля, основанными на способности рентгеновского и гамма-излучения  проникать через металл.

 

Выявление дефектов при радиационных методах основано на разном поглощении рентгеновского или гамма-излучения  участками металла с дефектами  и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором  расстоянии от него помещают источник излучения, с противоположной стороны  плотно прижимают кассету с чувствительной фотопленкой (рис. 4).

 

Рис. 4. Схема радиационного  просвечивания швов: а - рентгеновское, б - гамма-излучением: 1 - источник излучения, 2 - изделие, 3 - чувствительная пленка

 

 Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгено - графированием (экспозицией на пленку) применяют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуоресцирующим покрытием.

 

Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой  способ можно сочетать с телевизионными устройствами и контроль вести на расстоянии.

 

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пластинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов.

 

При встрече с дефектным  участком ультразвуковая волна отражается от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал (рис. 5).

 

Рис. 5. Ультразвуковой контроль швов: 1 - генератор УЗК, 2 - щуп, 3 - усилитель, 4 - экран.

 

Ультразвуковой контроль имеет следующие преимущества: высокая  чувствительность (1-2%), позволяющая  обнаруживать, измерять и определять местонахождение дефектов площадью 1-2 мм2; большая проникающая способность ультразвуковых волн, позволяющая контролировать детали большой толщины; возможность контроля сварных соединений с односторонним подходом; высокая производительность и отсутствие громоздкого оборудования. Существенным недостатком ультразвукового контроля является сложность установления вида дефекта. Этот метод применяют и как основной вид контроля, и как предварительный с последующим просвечиванием сварных соединений рентгеновским или гамма-излучением.

 

2.Разрушающие методы контроля  сварных соединений

 

К разрушающим методам  контроля относятся способы испытания  контрольных образцов с целью  получения необходимых характеристик  сварного соединения. Эти методы могут  применяться как на контрольных  образцах, так и на отрезках, вырезанных из самого соединения. В результате разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, осуществляют оценку квалификации сварщика.

 

Механические испытания  являются одним из основных методов  разрушающего контроля. По их данным можно  судить о соответствии основного  материала и сварного соединения техническим условиям и другим нормативам, предусмотренным в данной отрасли.

 

К механическим испытаниям относят:

 

а) испытание сварного соединения в целом на различных его участках (наплавленного металла, основного  металла, зоны термического влияния) на статическое (кратковременное) растяжение; б) статический изгиб; в) ударный  изгиб (на надрезанных образцах); г) на стойкость против механического  старения; д) измерение твердости металла на различных участках сварного соединения.

 

Контрольные образцы для  механических испытаний варят из того же металла, тем же методом и  тем же сварщиком, что и основное изделие. В исключительных случаях  контрольные образцы вырезают непосредственно  из контролируемого изделия. Варианты образцов для определения механических свойств сварного соединения.

 

Статическим растяжением  испытывают прочность сварных соединений, предел текучести, относительное удлинение  и относительное сужение. Статический  изгиб проводят для определения  пластичности соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне.

 

Испытания на статический  изгиб проводят на образцах с продольными  и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с  основным металлом.

 

Ударный изгиб -- испытание, определяющее ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости можно судить о прочностных характеристиках, структурных изменениях металла и об устойчивости сварных швов против хрупкого разрушения. В зависимости от технических условий изделие может подвергаться ударному разрыву. Для труб малого диаметра с продольными и поперечными швами проводят испытания на сплющивание. Мерой пластичности служит величина просвета между поджимаемыми поверхностями при появлении первой трещины.

 

Металлографические исследования сварных соединений проводят для  установления структуры металла, качества сварного соединения, выявляют наличие  и характер дефектов. По виду излома устанавливают характер разрушения образцов, изучают макро- и микроструктуру сварного шва и зоны термического влияния, судят о строении металла  и его пластичности.

 

Макроструктурный анализ определяет расположение видимых дефектов и их характер, а также макрошлифы и изломы металла. Его проводят невооруженным  глазом или под лупой с 20-ти кратным  увеличением.

 

Микроструктурный анализ проводится с увеличением в 50-2000 раз с помощью специальных  микроскопов. При этом методе можно  обнаружить окислы на границах зерен, пережог металла, частицы неметаллических  включений, величину зерен металла  и другие изменения в его структуре, вызванные термической обработкой. При необходимости делают химический и спектральный анализ сварных соединений.

 

Специальные испытания выполняют  для ответственных конструкций. Они учитывают условия эксплуатации и проводятся по методикам, разработанным  для данного вида изделий.

 

3. Механические испытания  на твердость

 

Отбор образцов

 

Контрольные образцы для  механических испытаний, в соответствии с требованиями ГОСТ6996-66* изготовляют  из пластин (проб), сваренных специально из того же металла и по той же технологии, что и сварные соединения металлоконструкций и трубопроводов  или вырезают непосредственно из них.

 

Не допускается применение материалов, на которые отсутствуют  сертификаты, паспорта и другие документы, подтверждающие их качество.

 

Для контрольных соединений, выполняемых дуговой, электрошлаковой  и газовой сваркой из плоских  элементов, по требованию ГОСТ6996-66* ширину каждой пластины (если нет иных указаний в нормативно-технической и проектной  документации) следует принимать  в зависимости от толщины металла:

 

Толщина металла, мм 4 Св. 4 до 10; Св.10 до 20; Св. 20 до 50; Св.50 до 100 ширина пластины, мм 50,70,100,150,200,250

 

При выполнении контрольного соединения из круглого или фасонного  проката ширина его должна быть не менее двух диаметров или ширин  элемента.

 

Длина свариваемых пластин  определяется размерами и количеством  образцов, подлежащих изготовлению с  учетом припусков на ширину реза и  последующую обработку с добавлением  длины неиспользуемых участков. Размеры  неиспользуемых участков приведены  в табл. 28.

 

Вырезка контрольных образцов из пластин должна производиться  на металлорежущих станках. Допускается  применение термической резки образцов с последующим удалением механическим способом металла, подвергаемого термическому воздействию.

 

Расположение образца  по отношению к направлению проката  оговаривается стандартами или  проектно-технологической документацией  на сварку.

 

Таблица 28

 

Способ сварки                                                                Размер неиспользуемого участка, не менее, мм 

                                                                             в начале шва                              в конце шва 

Ручная дуговая  сварка покрытыми

электродами и газовая сварка                                   20                                                  30 

 

Механизированная  сварка с любым типом 

защиты, кроме  флюса, при толщине металла, мм:   

до 10                                                                                            15                                                  30 

св.10                                                                                            30                                                  50 

Автоматизированная  и механизированная

дуговая сварка под флюсом на токе до 1000 А,

электрошлаковая сварка, дуговая сварка с

принудительным формированием                                  40                                                 70 

Автоматизированная  сварка под флюсом

на токе более 1000 А                                                              60                                  Длина кратера 

 

 

 

К разрушающим методам  контроля относят механические испытания, металлографию, коррозионные испытания, технологические пробы на свариваемость  и др. РК обычно дает возможность  получить количественные характеристики качества соединения (например, прочность  соединения на растяжение) и точно  определить вид (природу) дефекта.

 

Недостатком РК является то, что испытания проводятся на образцах-свидетелях, моделях, реже на готовых изделиях, но не на тех объектах, которые в  дальнейшем применяются в эксплуатации. Для обеспечения достоверности  испытаний количество образцов должно быть достаточно большим. При этом расходуется  большое количество материалов, изготовление образцов требует трудоемкой механической обработки.

 

НРК осуществляется на изделиях, предназначенных к эксплуатации. При этом оцениваются лишь свойства, косвенно характеризующие качество сварного соединения, например наличие  неоднородностей в сварном шве. Для установления связи между  результатами НРК и эксплуатационной надежностью изделия и для  точного определения вида дефекта  требуются дополнительные исследования. Достоинства НРК: испытания проводятся на самих изделиях и на опасных  участках, можно контролировать любое  изделие из партии, даже все, если это  нужно, можно проводить контроль во время эксплуатации изделия без  прекращения его работы, в том  числе неоднократно. По сравнению  с РК экономятся материалы и затраты  труда на подготовку и проведение испытаний.

 

Методы НРК подразделяются на следующие виды: акустические, вихретоковые, магнитные, оптические проникающими веществами (капиллярные и течеисканием), радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические. При контроле сварных соединений чаще применяются четыре метода: радиационные, акустические, магнитные и испытания проникающими веществами.

 

К неразрушающим методам  близки так называемые безобразцовые испытания, сопровождающиеся небольшими нарушениями целостности материала, но не изделия в целом (например, измерение твердости), внешний осмотр, а также контроль параметров процесса сварки.

 

4. Методы Виккерса и Роквелла

 

Метод Виккерса-- используется для испытания твердости деталей малой толщины или тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность едиництвёрдости по Виккерсу кг-с/мм?. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV;