Контроль качества сварных соединений

Контроль качества сварочных работ начинается еще  до того,  как сварщик приступил к сварке изделий. При этом проверяют качество основного металла,  сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки, флюса и др.), заготовок, поступающих на сборку,  состояние сварочной аппаратуры и качество сборки, а также квалификацию сварщиков. Все эти мероприятия носят  название предварительного контроля.

В процессе сварки проверяется внешний вид шва, его геометрические размеры, производят обмер изделия,  осуществляют постоянное наблюдение за исправностью сварочной аппаратуры, за выполнением технологического процесса. Указанные операции составляют  текущий контроль.

Последней контрольной операцией  является проверка качества  сварки в готовом изделии. Для этой цели существуют следующие  виды контроля: внешний осмотр и обмер сварных соединений, испытание на плотность, просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами, контроль ультразвуком, магнитные методы контроля, люминесцентный  метод контроля, металлографические исследования, механические испытания.

Вид контроля качества швов сварных соединений выбирают в зависимости от назначения изделия и требований, которые предъявляются к этому изделию  техническими условиями или ГОСТом.

 

Содержание:

Проверка квалификации сварщиков

Квалификацию сварщиков проверяют при установлении разряда, при допущении к выполнению ответственных сварочных работ, непосредственно перед изготовлением  ответственной конструкции. В каждом случае проверяют как теоретические знания,  так и практические навыки.

Разряд устанавливают  согласно требованиям,  предусмотренным тарифно-квалификационным справочником.  Испытание сварщиков перед допуском  к ответственным работам производят по правилам  аттестации сварщиков.

После удовлетворительной сдачи испытаний, сварщикам выдается удостоверение на  право выполнения ответственных сварочных работ.

Контроль качества исходных материалов

Качество основного металла должно соответствовать требованиям сертификата, который предоставляют заводы-изготовители вместе с партией металла.

При отсутствии сертификата металл запускают в производство лишь после тщательной проверки: необходимо провести наружный осмотр, пробу на свариваемость, установить механические свойства и химический состав металла.

При наружном осмотре  металла проверяют отсутствие на металле окалины, ржавчины, трещин, расслоение и прочих дефектов. Предварительная проверка металла с целью обнаружения дефектов   поверхности является необходимой и обязательной, поскольку она предупреждает  применение некачественного металла  для сварки изделий.

   Контроль качества сварочной проволоки

На сварочную и наплавочную проволоку ГОСТом  устанавливаются  марка и диаметр сварочной проволоки, химический состав, правила приемки и методы испытаний, требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению.

Каждая бухта сварочной проволоки должна иметь металлическую бирку, на которой указано наименование и товарный знак предприятия изготовителя, условное обозначение проволоки согласно стандарту и номер партии.

В сертификате, сопровождающем партию проволоки,  имеются следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя,  условное обозначение проволоки,  номер плавки и партии, состояние поверхности проволоки (омедненная или неомедненная), химически  состав в процентах,    результаты испытаний на растяжение, масса проволоки (нетто) в килограммах.

Таким образом, наличие бирки, прикрепленной к бухте  сварочной проволоки, а также сертификата  на проволоку является  гарантией того, что проволока пригодна для сварки. На поверхности сварочной проволоки не должно быть окалины,  ржавчины,  грязи и масла. Проволока из высоколегированной  стали не должна  иметь остатков  графитовой смазки.

Сварочную проволоку , на которую не имеется документации,  подвергается тщательному контролю,. Наиболее важным является проверка химического состава проволоки, для чего  от каждой партии отбирают 0,5% бухт,  но не менее двух.  Стружку для химического  анализа берут от обоих концов  каждой контролируемой  бухты или из двух участков на расстоянии не менее 5 м один от  другого.  Проведя химический анализ, устанавливают марку сварочной проволоки и определяют  возможность  ее применения  для сварки в соответствии с технологическим процессом.

 Контроль качества электродов

   При сварке конструкций, в чертежах которых указан тип электрода, нельзя применять электроды, не имеющие сертификата.  Электроды без сертификата можно использовать после тщательной проверки.  При этом согласно требований ГОСТа, проверяют прочность покрытия,  сварочные свойства электродов, определяют механические свойства металла шва и сварного  соединения на образцах, сваренных электродами из проверяемой партии. О пригодности электродов для сварки  судят также и по качеству  наплавленного металла,  который не должен иметь пор, трещин и шлаковых включений.

Внешний вид  электродов должен удовлетворять  требованиям стандарта, где указывается, что покрытие электрода  должно быть прочным, плотным, без пор, трещин, вздутий и комков  неразмешанных компонентов . Электроды с отсыревшим  покрытием в производство не допускаются.

 

Контроль качества флюсов

Флюс проверяется на однородность по внешнему виду, определяют его химический состав, размер зерна,  объемную массу и влажность.

Технические требования и методы испытания широко применяемых флюсов регламентированы ГОСТ 9087-81 (или другим более новым, если такой имеется).

Например, для определения влажности флюса берут навеску в 100 г, сушат ее при температуре 105±5 ᴼ С  и взвешивают через определенные  промежутки времени. Когда результаты предпоследнего   и последнего взвешивания  будут одинаковы, дальнейшую сушку прекращают. По разности между последним  и первым  взвешиванием  определяют количеством содержащейся влаги во флюсе. Во избежание образования пор в металле шва влажность должна быть не более 0,1 %.

Лучшим способом определения качества флюса является его  испытание при сварке.  Дуга под флюсом должна гореть устойчиво.  Поверхность шва должна быть чистой, без пор,  свищей и трещин.  После остывания шва щлак должен легко  отделяться  от металла.

 

Контроль заготовок для сварки

Перед поступлением на сборку  проверяют чистоту поверхности металла, габаритные размеры заготовок,  качество подготовки кромок и углы их скоса.

Дефекты заготовок под сварку в значительной  степени сказываются  на качестве и производительности  сварочных работ.  Например,  увеличение угла скоса кромок  приводит к увеличению  количества  наплавляемого металла,  к увеличению времени сварки и к  излишнему расходу электроэнергии и электродов.  Кроме того,  соединение после сварки будет сильнее деформироваться, так как чем  больше наплавленного металла, тем больше его усадка  при остывании.  Предупреждение дефектов в заготовках избавит  от лишней работы  по их исправлению.

 

Контроль сборки

В собранном узле контролируются : зазоры между кромками свариваемых деталей, отсутствие или малая  величина которых  приводит к непровару корня шва, а большая – к прожогам и увеличению трудоемкости процесса сварки; превышение одной кромки относительно другой в стыковом соединении, относительное положение деталей в собранном узле, правильное положение прихваток.  Примеры контроля соединения, собранных под сварку, показаны на рис1.

 

примеры контроля сборки сварных соединений

Контроль технологического процесса сварки

Перед тем как приступить к сварке, сварщик знакомится с технологическими картами, в которых указаны последовательность операций, диаметр и марка применяемых электродов, режимы сварки и требуемые размеры сварных швов. Несоблюдение порядка наложения швов может вызвать значительную деформацию изделия, трудно устранимую впоследствии.

Не менее важным является соблюдение режима сварки. Силу сварочного тока и напряжение на дуге контролируют по показаниям амперметра и вольтметра.  Скорость сварки и скорость  подачи электродной проволоки определяют  по  сменным шестерням и по положению  регулятора скорости, а также непосредственными замерами.

При ручной дуговой сварке, кроме наблюдения  за показаниями амперметра, проверяют технику наложения шва. Режим газовой сварки определяется номером применяемого  наконечника.

После того, как закончена сварка изделия, сварные  швы  зачищают от шлака, наплывов, а поверхность узла – от брызг  металла. Затем готовое изделие проходит ряд контрольных операций.

 

Проверка качества сварки в готовом изделии

   Внешний осмотр и обмер сварных швов

Внешним осмотром выявляют несоответствие шва требуемым  геометрическим  размерам, наплывы, подрезы,  глубокие картеры, прожоги,  наружные трещины,  непровары, свищи и поры и другие внешние  дефекты рис 2.

наружные дефекты сварного шва

Наружные дефекты сварного шва:

а-наплывы б-подрезы в –непровары г-прожог д- трещина в основном металле

 

Размеры швов должны соответствовать указанным на чертеже. Не допускается какое бы то ни было  уменьшение  фактического размера шва по сравнению с заданным (номинальным)  размером.

На рис 3 а, показан контрольный шаблон,  имеющий вырезы под  определенный размер шва.

измерители размеров сварного шва

Рис3 Измерители размеров сварных швов

а-шаблон б – универсальный измеритель

Универсальный измеритель со шкалой  рис 3 б служит для определения катета углового шва, величины усиления и подрезов  в стыковом шве. Он может быть применен также для контроля подготовки деталей под сварку.  Для контроля шага прерывистого шва можно использовать  обычный  мерительный  инструмент.

 Методы контроля плотности сварных швов

Испытаниям на плотность подвергают емкости для горючего, масла, воды,  трубопроводы, газольдеры,  паровые котлы и др.  Существует несколько методов контроля плотности сварных швов. Методы испытаний на непроницаемость и герметичность корпусов  металлических судов  регламентированы ГОСТ 3845-75 (либо последний в новой редакции).  Нормы и правила  гидравлических  и воздушных испытаний машин,  механизмов, паровых котлов, сосудов и аппаратов судов указаны в  ГОСТ 22160-76 (либо в новом в последней редакции, если есть такой).

   Гидравлическое испытание

При этом методе испытания в сосуде  после наполнения его водой с помощью насоса  или гидравлического пресса  создают избыточное давление. Давление при испытании обычно берут  в 1,5-2 раза  больше рабочего. Величину давления определяют  по проверенному и опломбированному  манометру. Испытываемый сосуд под давлением выдерживают в течение 5-10 мин.  За это время швы осматривают  на отсутствие течи, капель и отпотеваний. Для гидравлического испытания применяют  не только воду, но и авиационное масло или дизельное топливо  (при контроле плотности швов  в масляных  и топливных баках, трубопроводах).

Кроме того, испытание может производиться  наливом воды. Так испытывают  вертикальные резервуары для  хранения нефти и нефтепродуктов, газгольдеры и другие емкости.

   Пневматическое испытание

При пневматическом испытании сжатый газ (воздух, азот, инертные газы) или пар подают в испытываемый сосуд. Сосуды небольшого объема погружают в ванну с водой, где по выходящим через неплотности в швах пузырькам газа  обнаруживают дефектные места.  Более крупные сварные резервуары и трубопроводы испытывают путем  смазывания сварных швов  пенным индикатором.  Наиболее распространенным пенным  индикатором является водный раствор мыла. Для испытания при отрицательных температурах  пригодны смесь мыльного  раствора с  глицерином, льняное масло и др.

При пневматических испытаниях необходимо  строго  соблюдать  правила техники безопасности. На подводящей магистрали должны быть запорные краны и предохранительные клапаны. Кроме рабочего манометра при испытаниях  предусматривают  контрольный манометр. При испытании под давлением не допускается обстукивание сварных швов и исправление дефектов.

 

Вакуум-испытания

Участок шва,   проверяемый  на плотность, смачивается водным раствором мыла. На шов устанавливают вакуумную камеру, представляющую собой  коробку с открытым дном  и прозрачной верхней крышкой из плегсигласа. По контуру  открытого дна  вакуум-камера имеет  резиновое уплотнение.  Из камеры выкачивают  воздух до определенного разрежения. По вспениванию мыльного раствора, которое наблюдается через крышку,  обнаруживают расположение  дефектов.  Этот метод нашел применение при контроле стыковых швов днищ резервуаров.

Испытание керосином

Этот метод испытания основан на явлении капиллярности, которое заключается в способности  многих жидкостей, в том числе и керосина, подниматься по капиллярным трубкам (трубкам малого  поперечного сечения). Такими капиллярными трубками являются  сквозные поры и трещины в металле сварного  шва. Одну сторону стыкового шва покрывают  водным раствором  мела, после высыхания которого  другую сторону  смачивают керосином. Время выдержки изделия после смачивания  керосином зависит от толщины свариваемых деталей : чем больше толщина  и чем ниже температура воздуха, тем больше время  выдержки.

 Испытание аммиаком

Сущность этого метода заключается в том, что испытываемые швы покрывают  бумажной лентой или марлей  рис 4. , которая пропитана 5% -ным водным раствором азотно-кислой ртути или фенолфтолеином.

 

испытание плотности сварных швов аммиаком

Рис4.Схема испытания плотности сварных швов аммиаком

 В изделие  нагнетается воздух  до определенного давления и одновременно подают  некоторое количество газа (аммиака). Проходя через поры шва, аммиак оставляет  на бумаге черные (бумага пропитана раствором  азотнокислой  ртути) или красные (фенолфталеиновая бумага) пятна.

Испытание с помощью течеискателей

При этом методе испытаний применяют  гелиевые или галоидные течеискатели. При применении гелиевых  течеискателей внутри испытываемого сосуда создают вакуум, а снаружисварные швы обдувают  смесьювоздуха с гелием. При наличии неплотностей гелий проникает внутрь сосуда, а затем поступает в течеискатель, где имеется специальная аппаратура для его обнаружения.

В случае применения галоидных течеискателей  внутри испытуемого сосуда создают  избыточное давление  и вводят небольшое количество  галоидного газа.  Газ проникает через  неплотности шва, отсасывается снаружи сосуда и поступает в специальную аппаратуру. По наличию галоидного газа определяют неплотность  шва.

Этот метод обладает высокой чувствительностью и применяется  для контроля  ответчтвенных сварных изделий. Для контроля соединений конструкций атомной энергетики, например  применяют гелиевые  течеискатели ПТИ-6, ПТИ-7, имеющие чувствительность  контроля 10-7-10-8 м-мкм/см. Значительно меньшую чувствительность (10-4 м-мкм/с) имеют галоидные  течеискатели ГТИ-2,ГТИ-3, ВАГТИ – 4.

Механические испытания сварных швов и изделий

От химического состава и структуры наплавленного металла,  режимов сварочного  процесса, наличия дефектов в металле шва зависят  его механические свойства. Кроме механических свойств металла шва, во многих случаях надо определить и механические свойства сварного соединения в целом. При этом сравнивают прочность металла шва с  прочностью основного металла и металла зоны термического влияния.  Наплавленный металл часто является слабым местом  сварного соединения.  Для практической проверки квалификации сварщиков  обязательным является испытание стыковых  соединений на растяжение и изгиб. При сварке ответственных изделий  изготовляют контрольные образцы,  результаты испытаний которых  являются критерием качества сварки.

Характер механических испытаний образцов зависит от того, какую нагрузку несет сварное соединение  при эксплуатации. Испытания бывают статические (с постоянной или медленно возрастающей нагрузкой), динамические (с ударной нагрузкой) и вибрационные. При вибрационном испытании, или испытании на выносливость, нагрузка изменяется в течение  определенного  времени по величине

  1. Размеры образцов для испытаний металла различных участков сварного соединения рис 5а

размеры образцов

и направлению много раз. Порядок механических испытаний сварных швов и соединений регламентирован ГОСТ 6996-66(если не вышла более новая редакция).

Испытание металла различных участков  сварного соединения на статическое (кратковременное) растяжение производят на стандартных  образцах. При этом определяют : предел текучести (физический Gт или условный G0.2); предел прочности Gв (временное сопротивление);  относительное удлинение после разрыва δ5 (на пятикратных образцах); относительное сужение после разрыва ѱ. ГОСТом предусмотрено пять типов образцов. Для испытаний,  проводимых при  нормальной или пониженной температуре, применяют  образцы всех типов.

Формы и размеры образцов  должны соответствовать

2.Размеры образцов для испытания сварного соединения на статическое растяжение рис 5б, мм

размеры образцов для статического испытания

приведенным на рисунке 5 а и в таблице 1. Для испытания при повышенной температуре применяют образцы типов IV  и V.

формы образцов для испытаний

Образцы вырезают из швов  угловых или стыковых соединений  или из специально подготовленных наплавок.

Испытание сварного соединения на статическое растяжение производят на образцах, форма и размеры которых даны на рис 5б, ив таблице 2.   Усиление шва снимают до уровня основного металла. В отдельных случаях разрешается производить испытание образцов без снятия усиления. При этом площадь сечения образца принимают вне шва. При испытании образца со снятым  усилением определяется прочность наиболее слабого участка  соединения.

3  Размеры образцов для испытания стыковых соединений стержней рис 5 в, мм

Размеры образцов для испытания стыковых соединений стержней

Для испытания стыковых соединений стержней применяют образцы круглого сечения. Форма и размеры образцов должны соответствовать  приведеннымна рис 5 в и в табл 3. Для определения прочности металла шва в стыковом соединении применяют образец, показанный на рис 5 г.

Размер образца в зависимости от толщины металла приведены в табл 4. Усиление шва должно быть снято механической обработкой до уровня основного металла. Предел прочности при испытании таких образцов определяют по формуле

Предел прочности при испытании образцов формула

Где Gв –предел прочности, Па; К – поправочный коэффициент; Р-максимальное усиление, Н; F – площадь поперечного сечения образца в наименьшем сечении до испытания, мм22). Для  углеродистых и низкоуглеродистых  конструкционных  сталей К= 0,9; для других  металлов

4 Размеры образцов для определения прочности металла шва рис5 г, мм

Размеры образцов для определения прочности металла шва

значение коэффициента К приведены в соответствующей  технической документации.

Испытание на изгиб дает  представление о пластических свойствах  стыкового соединения.  Форма и размеры образцов приведены  на рис 5д ив табл 5. Испытание образцов типа А рис 5д, проводят по схеме рис 6 а;

схема испытания образцов на изгиб

а испытание образцов  типов Б и В по схеме рис 6 б; причем для образцов типа БК=2,5, а для образцов типа ВК =3. Нагрузку прикладывают  равномерно до появления первой трещины. Угол изгиба до появления  трещины является мерой пластических свойств  сварного соединения.

 

определение пластичности

Ударную вязкость металла шва и переходной зоны определяют при испытании образцов с надрезом на ударный изгиб.  Форма образца показана на рис 7,

Рис 7, образец для  проверки ударной вязкости

 

образец для определения ударной вязкости

еры даны в табл.6. Надрез образца делают по шву , по линии сплавления  или по зоне термического влияния в зависимости от цели испытания.

Твердость сварного соединения, характеризующая прочность металла, измеряется с помощью приборов Роквелла и Виккерса. Отдельные схемы измерения твердости показаны на рис 8.

Рис 8 Схема измерения твердости (твердость измеряют в точках пересечения линий 1-10)

схема измерения твердости

Кроме стандартных образцов  механическим испытаниям подвергают готовые изделия и конструкции.

Размеры образцов для определения ударной вязкости (см рис 7),мм

размеры образцов для ударной вязкости

Целью такого испытания, которое большей частью проводят в условиях , близких к условиям работы изделий, является выявление его прочности.

Рентгеновское просвечивание

Рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами. Они обладают следующими свойствами: способностью проникать сквозь  непрозрачные тела; действуют на фотографическую пленку, как и световые; под действием этих лучей некоторые вещества, например серый цинк, светятся (люминесцируют); вызывают ионизацию газов, в том числе и воздуха, и делают его электропроводным; в больших дозах вызывает вредное физиологическое действие на живой организм, разрушая его ткани.

В промышленности  для просвечивания изделий применяли рентгеновские аппараты типа РУП. Так, аппарат РУП-120-5-1 применяют для просвечивания металла  из стали толщиной до 25 мм и легких сплавов толщиной до 100 мм.

Схема просвечивания сварного соединения показана на рис 9 .

 

схема просвечивания рентгеновскими лучами

Рис 9, Схема просвечивания рентгеновскими лучами

1-рентгеновская трубка 2-кассета 3-фотопленка 4- экраны

Источник излучения(рентгеновскую трубку) помещают на определенное расстояние от шва, так,  чтобы лучи были направлены перпендикулярно к его оси.  С противоположной стороны  крепят светонепроницаемую кассету, которая должна плотно  и равномерно прилегать к просвечиваемому участку  изделия. В кассете расположены рентгеновская пленка и два усиливающих экрана.  При просвечивании пленку выдерживают под лучами  определенное время, называемое  экспозицией.  Экспозиция зависит от толщины просвечиваемого металла,  фокусного расстояния,  интенсивности излучения и чувствительности пленки. Усиливающие экраны служат для сокращения экспозиции. После просвечивания пленку вынимают  из кассеты и проявляют. Затем негатив промывают  и фиксируют для получения стойкого фотографического  изображения. Полученное на негативе изображение участка шва будет одинаковым по степени потемнения отдельных  мест. Лучи попадающие на пленку, через дефект  поглотятся в меньшей степени по сравнению с лучами, прошедшими через  плотный металл,  и окажут более сильное засвечивающее действие на определенный  участок  светочувствительного слоя пленки.

При просвечивании рядом со швом (параллельно ему), со стороны источника излучения,  устанавливают дефектометр рис 10.,

пластинчатый дефектометр

Рис 10, Устройство пластинчатого дефектометра (размеры указаны в мм)

который служит для определения глубины залегания и величины обнаруженного дефекта.  Дефектометр – это пластинка,  изготовленная из того же материала, что и просвечиваемый  металл.  Толщина пластинки должна быть равна усилению шва. На дефектометре  имеются канавки различной глубины. При одинаковой интенсивности потемнение пленки под одной из канавок с потемнением дефекта, при известной глубине канавки,  определяют величину дефекта (по высоте).   Кроме пластинчатых дефектометров  применяют проволочные  эталоны чувствительности.  Качество просвечиваемого сварного шва  определяют  сравнением пленки с эталонными снимками,  установленными  для определения  изделия или группы  изделий.  Просвечиванием можно обнаружить большинство внутренних дефектов: непровары, поры,  включения, крупные трещины.

При просвечивании стыкового шва с У- образной подготовкой кромок кассету с пленкой обычно усиливают со стороны нижней части разделки, что позволяет  выявить непровар  вершины.  Для определения непровара по кромкам источник  лучей устанавливают  в два различных положения  (II и III), как показано на рис II.

Непровар по кромке фиксируется на пленке в виде темной полоски, выделяющейся на более светлом фоне сварного шва. Газовые поры и шлаковые включения одинаково выявляются при любой схеме просвечивания.

Просвечивание сварных швов гамма-лучами

Гамма-лучи, так же  как и рентгеновские, представляют собой электромагнитные волны. Получение гамма-лучей связано со свойствами  некоторых элементов (уран, радий, торий) самопроизвольно испускать  лучи.  Это явление называется радиоактивностью.

Недостатком применения для просвечивания естественных радиоактивных веществ  является  их дороговизна. Сейчас при просвечивании применяют более дешевые искусственные  радиоактивные вещества. Их получают облучением какого-либо химического элемента  ядерными частицами – нейтронами. Из искусственных  радиоактивных изотопов чаще применяют для просвечивания изотопы кобальт -60, тулий 170 и иридий – 192.

Из-за вредного действия гамма-лучей на организм   человека радиоактивные изотопы хранят в специальных контейнерах.

Для просвечивания в цеховых условиях  промышленность выпускает  установки ГУП-Со-0,5-1, ГУП-Со-5-1, ГУП –Со-50.

Техника просвечивания сварных соединений гамма-лучами подобна технике рентгеновского просвечивания.  Схемы гамма-просвечивания показаны на рис 12.

схема просвечивания сварного соединения

По сравнению с рентгеновским контролем  просвечивание гамма-лучами имеет следующие преимущества: радиоактивный аппарат  можно установить для просвечивания в такие места конструкции,  где не поместится громоздкая рентгеновская  установка; гамма-лучами возможно  одновременно контролировать  несколько деталей, а также кольцевые швы изделий; контейнер с ампулой удобен в полевых условиях  благодаря легкости  его транспортирования;  затраты на гамма- просвечивание меньше, чем при просвечивании рентгеновскими лучами.

Препарат радиоактивного изотопа кобальт-60 безотказен в работе  и может непрерывно использоваться свыше  пяти лет.

Недостаток просвечивания гамма-лучами – более низкая чувствительность  к выявлению  дефектов в швах  толщиной менее 50 мм, чем при рентгеновском просвечивании.

Методы контроля сварных швов рентгенографипрованием  и гаммаграфированием  регламентированы ГОСТ 7512-75( если не вышел ГОСТ в более новой редакции).

Длительное воздействие на человека больших доз излучения приводит к лучевой болезни. Радиационная безопасность обеспечивается строгим соблюдением  «Основных санитарных правил  работы с радиоактивными  веществами и другими источниками ионизирующих  излучений ОСП-72» (если нет более поздних правил), «Норм радиационной безопасности  НРБ-76»(если нет более новых правил),  «Правил безопасности при транспортировании радиоактивных веществ  (ПБТРВ-73), если нет более новых  правил.

Ультразвуковой метод контроля

Этот метод основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух  сред, обладающих разными акустическими свойствами. При помощи ультразвука можно обнаружить  трещины, раковины,  расслоения в листах, непровары, шлаковые включения,  поры.

Ультразвук представляет собой  упругие колебания  материальной среды с частотой колебания выше 20 кГц, т.е. выше   верхней границы  слухового восприятия. Существуют несколько способов  получения  ультразвуковых колебаний. Наиболее распространенным является  способ, основанный на пьезоэлектрическом  эффекте некоторых  кристаллов (кварца, сегнетовой соли) или искусственных материалов (титаната бария). Этот эффект заключается в том, что если противоположные грани пластинки, вырезанной из кристалла,  например, кварца,  заряжать  разноименными зарядами  электричества,  то она будет деформироваться   такт изменения  знаков зарядов.  Изменяя знаки электрических зарядов с частотой выше 20 тысяч колебаний в секунду, получают механические колебания пьезоэлектрической  пластинки той же частоты,  передающейся в виде ультразвука.

Работа ультразвуковых дефектоскопов – приборов для выявления дефектов  в изделиях, в том числе и в сварных швах – основана на  пьезоэлектрическом эффекте. Для проверки качества  сварного шва дефектоскоп подключают  к сети переменного тока рис 13.

схема ультразвукового дефектоскопа

Рядом со сварным швом устанавливают  устанавливают  пьезоэлектрический  щуп 1 с пластинкой из  титаната бария. Автоматического изменения знаков зарядов на поверхности пластинки достигают  при помощи  лампового генератора 2. Если от этого генератора сообщить пластинке  импульс электрических колебаний, то пластинка  пошлет в шов  короткий ультразвуковой импульс такой же частоты.  Первоначальный электрический импульс после его усиления  в усилителе 3 будет  зарегистрирован на  экране катодной трубки 4 в виде  пика и светящегося луча.  Попав в бездефектный шов, пучок  ультразвука  достигает противоположной стороны  сварного соединения и, отразившись от него, снова попадают на пластинку.  К этому моменту пластинка уже прекратит испускать ультразвук из-за  кратковременности электрического импульса.  Вместо источника ультразвуковых колебаний она становится их приемником. Ультразвуковые колебания, отразившиеся от дна изделия и попавшие на пластинку, преобразуются в механические, а затем и в электрические колебания. Последние после усиления попадают на катодную трубку  осциллографа.  На его экране появится донный сигнал  в виде пика  в.

Если же в шве имеется какой-либо дефект,  например трещина, то часть пучка ультразвука отразится от нее, а другая часть  отразится от  противоположной стороны сварного  соединения.  В этом случае на экране будут видны уже три пика. По среднему пику б устанавливают, что в шве залегает какой-то  дефект . Расстояние между пиками  а и б позволяет определить , на какой глубине находится дефект.

По принципу отражения ультразвуковых волн работают  ультразвуковые дефектоскопы, с помощью которых можно обнаружить дефекты,  расположенные на глубине 1-2500 мм  под поверхностью. Методы ультразвукового контроля сварных швов  регламентированы ГОСТ14782 -76 (ели нет более позднего выпуска ).

Люминесцентный метод контроля

Этот метод основан на свечении  некоторых веществ при действии на них  ультрафиолетовых  лучей.  Люминесцентный  метод контроля  применим для обнаружения поверхностных дефектов, главным образом мельчайших  трещин.

Перед контролем исследуемый участок шва очищают от  загрязнений,  затем на очищенные места наносят  жидкий раствор, содержащий люминофор. Таких веществ-люминофоров- известно  несколько. Например, раствор  дефектоля в бензине светится ярким  желто-зеленым светом при освещении его ультрафиолетовыми лучами. После 10-15мин выдержки раствор  смывают  и изделие сушат  в струе теплого воздуха.  Подвергая изделие ультрафиолетовому  облучению в затемненном помещении, по свечению раствора, оставшегося в трещинах, обнаруживают дефектные места.

Магнитные методы контроля

Магнитные методы контроля основаны на принципе использования магнитного рассеяния, возникающего над дефектом при намагничивании  контролируемого изделия. Если сварной шов не имеет дефектов, то магнитные силовые линии по сечению шва распределяются равномерно рис 14 а. При наличии  дефекта в шве вследствие меньшей магнитной проницаемости дефекта магнитный силовой поток  будет огибать дефект, создавая магнитные потоки рассеяния рис 14 б.

 

прохождение магнитного силового потока по сварочному швупо сварочному шву

Рис 14, прохождение магнитного силового потока по сварочному шву:

а-без дефекта б-с дефектом

  В зависимости  от способа фиксирования потоков  рассеяния существует метод  магнитного порошка и индукционный метод.  В первом случае неравномерность поля определяется по местам скопления ферромагнитного порошка, нанесенного на поверхность изделия. Во втором случае  поток рассеяния улавливают  индукционной катушкой. Изделие намагничивают электромагнитом соленоидом или пропусканием тока непосредственно через сварное соединение.

При выборе способа  намагничивания  нужно учитывать, что выявление дефектов магнитным методом  возможно  только в случае, когда они расположены перпендикулярно к направлению магнитного потока.

Существует два способа контроля магнитным порошком – сухой и мокрый. При сухом способе порошок закиси-окиси железа равномерно наносят на поверхность изделия, применяя ручное сито или пульверизатор. Во многих случаях в качестве порошка  используют железную окалину, которую предварительно измельчают  в шаровой мельнице и просеивают через тонкое сито. В момент пропускания электрического тока  изделие слегка обстукивают,  что облегчает подвижность частиц порошка, распределяющихся  в наведенном магнитном поле.  Излишки порошка  сдувают с детали    слабой воздушной струей. При мокром способе применяют так называемую магнитную суспензию – смесь какой-либо жидкости (керосин, трансформаторное масло)с магнитным порошком, мельчайшие частицы которого равномерно распределены по ее объему. Операцию контроля начинают с того, что контролируемый участок сварного соединения поливают  или опрыскивают суспензией.  Дефекты обнаруживают  по скоплениям  магнитного порошка. Один и тот же участок  проверяют дважды.  После проверки качества всех  сварных швов изделие размагничивают.

Метод магнитного порошка пригоден для контроля только в  ферромагнитных материалах. Этим методом можно обнаружить все поверхностные трещины и те внутренние трещины и непровары, которые возникают на глубине до 6 мм. Для контроля сварных соединений применяют магнитные дефектоскопы.

При индукционном методе и контролируемом изделии наводят переменный магнитный поток при помощи электромагнита, подключенного к сети переменного тока.  Если в шве есть дефект, магнитные силовые линии  поведут себя точно так же, ка и при контроле  методом магнитного порошка. Рассеянные магнитные поля над дефектом  обнаруживают с помощью искателя. Индукционный ток усиливается ламповым  усилителем, скоторым соединена катушка искателя. Усиленные электрические сигналы  попадают на телефон, в котором слышатся резко усиленные звуки. Одновременно с этим загорается сигнальная лампа на рис 15.

 

Схема индукционного метода контроля

Рис 15, Схема индукционного метода контроля

1-Искатель 2- усилитель 3- электромагнит

   Разновидностью магнитной дефектоскопии является магнитографический  способ контроля, при котором поля рассеяния фиксируется  на ферромагнитной ленте.

Магнитные методы контроля часто применяют для составления предварительного заключения о качестве сварного соединения. Окончательное установление качества  производится  по снимку, полученному просвечиванием  рентгеновскими или гамма-лучами.

Металлографические  исследования

Посредством металлографического анализа проверяют  качество структуры металла сварного соединения.  В зависимости от того, с каким увеличением рассматривают зерно металла, различают макроструктуру и микроструктуру.

Над макроструктурой понимают структуру  металла  сварного  соединения, рассматриваемую  или в натуральную величину или через лупу. Макроструктуру исследуют на шлифах,  травленных специальными реактивами. После травления на макрошлифе можно обнаружить скопления серы и фосфора  по границам кристаллов.  Скопление серы выявляют  следующим образом : на макрошлиф накладывают  засвеченный  листок фотобумаги, смоченной 15% раствором  серной кислоты. В тех случаях, где бумага соприкасалась с сернистыми включениями, на ней остаются коричневые пятна.  Макроструктуру исследуют не только на специально  обработанных шлифах, но и по излому образцов после их механических испытаний.

Макрошлиф или излом сварного соединения исследуют тогда, когда программой испытания предусмотрено изготовление  контрольных образцов.

Макроконтроль сварного соединения можно  осуществлять также с помощью сверления. В этом случае определенное место  шва  сверлят так, чтобы образовавшееся углубление  вскрыло вершину  шва. Засверленное место шлифуют наждачной бумагой,  затем травят реактивом, рассматривают через лупу и в случае   отсутствия дефектов снова заваривают.

В отличие от макроскопического исследования,  которое дает  представление о металла шва в целом, при микроскопическом  исследовании изучают отдельные участки сварного  соединения. Микроисследование  проводят  при помощи микроскопа  с увеличением в 100-500 раз.  Микроисследование позволяет выявить  дефекты структуры, микротрещины и др.

 

 

 

 

 



Эти материалы будут вам интересны: